0РТМЛ*
УЧИТСЯ
ДУМАТЬ
rt,
 МЛЕНА
Мапаснна
ЮТ1МАА
УЧИТСЯ
ДУЧАП
Государственное Издательство
Детской Литературы
Министерства Просвещения РСФСР
Москва 1963
6П2. 15
С 19
Многое, что делается с помощью электроники —
науки, родившейся на пороге нашего века, — нас сейчас
не удивляет. Вы пишете в Москве несколько строк на
бланке фототелеграммы — и через два часа ваше письмо
получают во Владивостоке. Придя вечером домой, вклю-
чаете приемник — ив вашей комнате слышатся песни и
музыка, исполняемые на далеком континенте Вы смот-
рите на экран своего телевизора — и, не выходя из
дому оказываетесь в театре на заводе, стройке.
Мы привыкли к радиопередачам из Бразилии, Авст-
ралии, из космоса, наконец» А вот в одном исследова-
тельском институте можно услышать радиопередачу
из .. желудка. В другом — совершить путешествие в
глубины живого вещества, к планетным системам состав-
ляющих нас атомов. Биология подружилась с электро-
никой.
Наиболее важные открытия, далеко выходящие за
рамки одной только биологии ожидаются, по мнению
многих ученых, именно здесь, на стыке электроники и
биологии И среди них самое главное — разгадка удиви-
тельнейшего чуда природы: тайны жизни.
Обо всем этом и рассказывает книга.
Рисунки В. Андриенкова
ЭЛЕ%„
нщ f["
поМж
Если вы смотрели фильм «Первый рейс к звездам»,
то, наверно, помните такой эпизод.
Женщина в белом халате деловито, привычными, буд-
ничными движениями обклеивает грудь и спину будущего
космонавта квадратиками, похожими на пластырь. Гус-
тая сеть тонких проводов тянется от этих наклеек и пау-
тиной оплетает обнаженный торс человека.
3
Вот поверх надет плотно обтягивающий тело комби-
незон, голову охватил герметический шлем... Космонавт
шагнул внутрь камеры, плотно закрылась за ним дверь,
и теперь только переговорная трубка да нити проводов,
идущих 01 укрепленных на его теле наклеек, связывают
космонавта с внешним миром.
Что же это за наклейки?
Небольшой пакетик из папиросной бумаги с двумя
медными «усиками» свободно умещается на ладони. Если
посмотреть на свет, видно, что от усиков внутрь бумаж-
ного пакетика тянется тончайшая проволочка, уложенная
спиралькой, выдающей электрическое происхождение это-
го устройства. Называется оно датчиком, то есть уловите-
лем внешних воздействий, а вернее было бы сказать, пере-
водчиком самых различных процессов на язык электри-
чества.
Нехитрый приборчик оказался незаменимым в косми-
ческой биологии. Ведь исследования, связанные с кос-
мическими полетами, в корне отличаются от любых
других экспериментов, которые проводят биологи. Иссле-
дователь не может находиться рядом с космонавтом. Он
не может сам измерить температуру его тела, сосчитать
пульс, проверить давление. Он не может этого сделать
ни во время подготовительных испытаний, ни тем более
во время полета в космос.
Все это делают за него электронные приборы. Они
осматривают, меряют, контролируют. Они вертятся вместе
с космонавтом на центрифуге, погружаются в соленую
воду, взлетают с креслом-катапультой, считают радио-
активные частицы.
Не будь этих неутомимых наблюдателей, ученые
только догадывались бы о том, что испытывает челове-
ческий организм во всех этих необычных для него усло-
виях.
4
Сейчас же благодаря им биологи и врачи распола-
гают самыми точными данными о результатах подобных
испытаний. И все начинается с датчика. Это с его
помощью удается прослушать сердце, измерить темпе-
ратуру, определить давление у человека, находящегося
за тысячи километров от Земли. Поэтому о нем мы и
поведем разговор.
За что судили «Комету»?
В тот день с римского аэродрома, как обычно, под-
нялась серебристая «Комета». Ничто не предвещало
плохого полета. И вряд ли кто-либо из провожающих
первый реактивный пассажирский самолет Великобри-
тании в очередной рейс мог представить себе, какая
неотвратимая опасность поджидала его в воздухе.
Шла тридцатая минута полета, когда стальной четы-
рехмоторный гигант неожиданно развалился на куски.
Это произошло над Средиземным морем недалеко от
острова Эльбы.
Долгое время после случившегося страницы газет и
журналов многих стран мира были заполнены разнооб-
разными версиями о таинственной гибели «Кометы».
Больше двух лет особые следственные комиссии,
авторитетные специалисты придирчиво осматривали,
измеряли тысячи осколков погибшего самолета, извле-
ченных с морского дна. Но разгадка пришла, лишь когда
стали испытывать вторую, точно такую же «Комету».
Для этого на корпус самолета, помещенного в громад-
ный бассейн с водой (шесть минут «полета» в воде
заменяли три-четыре обычных летных часа в воздухе),
в разных местах наклеили крохотные проволочные дат-
5
чики. Они должны были уловить малейшие изменения
в организме машины, «поднимающейся» в заоблачные
выси и стремительно «опускающейся» на Землю.
Для этого «усики» датчиков соединили с источником
тока, и по проволочной спиральке потекло электричество.
Когда проволочка, следуя за изгибами корпуса самолета,
растягивалась, увеличивалось ее электрическое сопро-
тивление и соответственно менялась сила тока.
Датчик моментально сообщал обо всем, что чувство-
вал, находясь в самой гуще событий. Эти сообщения и
послужили главными свидетельскими показаниями на
специальном процессе, состоявшемся в Лондоне, для
выяснения причин, приведших к гибели «Комету». Дат-
чики рассказали: в конструкции самолета не было
ошибок или неточностей. Получилось непредвиденное:
металл герметического корпуса устал, в нем образова-
лись трещины, которые и привели к катастрофе.
Свойство обыкновенной проволоки, по которой про-
пущен ток, менять электрическое сопротивление при рас-
тяжении или сжатии инженерам известно давно. «Элект-
ронные репортеры» — их незаменимые помощники в тех
случаях, когда надо перевести на язык электричества
все, что происходит в самом сердце машин. Наклеенные
на станок или турбину датчики претерпевают все пре-
вратности судьбы, которые выпадают на долю этих
механизмов. Изгибается лопасть турбины — и тотчас
послушно растягивается проволочная спиралька. И, зна-
чит, меняется величина тока в той цепи, куда включен
приборчик.
Датчики позволяют уловить процессы, длящиеся и
несколько минут, и тысячные доли секунды. Их «ощу-
щениям» доступны и напряжения, возникающие в фун-
даменте тяжелого многоэтажного дома, и легкое прикос-
новение пальца к стальной балке. Они способны изме-
рить и вибрацию токарного резца, и силу, с которой
обрушивается вода на лопасти турбин Днепрогэса. Они
могут определить и высоту волн в море, и сопротивление,
которое оказывает почва врезающемуся в нее плугу.
Кусочек проволоки в бумажном чехле трудно даже
назвать прибором. Но он чрезвычайно точен и, конечно,
очень удобен своей простотой и неприхотливостью.
6
Измеряем ли мы усилие, с которым трактор тащит за
собой плуг, взвешиваем ли детали, обработанные на
станке, или считаем их — все столь различные процессы
и явления, часто даже неуловимые, датчики переводят
на язык электричества.
Электрические же сигналы можно передать по про-
водам в любое место и даже увековечить, записав на
бумажную ленту или кинопленку.
Завидная простота! «А нельзя ли работу живого
мотора — сердца и живых рычагов — рук и ног изучить
с помощью таких же датчиков?» — задумались физиологи.
Еще недавно, чтобы получить графическое изображе-
ние пульса, руку или ногу опускали в особый сосуд,
заполненный водой, закрывали его крышкой. При сокра-
щениях сердца сосуды руки или ноги наполнялись
кровью, крышка слегка всплывала, и связанный с ней
рычажок чертил светлую линию на закопченной бумаге.
Если же надо было проследить за сокращением мышц
человека, делающего, допустим, гимнастические упраж-
нения, его, как елку, увешивали гирляндами лампочек,
свет при движении попадал на светочувствительную бу-
магу, оставляя на ней следы. Потом приходилось изме-
рять эти следы и вычислять «график» движения.
Чтобы измерить и записать частоту дыхания живот-
ных, строили тесные норки-коробки, в крышку которых
вставляли упругую стальную пластинку, а к ней при-
крепляли рычажок-писчик, вычерчивавший зигзаги на
бумажной ленте. Птицам шили специальные халатики,
под которые помещали резиновый баллон с воздухом,
опять-таки оканчивавшийся громоздким чертежным при-
способлением.
Все это были приборы несовершенные и неточные.
«Давайте и мы, — говорили физиологи, — переведем
разнообразные процессы, которые совершаются в орга-
низме человека и животных, на язык электричества.
Ведь их тогда легко будет измерить, подобно тому как
измеряют сейчас биотоки, возникающие в самом рабо-
тающем сердце, мозге или просто в сокращающейся
мышце». А измерять биотоки живого организма стало
сейчас делом настолько привычным, что недавно ученые
сняли кардиограмму (так называют запись биотоков
7
сердца) у... кита, выброшенного волнами на берег моря.
И даже у свободно плавающего кита. Для этого в тело
животного с помощью пушки вогнали гарпуны, служив-
шие электродами.
Эта мысль все чаще стала повторяться в научных
статьях, в публичных выступлениях ученых. И посте-
пенно, шаг за шагом, электроника начала свое вторже-
ние в лаборатории физиологов.
Войдем в лабораторию, которой руководит Евгений
Борисович Бабский, ревностный сторонник новой тех-
ники в физиологических исследованиях, создатель мно-
гих электронных приборов.
Вдоль стен и прямо посреди комнаты — обтекаемые,
в светлых кожухах аппараты с многочисленными руч-
ками и кнопками на щитках управления. В выдвинутом
«хоботе» одного из них мерцает зеленоватый экран, на
дверце шкафа сушатся широкие ленты, испещренные
рядами замысловатых кривых. В углу на столике —
ворох фотопленки с такими же кривыми: то ли фото-
лаборатория, то ли обычная комната технического
института.
В ней нет ничего привычного биологического — ника-
ких пробирок, никаких ведер-пульсометров. И разве
только больничная кушетка, застеленная простыней,
напоминает о том, что мы в физиологической лаборатории.
Здесь властвует электроника. Она улавливает, усили-
вает, записывает электрические сигналы, в которые пре-
вратились сокращения сердца, дыхательные движения
грудной клетки, невидимые колебания мышечных воло-
кон. Совершают этот сложный перевод уже знакомые
нам проволочные датчики.
Как растет трава?
«Если два поезда вышли навстречу друг другу из
пунктов А и Б...»
Человек решает задачу, но почему в такой необычной
позе? Он вытянулся на белой больничной кушетке, голова
опирается на плоскую доску-платформу.
8
— Внимание, начали, — произносит стоящий рядом с
ним лаборант. — Думайте.
«Если два поезда вышли навстречу друг другу...»
Человек решает арифметическую задачу, а ученый
следит за стрелками приборов, старательно... взвешивая
голову пациента.
Выяснилось, что к работающему мозгу дополнительно
притекает примерно 50 миллиграммов крови. Опреде-
лить, насколько тяжелее стала голова в то время, когда
человек думал над арифметической задачей, помогли все
те же датчики.
Но где же они?
Оказывается, не обязательно «обклеивать» ими чело-
века. Вы сделали несколько шагов от двери в глубь ком-
наты — а исследование уже началось. На одном уровне
с полом установлены две плиты, опирающиеся на упру-
гие стальные кольца размером с то, на которое надеты
ключи от вашей квартиры. На внутреннюю сторону
кольца или на перекладину, делящую его пополам, при-
крепляют проволочный датчик в бумажной обложке.
Если опорные плиты свободны от нагрузки, сигнала
нет. Но, как только вы на них стали, упругие кольца
растягиваются и растягивают проволочную пружинку
внутри бумажного пакетика. В измерительной цепи по-
явился сигнал.
Однако сами по себе изменения электрического тока,
пропущенного через датчики, настолько малы, что их не
уловят даже самые чувствительные приборы. Чтобы сде-
лать этот сигнал ощутимым, необходимо усилить ток в
сотни и тысячи раз. Это делают специальные электронные
лампы. А уже такой умноженный ток регистрируется
обычным амперметром или гальванометром.
Часто, впрочем, ток нужно не только измерить, но и
записать. В этих случаях он отклоняет не стрелку ампер-
метра, а маленькое зеркальце. Тонкий световой луч,
который это зеркальце отражает, скользит по фотобу-
маге или пленке. К датчику как бы приделали световое
перо, которым он пишет свои сообщения на ленте, покры-
той светочувствительным слоем.
Световой луч записывает процессы, которые успевают
измениться за секунду раз тысячу. Если же нужна более
9
оперативная запись, на помощь приходит электронный
карандаш. Это пучок электронов такой же, как тот,
что рисует на экранах наших телевизоров фигуры высту-
пающих артистов, химические формулы, пейзажи. На
этот раз он вычерчивает на мерцающем экране светя-
щиеся кривые. И, словно в окуляре микроскопа, физио-
лог видит в паутине этих кривых картины, недоступные
глазу: каким «деталям» нашего организма приходится
слишком тяжело, а какие бездельничают.
Полного безделья человеческий организм не знает.
Даже когда мы спокойно, ничего не делая, стоим, в на-
шем теле происходит активная мышечная работа: одни
мышцы сокращаются, другие — растягиваются, обеспе-
чивая вертикальное положение тела. Если наш опорный
аппарат работает правильно, нагрузка на обе плиты при-
бора будет одинакова. А если в нем есть какие-то нару-
шения, об этом просигнализируют установленные под
плитой датчики.
Ну, а когда человек не просто стоит, но и работает в
это время за верстаком или обтачивает какую-нибудь
деталь на станке? Тогда у него появляется еще одна
точка опоры, и, чем больше силы он вкладывает в свой
труд, тем слабее опирается о пол.
Но секрет ремесла вовсе не в том, чтобы вкладывать
простые усилия в строгание досок, в работу напильником
или зубилом, а в умелости, точности движений. На одном
из заводов с помощью датчиков записали на пленку дви-
жения опытного токаря. А затем сравнили их с движе-
ниями новичка, недавно освоившего эту профессию.
Кривые наглядно показали разницу: рабочие движения
квалифицированного мастера очень точно координиро-
ваны, между ними нет затяжных пауз.
Датчики позволяют, таким образом, проникнуть в со-
вершенно новую область, недоступную другим способам
исследования, — физиологию труда и даже, если можно
так сказать, в физиологию искусства. Не обязательно
ведь человека ставить на опорную платформу. Если та-
кую плиту укрепить на стуле, то можно записать весь
сложный комплекс движений пианиста во время игры на
рояле, что и было как-то проделано.
И живой мотор — наше сердце — во время работы не
10
остается на одном месте. При каждом его сокращении
возникает «отдача» — наше тело получает толчок в сто-
рону, противоположную той, куда выброшена очередная
порция крови. Кроме того, сокращаясь, сердце само
чуточку смещается.
До недавнего времени эта сторона деятельности
сердца оставалась совершенно неуловимой. О его работе
судили только по стуку да вспышкам биотоков, сопро-
вождающих каждое сердечное сокращение. Благодаря
же датчикам удалось сконструировать новый прибор. Он
определяет, насколько перемещается центр тяжести груд-
ной клетки при биении сердца. Это и есть та кушетка,
которую я увидела, войдя в лабораторию.
Человек ложится на кушетку, где на уровне груди
вмонтирована плита с датчиками, и чуткие проволочные
спиральки сообщают о малейших перемещениях сердца.
Вы, вероятно, заметили, что к человеку во всех этих
случаях ничего не прикрепляется, а фактически он сам
«приложен» к чувствительному устройству. Однако такой
миниатюрный прибор, как датчик, можно прикрепить и
непосредственно к сердцу. Удивительные опыты были
проделаны на животных. Собаки с датчиками, приши-
тыми к сердцу, нормально ели, спали, двигались. И, если
бы не тонкие провода, связывавшие их с зеленоватым
экраном, на котором непрерывным ручейком струились
световые зигзаги, никто бы и не догадался, что все это
время идет волнующий репортаж из святая святых
организма.
Переводить на язык электричества разнообразные
физиологические процессы может не только кусочек кон-
стантановой проволоки. Его с успехом заменяют, напри-
мер, угольные зерна или порошок. При сдавливании
электрическое сопротивление их также меняется.
Можно взять и просто тонкую резиновую трубку и
заполнить ее ртутью. По краям же воткнуть проволочки
и по ним подвести ток. Если теперь один конец резино-
вой трубочки прикрепить к сердцу, а другой закрепить
неподвижно, то при каждом сокращении трубка будет
растягиваться, а заполняющий ее столбик жидкости
удлиняться. От этого изменится его сопротивление и,
значит, электрический ток, текущий по ртути.
11
Из эластичной резины делают браслет. Надевают его
на лапу кролика и считают удары пульса. Или окольцо-
вывают им сердце собаки, зашивают рану, а наружу вы-
водят только концы проволочки.
Датчиком служит нередко и просто кварц, сегнетова
соль, фосфат аммония и другие кристаллы, где в ответ
на механическое сжатие мгновенно возникает свой элект-
рический ток.
Обычный электромагнит — проволочная катушка,
внутри которой ходит притягиваемый железным сердеч-
ником якорь, — и тот используется физиологами для
исследования организма. Его укрепляют, например, на
груди, и движения грудной клетки при дыхании превра-
щаются в конечном счете в электрические колебания.
Можно очень много рассказывать о разных датчиках.
Ведь существуют десятки разновидностей таких универ-
сальных переводчиков. В этой роли выступает, напри-
мер, и просто электронная лампа, один из электродов
которой делается подвижным. И тогда малейшее изме-
нение напора в кровяном русле передается этому элект-
роду и усиливает или уменьшает поток вылетающих из
нее электронов.
Но гораздо важнее напомнить, что, если бы датчики
не перевели физиологам речь нашего сердца, легких,
мускулов, нервов, многие подробности удивительно ра-
зумно организованной работы живого организма остава-
лись бы до сих пор неизвестными. И, если бы человек не
додумался обратиться к помощи именно электрических
сигналов, никакие другие остроумные приборы не по-
могли бы ему составить столь точное представление о
самом себе.
Спиралька проволочного датчика, приклеенного к на-
шему телу, растягиваясь, становится тоньше на доли
микрона. Какой глаз уловит эту разницу? Электрический
же ток легко подмечает такое изменение.
Ни в какой микроскоп не увидеть, как растет трава.
Приделав же к ее листу пластинку-электрод, а другую
закрепив неподвижно, так что получился крохотный
конденсатор, удалось по изменениям его емкости изме-
рить, насколько подросло растение за... пятнадцать
минут. А ведь прибавка в росте составляла всего сто-
12
миллионную долю миллиметра — величину почти атом-
ного масштаба.
«Мы начинаем сейчас чувствовать себя, как близо-
рукий человек, которому подарили хорошие очки, —
говорят физиологи, работающие с датчиками, — весь мир
теперь мы видим по-иному: ясно и правильно».
«Радиоеобана» инженера Ющенко
Однажды к физиологам, работавшим с датчиками,
обратились спортсмены. «Помогите разобраться, — ска-
зали они. — Вот в тире стоят два стрелка, одинаковым
движением оба вскидывают руку с пистолетом, в одно и
то же время нажимают курок, а результаты совершенно
разные: один всадил все пули в «десятку», у другого они
рассыпались веером вокруг «яблочка». Почему это про-
изошло?»
Физиологи поставили стрелков на уже известную нам
площадку, опирающуюся на упругие кольца, и затем
сравнили кривую затраченных усилий первого и второго.
Оказалось, меткий стрелок спускает курок очень плавно,
а второй — дергает его.
Это было несколько лет назад, когда ускоренная ки-
носъемка была почти единственным способом изучить
сокращение мышц тренированного человека. Очень лю-
бопытно бывает наблюдать на экране медленные, как бы
растянутые движения пловца или бегуна, стремительные в
действительности, совершающиеся в неуловимые для гла-
за мгновения. Мы можем остановить заинтересовавший
нас кадр, повторить нужное движение хоть десять раз, но
все же, кроме внешнего рисунка спортивных движений —
красоты, отточенности, — мало что увидим.
А как измерить силу, с которой сокращаются мышцы
бегуна, и продолжительность такого сокращения? Как
узнать, насколько чаще бьется во время бега его сердце
и сколько он вдыхает при этом воздуха?
Не всех спортсменов удается поставить на знакомую
нам измерительную плиту. Можно, конечно, бегуна
13
попросить бежать на месте. Нетрудно укрепить на ней
велосипед — и пусть себе гонщики «едут» на нем кило-
метр за километром. Но лыжный трамплин, например,
не перенесешь в комнату.
Ученые, исследующие работу организма во время
спортивных занятий, особенно ясно чувствовали необхо-
димость выйти со своими приборами из кабинета на
стадион, беговую дорожку, велотрек.
И вот как-то на одном из тбилисских стадионов зри-
тели увидели необычную картину. Спортсмен бежал по
кругу, а к его центру от бегуна тянулся длинный провод.
Посредине же стадиона сидел за большим столом, устав-
ленным приборами, человек в белом халате. Он замерял
силу и продолжительность сокращения мышц бегуна.
Способ оказался слишком примитивным. Провода
мешали бегуну и запутывались. Необходимо было от
них избавиться совсем. Физиологам предстояло повто-
рить шаг, который уже давно сделала техника: перейти
от телеграфной — к беспроволочной связи, к передаче
электрических сигналов по радио.
Еще в 30-х годах наш соотечественник А. А. Ющенко
пытался построить передатчик, который можно было бы
укрепить прямо на собаке, и по радио регистрировать ее
условные рефлексы. Тогда мечта о «радиособаке», кото-
рая сама сообщала бы о своем состоянии, находясь на
свободе, вдали от исследователя, считалась несбыточной
фантазией. Ведь передатчики в то время весили не один
килограмм. Попробуй прикрепи такое устройство к под-
опытному животному или бегущему спортсмену.
Радиопередачу «с борта живого организма» удалось
осуществить, когда появились полупроводники. Крохот-
ные германиевые и кремниевые детали заменили в радио-
аппаратах электронные лампы, и громоздкие ящики пре-
вратились в компактные коробки.
...Когда видишь, как на матово светящемся экране
вдруг загорается зеленая змейка — биение пульса лыж-
ника, прыгающего в этот момент где-то на другом конце
города с трамплина, — испытываешь непередаваемое
волнение первооткрывателя. Как будто одно из чудес
радиоэлектроники — передача сигналов без всяких про-
водов, просто по воздуху — произошло не шесть десят-
14
ков лет назад, а впервые совершается сейчас, на ваших
глазах.
А на приемном экране появилась вторая змейка,
отражающая частоту дыхания спортсмена, третья —
кривая температуры, четвертая, пятая... Шесть разных
датчиков, «наклеенных» на тело лыжника, сообщают о
состоянии его организма.
Один за другим по деревянному заснеженному на-
стилу, стремительно набирая разбег, скатываются ка-
жущиеся снизу игрушечными фигурки лыжников и слов-
но повисают на мгновение в искрящейся морозной дымке
над крутым склоном. Который же из них ведет радиопе-
редачу?
По внешности трудно отгадать: все спортсмены в оди-
наковых куртках, отличающихся разве только цветом, в
плотно облегающих голову шапочках. Но вот у одного
головной убор несколько необычен: что-то вроде шлема,
кончающегося крутым завитком.
Этот шлем и есть передающее устройство. Собственно,
не только передающее, но и измерительное одновремен-
но. В нем вмонтированы и сами датчики, и питающая их
батарейка, и усилитель электрического тока, и даже пе-
редатчик с антенной, и все вместе весит меньше пятисот
граммов.
Как же уместилось здесь столько разнообразной ап-
паратуры, занимающей, как мы видели, в обычных усло-
виях всю лабораторию?
На внутренней стороне радиошлема сходятся провода
от всех шести датчиков. Сами же они укреплены главным
образом на голове лыжника. На мочке его уха подвешена
небольшая стеклянная пластинка, покрытая слоем полу-
проводника, чувствительного к свету. С противополож-
ной стороны прикреплена крохотная лампочка, которая
как бы просвечивает мочку. При каждом биении пульса
кровеносные сосуды уха заполняются кровью, и на полу-
проводниковый слой попадает меньше света. В следую-
щее мгновение краешек уха светлеет — ив фотополу-
проводнике возникает небольшой родничок электриче-
ского тока.
Если взять два таких датчика и на одном укрепить
красный, а на другом синий светофильтр, то он сможет
15
различать даже цвет пульсирующей крови. И, значит,
мы сможем узнать, насыщена она кислородом или нет.
Этот датчик приклеивается пластырем к другому уху.
Кусочек окиси марганца, никеля или кобальта — по-
лупроводниковый термометр, меняющий свою проводи-
мость при нагревании, прижат к поверхности кожи
упругой пружинкой и меряет температуру тела лыжника.
Ритм дыхания спортсмена неудобно определять по
движениям грудной клетки. Поэтому датчик дыхания —
в виде конденсатора или электромагнита — с помощью
резинового пояска укрепляют непосредственно перед
ртом лыжника: на пути вдыхаемого и выдыхаемого воз-
духа.
На руку надевают обычный растягивающийся кусочек
проволоки, чтобы измерять мышечное усилие. К руке же
и к голове крепятся электроды, отводящие собственные
биотоки организма. Против сердца устанавливают мик-
рофон.
Все вместе эти датчики весят граммов тридцать—
сорок. Остальные четыреста с небольшим граммов при-
ходятся на радиопередатчик и прочую аппаратуру,
смонтированную снаружи шлема на легком металличе-
ском шасси.
К передатчику стекаются ручейки электрического тока
от каждого датчика. И здесь-то поток быстро бегущих
электронов рождает невидимые радиоволны. Самые бы-
стрые бегуны на свете, они в мгновение ока доносят до
нас сигналы, посланные неутомимыми электронными
репортерами.
Передатчик радиошлема, о котором мы рассказали,
излучает радиоволны, которые хорошо распространяются
вблизи земной поверхности и не боятся грозовых разря-
дов и других атмосферных помех. Их легко уловить, на-
ходясь от спортсмена на расстоянии семи-восьми кило-
метров. А если поставить специальную антенну, то такую
радиопередачу можно вести даже со стадиона, находя-
щегося в другом городе, километров за триста.
Радиошлем, созданный московскими инженерами, —
не единственный аппарат такого рода. В Свердловске
использовали радиопульсофон, который сообщает о само-
чувствии спортсмена прямо с лыжной трассы. В Ленин-
16
граде уже несколько лет во время соревнований изме-
ряют по радио биотоки мышц гребцов. И успех наших
гребцов на последних олимпийских играх во многом
зависел от «замечаний», которые своевременно сделали
им крохотные датчики. Именно благодаря показаниям
этих чувствительных приборов удалось заметить, что у
одной из спортсменок правая рука гребет сильнее, а у
двух других, выступающих в паре, усилия неравномерны.
Тренировка помогла вовремя исправить эти недостатки—*
и наградой послужили золотые медали.
Почему не мерзнут пингвины?
Разумеется, дело не ограничивается только спортсме-
нами. Такую радиоаппаратуру можно расположить на
теле того же токаря, обтачивающего деталь, и наблю-
дать за его движениями издалека. Или просто надеть на
любого человека и следить, как меняется режим работы
организма во время труда и отдыха, рано утром и на исхо-
де дня. Ведь до сих пор физиологи были лишены возмож-
ности исследовать человека в естественных условиях.
А что вы скажете о больном, которому не надо яв-
ляться к врачу на прием? Он может спокойно лежать
дома, все же сведения о нем врач получит, не выходя из
своего кабинета. Высказывания о таком «активном па-
циенте» можно встретить теперь на страницах серьезных
научных журналов.
Кстати, не обязательно надевать на больного шлем
вроде того, что предназначен для лыжников. В одном из
журналов я видела фотографию девушки, с улыбкой
глотающей ... радиопилюлю. Длина ее всего восемнад-
цать, а ширина — восемь миллиметров. Внутри разме-
щен аккумулятор размером с маленькую пуговицу, кро-
хотный передатчик и сами чувствительные датчики. Ра-
диопилюля заключена в водонепроницаемый чехол.
Проглоченная больным, она в течение нескольких
часов движется по желудку и кишечнику и непрерывно
радирует о температуре внутри пищеварительного тракта,
давлении стенок и даже составе пищеварительных соков.
2 Е. Сапарина	17
Радиус действия такого радиопередатчика около мет-
ра. Положение прибора в брюшной полости можно конт-
ролировать, просвечивая больного с помощью обычного
рентгеновского аппарата. Или даже запеленговав пере-
датчик, как поступают в том случае, когда надо точно
узнать место, откуда ведется радиопередача.
Когда больному давали съесть лимон, передатчик
тотчас отмечал присутствие в желудке кислоты. Он об-
наруживал разницу в пищеварительных процессах у
молодых пациентов и престарелых, больных и здоровых.
Проведя много исследований, можно создать своего
рода атлас типичных изменений всех процессов в желудке
и кишечнике человека. И тогда врачи прямо по кривым,
которые вычерчивают приборы, принимающие сигналы от
пилюли-передатчика, смогут ставить диагноз.
Миниатюрные радиопередатчики находят нередко са-
мое неожиданное применение. Один из ученых, зимую-
щих на антарктическом материке, заинтересовался, ка-
ким образом удается пингвинам предохранить своих
будущих птенцов от 60—70-градусных морозов. Правда,
пингвины высиживают яйца не на льду, а кладут их на
лапы и сверху прикрывают складкой живота. Но сильно
ли греет такая «шуба»?
Ученый разрезал яйцо пингвина пополам, вложил
внутрь крошечный термометр с передатчиком и вновь
склеил обе половины. Не подозревающий подвоха пинг-
вин-отец принялся прилежно греть яйцо, а ученый вклю-
чил приемник и стал слушать удивительную радиопере-
дачу. Так удалось узнать, что температура внутри выси-
живаемого яйца достигает 39,6 градуса.
Все эти удивительные вещи стали возможны благо-
даря двум современным чудесам электроники: полупро-
водникам и радио. Первые позволили сжать размеры
измерительной аппаратуры до миллиметров, второе —
принимать их сигналы с больших расстояний. Именно
такое необычное сочетание — крошечных габаритов и
беспредельной дальности действия — и позволило изме-
рить температуру, пульс, дыхание первого космического
путешественника — собаки Лайки, в то время как спут-
ник стремительно нес ее на двухтысячекилометровой
высоте над Землей.
Интервью из космоса
— А сейчас я продемонстрирую вам измерительную
аппаратуру, — сказал профессор Василий Васильевич
Ларин на пресс-конференции, посвященной запуску оче-
редного космического путешественника — собаки Чер-
нушки.
Притихший зал разом повернулся к боковой двери,
откуда обычно появляются «живые объекты». Но ученый
не торопился пригласить в конференц-зал героиню дня.
Он достал из кармана... игрушечную собачонку, до
смешного похожую на знаменитую Чернушку. Такая же
лохматая, с темной шерсткой и в таком же ярком «кос-
мическом жилете», как и настоящая.
На спине собаки прикреплен небольшой ящичек. Тон-
кий ус антенны, торчащий над ним, выдает его назна-
чение — радиопередатчик.
Профессор Парин нажимает пусковую кнопку, и в зал
несутся знакомые отрывистые сигналы: бип-бип-бип.
Совсем как те, что через тысячи километров уже не раз
сообщали исследователям, как чувствует себя пассажир
космического корабля.
Василий Васильевич не случайно начал свое выступ-
ление с показа игрушечной собаки. Макет миниатюрного
приборчика на кукольной собачонке, сделанный в нату-
ральную величину, как нельзя лучше показывает, каких
успехов достигла советская космическая наука.
Несколько лет назад на страницах американских га-
зет и журналов обсуждалось поведение пары белых мы-
шей, поднимавшихся в ракете на пятьдесят пять кило-
метров над Землей, и проспавшей весь полет под нарко-
зом маленькой обезьянки. А на наших космических раке-
тах взлетали и спускались с парашютом со стокиломет-
ровой высоты неусыпленные собаки.
Только в первых полетах их участвовало девять. Росли
высота и число участников полета. Многие собаки побы-
вали в космическом пространстве несколько раз. Они
отрывались от Земли, вместе с ракетой преодолевая ее
могучее притяжение. Повисали посреди кабины, потеряв
вес. Совершали длительный затяжной прыжок, долго
болтались под куполом парашюта. И вот снова на Зем-
2*
19
ле — здоровы, невредимы, готовы к новым полетам на
ракетах и спутниках.
Со спутниками американцам тоже не повезло. С эк-
ранов телевизоров, со страниц газет и журналов Америки
не сходили фотографии проектируемой ими искусствен-
ной луны в колпаке из прозрачной пластмассы, а совет-
ский первенец, намного опередив американский «Аван-
гард», уже опоясывал небо вокруг нашей планеты.
На калифорнийском берегу, что против полигона Кейп
Канаверал во Флориде, за бешеные деньги раскупались
места зрителями, жаждавшими своими глазами увидеть
наконец взлет давно обещанного американского спутни-
ка, упрямо падавшего в Тихий океан, а самолет уже
вез Лайку к месту старта второго нашего спутника.
У Лайки, белой с черными подпалинами собаки, ока-
зался очень хороший характер: спокойный, уравновешен-
ный. Она послушно забиралась в тесную кабину и прово-
дила там вначале по нескольку часов, а потом и дней.
Жизнь отшельницы нисколько не сказалась на ее
поведении. К тому же она отличалась большим терпе-
нием и выносливостью.
Ее трясли на вибростенде, приучая к толчкам и шуму,
неизбежным при работе двигателя космической ракеты,
Крутили с бешеной скоростью в люльке центрифуги, под-
готавливая к громадным перегрузкам при взлете. Побы-
вала Лайка и в барокамере. Она поднималась на само-
лете в стратосферу, прыгала с парашютом. Наконец все
тренировки закончены.
Лайка спокойно дает прикрепить к себе уже знакомые
нам датчики. К лапам ей приделывают электроды для
записи биотоков сердца, на шею — измерители пульса
и давления крови. Устанавливают датчик, считающий
частоту дыхания, измеряющий температуру. Теперь каж-
дый удар ее сердца, каждый вдох и выдох, каждое дви-
жение будут точно замерены, переведены на язык элект-
ричества и по радио переданы на далекую Землю.
Ворох исчерченной следами расшифрованных радио-
сигналов пленки — скупая протокольная запись хода
опыта. Но как много может она рассказать об этом бес-
примерном в истории науки эксперименте!
20
Подопытное животное находилось за тысячи кило-
метров от исследователя, их не связывало ничто, кроме
незримых радиоволн, и все же от ученых не укрылись
малейпие перемены в поведении собаки. Вот этот зигзаг
говорит о том, что Лайка шевельнулась, а эти участив-
шиеся зубцы означают, что сердце собаки забилось бы-
стрее, дыхание стало частым и неглубоким.
За всеми этапами первого космического путешествия
вплоть до малейших деталей проследили ученые с по-
мощью всемогущей электроники.
Вот ракета, набирая скорость, мчится прочь от Земли.
Возросшая тяжесть с силой прижала Лайку ко дну
кабины, голова собаки свесилась вниз, морда уткнулась
в лапы. Кривая ритма сердца резко подскочила вверх:
вместо обычных 80—90 сокращений в секунду — 240—
270. Но физиологи не волнуются. Такое учащение пульса
не выходит за пределы нормы, организм животного спра-
вится с этой трудностью. Ведь и в земных условиях на
всякую необычную нагрузку сердце собаки отвечает
столь же частыми ударами.
И действительно, несмотря на то что вес Лайки про-
должал увеличиваться, пульс ее стал более спокойным.
Лишь раза в три-четыре участилось дыхание — увели-
чилась потребность в кислороде, и организм, чтобы спра-
виться с новой задачей, принимал свои меры.
Многочисленные кривые, расшифрованные физиоло-
гами, наглядно говорят, что все то время, пока ракета
стремилась разорвать путы тяжести, первый космонавт
чувствовал себя вполне удовлетворительно.
Для таких опытов недаром выбирали именно собак.
Изменения в их кровообращении и дыхании при возра-
стающей нагрузке достаточно близки к возникающим в
аналогичных случаях у человека.
Кроме того, собаки быстро привыкают к необычным
условиям, что очень облегчает исследования. В этом от-
ношении собакам уступают даже человекообразные обе-
зьяны, хотя они по развитию и ближе к человеку.
Запуск нового, большего по размерам спутника с
животными — корабля-спутника, как его назвали, —
подтвердил результаты первых наблюдений. Перед стар-
том у собаки Стрелки частота пульса равнялась 90 уда-
21
рам, а дыхания — 60. У другого пассажира, Белки, пульс
и дыхание были менее частыми — 75 и 24 удара в
секунду. Во время перегрузки сердце собак стало делать
150—160 сокращений в минуту, а частота дыхания у
одной из них достигла 240. Тем не менее это была нор-
мальная приспособительная реакция. Ведь и у человека
в обычных земных условиях пульс с 60—70 ударов в
минуту во время физической работы возрастает до 160
или даже 200 ударов.
Но вот первый этап полета завершен: ракета вынесла
спутник на орбиту, и он начал свой полет вокруг Земли.
На ленте, где записаны движения Лайки, — легкий зиг-
заг: спал навалившийся на нее при взлете громадный
груз, и голова собаки оторвалась от пола. Началась
невесомость, продолжавшаяся для нашего космонавта
не секунды и не минуты, а много дней подряд.
168 часов сердце собаки толкало потерявшую вес
кровь, легкие вдыхали невесомый воздух. Реже стал
пульс, менее часто поднимается грудная клетка. После
сильного увеличения при взлете цифры, отмечающие
работу важнейших органов — сердца и легких, возвра-
тились к норме.
Физиологи с волнением ждут, что будет дальше.
Упадет ли давление крови, нарушится ли работа сердца?
Ведь впервые живое существо находится в необычном
состоянии, без веса, так долго.
Проходит час, другой, третий... Сердце собаки бьется
все так же ритмично, дыхание не стало реже, лишь дав-
ление крови слегка снизилось, но тоже ненамного.
И ученые вынуждены признать, что притяжение
Земли, от которого в наземных условиях мы не
можем никак избавиться, вовсе не так уж необходимо
для нас.
Разумеется, все, что исследовано на собаке, нельзя
механически перенести на человека. Для нее не так важ-
но, например, правильно работает или нет ее орган равно-
весия. Для пилота же космического корабля потеря
способности правильно определять свое положение
совершенно нежелательна.
А что такие явления могут возникать, говорят наблю-
дения не только за Лайкой или другими собаками, но и
22
за кроликом, поднимавшимся в ракете летом 1959 года
вместе с собаками на 450 километров. Кролика вклю-
чили в состав пассажиров не случайно. У него как раз
очень хорошо изучена координация движений.
Больше всего неприятностей ожидали ученые от кос-
мических лучей. И действительно: у мышат, проболтав-
шихся около суток в открытой гондоле стратостата, че-
рез несколько месяцев обнаружились признаки лучевой
болезни, которую вызывает радиоактивное облучение.
Но здоровью четвероногих космонавтов, которые путе-
шествовали под прикрытием оболочки спутника или
ракетной кабины, опасные излучения не нанесли замет-
ного вреда. Собака, по кличке «Отважная», уже четыре
раза поднималась в преддверие космоса и никаких по-
вреждений не получила.
Не скажутся ли в таком случае результаты облучения
на здоровье потомства? Ведь дождевые черви, которых
поднимали в открытой гондоле, от поколения к поко-
лению становились все более хилыми. Но нет, у Отваж-
ной родились здоровые щенята, и фотографии этого
счастливого семейства можно было видеть на страницах
многих газет и журналов.
Хотя эти опыты интересны и сами по себе, они, по
существу, подготавливали полет человека. Даже далекие
от него животные — мыши, морские свинки — микробы,
наконец, поднимавшиеся в космос, «работали на чело-
века». В космическом пространстве побывали самые
разные обитатели Земли, начиная от водорослей и кончая
черепахой. В наземных условиях проходили всестороннее
испытание более крупные представители животного цар-
ства. На центрифуге «прокрутили» медведя. За ним там
побывала свинья и совсем уж громоздкий жираф.
А врачи и физиологи все еще не говорили заветного:
«можно лететь». Они отправили в космос клочок кожи
человека, чтобы посмотреть, как на него подействует ра-
диоактивное облучение. И в корабле-спутнике, оборудо-
ванном для будущих полетов человека, первым полетел
не он сам, а его «макет» — груз, имитирующий пасса-
жира.
Сопровождали его все те же электронные приборы.
Они сообщали людям, оставшимся на Земле, как рабо-
23
тает аппаратура, которая должна создать все необхо-
димые условия для длительного и, что самое главное,
безопасного полета человека в космосе и возвращения
его на Землю.
Космочеловек отменяется!
«. ..У них будут глаза, руки и мозг, подобные нашим.
Но их пульс, пищеварение и чувства будут отличаться
от того, что было известно человечеству до сих пор. Это,
конечно, будут люди, но называть их будут «сиборги».
Такое сообщение появилось в одном из зарубежных
научных журналов в самый канун полета человека в
космос. «Что такое сиборг? — говорилось там. — Это
кибернетизированный организм, которым управляют
электронные железы и стимуляторы».
С идеей создания такого получеловека-полуавтомата
выступили американские ученые. Объясняли они это
заботой о состоянии здоровья будущих космонавтов.
«Стоит появиться трещине в комбинезоне космического
путешественника, находящегося на неизвестной пла-
нете, — утверждал один из авторов этого странного
проекта, — наступит катастрофа. А сиборгу такой риск
не угрожает. Он сможет действовать на планетах с почти
нулевым давлением и давлением в три раза большим,
чем на Земле. Оказавшись на Луне, он с легкостью пере-
несет полярную температуру на рассвете и раскаленный
полдень того же дня...»
Как же предполагают делать сиборга? «Начнем с
подсадки электронных стимуляторов в печени, — говорят
американские ученые. — Они будут регулировать коли-
чество сахара в организме, контролируя и направляя
работу одного из важнейших внутренних органов».
Затем предполагают частично выпустить воздух из
легких и понизить температуру тела. Часть работы лег-
ких возьмет на себя специальный химический преобразо-
ватель, расположенный на животе сиборга. Регулировка
температуры будет автоматической: с наступлением, на-
пример, лунной ночи аппарат станет обогревать сиборга,
а с зари он же примется охлаждать его. Мозгу будет
24
придана отдельная система обогрева, и, кроме того, он
будет дополнительно снабжаться энергией.
«Рот сиборгу не нужен, — утверждают сторонники
кибернетизированного космонавта. — Радиопередатчики,
укрепленные непосредственно на голосовых связках,
помогут сиборгам общаться. А пища будет вводиться
прямо в кровь».
Итак, американские исследователи, стремясь покорить
космос, придумали, на их взгляд, наиболее «разумный»
выход: переделать человека применительно к новым
условиям, так сказать, приспособить его к космосу. Надо
ли говорить, что это не тот путь, который ведет в кос-
мос! Столь противоестественные средства не использо-
вали наши отечественные ученые. Они нашли иной вы-
ход: выявить резервные силы человеческого организма,
с помощью тренировки усилить и развить эти скрытые
возможности. Иными словами, сделать космические усло-
вия вполне переносимыми для человека. Уже первые
испытания показали, что живые организмы поддаются
этим экспериментам, что они вовсе не столь хрупки, как
может показаться.
Взять хотя бы основную космическую трудность —
громадные перегрузки при взлете. Оказывается, цыплята,
к примеру, спокойно выдерживают увеличение своего
веса в десять раз. Самыми же выносливыми, как ни
обидно это узнать, признаны обычные тараканы. Если
таракан в результате перегрузки обретал вес кошки, то
и это нимало не сказывалось на его самочувствии.
А жираф, так тот и в земных условиях испытывает
постоянную перегрузку. Его сердцу приходится делать
большие усилия, чтобы накачать кровь к голове, удален-
ной от туловища на большое расстояние. «Живущий на
Земле, он как бы все время с ускорением летит в ра-
кете», — говорят про жирафа ученые.
Если же немного помочь природной устойчивости
животных, результат получается еще лучше. Обычная
лягушка, которая ничуть не более закалена, чем другие
животные, будучи погруженной в жидкость, спокойно
переносит увеличение своего веса в тысячу раз. Простей-
шие же организмы в воде выдерживают ускорение,
в двести тысяч раз превосходящее земное!
25
А мы сами? Находясь на Земле, мы защищены от
превратностей космической непогоды как бы громадным
«зонгом» — толстым слоем воздуха. Фактически мы —
придонные обитатели. Живем на дне воздушного океана
и привыкли к огромному глубинному давлению. Воздух
только кажется легким, почти эфемерным. Многокило-
метровая толща его давит на тело человека, находя-
щегося на поверхности Земли, с чудовищной силой в два-
дцать тонн. И наш организм приспособился к такому дав-
лению.
В самое последнее время выяснилось, что воздушное
покрывало к тому же изолирует нас от космического
пространства не наглухо. Больные ревматизмом, скажем,
часто жалуются на усиливающиеся боли перед непого-
дой. Причина такой непонятной чувствительности этих
«живых барометров» оставалась неясной. И вот недавно
ученые сделали попытку объяснить странное явление.
Вероятней всего, больные ощущают излучения, рождаю-
щиеся при столкновении воздушных потоков высоко в
атмосфере, за тысячи километров от места, где они нахо-
дятся, пришли к выводу врачи.
Точно так же чувствуют, как усиливается поток кос-
мических лучей, непрерывно обрушивающийся на нашу
планету, и растения, например клубни картофеля. Чтобы
заметить такую вспышку излучения, физики поднимаются
со своими приборами на вершины гор, прикрепляют их
к воздушным шарам.
А тут простая картофелина, даже запрятанная в глу-
бокий подвал, прекрасно ощущает то, что происходит в
космосе!
Вот почему ученые всё настойчивее говорят о необхо-
димости тщательно исследовать скрытые резервы живых
организмов. Растения уже проходят такую проверку в
специальных камерах. И надо сказать, что при первых
же исследованиях обнаружился целый ряд поразитель-
ных фактов. Ветка обычной черной смородины, пробыв
четыре часа в жидком водороде при температуре минус
253 градуса, зацвела как ни в чем не бывало. Директор
станции искусственного климата признавался потом, что,
если бы еще года два назад услышал, будто изнеженное
садовое растение можно закалить так, чтобы ему не
26
был страшен холод абсолютного нуля, ни за что не по-
верил.
Собаки, «поднимавшиеся» в барокамере без всякого
предохранительного скафандра, проявили не менее пора-
зительную выносливость. Описан даже такой случай.
В камеру, из которой постепенно выкачивали воздух,
поместили собаку. Животное на глазах начало толстеть,
раздуваться. Это закипели кровь и содержащаяся в теле
вода, а пар, не находя выхода, скопился под кожей. Но
вот вновь накачали воздух, открыли дверь, и... собака,
живая и здоровая, выбежала наружу. Трудно поверить,
что живое существо способно выдержать такое. И тем
не менее это факт.
Кстати сказать, именно предварительная тренировка,
по единодушному признанию ученых, и позволила четве-
роногим космонавтам столь успешно совершить полеты в
кабинах искусственных спутников.
Сложную подготовку — общеспортивную и специаль-
но космическую — прошли и советские космонавты,
прежде чем настал исторический день, когда человек
впервые оторвался от родной планеты и отправился в
необычное путешествие.
Тут и настал черед уже знакомых нам датчиков. Бла-
годаря им врачи продолжали во время полета наблюдать
за здоровьем своих пациентов. Приборы непрерывно
докладывали о состоянии сердца, сокращении кровенос-
ных сосудов, частоте дыхания и других физиологических
данных, которые определяют жизнедеятельность чело-
века.
Секрет выдала... пятка?
Для каждого из этих явлений — свой датчик: датчик
пульса, датчик дыхания и т. д. Все или, вернее, почти все
они вмонтированы в так называемый спецпояс, который
надевается на грудь космонавта.
Разместить крошечные датчики в тонком поясе не
столь сложно. Гораздо труднее было создать такие уни-
кальные измерительные приборы и добиться простоты и
27
надежности в их работе. Снять электрокардиограмму
сердца, скажем, и в обычных условиях не простое дело.
Человека укладывают в неподвижной позе, буквально
опутывают проводами, мощные усилители увеличивают
биотоки, возникающие при работе сердца, делают их
ощутимыми.
Но в кабине космического корабля невозможно раз-
местить столь сложную аппаратуру. Да и космонавт
должен во время измерений заниматься своими делами.
Громоздкую наземную аппаратуру заменили тонкие
серебряные электроды, улавливающие биотоки сердца
прямо с поверхности тела. А вот куда именно их при-
строить, долго решали и спорили. Дело в том, что био-
токи сердца очень слабы — они равны всего одному
милливольту. К тому же их заглушают гораздо более
мощные «генераторы» — мышцы груди и спины.
Пришлось искать такое место, где бы «помехи» были
наименьшими даже при сильных движениях, когда сокра.
щается сразу много мышц и, значит, электрические заря-
ды в них увеличиваются. Оказалось, лучше всего для
этого подходят бока. Здесь, примерно на уровне пятого
ребра, и прикрепили пластинки электродов.
Глубину дыхания измерял угольный датчик — зна-
комая нам резиновая трубка, заполненная угольным
порошком. При вдохе она растягивается, при выдохе
сжимается. От этого меняется электрическое сопротив-
ление порошка, а ток, текущий по трубке, становится то
сильнее, то слабее.
Собственно, датчиков дыхания было два. Второй из-
мерял частоту движений грудной клетки — количество
вдохов и выдохов. Он представляет собой миниатюрный
выключатель, капроновые тросики соединяют его с поя-
сом. Достаточно объему грудной клетки увеличиться на
один-два миллиметра — и контакты микровыключателя
размыкаются, в измерительной цепи исчезает ток. При
выдохе грудь опускается, контакты соединяются, и при-
боры вновь отмечают появление тока.
За работой сердца следили тоже несколько датчи-
ков. Кроме биотоков, измерялся пульс — его частота и
давление крови, выбрасываемой при каждом сокра-
щении сердца на стенки сосудов. Отдельно записыва-
28
лись звуки, производимые работающим сердцем, — его
«стук».
Наконец, тут же, в укрепленном на груди поясе, нахо-
дился электронный термометр — датчик, измеряющий
температуру тела космонавта.
Как видим, врачи наблюдали главным образом за
дыханием и кровообращением первых космических путе-
шественников. И, к их радости, у Юрия Гагарина и Гер-
мана Титова с этой точки зрения все обстояло вполне
благополучно. Изменения пульса и дыхания во время
перегрузок при взлете и спуске не вышли за пределы той
нормы, которая выработалась у космонавтов еще во
время наземных тренировок.
Так, у Гагарина за полчаса до полета сердце сокра-
щалось 66 раз в минуту, а число дыхательных движений
достигало 24. За три минуты до старта пульс стал 109 —
сказалось вполне законное волнение. Но дыхание продол-
жало оставаться таким же ровным, как и раньше.
В момент разгона космического корабля сердце пер-
вого космонавта сокращалось уже 140—158 раз в
минуту, дыхание тоже участилось. А к концу активного
участка полета все опять пришло к прежним цифрам.
Короткий миг усиленной работы сердца и легких был
зарегистрирован при торможении корабля. При подходе
к Земле дыхание и пульс снова стали ровными. А три
часа спустя после приземления характеризующие их
цифры уже ничем не отличались от обычных: сердце
делало 68 сокращений в минуту, легкие — 20.
Примерно такую же картину получили врачи и при
исследовании второго космонавта. Опять были два этапа
усиленной работы всего организма и между ними — в
период невесомости — пауза, когда и дыхание и пульс
возвращались к земной норме.
Однако этот промежуточный, казалось бы, спокойный
в работе сердца и легких отрезок полета привлек вни-
мание исследователей совсем другим. Оказалось, что
именно в моменты невесомости возникают предпосылки
к космической болезни, похожей на состояние укачи-
вания, знакомое многим по морским поездкам. Это слегка
нарушалась работа органа равновесия.
Наш орган равновесия действует, грубо говоря, по
29
принципу обыкновенного отвеса — улавливает изменения
направления, в котором действует на наше тело сила
тяжести. Стоит наклонить голову или сильно согнуться,
как чувствительный прибор, расположенный во внутрен-
нем ухе, отмечает необычное положение тела, посылает
в мозг сигналы, требующие восстановить вертикальное
положение.
Но в условиях невесомости теряется сама основа дея-
тельности органа равновесия — тяжесть. И он начинает
посылать тревожные сигналы о неблагополучии. Свое-
образной реакцией на них и служат головокружение и
легкая тошнота, возникающие во время невесомости. Это
сбитый с толку мозг шлет внутренним органам тела про-
тиворечивые приказы и расстраивает их слаженный ход.
Надо было возможно подробнее исследовать все пред-
посылки возникновения космической болезни, чтобы в
дальнейшем научиться успешно преодолевать и ее. По-
этому, помимо добавочной наземной тренировки органа
равновесия, космические корабли «Восток-3» и «Вос-
ток-4» снабдили новой измерительной аппаратурой.
На теле Андрияна Николаева и Павла Поповича
укрепили еще больше датчиков. Часть из них находилась
на шлеме космонавтов.
Прежде всего серебряные электроды, улавливавшие
на этот раз биотоки мозга: один — у лба, другой —
у затылка. Теперь врачи, находясь на Земле, могли
судить о состоянии центральной нервной системы космо-
навта не только с его слов. Они знали, как мозг отвечает
на те или иные воздействия, в том числе — как он реаги-
рует на сигналы, идущие от органа равновесия. Приборы
рассказывали им, когда космонавт спит, а когда бодрст-
вует, устал он или чувствует себя работоспособным.
Другая пара электродов располагалась в углах глаза
и снимала биотоки с мышц, управляющих движением
глаз вправо или влево. По этой записи можно опреде-
лить, сколько движений совершают глаза за определен-
ное время, вычислить скорость таких перемещений, рас-
считать величину мышечных усилий.
Зачем это понадобилось? Дело в том, что деятель-
ность органа равновесия и органа зрения тесно связана.
И одним из признаков неправильной работы первого
30
служат непроизвольные, ритмичные движения глазного
яблока, характеризующиеся определенным размахом и
быстротой. Движения эти появляются прежде, чем чело-
век почувствует недомогание.
Для большей достоверности это важное измерение
продублировали. Глаз человека напоминает электриче-
ский конденсатор. Глазное яблоко заряжено положи-
тельно, а глазное дно — отрицательно. Другая пара
электродов и помогла определить величину возникающих
тут зарядов. При движении глаз эта величина меняется.
Кроме того, в зависимости от направления движения
усиливаются положительные или отрицательные заряды,
так что можно судить не только о размахе движения
глазного яблока, но и о том, вправо или влево оно повер-
нулось.
Наконец, еще один датчик укрепили на... пятке кос-
монавта. Оказывается, у самого волевого и закаленного
физически человека есть уязвимое место — в букваль-
ном смысле ахиллесова пята. При какой-либо неожидан-
ности или сильной усталости сам он может сохранить
спокойствие, у него, так сказать, не дрогнет ни один
мускул, но пережитое волнение — может быть, мимо-
летный страх или просто возбуждение — обязательно
проявится в состоянии его пятки. Хочет человек или нет,
а пятка всегда выдаст его тайные ощущения. Точнее
говоря, не столько пятка, сколько кожа на всем теле, а
значит, и на ноге. Когда человек нервничает, волнуется,
радуется, меняется электрическое сопротивление его
кожи. И особенно заметно — на коже стопы. Вот почему
сюда и прикрепили «датчик страха», как в шутку назы-
вали космонавты этот раскрывающий секреты прибор.
Самое интересное, что все эти ухищрения оказа-
лись напрасными. Ни у Николаева, ни у Поповича обна-
ружить какие-либо патологические изменения в работе
центральной нервной системы не удалось. И биотоки
мозга, и движения глаз, и электрическое сопротивление
кожи были у того и другого совершенно нормальными
(не говоря уж о работе сердца и легких).
Это означает, что орган равновесия у космонавта-3
и космонавта-4 и в совершенно, казалось бы, неприем-
лемых для него условиях работал нормально. Сказалась
31
предварительная тренировка чувства равновесия, еще раз
подтвердив, что резервные возможности человеческого
организма необыкновенно велики.
Что же касается «датчика страха», то и он, фигу-
рально выражась, стоял на нуле. Спокойствие и вы-
держка советских космонавтов не показные. Они под-
крепляются внутренней уверенностью, собранностью.
В кабине космических кораблей есть много других
датчиков. Они меряют температуру воздуха, его влаж-
ность, давление и т. п. Так что не только врачи на Земле
все время в курсе происходящего в организме космо-
навта, но и инженеры, обеспечившие строго постоянный
режим внутри корабля.
Сведения от всех датчиков стекаются к передатчику
и отсюда поступают на Землю. Передача этих сообщений
идет на ультракоротких волнах. На Земле специальные
станции принимают и записывают полученные сообщения
на фотопленку. И начинается их расшифровка и тща-
тельное изучение.
Радиосвязь с космическими кораблями поддержи-
вается постоянно, сведения о состоянии здоровья космо-
навтов поступают ежесекундно. И только во время
спуска, когда радиопередача оказывается невозможной,
необходимые сведения записываются непосредственно на
корабле. Другое записывающее устройство, расположен-
ное прямо в скафандре, регистрирует пульс и дыхание
после того, как космонавт покидает кабину корабля.
Может возникнуть вопрос, как же такая масса аппа-
ратуры разместилась в кабине. Ведь, помимо датчиков,
нужны усилители, передающие устройства, записываю-
щие.
Все это было сделано таким же миниатюрным, как и
сами датчики. Достаточно сказать, что усилитель для
записи биотоков мозга и глаза вместе с источником пита-
ния приборов лишь немногим больше спичечной коробки.
А специалисты по радиоэлектронике продолжают ду-
мать, как бы сделать космическую аппаратуру еще ком-
пактнее, совершеннее. В свою очередь, и врачи изобретают
новые способы измерения с помощью датчиков более
сложных физиологических процессов и на протяжении
32
гораздо более длительного времени. Ведь не за горами
полеты на Луну, Марс и другие планеты.
В какое бы далекое путешествие ни отправились по-
сланцы Земли, их оставшиеся собратья будут каждое
мгновение знать, как обстоят дела на борту космического
корабля. А если понадобится, придут на помощь, вме-
шаются в разладившуюся работу легких, отрегулируют
ритм сердца. И все это благодаря невзрачным маленьким
приборам с незатейливым названием «датчики».
3 Е. Сапарина
Сооружая в школьной мастерской из бумаги и легкой
фанеры планер, вы строите модель — уменьшенное во
много раз подобие настоящей крылатой машины. Это
игра в конструкторы. Но и став настоящим конструкто-
ром, вы будете мастерить «детские» модели. Ни самолет,
ни корабль, ни просто автомобиль новой марки не начи-
34
ноют строить сразу по одним только чертежам. Вначале
в конструкторских лабораториях появляются игрушечные
автомобильчики и кораблики.
У них незавидная судьба. Ни на один всамделишный
самолет или пароход не выпадает столько невзгод, как
на долю этих малышей. В небольшом бассейне инженеры
устраивают для кораблика настоящую «бурю в стакане
воды», а игрушечный самолет ввергают в самую сердце-
вину неистовых воздушных вихрей. Если модель выдер-
жит все испытания, значит, можно строить настоящий
пароход, настоящий самолет.
Почти любое техническое сооружение начинается сей-
час с маленькой модели: будь то новый завод или целый
город, перегораживающая реку плотина или принимаю-
щая на себя удар водяной струи турбина.
А в какой бы биологический институт вы ни пришли,
еще на лестнице или в коридоре вы увидите лишь мно-
жество клеток с морскими свинками, кошками, собаками.
На лабораторных столах, прикрытые стеклом, скачут
взад-вперед лягушки, плавают в аквариумах рыбы и три-
тоны. Из многочисленных банок и просто пробирок тя-
нутся зеленые побеги.
И ничего больше: никаких макетов листа или фигу-
рок мышонка из папье-маше.
Может, биологи и впрямь обходятся без всемогущих
моделей, а проводят свои эксперименты прямо на живот-
ных и растениях?
Но присмотримся внимательнее. Разве, давая мор-
ской свинке разные лекарства, чтобы вылечить ее от
гриппа, хотят узнать лишь, как реагирует на это организм
зверька?
Интерес физиологов и медиков сосредоточен не толь-
ко на изучении самих животных и растений. Большей
частью и те и другие служат моделями, на которых про-
з*
35
веряют действие лекарств или механизм различных
заболеваний.
Модели, с которыми работают биологи, своеобразны:
они живые. Многие десятилетия биологи имели дело
только с ними. Но картина одной и той же болезни ока-
зывается все же разной у мышей или, скажем, у обезьян.
Ведь организмы этих животных значительно отличаются
друг от друга. Поэтому по живым моделям трудно су-
дить, каково изучаемое явление в чистом виде, И био-
логи вынуждены были обратиться к помощи неживой
природы — электронным лисам, собакам, черепахам.
Зачем сердцу уши?
Вопрос застал меня врасплох.
— Ну так как же, зачем, по-вашему, сердцу уши? —
хитро улыбался Павел Иванович Гуляев, встретивший
меня таким неожиданным вопросом.
— А разве у него... — не сразу прихожу я в себя,
— Да, да, представьте себе, есть два маленьких уш-
ка, — опередил меня Павел Иванович и весело рассме-
ялся над моим смущением. — Ничего, не смущайтесь, —
тут же успокоил он. — Физиологи и то не все знают об их
существовании. А когда этот вопрос я задаю студентам,
большинство вот так же удивляется... А между тем с
двух сторон сердца, на уровне его верхнего этажа —
предсердий, — отчетливо видны выступы, действительно
напоминающие два ушка. Только далеко не всегда про
них вспоминают...
— Но позвольте, Павел Иванович, а что же они все-
таки делают, эти необычные «ушжи»?
— А, задело за живое! — смеется мой собеседник.
И тут же, посерьезнев, озабоченно и словно раздумывая,
36
добавил: — Не знаю... и никто не знает. Вот в этом-то
и штука. Сердце человека физиологами изучено бук-
вально вдоль и поперек, работа этого «живого насоса»
исследована со всеми подробностями, а роль этой «дета-
ли» непонятна до сих пор. Конечно, существуют теории,
объясняющие эту роль, но, к сожалению, они неубеди-
тельны. .. Ученые оказались в положении школьника,
который разобрал часы, чтобы познакомиться с их
устройством, а когда собрал вновь, вдруг обнаружил
«лишний» винтик или шайбочку, оставшиеся без употреб-
ления. Он точно знает, что эта деталька — одна из со-
ставных частей часового механизма, ведь он сам вынул
ее. Но вот часы собраны и как будто могут работать и
без этой шайбочки, а все-таки неотступно гложет мысль:
зачем она нужна, как участвует в работе всего сложного
механизма? И снова и снова разбирает парнишка часы,
раскладывает в ряд составные части, пытаясь докопаться
до скрытой механики их взаимодействия друг с другом,
превращающей набор разнообразных деталей в слаженно
работающий механизм. «Разобрать» сердце мы, конечно,
не можем, — шутит Павел Иванович, — а вот построить
модель его в наших силах.
— Модель сердца?
«— Ну да. Или вы думаете, что модели строят только
инженеры?
.. .Когда-то кораблестроители старались придать под-
водной лодке непременно облик рыбы. Самолетное крыло
чуть ли не пытались покрыть перьями. Первый паровоз,
как известно, не ехал, а шагал, неуклюже переступая
ногами-шарнирами, а первенцев пароходной флотилии
снабжали перепончатыми утиными лапами. И лишь
постепенно научились находить главное в движении рыб,
полете птиц и передвижении машины.
А их — таких общих принципов — в живой природе и
технике очень много. Движение, например, всегда про-
исходит по законам механики, независимо от того, дви-
гается телега или бежит заяц. Точно так же и электри-
ческий ток подчиняется одним и тем же правилам, где
бы он ни тек: в живом теле или по проводу.
К организму приложимы многие законы физики, хи-
мии и даже таких специальных наук, как артиллерия.
37
То же сердце, к примеру, «стреляет» порциями крови,
и врачам приходится его исследовать не только с
точки зрения медицины, но и законов артиллерийской
стрельбы.
Выходит, какие-то принципы строения или деятель-
ности живых организмов можно воссоздать искусственно,
заменив мускулы, предположим, резинкой, а нервы —
ну хотя бы проволокой, проводящей ток.
Так биолог, подобно инженеру, стал строить модели
из мертвых, неорганических материалов.
Из таких прозаических вещей, как вода, соль, мыло,
глицерин, спирт, ртуть, канифоль и т. п., удалось создать
модели, которые имитировали самые разнообразные
явления, происходящие в живых клетках. Глицериновые
клетки «питались», «росли», «двигались» и даже «дели-
лись».
Искусственная амеба восстанавливала утраченные
части, «строила» панцирь, выбирая наиболее подходя-
щий строительный материал и бракуя тот, который ока-
зывался негодным. Адская смесь мыла и канифоли
«сокращалась», когда ее пытались уколоть иглой или
пронзить электрическим током.
Первые модели из химических веществ были созданы
биологами почти сто лет назад. А строительство сталь-
ного сердца советские инженеры завершили совсем не-
давно.
Операцию на живом «выключенном» сердце, которое
на это время подменило искусственное, хирург А. А. Виш-
невский сделал лишь в ноябре 1957 года.
Сердце — это насос, гидравлический, клапанный на-
сос. Обогащенная в легких кислородом кровь притекает
в левую его половину. Но это еще не само сердце, а
только предсердие. Под давлением крови раздвигаются
входные клапаны, и она попадает в основную, рабочую
камеру — желудочек.
Отсюда толчком кровь выталкивается в широкую
трубу — аорту *— и растекается по большим и маленьким
трубочкам вдоль всего тела.
Обежав самые удаленные уголки, кровь, потемневшая,
насыщенная углекислым газом, вновь возвращается в
сердце, только на этот раз — в правую его половину.
38
И снова открываются входные «ворота», кровь запол-
няет предсердечную камеру. А оттуда сердце выталки-
вает ее в правый желудочек и затем в легкие.
Отдав здесь углекислоту и снова напитавшись живи-
тельным кислородом, кровь притекает к левому предсер-
дию.
И все начинается сначала: всасывание — выброс,
всасывание — выброс.
Казалось бы, чего проще: взять обычный насос, сое-
динить с сосудами, по которым движется кровь в теле
человека, и пусть себе гоняет кровь вместо сердца.
Но модель предназначалась не для наглядной демон-
страции, а должна была заменить настоящее сердце,
бьющееся в груди человека, — этот «двигатель» всего
организма, и, значит, надо было добиться более точного
сходства.
Не думайте, что речь шла о том, чтобы искусственное
сердце было точь-в-точь такого размера, как человече-
ское, или не отличалось от него по внешним признакам.
Стальное сердце — это большой, по пояс взрослому че-
ловеку, блестящий никелированными боками ящик, ко-
торый одному и не сдвинуть с места. А у нас в груди как
бы подвешен на перекрещивающихся трубках небольшой
эластичный «мешок», весящий всего триста граммов.
И тем не менее во время операции громоздкий аппарат
выполняет работу живого, казалось бы, совсем на него
не похожего сердца.
Создать механизм, подобный сердцу, было нелегко.
Пять литров алой жидкости заполняют наши артерии
и вены. Эти пять литров сердце прогоняет по всему телу
меньше чем за минуту. За это время оно успевает сокра-
титься семьдесят, а то и больше раз. В сутки это составит
уже сто тысяч сжатий! Каждый толчок живого мотора,
работающего у нас в груди, подбрасывал бы килограм-
мовый груз на целых двадцать сантиметров. День и ночь
такой работы — и наполненная двухтонка оказалась бы
высоко над шпилем университета. Вот каким удивитель-
ным живым насосом наградила нас природа!
В обычном насосе жидкость толкает поршень, а ею,
в свою очередь, приводит в движение мотор. Сердце —
само и насос и мотор одновременно. Никакого «поршня»
39
в нем нет. Его заменяют мускулы стенок: сжимаясь, они
выталкивают кровь, а затем растягиваются — и «мешок»
наполняется новой порцией крови.
Только когда ритм сердца, объем выбрасываемой
при каждом толчке порции крови, давление, которое она
оказывает на стенки сосудов, разное на всем протяжении
длинного пути, и даже упругость самих артерий были
связаны в единое целое математическим уравнением и
воплощены в металл и стекло, появился наконец аппа-
рат искусственного кровообращения.
«А вместо сердца - пламенный мотор»
«Все мы почему-то считаем сердце органом чувств, —
говорил в одной из своих лекций Павлов, — потому что
всё чувствуем сердцем... Вместе с радостью, печалью
происходит различная работа сердца. Радостное извес-
тие сопровождается учащенным биением сердца, — пе-
чальное — замедленным. Какое же дело насосу до моей
радости и печали?»
Действительно: какое? Во времена Павлова это плохо
представляли. Объяснения сводились в основном к тому,
что сердце — не обычный, а чувствующий насос. И если
его придется заменять искусственным, то надо, чтобы он
тоже был чувствительным к переживаниям человека.
Словом, как поется в известной песне: «А вместо серд-
ца — пламенный мотор».
Сейчас представление о деятельности живого мотора
расширилось. При работе сердца в нем, как известно,
возникают биотоки. И в этом смысле оно напоминает не
двигатель внутреннего сгорания, а, скорее, электриче-
ский генератор. Причем каждому сокращению правого
или левого предсердия или основных сердечных ка-
мер — желудочков соответствует отдельная вспышка
биотоков.
Если наложить на сердце (или даже просто на по-
верхность тела) электроды, то эти токи легко записать
в виде кривой линии. А если в это же время зафиксиро-
40
вать сами сокращения сердца, то сразу будет видно, ка-
кой зубец вызван сокращением предсердий, какой —
желудочков.
Величина и характер биотоков меняются, когда серд-
це устает или нарушается его равномерная работа. Изме-
ряя биотоки, врачи узнают, чем больно сердце. Поэто-
му, увидев в Институте грудной хирургии, где как раз и
оперируют сердце, обычный экран со светящимися
змейками кривых, я не нашла в этом ничего удивитель-
ного.
Вот кривая резко полезла вверх и тут же стреми-
тельно упала. «Сократилось предсердие», — отметила я
про себя. Еще одна загогулина, поменьше, за ней — но-
вая: сжался, выбрасывая кровь, желудочек. Все было
очень знакомо.
И, только внимательно оглядевшись, я вдруг запо-
дозрила что-то неладное: стоящий передо мной прибор
старательно вычерчивал кривую биотоков, хотя никого,
кроме меня и показывавшего мне аппаратуру сотруд-
ника, в комнате не было.
— Скажите, а где же больной, у которого записы-
вают биотоки?
— Какой больной? — удивляется, в свою очередь,
врач. — Никакого больного нет вообще.
— Но, простите, чье же это сердце бьется? Видите,
вот сократилось предсердие, вот...
— Сердце? И сердца тоже нет, то есть в том смысле,
как мы привыкли его себе представлять: насос, дескать,
перекачивающий кровь. Мы просто поручили вот этому
аппарату, что перед вами, вырабатывать такие же элек-
тротоки, как и живое сердце.
— Как же это вы ему поручили? — не перестаю я
удивляться.
— А мы задали нашему аппарату форму и размеры
кривых биотоков, вырабатываемых обоими желудочка-
ми и предсердиями. И он уже сам складывает их и вы-
дает в готовом виде электрокардиограмму сердца. Сей-
час вы видите электрокардиограмму здорового сердца.
Но мы можем изменить складывающиеся кривые^ задать
их такой формы, какая бывает, например, при одном из
пороков сердца, и тогда наш синтезатор электрокардио-
41
грамм — он так сокращенно и называется «синэк» —
выдаст новую электрокардиограмму, характерную для
больного сердца.
«Синэк» воспроизводит не всю работу сердца, а толь-
ко электрические процессы, сопровождающие каждый
ритм сокращения сердечного насоса.
Если заглянуть под крышку этой модели, мы не уви-
дим там ничего похожего ни на живое сердце, ни на на-
сос. Чрево «синэка» заполнено электронными лампами,
катушками, проводами. Здесь царство электроники.
И именно электроника позволяет абстрактные матема-
тические формулы преобразовать не в детали из стек-
ла или пластмассы, а в потоки электронов. А это
нередко важнее, чем построить самое лучшее стальное
сердце.
В самом деле. Искусственный сердечный насос не мо-
жет рассказать нам о нашем сердце больше того, что
мы уже о нем знаем. А «синэк»?
Предположим, электрокардиограмма человека изме-
нена болезнью, а врач не знает, в чем причина болезни.
Тогда он старается получить такую же по форме кривую
на «синэке», только теперь он точно знает, чем вызваны
отклонения ее от нормы: ведь он сам давал аппарату за-
дание промоделировать какую-то неправильность в ра-
боте сердца. Значит, с помощью такой модели сердца мы
можем ставить диагноз заболевания.
Больше того. Это электронное устройство способно
предсказывать болезни, которые могут возникнуть в бу-
дущем. Ведь врач может получить на таком синтезаторе
электрокардиограммы, еще не встречавшиеся ему на
практике. Если же он когда-нибудь обнаружит у боль-
ного именно такую кардиограмму, то уже будет знать,
.чем вызваны в ней те или иные изменения.
Физиологов давно манит еще более привлекательная
идея: построить электронную модель, воспроизводящую
не только электрические колебания, возникающие при
работе сердца, но вообще ритм сердечной деятельности:
и сокращение мышцы, и толчки крови, и биение пульса.
Что, если изобразить всю разнообразную ритмиче-
скую деятельность сердца в виде колебаний потока
электронов?
42
К этим всесильным посредникам начинают все чаще
обращаться специалисты самых различных профилей.
Когда инженеры, например, поняли, что с помощью
электроники можно моделировать любые процессы, они
стали испытывать не игрушечные модели самолетов, а
несуществующие, воображаемые машины. Зачем строить
уменьшенное подобие самолета, когда можно изобра-
зить его скорость, противоборствующие ему в полете
силы и его собственные усилия в виде электрических на-
пряжений и на такой электронной модели испытать за
несколько минут еще только проектируемые машины!
В биологии электронные модели произвели настоя-
щий переворот. Что общего, казалось бы, между ходь-
бой человека и распространением света в пространстве?
Оказывается, и то и другое представляет собой ритмиче-
ские колебания. И если записать процесс ходьбы в виде
математической формулы, то вы не отличите его от урав-
нения, в котором выражена закономерность распростра-
нения света.
Столь разные на вид явления в действительности от-
носятся к одному классу и имеют общее математическое
выражение. Стало быть, не обязательно строить шагаю-
щую машину — модель наших ног. Достаточно мате-
матическую формулу движения воплотить в виде элект-
рической схемы, где каждой величине будет соответст-
вовать определенное электрическое напряжение. И, если
подключить затем такую схему к источнику питания, она
будет работать, в ней станет меняться сила тока, и мы
как бы увидим интересующий нас процесс в действии.
Теперь ученым не нужно было использовать в роли
мышцы резинку. Чтобы изучить ее упругие свойства, они
собрали электрический контур и стали смотреть, как ме-
няется в нем напряжение при «сокращении» и «растя-
жении». Нерв можно было не моделировать железной
проволокой. Работающий, ритмически сокращающийся
нерв изображали электрические процессы в электронных
лампах.
Попытка построить первую электронную модель, вос-
производящую работу сердца, была предпринята еще в
довоенные годы. И, хотя сердце состоит из живых кле-
ток, а модель голландцев — физика Ван дер Поля и вра-
43
ча Ван дер Марка — состояла из неоновых ламп, кон-
денсаторов и сопротивлений, она воспроизводила глав-
ные ритмические явления деятельности сердца. Только
вместо сердечных сокращений ученые наблюдали биение
«электронного пульса».
Но эта модель имитировала лишь три такта работы
сердца: сокращение предсердий, затем желудочков и не-
большую паузу для «перезарядки» живого орудия, бла-
годаря которой сердце фактически за сутки работает не
больше восьми часов. После паузы опять всасывается
новая порция крови, затем выталкивается в сосуды.
И снова: всасывание, толчок, пауза...
В действительности же дело обстоит несколько слож-
нее. И между сокращением предсердия, благодаря кото-
рому в сердце поступает очередная порция крови, и со-
кращением желудочка, выталкивающего ее в артерии,
тоже проходит некоторое время — существует неболь-
шая пауза.
Кроме того, мы все время говорим «сердце сокра-
щается», «сердце бьется» — в единственном числе. По
существу же, у нас два сердца, слепленных вместе. Каж-
дое имеет свой вход и выход, закрывающиеся клапаны,
и отгорожено от другого глухой стеной. Сжимается и раз-
жимается правое и левое сердце одновременно, но рабо-
тают они самостоятельно. Левое гонит кровь по всему
телу и потому значительно сильнее. Задача правого —
прогнать кровь по малому кругу: в расположенные по
соседству легкие и обратно. Значит, и модель должна
изображать работу такого двойного сердца, а не просто
двухкамерного насоса, каким мы представляем его для
простоты.
Такую точную модель сердца и задумали создать со-
трудники Ленинградского института физиологии во гла-
ве с Павлом Ивановичем Гуляевым, который начал раз-
говор со мной с неожиданного экзамена о загадочных
«ушках» на сердце.
Пока еще трудно сказать, какая радиолампа или ка-
кое сопротивление будет изображать работу этих «ушек».
Да и что они делают-то, еще совершенно неясно. Можно
только догадываться, что в этих «карманах» образуются
какие-то завихрения и течения, небезразличные для об-
44
щего тока крови внутри сердца. А может быть, их роль
совсем иная. Почему, например, эти выступы так густо
переплетены нервами? И оживление сердца после кли-
нической смерти начинается именно отсюда — «ушки»
пробуждаются первыми и как бы стимулируют сердце
сделать первое сокращение.
Советские физиологи твердо решили выведать эту
сердечную тайну: сколько же можно терпеть, чтобы в
такой важнейшей детали живого организма оставались
какие-то «винтики», назначение которых неизвестно!
Фотокарточка снята... глазом
Мы познакомились с ним на одном серьезном науч-
ном совещании, хотя его выступление скорее напоминало
знаменитый цирковой номер со считающими собаками.
Он должен был публично продемонстрировать свои не-
обыкновенные способности.
Сотрудник Института биофизики Академии Наук СССР
Михаил Моисеевич Бонгард, в последний раз поправив ка-
кие-то провода, выходящие из небольшого ящика, отошел
на другой конец сцены и зажег красную лампочку. Ящик,
уставившись на свет глазом-объективом, немного «поду-
мал», и в ответ на экране засветилась красная полоса. Он
отгадал правильно.
Тогда ему дали новое задание. На этот раз загорается
синяя лампа, и снова неодушевленный предмет отве-
чает правильно: на экране вспыхивает синяя полоса.
Ящик оказался гораздо сообразительнее цирко-
вого пса, «складывающего» двойки и единицы. Ведь тот
на деле ничего не считает, а лает, просто подчиняясь не-
заметному сигналу хозяина. Приборчик же, подобно гла-
зу, самостоятельно определяет, что за цвет перед ним.
Это и есть модель глаза или, вернее, цветного зрения.
Наш глаз, как известно, напоминает камеру фото-
аппарата. Сквозь зрачок, меняющий свои размеры в за-
висимости от того, много или мало на него падает све-
та, лучи попадают в «объектив».
Объектив фотоаппарата выдвигается, и за счет этого
изменяется расстояние между линзой, преломляющей
45
световые лучи, и светочувствительной пластинкой, на ко-
торой получают изображение. У рыб и некоторых птиц
такая наводка на фокус производится тоже с помощью
своего рода «выдвижного объектива». У человека же
«объектив» неподвижен, а то растягивается, то сжи-
мается сама «линза».
Преломившись в ней, световой луч пересекает камеру,
заполненную прозрачным стекловидным веществом, и
достигает наконец дна. Здесь, как на матовом стекле фо-
тоаппарата, получается изображение дома или автомо-
биля, на который мы смотрим. В этом смысле глазное
дно выполняет роль фотопластинки.
Недавно был проведен любопытный опыт. Ученые
проделали отверстие в дне глаза животного и подставили
на место живой фотопластинки... обычную пленку.
И глаз стал работать, как настоящий фотоаппарат. Та-
ким необычным способом удалось получить на пленке
изображение предметов, «снятых» глазом, только не та-
кое четкое, как при обычном фотографировании.
Пластинка фотоаппарата покрыта чувствительным к
свету веществом. И, если рассматривать полученное на
ней изображение в лупу, можно убедиться, что оно со-
стоит из темных и светлых точек — засвеченных и остав-
шихся затемненными крупинок.
«Фотопластинка» глаза тоже усеяна отдельными
крупинками — особыми клетками. Одни из них тонкие,
вытянутые в длину вроде палочек, другие напоминают
пузатые колбы. В тончайшем слое живой фотопластин-
ки, толщина которого всего 0,2 миллиметра, «палочек»
и «колбочек» насчитывается примерно 130 миллио-
нов. Вот они-то и выполняют роль светочувствительных
зерен.
Покрывающее фотопластинку бромистое серебро под
действием света разлагается: там, куда упал луч света,
выделяется серебро — пластинка чернеет. В слое, вы-
стилающем дно нашего глаза, тоже обнаружено вещест-
во, которое на свету выцветает. Оно ярко-пурпурного
цвета, почему так и было названо зрительным пурпуром.
Когда морскую свинку продержали некоторое время в
темноте, а затем поместили перед освещенным окном, на
котором четко выделялись черные переплеты рам, на дне
46
ее глаза оказался светлый отпечаток окна на алом пур-
пурном фоне.
Казалось бы, аналогию с фотоаппаратом можно про-
должить: в глазу под действием света разлагается зри-
тельный пурпур. Образующиеся вещества возбуждают
нервные окончания, тоненькие ниточки которых отходят
от «колбочек» и «палочек» и, соединяясь в зрительный
нерв, тянутся к мозгу. Возбуждение передается в мозг,
и мы видим то же окно хотя бы.
Почти сто лет прошло с тех пор, как было предложено
такое фотохимическое объяснение механизма, благодаря
которому мы видим. И почти сто лет оно считалось
единственно правильным. Но вот что любопытно. Зри-
тельный пурпур найден только в «палочках». А иссле-
дования последних лет к тому же показали, что, когда
интенсивность света возрастает даже в сто тысяч раз,
количество зрительного пурпура, которое должно бы
соответственно уменьшиться, изменяется почти незамет-
ным образом — всего на десять сотых.
Эти наблюдения посеяли сомнение в истинности тео-
рии, объясняющей процесс нашего зрения по аналогии с
засвечиванием фотопластинки. Тем более, что до сих пор
мы говорили о черно-белом изображении, а ведь в дей-
ствительности оно цветное. И если уж проводить до кон-
ца сравнение с фотопластинкой, то необходимо, чтобы в
глазу было несколько чувствительных к разным цветам
слоев, как на цветной пленке. Или хотя бы несколько
разных веществ в составе каждой «палочки» и «колбоч-
ки». А между тем ничего похожего до сих пор не обна-
ружено, несмотря на самые скрупулезные исследования.
Больше того: различают цвета главным образом «кол-
бочки»; с помощью «палочек» же мы видим все одно-
цветным, серым, как в сумерках, когда из-за недостатка
света «колбочки» выключаются и работают одни только
«палочки».
Как же «колбочки» различают разнообразнейшие цве-
та, в которые окрашен окружающий нас мир? Оказы-
вается, чтобы улавливать абсолютно все известные
оттенки, которых, по самым строгим подсчетам, сущест-
вует несколько тысяч, глазу достаточно иметь три при-
емника, воспринимающих три главных цвета: красный,
47
синий и зеленый. Все остальные — от ярко-оранжевых
лепестков садовых ноготков до лилово-фиолетового неба
на закате — образуются при смешении основных цветов.
Но тогда, значит, должно быть и три разного рода «кол-
бочек»: одни возбуждаются лишь от красного, другие —
от одного синего, третьи — только от зеленого цвета.
Эксперименты же показывают, что каждая «колбоч-
ка» способна воспринимать все три цвета сразу. Выхо-
дит, в ней одной находятся три таинственных приемника,
которые по-разному возбуждаются под действием крас-
ного, синего и зеленого цветов. Как же подобрать ключи
к этой интереснейшей загадке природы?
... В лаборатории цветного зрения того же Института
биофизики по столу, расчерченному квадратами, не
спеша ползет пчела, направляясь к приманке, поло-
женной на единственном оранжевом квадрате. Все
остальные окрашены в разные оттенки желтого цвета.
Таким необычным способом ее кормят несколько
дней подряд. А когда она приучается есть на оранжевом
квадрате (его каждый раз передвигают на новое место,
чтобы пчела привыкала не к положению квадрата, а
только к его цвету), еду однажды перекладывают на
желтый. Но у пчелы уже выработался рефлекс на оран-
жевый цвет, и она по-прежнему ползет к пустому на
этот раз оранжевому квадрату. Значит, она отличает
оранжевый цвет от желтого? Выходит, что так.
Замещая по очереди один цвет другим и наблюдая,
вырабатывается ли у животного рефлекторный ответ на
каждый из них, и удается определить, различают ли цве-
та бессловесные существа, неспособные, подобно чело-
веку, просто ответить, какой краской выкрашен тот или
иной квадрат.
Правда, простым устным ответам биофизики, изучаю-
щие цветное зрение, не очень верят. В большинстве слу-
чаев, если даже человек не различает какого-то цвета,
то есть один из трех приемников у него не работает, он
все равно назовет цвет знакомых предметов правильно.
Ведь он с детства слышит, что помидоры, например, —
красные, а листья их — зеленые. И хотя человек с на-
рушенным цветовым зрением не отличает помидоры от
зелени, он считает их красными.
48
Но даже если ему показать незнакомые предметы,
выкрашенные в разные цвета, это еще не значит, чго сра-
зу будет получен точный ответ. Ведь любой цвет может
быть различных оттенков. А твердо сказать, что в глазу
есть два приемника, воспринимающих разные цвета,
можно только в том случае, если при любой интенсивно-
сти каких-либо двух цветов они не начинают казаться
одинаковыми. А это простым опросом не определишь.
На помощь приходит специальный прибор, в кото-
ром можно произвольно менять силу цвета, окрашиваю-
щего разные половинки контрольного круга. Если не уда-
ется добиться, чтобы они казались человеку одинаковыми
по цвету, значит, у него в глазу действуют два разных
приемника. Если при каких-то условиях оба цвета
сольются и круг будет казаться одноцветным, значит,
цветовое зрение неполноценно, один из приемников не
работает.
С человеком как будто все ясно. А вот как спросить
у той же пчелы или лягушки, у которой вообще очень
трудно выработать рефлексы, различает ли она красный
от зеленого цвета, только когда они очень насыщенные,
или узнает и их слабые оттенки? Приходится проникать
в самый зрительный прибор и спрашивать непосредст-
венно у него.
Цветное кино для лягушек
Сегодня вопросы задают шмелю. Полосатое насеко-
мое старательно укладывают перед маленьким окон-
цем, головой к разноцветным световым лучам, которые
будут по очереди пропускать сквозь это отверстие. На
голове его укреплены крошечные стеклянные палочки с
заключенными в них электродами. Когда волна возбуж-
дения, возникшая от действия света, проходит по нерву,
она обязательно сопровождается появлением на поверх-
ности нерва биотоков, поэтому, приложив электроды к
зрительному нерву, можно уловить их и, усилив, пере-
дать на экран.
Подключившись таким образом к работающему гла-
зу и наблюдая, пробегает по экрану сигнал или нет, мож-
4 Е. Сапарина	49
но узнать, проходит ли в этот момент по нерву возбуж-
дение.
В результате подбора разных сочетаний цветов, уда-
лось определить, что перед насекомыми мир пред-
стает окрашенным в те же основные цвета, что и перед
человеком: изображение, видимое ими, складывается из
трех компонентов. А вот лягушке приходится довольство-
ваться всего двухцветной картиной. И если бы мы соби-
рались построить цветной телевизор для пчел или пока-
зывать им цветной фильм, нам пришлось бы пользовать-
ся трехцветной пленкой или трехцветным изображением,
как и в настоящем человеческом телевидении или кине-
матографии. Лягушечий же телевизор создать легче: для
него потребовалось бы всего двухцветное изображение.
Надо сказать, что еще недавно считалось, будто при-
рода обделила животных в этом смысле. Сейчас точней-
шие опыты убедили, что разве только морская свинка,
кролик, некоторые хрящевые рыбы вроде севрюги, акулы
и, может быть, осьминог не различают цветов. Все же
другие животные, начиная от насекомых и кончая обезь-
янами, способны наслаждаться красками, хотя мир пред-
стает перед ними как бы недокрашенным, блеклым.
...Здесь же, рядом с шахматным столиком и шме-
лем, в мозг которого вживлен электрод, «подсматриваю-
щий» за тем, что он видит, самостоятельно «работает»...
глаз. Вынутый вместе со зрительным нервом из тела ля-
гушки, он продолжает еще долгое время видеть, разли-
чать цвета. С помощью уже известных нам электродов
ученые наблюдают за тем, как работает глаз, много
часов, а иногда и дней назад расставшийся с телом
животного.
Но и на этом не остановились. В зрительном нерве
сплетаются миллионы волоконцев, идущих от «колбо-
чек» и «палочек». Воспользовавшись микроэлектродами,
сумели подключиться к отдельному нервному волоконцу,
то есть попытались определить, как светочувствительные
устройства сообщают об увиденном в мозг.
Оказалось, что, когда после красного цвета показы-
вали зеленый, в нервном волоконце глаза лягушки не-
пременно появлялся ток. Причем, как ни меняли интен-
сивность обоих цветов, микроскопическая нервная кле-
50
точка продолжала их различать. Получалось, что оба
приемника посылают волну возбуждения по одному и
тому же нервному волокну.
Это дало возможность предположить, что и. у чело-
века все три приемника, заключенные в одной «колбоч-
ке», воздействуют на один и тот же нерв. Но тогда они
должны как-то по-разному возбуждать этот нерв, иначе
мозг не отличит, видит глаз один красный или красный
и синий цвета.
И действительно, выяснилось, что после включения
синей лампочки по нерву длительное время бегут оди-
ночные импульсы возбуждения. Когда же загорался крас-
ный свет, возникал как бы короткий залп из десяти—два-
дцати импульсов, и длился он всего полсекунды.
Сколько ни увеличивали яркость того и другого света,
это вызывало лишь увеличение числа импульсов в каж-
дой порции, но по-прежнему в ответ на синий шла длин-
ная серия одиночных нервных сигналов, а вслед за крас-
ным светом возникал короткий залп.
Это было очень похоже на то, что происходит, если
освещать пластинку из полупроводника. Под действием
света в некоторых полупроводниках, как известно, начи-
нает течь электрический ток — фототок, как его назы-
вают. Если освещать такой полупроводник обычным бе-
лым светом, величина фототока будет тем больше, чем
ярче свет. Но если включить одну красную лампочку
или такую же по интенсивности, только синюю, то
скорость нарастания фототока будет в обоих случаях
разной.
У пластинки из селена или кадмия, например, в от-
вет на красный свет ток медленно набирает силу, а
при включении синего света быстро достигает макси-
мальной величины. Выходит, что селеновый полупровод-
ник как бы обладает цветным зрением, во многом напо-
минающим восприятие цвета животными и человеком.
Может быть, это сходство говорит о том, что и в «кол-
бочках» нашего глаза происходит не химическое разло-
жение светочувствительного вещества, а что-то анало-
гичное процессам в фотополупроводнике? Чтобы про-
верить эту гипотезу, и была построена модель цветного
зрения*
4*	51
«Колбочкой» служит в модели обычный полупро-
водник. Кроме того, в ней есть устройство, которое срав-
нивает величину возникающего фототока и скорость его
нарастания. При быстром нарастании тока это устрой-
ство отклоняет луч осциллографа вниз — на экране, ниж-
няя половина которого закрыта синим светофильтром,
вспыхивает синяя полоса. Когда фототок увеличивается
медленно, луч отклоняется вверх — на красную поло-
вину.
Итак, один полупроводник различает разные цвета и
по единственному проводу сообщает об увиденном при-
емному устройству. Оно же в зависимости от продолжи-
тельности серии сигналов определяет, красный или синий
цвет видит искусственный глаз. Может быть, в самом
деле в живой «колбочке» под действием света возникает
фототок, возбуждающий окончания нервов, связываю-
щих ее с мозгом?
Сейчас еще рано утверждать это. Ведь первая модель
только в самых общих чертах воспроизводила механизм
цветного зрения. Полупроводник в модели различает
только два цвета, а глаз человека, как известно, три. По-
этому это скорее модель глаза лягушки. Но есть полу-
проводники с «человеческим» — трехцветным зрением, и
в дальнейшем можно использовать в модели именно их.
Кроме того, модель, созданную в лаборатории цвет-
ного зрения, довольно легко «обмануть». Вместо того что-
бы сразу освещать ее, давайте будем приоткрывать си-
нюю лампочку постепенно: ток нарастает медленно, и
модель принимает его за красный. Человека, вообще-то
говоря, тоже можно запутать. Например, если показать
ему короткую яркую красную вспышку, а через 0,04 се-
кунды — такую же белую, то он увидит несуществую-
щий синий блик. Но, как говорят авторы модели, «чело-
век обнаруживает гораздо большую помехоустойчи-
вость», чем их детище.
Предстоит еще немало поработать, чтобы новый ва-
риант модели точнее воспроизводил механизм цветного
зрения человека. Но главное, что в любом случае в этой
модели в роли глаза, вернее, его светочувствительного
слоя, выступает полупроводник. А гипотеза о том, что
«колбочки» и «палочки» — своего рода живые полупро-
52
водники, очень заманчива. Ведь если это так, то удастся
прояснить все темные места в механизме цветного зре-
ния, которые не может объяснить сейчас фотохимиче-
ская теория.
Фарфоровые бусы Лилли
Пожалуй, надо сразу же внести ясность. Прежде все-
го: Лилли — это не женское имя, а фамилия ученого.
Вы скажете: при чем же тогда бусы? Ведь мужчинам
не пристало возиться с безделушками. Тем не менее тут
ничего не напутано. На этот раз бусами увлекся муж-
чина. Правда, они были не совсем обычные, а, если вы
обратили внимание, фарфоровые...
Чтобы разобраться, зачем ему это понадобилось, при-
дется подробнее познакомиться с устройством наших
нервов.
Нервное волокно — это вытянувшаяся в узенькую
ниточку клеточная протоплазма, покрытая «чехлом» из
блестящего жирового вещества. Из десятков тысяч, а
иногда и миллионов таких тонких волоконец, соединен-
ных вместе, и образуются сравнительно толстые пуч-
ки—нервы.
Мы уже много раз говорили: «нерв возбуждается»,
«раздражение передается по нерву». А что это, собствен-
но, значит?
Работа живого нерва тесно связана с электрическими
явлениями. Стоит пропустить через него ток — и нерв
возбуждается, как если бы это возбуждение ему пере-
дали ощутившие свет «палочки» и «колбочки». С другой
стороны, когда само загадочное возбуждение движется
по нерву, от нерва всегда можно отвести ток. Он как бы
сопутствует работе нерва.
По-видимому, нервное возбуждение — какой-то слож-
ный электрохимический и даже механический процесс,
причем электрическая его часть не совсем похожа на
ток, текущий по проводам у вас в квартире. Ток в прово-
де — это бегущие электроны, а в нерве — заряженные
атомы натрия и калия: ионы. Одни из них заряжены
53
отрицательно и сгруппированы внутри нервного волокна,
другие — положительно и находятся по другую сторону
покрывающей нервное волокно оболочки: в наружном
растворе.
Сама же оболочка служит чем-то вроде изолятора.
Через каждые два-три миллиметра оболочка прерывается,
оставляя нерв в этом месте обнаженным. Получается
что-то вроде электрического кабеля с редкой обмоткой,
внутри которого течет ионный ток. Только как же он
течет?
Чтобы понять это, уже упоминавшийся ученый Лилли
построил модель нерва. Он взял кусок железной прово-
локи и погрузил его в крепкую азотную кислоту. Железо
сразу окислилось, и поверхность проволоки покрылась
защитной пленкой. Лилли сцарапал в одном месте эту
пленку, и «коррозия» поползла вдоль проволоки.
Оказалось, в месте повреждения образуется электри-
ческий ток. Он выходит из железной проволоки через
царапину, проходит по кислоте и вновь входит в металл
рядом. При этом разрушает здесь защитную пленку и
дает начало новому родничку тока. Эти круговые токи
как бы передают друг другу эстафету, и в результате ток
бежит, вернее, скачет по нерву. Поврежденные же
места вновь затягиваются пленкой.
Тогда Лилли нанизал на проволоку фарфоровые изо-
ляторы, и ток «заскакал» быстрее. Ведь теперь он мог
входить в проволоку и выходить из нее только в просве-
тах между кусочками фарфора и вынужден был «пере-
прыгивать» через них. Получилось очень похоже на
живой нерв, покрытый витками «изолятора».
Сейчас можно считать установленным, что возбуж-
дение распространяется по нерву тоже круговыми токами.
Оно бежит отдельными толчками, импульсами, как их
называют.
Но вот что любопытно. Когда ионный ток выходит из
очередной «щели» в изолирующей оболочке, он оказы-
вается раза в полтора больше, чем был при входе сюда.
Получается, что, проходя через оголенный участок нерв-
ного волокна, ток усиливается. Значит, эти свободные от
изоляции места служат своеобразными промежуточными
усилителями. Вроде тех, что устанавливают через опреде-
54
ленное расстояние вдоль телефонного кабеля, соединяю-
щего, скажем, Москву с Владивостоком, или газопрово-
да, протянувшегося от Саратова до столицы. Такие
станции, приняв ослабленный в дороге поток электронов
или газа, как бы подгоняют, усиливают его.
Известно, что внутри нерва ионов калия в сорок, а то
и пятьдесят раз больше, чем снаружи, где скапливаются
главным образом ионы натрия. Приходится предполо-
жить, что в оболочке нерва действует своеобразный
насос, выкачивающий изнутри ионы натрия, которые
своим ходом просто так назад не могут вернуться: они
не пройдут сквозь оболочку, обладающую сопротивле-
нием, в миллионы раз большим, чем внутренность нерва.
Зато, как только до голого участка добежит нервный
импульс, картина меняется: сопротивление оболочки
резко падает, и ионы натрия устремляются сквозь нее,
возникает новый импульс тока, «скачущий» дальше. Но
почему в определенный момент распахивается раньше
запертая дверь, — вот этого и не знают ученые.
«Не поможет ли свойство полупроводника прово-
дить электрический ток только при определенных усло-
виях понять механизм работы этих нервных усилите-
лей?» — поставили перед собой вопрос сотрудники того
же Института биофизики. Так родилась еще одна модель
из полупроводников.
Пластинка из германия, включенная в электрическую
цепь, изображала оболочку нерва. В ней свободных
электронов мало. К пластинке приделаны два контакта,
наоборот, до отказа «забитые» электронами.
Когда часть из них пробирается в германиевый стол-
бик, они становятся препятствием для следующих элект-
ронов: образуется как бы электрический барьер, не
пускающий основную массу электронов внутрь германие-
вой пластинки.
Как же его уничтожить? Но ведь есть полупроводники,
где электрический ток состоит не из отрицательно заря-
женных электронов, а из так называемых «дырок», кото-
рые образуются на том месте, где должен быть, но
отсутствует электрон. «Дырки» заряжены положительно,
поэтому барьер из отрицательных электронов в герма-
ниевом столбике им не страшен.
55
И вот, когда к такому столбику прикрепили сбоку
еще один электрод из дырочного полупроводника, модель
заработала. Как только замыкали цепь и импульс тока
достигал германиевой пластинки, «дырки» входили
внутрь нее, уравновешивали скопившийся там избыток
электронов и тем самым уничтожали невидимый барьер,
открывая широкую дорогу потоку других — «замурован-
ных» электронов.
Может быть, и в живом нерве, как только нервный
импульс достигает обнаженной поверхности волокна, в
нее входят какие-то «боковые» ионы или электроны,
уничтожающие невидимый барьер, и оболочка становится
проницаемой для основных, рабочих ионов — ионов
натрия?
Пока, так же как и с цветным зрением, это только
предположение. Дальнейшие исследования покажут, дей-
ствительно ли нервный генератор работает по принципу
полупроводника. Но важно, что и в том и в другом случае
модель выступает в совершенно новом качестве. Ученые
строят ее не по аналогии с тем, что ими обнаружено в
живом организме, а как раз наоборот — в технике, элект-
ронике ищут принцип, который может подойти для
объяснения того процесса в живом организме, секрет
которого ими еще не разгадан. Недаром в первых моде-
лях такого рода использовались новейшие достижения
электроники — полупроводники, заставившие предполо-
жить, что и внутри нас работают своеобразные живые
полупроводники.
«Тортила-2» принимает решение
«.,. Черепаха долго глядела на луну, что-то вспоми-
нала. .. Она втянула змеиную голову и медленно опусти-
лась под воду. Лягушки прошептали:
— Черепаха Тортила знает великую тайну.
Прошло долгое-долгое время.
Луна уже клонилась за холмы...
Снова заколебалась зеленая ряска, появилась чере-
паха, держа во рту маленький золотой ключик.
Она положила его на лист у ног Буратино...»
56
Вы помните, конечно, мудрую старую Тортилу, хра-
нительницу золотого ключика от чудесной дверцы, кото-
рая ведет в волшебную страну, где сбываются мечты...
Черепаха, которая не спеша выползла мне навстречу
в одной из лабораторий Киевского института радиотех-
ники, была не очень похожа на Тортилу из сказки Алек-
сея Толстого, хотя они и тезки.
Зачем понадобились взрослым серьезным ученым —
пусть даже и очень забавные — электронные игрушки?
Маленький Тим, сынишка английского психиатра
Грея Уолтера, положившего начало необыкновенной кол-
лекции «синтетических животных», вероятно, был уверен,
что отец мастерит своих удивительных зверьков специ-
ально для него. Для чего же тогда, уходя на работу, отец
выпускал «Эльси», и она долго одна бродила по комнате?
Но сам Грей Уолтер, по-видимому, «играл» всерьез. Он
вкладывал в создание необычных игрушек все свои инже-
нерные способности. И скоро в гостиной их дома ползали
уже две черепахи. Нового друга «Эльси» звали «Эльмер».
Обе черепахи обладали свойством двигаться на свет,
отыскивая его единственным «глазом» — фотоэлементом.
Осязание им заменял буфер, чувствительный к ударам и
толчкам. Вместо ног служили колеса, а движение мышц
заменялось работой маленьких моторчиков. Один толкал
черепаху вперед, другой отклонял ее вправо или влево.
Питались моторчики от аккумулятора, подвешенного
сзади тележки. Когда аккумулятор заряжен — черепаха
«сыта». Но как только она немного «проголодается», то
начинает автоматически искать «кормушку» — штепсель,
куда можно включить аккумулятор для пополнения за-
пасов энергии.
Управляет движениями электронного существа фото-
элемент. «Разглядев» лампу, которая горит рядом со
штепселем и играет роль приманки — вроде запаха сала
для голодного пса, — он включает моторчик, передвигаю-
щий рулевое колесо. И черепаха начинает поворачиваться
к лампе. Направленный прямо на лампу, фотоэлемент
получает больше света и тогда дает команду включить
второй моторчик, двигающий черепаху вперед. Наш
зверек поползет к лампе, возле которой находится «кор-
мушка».
57
Самое любопытное, что его «поступки» во всех дета-
лях предусмотреть заранее нельзя. Грей Уолтер собрал
обеих своих черепах из одинаковых реле, конденсаторов,
поставил на них одинаковые моторчики, фотоэлементы.
А когда включил лампу, «Эльси» сразу же повернулась и
бодро направилась к ней, а «Эльмер», на которого свет
падал сбоку, остался на месте.
И так повторялось каждый раз: «Эльси» была более
чувствительна даже к малейшим изменениям в освещен-
ности комнаты и потому более подвижна, а «Эльмер»
чаще простаивал на одном месте и медленнее реагировал
на свет.
Увлечение автоматическими игрушками, столь удачно
подражавшими отдельным моментам поведения живот-
ных, быстро охватило ученых. Они строили всё новых и
новых зверьков. Француз Альберт Дюкрок тоже построил
черепаху, которую назвал «Мизо». Он же сделал двух
электронных лисиц — «Джоба» и «Барбару».
«Джоб и Барбара дали нам спектакль столь же за-
бавный, сколь и неожиданный, — рассказывал Дюкрок.—
В то время как лис мирно продвигался вперед, Барбара
ластилась к нему, удалялась, чтобы вновь прийти при-
ласкаться, затем отходила, чтобы исполнить несколько
курбетов поблизости. Когда животные шли друг к другу
навстречу, можно было видеть, как они останавливались:
большой лис поворачивал тогда голову, в то время как
Барбара, казалось, находила удовольствие в том, чтобы
засвидетельствовать свою привязанность к старшему
брату, и оба снова отправлялись вместе».
Надо сказать, что создатель первых электронных
зверьков Грей Уолтер вовсе не собирался построить
именно черепаху. Облик лисы, белки, черепахи конструк-
торы придавали своим творениям ради занимательности,
не стремясь, впрочем, к полному внешнему сходству.
По существу, каждый из них строил вообще животное
какого-то совершенно неизвестного вида, сохраняя лишь
основное, общее многим простейшим животным свойст-
во — стремление двигаться на свет. Бабочки, мотыльки,
комары, например, всегда летят на огонек лампы. Они
делают это не раздумывая. Такая способность выработа-
лась еще у их далеких предков, и многие поколения
58
мотыльков и бабочек подчиняются теперь этому передан-
ному им по наследству качеству.
Все происходит совершенно автоматически. Свет по-
падает в глаз животного, раздражает чувствительные
нервные окончания, нерв возбуждается, и возбуждение
по нему передается в мозг или заменяющий его у насе-
комых центральный нервный узел. Оттуда приходит
приказ мышцам крыльев или лапок двигаться вперед,
назад или вбок. Это инстинкт, или безусловный реф-
лекс, — автоматическое ответное действие нервной
системы на раздражение извне.
Столь же автоматически совершают животные и го-
раздо более сложные действия. Строит ли пчела удиви-
тельно точно вымеренные шестиугольники сотов, плетет
ли паук геометрические кружева своей паутины, лепит ли
ласточка гнездо, охотится ли ящерица за мухой — все
это они делают не размышляя, инстинктивно, подчиняясь
«голосу предков». Вот почему низших животных назы-
вают нередко автоматами с жесткой программой.
И нас, людей, природа наделила в числе других
качеств подобной программой действия. Она заложила
ее в нашу нервную систему. Когда мы отдергиваем руку
от огня или отскакиваем от неожиданно оказавшейся на
дороге ямы, какие движения необходимо совершить,
«решает» сама нервная система, не утруждая нас раз-
думьями над тем, как согнуть руку, насколько поднять
ногу.
Может ли паук стать портным?
Но выживут ли животные, если будут поступать только
как автоматы? Оказывается, они все-таки меняют свое
поведение в соответствии с условиями, в которых оказы-
ваются. Пчелы вылетают из улья в разных направлениях
и все-таки находят дорогу назад. Паук в ветреную погоду
иначе располагает свою паутину, чем в тихие дни. Раки,
посаженные в норку с разными выходами, после несколь-
ких проб определяют наиболее короткий путь к воде.
Даже эти простейшие животные способны отвечать
более сложными действиями на меняющуюся обстановку.
59
У высших животных, и тем более у человека, такие услов-
ные, как их назвали, рефлексы — основной механизм,
управляющий поведением.
Любое внешнее воздействие, например, свист или
звонок, если он звучит в то же время, когда приносят
пищу, становится для животного условным сигналом
того, что сейчас должно наступить важнейшее для про-
должения жизни событие — дадут корм.
Сообщение об услышанном звуке поступает в цент-
ральную нервную систему — приходят сведения о запахе
мяса, его виде. Если оба сообщения несколько раз совпа-
дут по времени, то между этими двумя участками нерв-
ной системы образуется условная связь, позволяющая
организму быстрее реагировать на внешние воздействия.
Еще только звенит звонок, собака не видит и не чувствует
мяса, а ее желудок уже готов принять пищу.
Безусловные автоматические ответы организма сопут-
ствуют животным от рождения, превращая их, так ска-
зать, в узких специалистов. Молодой паучок, едва родив-
шись, уже умеет ткать паутину, пчела — строить соты,
маленькая тропическая птичкапортниха — «шить» гнез-
до. И эти врожденные рефлексы остаются неизменными
на всю жизнь — животные не могут переменить свою
профессию: паук так и останется ткачом, пчела — строи-
телем, птичкапортниха — швеей.
А подвижные, легко возникающие и быстро угасаю-
щие при ненадобности условные рефлексы позволяют
животным приспосабливаться к новым условиям, быстрее
находить пищу, ловчее избегать опасности, охранять
детенышей.
Как же образуется такая временная нервная связь,
где, в какой области центральной нервной системы она
формируется?
В прошлом веке французский физиолог Флуранс
вскрыл черепную коробку голубя и аккуратно удалил
главную часть центральной нервной системы — большие
полушария головного мозга. Голубь выздоровел и про-
должал жить. Но как не был он теперь похож на ту
подвижную, любопытную птицу, каким знали его в лабо-
ратории!
Голубь как бы потерял всякий «интерес к жизни». Он
60
не разучился есть, но ел, только когда натыкался на
кормушку, и мог не заметить ее, пройдя совсем близко.
Он не был слеп или глух, но словно не отличал окружаю-
щих его предметов друг от друга. И даже горланящие
птенцы не останавливали на себе его внимания. Он не
боялся теперь кошки и не защищался от нее.
Произошла удивительная вещь: животное преврати-
лось в своего рода автомат, обладающий только простей-
шими безусловными рефлексами. Выходит, ими заведуют
низшие отделы нервной системы — спинной мозг. А мо-
жет быть, и какие-то отделы головного мозга.
В лаборатории И. П. Павлова проделали решающий
опыт. У здорового пса выработали самые разнообразные
временные связи: между звонком и пищей, светом крас-
ной лампочки и болью от укола и т. д. А затем удалили
не все полушария, а только кору головного мозга — са-
мый верхний тоненький слой. И этого оказалось достаточ-
ным, чтобы собака все забыла: сколько ни звенел звонок,
обещавший вкусную еду, она не обращала на него ника-
кого внимания и при виде вспыхнувшей лампочки не
забивалась больше в угол клетки. Никакими стараниями
не удавалось теперь ни восстановить старые, ни выра-
ботать новые условные рефлексы.
Так стало ясно, что дуга условных, временных связей
проходит через самый верхний этаж головного мозга,
толщиной всего в несколько миллиметров.
С того дня, когда был проделан такой эксперимент,
прошел не один десяток лет. Но где именно проходит дуга
каждой вновь образующейся временной связи, в деталях
ученым не известно до сих пор. Они непосредственно мо-
гут проследить только внешнюю часть рефлекторной
дуги. Вот глаз собаки заметил загоревшуюся лампочку
или ухо уловило треск звонка, нервное возбуждение
передалось головному мозгу, и оттуда уже идет ответный
приказ слюнным железам начать работу.
Но как передалось возбуждение от зрительного или
слухового участка мозга к тому, который заведует пище-
варением? Черепная коробка скрывает от физиологов то,
что происходит под ее покровом. Ученые попадают в по-
ложение человека, которому дали в руки плотно закры-
тый ящик и заставили отгадывать, как он устроен.
61
Золотой ключик к «черному ящику»
Проблема «черного ящика», внутри которого нахо-
дится неизвестная электрическая схема, часто возникает
в электротехнике. Как же поступает инженер с запеча-
танным прибором, из которого наружу торчат только
вводные провода? По ним он может подводить ток боль-
шего или меньшего напряжения, изменять его силу, а
затем наблюдать, что получится, как ответит на эти воз-
действия загадочный «ящик». И на основе этого судить
о той электрической схеме, которая закрыта футляром.
Примерно так же поступали и физиологи все пол-
сотни лет, отделяющих нас от исследования Павловым
рефлексов. Они действовали на «черный ящик» мозга
светом или звуком и считали потом капли слюны, падаю-
щие в пробирку, выведенную для удобства наружу —
прямо на шею собаки. И, наблюдая начало и конец этого
процесса, высказывали предположение о том, что проис-
ходит «за закрытыми дверями».
Теперь, как мы знаем, самые разные явления, совер-
шающиеся в живом организме, научились выражать язы-
ком электричества. Нельзя ли изобразить в виде электри-
ческой схемы и ту нервную цепочку, которая образует
дугу рефлекса? Вот так и появилась на свет черепаха —
электронная модель рефлекса.
Электрические схемы «Эльси» и «Эльмера», соединяв-
шие фотоэлемент-глаз с моторчиками-мышцами, воспро-
изводили дугу безусловного, врожденного рефлекса. Под
действием света в фотоэлементе рождался крохотный
родничок электротока. Отсюда он попадал на контакты
реле, которое и включало моторчик.
Вскоре Грей Уолтер разобрал «Эльси» и из состав-
лявших ее частей собрал новую черепаху. Он добавил в
ее устройство еще одну деталь — микрофон. И черепаха,
помимо «зрения» и «осязания», обрела еще «слух».
Теперь опыты несколько изменились. Вот Грей Уолтер
принес «корм», то есть зажег лампу, и пустил черепаху
на пол. Как только она поворачивала на свет, он начинал
насвистывать. Черепаха, не обращая внимания, ползла
к лампе.
В следующий раз повторилось то же самое. А затем
62
произошла удивительная вещь. Однажды Грей Уолтер,
как обычно, пустил черепаху на пол и, вместо того чтобы
зажечь лампу, просто свистнул. Черепаха тотчас двину-
лась к нему, словно «вспомнив», что вслед за этим сигна-
лом дается «корм».
Это свойство, характерное для живых существ, было
«сконструировано» заранее. Между фотоэлементом и
микрофоном Грей Уолтер поставил обыкновенный элект-
рический конденсатор. Когда свет и звук свистка во
время подключения аккумулятора совпадали, конденса-
тор заряжался, и обе электрические цепи — связывающая
фотоэлемент с моторчиком и микрофон с тем же мотор-
чиком — соединялись. Теперь достаточно было любого
из этих сигналов — либо света, либо звука, — чтобы
мотор заработал и привел черепаху в движение.
Когда же совпадения кончились — черепахе вновь и
вновь подавали сигнал только свистком, не давая затем
«корма», — конденсатор разрядился, и рефлекс «угас».
Электронный зверек снова шел только на свет, не обра-
щая внимания на свистки, хлопки и другие звуки, кото-
рыми пытались его отвлечь от цели. И не удивительно:
ведь работала только одна электрическая цепочка —
световая.
Так была впервые создана модель условного реф-
лекса. Грей Уолтер недаром назвал своего нового пи-
томца «Кора», что по-английски сокращенно означает:
«прообраз условного рефлекса».
Разумеется, из этого вовсе не следует, что в живом
организме тоже есть какие-то подобия электронных
ламп или реле, то есть, что дуга, образующая рефлекс,
состоит из электрических деталей, напоминающих те, что
составляют «начинку» черепахи.
Когда другие ученые стали строить новых черепах,
никто из них не повторил электрическую схему «Коры».
Советские инженеры, собирая электронную черепаху в
Институте автоматики и телемеханики, воспроизвели
несколько другой рефлекс. Свист или просто окрик
«стой» связывался на этот раз не с кормом, а с появле-
нием препятствия. «Услышав» этот сигнал, черепаха
замирала, словно наткнувшись на ножку стола, и начи-
нала искать обход несуществующей преграды.
63
«Запоминал» совпадение сигналов теперь уже не кон-
денсатор, а тепловое реле — две скрепленные вместе
металлические пластинки с разными свойствами. Одна
от электрического тока разогревается быстро, другая —
медленно. Первая, нагревшись, удлиняется, вторая —
сохраняет почти те же размеры. В результате кончик
двойной пластинки изгибается, замыкая электрическую
цепь, ведущую к мотору. Через минуты две, когда пла.-
стинка остынет, контакт нарушается, и черепаха «забы-
вает» про предупреждающий свисток.
«Тортила», с которой я познакомилась в Киеве, не
просто ищет свет, но, добравшись до него, сама вклю-
чается в штепсель. Ленинградцы продемонстрировали
мне нового зверька — электронную собаку. Она не
только обходит препятствия, но и чувствует ямы и ка-
навки, попадающиеся ей на пути. Ее можно, например,
пустить гулять по столу, и она примется бегать по нему,
ловко увертываясь от «пропасти» — края стола.
Все эти зверьки, по-разному устроенные, имитируют
условный рефлекс.
Пока черепах строили инженеры, они мало задумы-
вались над этим. Их гораздо больше интересовали
профессии, которыми черепахи могли в будущем овла-
деть. Они мечтали, как такие электронные автоматы
пройдут по неизведанным долинам иных планет, «уви-
дят», «услышат», «ощупают» все, что попадется им на
пути, и подробно сообщат на Землю...
А физиологи, собрав схему электронных зверьков раз
попроще, другой посложнее, третий — не похоже на оба
первые раза, получили наглядное подтверждение давно
вызревавшей у них мысли: значит, действительно у раз-
ных животных возможны разные нервные механизмы
условного рефлекса.
Каковы же они конкретно? Что представляет собой
та загадочная живая схема, которую так тщательно за-
прятала природа от постороннего глаза?
На это ответить не так просто. Предстоит построить
еще не одного электронного зверька и провести не одну
сотню опытов на животных, добиваясь все большего
сходства в работе электрической и нервной цепи. И ко-
64
гда-нибудь электронная «Тортила» вручит наконец пыт-
ливым исследователям волшебный золотой ключик,
открывающий загадочный «черный ящик» — думающий
мозг,
«Мы думаем сердцем»
Пожалуйста, не воображайте, что на пресловутый
вопрос, чем мы думаем, очень легко ответить. Сказать
«головой» — это еще ничего не сказать. И если уж быть
справедливыми, надо признаться, что люди вообще срав-
нительно не так давно догадались, что они думают голо-
вой.
Еще мудрый философ Аристотель, имевший совер-
шенно правильное представление о многих сложных
явлениях природы, всерьез полагал, что мы думаем...
сердцем. Мозг же Аристотель считал «подсобным» орга-
ном, вырабатывающим особую слизь, которая стекает
к сердцу и охлаждает его.
Но даже когда сообразили, что распорядитель всех
наших действий и поступков мозг, долго не удавалось
хотя бы в принципе понять, как он работает. Одни считали
его просто местом обитания таинственной «души», будто
бы источником жизни и рассудка человека. Другие
предполагали, что мозг вырабатывает мысли, все равно
как селезенка — кровь или печень — желчь.
Помочь разобраться в его работе могли только экс-
перименты с самим живым мозгом. Но, когда физиологи
заглянули внутрь черепной коробки, они увидели только
серое желеобразное вещество, изогнутое складками, а
под тонким слоем коры — более плотную белую под-
кладку.
Химический анализ дал еще более удивительный
результат: думающий мозг состоял главным образом из
воды, небольшого количества белков и других столь же
обычных веществ. Никаких видимых следов работы в
думающем мозге. Где же прячется загадочная мысль?
На мозг направили микроскоп: может быть, в него
удастся увидеть то, что недоступно глазу. Так стало ясно,
что кора — это непосредственно нервные клетки, распо-
5 Е. Сапарина
65
ложенные в несколько слоев друг над другом, а белое
вещество — нервные волокна, связывающие между собой
разные этажи мозга и идущие от него к рукам, ногам и
другим «механизмам» нашего тела.
Но, глядя в микроскоп, не проследишь, куда идут, где
перекрещиваются или объединяются многочисленные
нервные волокна. Как распутать это хитросплетение? На
помощь пришло электричество. Обнажив мозг животного
и искусственно раздражая его электрическим током,
физиологи получили возможность наглядно убедиться,
какой участок коры за какие наши действия и ощущения
отвечает.
Можно поступить иначе. Не вводить ток снаружи, а
отводить тот, который возникает в работающем участке
мозга. Правда, он гораздо слабее, в тысячи раз меньше,
чем текущий по нерву. Поэтому первую запись биотоков
мозга удалось сделать всего лет тридцать назад. Совет-
ские ученые и инженеры сконструировали прибор, кото-
рый улавливает биотоки сразу во многих местах. На
экране вспыхивают пятьдесят светящихся точек, располо-
женных рядами на фоне контура мозга.
Когда такой «телевизор мозга» подключили к голове
человека, решающего арифметическую задачу, точки,
только что ровно мерцавшие, в одном месте вспыхнули
яркими звездами, в то же время соседние начали све-
титься слабее или даже совсем погасли. А как только
задача была решена, все пятьдесят точек снова засияли
ровным блеском.
Стало быть, когда мы думаем над математической
задачей, этому должны соответствовать свои биотоки, а
когда размышляем о том, где провести лето, — другие.
Нельзя ли, в таком случае, с помощью «телевизора моз-
га» узнать, как мы думаем?
Одно время предполагали, что таким способом удаст-
ся не только проследить за механикой мышления, но и
просто читать чужие мысли. Стоит, скажем, усилить ваши
биотоки и передать их не на измерительный прибор, а
на голову соседа. Не начнет ли он, так сказать, думать
не своими мыслями, а вашими? Такие опыты были про-
деланы, но человек с приставленными электродами так и
не узнал, о чем думал его товарищ.
66
Исследованию биотоков мозга принадлежит большое
будущее. Вполне возможно, что со временем удастся
создать сверхчувствительный «телевизор мозга», в кото-
ром будут тысячи или даже миллионы крохотных элек-
тродов, так что станет возможным отвести биоток от
каждой отдельной нервной клетки.
Но изучение все более и более мелких деталей строе-
ния мозга — это лишь одна сторона проблемы.
Дело в том, что мысль не рождается в отдельной кле-
точке, мыслит весь мозг, как единый слаженный меха-
низм, всей совокупностью бесчисленных нервных клеток.
Ученые оказались перед необходимостью попытаться
представить, как действует этот загадочный агрегат в
целом. Они опять обратились к моделям.
Механические куклы часовщика Дро
Однако не так-то просто подобрать правильный про-
образ к удивительному механизму, запрятанному у нас
в голове. Первым работу живого мозга сравнил с маши-
ной известный французский ученый Рене Декарт, жив-
ший еще в XVII веке. Самым сложным и тонким меха-
низмом в те времена были часы, и Декарт, наблюдая за
их работой, пришел к выводу, что и наша нервная си-
стема — своего рода часовая пружина, которая приводит
в движение мышцы рук, ног, сердце, легкие...
Получается что-то вроде музыкальной табакерки из
сказки Одоевского: царевна-пружинка то скрутится, то
распрямится и толкнет молоточки. Дядьки-молоточки
стукнут мальчиков-колокольчиков — оживет, зазвенит,
задвигается сказочный город Динь-динь. Только вместо
колокольчиков и молоточков приходят в движение те
или иные мускулы в нашем теле.
Это было тем более похоже на правду, что удалось
построить модели механических людей, действующие как
раз по такому принципу.
Толпы людей стремились попасть на выставку, где
демонстрировались «механические куклы». Любопытные
съезжались из всех окрестных селений, а слух о чудесах,
67
которые здесь показывали, распространялся все дальше
и дальше.
«Правда ли, что какой-то швейцарец сделал механи-
ческого человека, умеющего писать?» — спрашивали те,
кто еще не успел побывать на выставке.
«Сам видел, — отвечал счастливец. — Небольшой
такой человечек, ростом с пятилетнего ребенка, стара-
тельно макает перо в чернильницу и пишет целые фразы,
вроде: «Своему родному городу Жаке от Дро». Дро —*
это имя того швейцарца, который сделал писца. И таким
красивым почерком, ровными строчками! Непременно
посмотрите».
Зрелище действительно было удивительное. Механи-
ческий писец наклонял голову, как бы читая написанное
или думая над продолжением фразы. А закончив писать,
как и любой человек на его месте, посыпал бумагу пес-
ком, чтобы просушить чернила.
Еще больше поражал посетителей механический рисо-
вальщик, который вместо гусиного пера орудовал каран-
дашом, вырисовывая разные фигурки. И тоже с останов-
ками, словно размышляя, как провести черту. Рисунки
получались очень похожими на оригинал, и даже король
Франции Людовик XV узнал себя на портрете, сделанном
механическим художником.
Наибольший же успех выпал на долю механической
музыкантши, которая легко и четко играла на фисгар-
монии быстрые пассажи, точно ударяя по клавишам. Во
время игры она двигалась, как бы взволнованно дыша,
а в конце, как настоящая музыкантша, низко склоняла
голову перед публикой.
Движения этих механических людей были так естест-
венны, что невольно возникало сомнение в том, что это
механизмы. Но Пьер Дро открывал дверцу в спине писца,
рисовальщика, музыкантши, и перед изумленными посе-
тителями представали пружины вроде тех, что заставляют
работать обычные часы. Они приводили в действие зуб-
чатые колеса и всевозможные рычажки. Внутренность
механических людей и в самом деле представляла собой
часовой механизм. И сами андроиды, как стали имено-
вать эти автоматические куклы, что значит «человеко-
подобные», правильнее было бы просто назвать часами»
68
Вскоре француз Жан Вокансон построил флейтиста,
который исполнял одиннадцать разных пьес, а немец
Иоганн Кауфман — трубача, игравшего на настоящей
трубе. Но кого бы ни копировали в дальнейшем андро-
иды, это были просто разновидности часов. Недаром их
строили главным образом часовщики.
Декарт понимал, что в живом организме нет в бук-
вальном смысле зубчатых колес, как в часах. Но он счи-
тал, что, когда мы, к примеру, укололись иголкой, в
нерве, идущем от ладони к мозгу, натягивается тоненький
тросик. Он оттягивает какой-то клапан в мозгу, и оттуда
по трубке устремляется к мышце «нервный газ». Мышца
раздувается и сокращается.
Все происходит очень быстро, и в результате, уко-
ловшись иголкой, человек моментально отдергивает руку.
«Это сработал «часовой механизм», запрятанный у него
в голове», — говорил Декарт.
Нам нетрудно сейчас убедиться, что работа мозга,
управляющего движениями наших рук, ног, глаз, мало
похожа на то, что происходит в часовом механизме.
Но и в этой первой примитивной модели мозга было
рациональное зерно: Декарт первым понял, что между
внешними органами и мозгом существует связь, которую
осуществляют нервы. В ответ на сообщение об уколе,
идущее от чувствительных нервных окончаний в той же ла-
дони, наш мозг посылает приказ мышце отдернуть руку.
Это была уже известная нам дуга рефлекса — одно
из простейших проявлений деятельности высших отделов
нашей нервной системы. Именно Декарт правильно по-
нял, что даже для этого необходимо какое-то автомати-
ческое устройство. Дальнейшие споры шли только о при-
роде самого управляющего мозгового механизма.
«Алло! Соедините меня с желудком!»
Иван Петрович Павлов забраковал часы. «Наш
мозг — это автоматическая телефонная станция», — лю-
бил он повторять.
Нервные импульсы, идущие от органов чувств, посту-
69
пают в кору мозга — каждый в свой отдел. И здесь
между отдельными участками коры образуются времен-
ные замыкания — наподобие того, как на телефонной
станции соединяются в одну цепочку провода от вашего
телефона и телефона, установленного в квартире вашего
школьного товарища.
Раньше оба провода соединяла, вставляя специальный
контакт, телефонистка. Теперь вы только набираете нуж-
ный номер телефона, и автомат сам производит необхо-
димое соединение.
Но вот вы кончили говорить с товарищем, положили
трубку, и цепочка разъединилась. Теперь вы набираете
новый номер, и автомат на телефонной станции соеди-
няет на время разговора провод от вашего телефона с
тем, который стоит, допустим, в библиотеке.
«Такой автоматический переключатель, по-видимому,
действует и в нашей голове, — говорил И. П. Павлов. —
Он соединяет отдел мозга, ведающий зрением, например,
с тем, который отвечает за пищеварение, и собака при
одном только виде зажженной лампочки начинает «исте-
кать слюной».
«Алло! Соедините-ка меня побыстрее с желудком! —
как бы говорит уловивший свет зрительный отдел коры.
И сообщает: — Готовься к приему пищи, сейчас прине-
сут миску с едой».
Но вслед за зажиганием лампочки больше не следует
кормежка, и эта связь размыкается. Зато теперь еду
приносят после звонка. Й загадочный автомат в нашем
мозгу «переключает контакты»: образуется новая линия
связи — между пищевым и на этот раз слуховым участ-
ками.
Это сравнение гораздо полнее отражало особенности
работы мозга. Чудо XVIII века — забавные андроиды —
перекочевали из дворцов и выставочных залов в музеи и
здесь безмолвно покрывались пылью: никто не интере-
совался больше этими механическими куклами. Инже-
неры строили электрических людей — громоздких дико-
винных роботов.
Как-то американский инженер Венсли пригласил к
себе в лабораторию журналистов и познакомил их с
«мистером Телевоксом». Громадный детина с квадрат-
70
ной головой, нелепыми растопыренными руками и нога-
ми, нарисованными прямоугольными глазами и тре-
угольным носом по приказу хозяина пускал в ход венти-
лятор, зажигал в комнате лампы, открывал дверь, вклю-
чал пылесос. Приказы Венсли передавал ему по телефону
свистком.
«Мой робот, если отбросить его оболочку, представ-
ляет собой автоматическую телефонную станцию, к кото-
рой в качестве абонентов присоединено несколько элект-
ромоторов. Эти-то электромоторы и производят все
действия, которые вы только что видели, — раскрыл сек-
рет Венсли. — Первая половина его имени, «теле», —
греческая и значит «далекий». Вторая, «воке», — латин-
ская и означает «голос». Таким названием я хотел под-
черкнуть способность этого автомата отвечать на голос,
идущий издалека».
Андроидам изо всех сил старались придать челове-
ческий облик: наряжали в шелковые камзолы и платья,
надевали на них парики, своими движениями они стара-
тельно копировали людей. Тяжелые, неуклюжие «Теле-
вокс» и его братья с начинкой из проводов и катушек
лишь отдаленно напоминали человека. Зато они могли
выполнять за него полезную работу. «Телевокса», напри-
мер, заставили дежурить на электрической подстанции,
и по распоряжению диспетчера он пускал или останавли-
вал запасные машины. Больше того: когда выключался
автоматический предохранитель, «Телевокс» звонил на
центральный пульт управления.
«Говорит «Телевокс», — раздавалось в трубке, —
предохранители выключились. Как быть?»
И, получив распоряжение, робот принимал необхо-
димые меры. Дежурил «Телевокс» и у водонапорных
баков на нью-йоркском небоскребе. Он следил здесь за
уровнем воды и в зависимости от него пускал или оста-
навливал насосы.
Роботов научили «осмысленно» говорить. Детище
англичанина Ричардса стальной «Эрик» отвечал на во-
просы о том, какой теперь час, число, месяц. Его зна-
комство с широкой публикой началось с доклада, который
он произнес в научно-техническом обществе об итогах
истекшего года. На Чикагской выставке 1933 года, кото-
71
рая называлась «Столетие прогресса», другой робот
читал лекцию о пищеварении и демонстрировал на себе
самом устройство желудка и кишечника.
Но значит ли, что электрические роботы при этом
что-то соображали, думали? Конечно, нет, они ничего не
могли сделать самостоятельно и лишь механически вы-
полняли некоторые автоматические действия, повинуясь
приказам, переданным по проводам в их телефонное нут-
ро. «Телевокс» не мог вместо пылесоса включить утюг,
если его не соединяли предварительно со шнурком, иду-
щим от утюга. Говорили роботы только то, что было
заранее записано на пленку и вставлено в них. И когда
один из любопытных корреспондентов вместо «который
час» спросил у «Эрика», что он думает о сегодняшней
погоде, наступило тягостное молчание: ответа на этот
вопрос не было на вложенном в робот ролике пленки.
Тем не менее роботы тоже представляли собой попыт-
ку создать модель мозгового механизма — этого авто-
матического переключателя, как думали еще недавно.
Как же, собственно, происходит такое «переключение
контактов» в живом организме?
Таинственный вычислитель
Известно, что возбуждение от чувствительных окон-
чаний в коже руки, ощутивших укол иголкой, бежит по
нерву. Но вот оно пришло в мозг, где ниточка нерва кон-
чается, входя в самую нервную клетку, от которой во все
стороны отходят многочисленные короткие отростки.
Рядом с ней — множество других таких же ветвистых
клеток, отростки которых почти касаются друг друга.
Нервное возбуждение может распространяться дальше
в любом направлении через образующие непрерывную
дорожку отростки разных клеток. Оно может двигаться
по кругу и обогнуть почти весь мозг, пройдя через мно-
жество таких замкнувшихся в единую цепь нервных кле-
ток. А может перекинуться только на одну соседнюю
клетку. Куда будет двигаться волна возбуждения, зави-
сит от того, какие отростки соседних клеток соединятся
в единую цепь.
72
Долгое время ученые вообще не могли объяснить, как
происходит такое соединение. Когда же обнаружилось,
что отростки нервных клеток покрыты крошечными вы«
ростами — «шипиками», — роль переключателей, замы-
кающих нервные цепи, была единодушно отведена им.
Что же касается самого замыкания, то поначалу пола-
гали, будто оно происходит чисто механически: шипики
двух соседних отростков вплотную прикладываются друг
к другу и пропускают через себя нервное возбуждение.
Но тогда приходилось предполагать, что сами нервные
клетки способны двигаться или, вернее, шевелить своими
отростками, как щупальцами. Это было маловероятно.
Постепенно физиологи все больше убеждались: отзо-
вется нервная клетка на импульсы возбуждения или нет,
зависит от того, в каком состоянии она в этот момент
находится. В одном случае клетка свободно пропускает
через себя волну возбуждения, в другом — оказывается
запертой.
Но мог ли сам живой, действенный мозг выполнять
только роль пассивного переключателя с одной нервной
цепи на другую? Ведь наблюдения показывали, что даже
для выработки правильной команды, каким мышцам со-
кратиться, каким, наоборот, распрямиться и насколько,
чтобы наша рука или нога совершила нужное движение,
ему необходимо решить целые системы дифференциаль-
ных уравнений. Причем таких задач мозгу приходится
решать в секунду десять—двенадцать штук.
Таким же вычислением занимается мозг и когда ему
надо определить, сколько света попадает в данный мо-
мент в глаз и, стало быть, насколько надо сузить или
расширить зрачок, чтобы изображение получилось ясным,
отчетливым. И в целом ряде других случаев. Никакой
АТС это не под силу. Поэтому живой мозг напоминает
скорее быстродействующую счетную машину.
Электронные счетные машины уже совсем не похожи
на людей. Это просто ящики, занимающие нередко целую
комнату, а то и несколько этажей большого здания. Но
зато действия этого устройства во многом очень сходны
с работой живого мозга.
Фактически самое сложное математическое действие
механический вычислитель сводит к длинному ряду про-
73
стых арифметических сложений, только машина произ-
водит их молниеносно. Но при такой стремительной быст-
роте счета никакой оператор не успеет направлять ее,
подсказывая последовательность действий. Пришлось
живого оператора заменить соответствующей логической
схемой.
Поскольку любое логическое рассуждение можно све-
сти к простым вопросам и ответам: включать — не вклю-
чать, или еще проще: да — нет, то его тоже оказалось
нетрудно перевести на язык математики и заставить
электронные лампы самостоятельно выполнять такие пе-
реключения с одной счетной операции на другую.
Получилась система автоматических переключателей,
действовавших гораздо более гибко, чем «искатели» на
телефонной станции. Телефонные контакты лишь пере-
ключают абонента с одной цепи на другую, а в электрон-
ной счетной машине они фактически руководят ее ра-
ботой.
Вот почему она так напомнила живой работающий
мозг с его загадочными нервными переключателями, бла-
годаря которым замыкаются и размыкаются многочис-
ленные цепочки из нервных волокон и организм получает
возможность в совершенстве регулировать разнообраз-
ные жизненные процессы — управлять сам собой.
Роль нервных клеток выполняют в машине электрон-
ные лампы, обладающие способностью либо пропускать
электрический ток, либо запирать его, благодаря чему
очень напоминают поведение нервных клеток. Это главное
содержимое таких машин. Но, как и в живом мозге, важ-
ны не они сами по себе, а то, как они соединены в единую
работающую схему. Чтобы составить схему машины, ко-
торая могла бы считать с молниеносной быстротой, уче-
ным пришлось, помимо ламп, включить в нее еще одно
устройство — запоминающее: магнитную пленку или те-
левизионную трубку, способные, подобно человеческой
памяти, долго сохранять запечатленные на них сигналы.
Пришлось также воссоздать в виде электрических
схем правила, по которым решаются задачи: снабдить
машину своего рода программой действия. Этим, собст-
венно, электронные машины и отличаются от всех своих
предшественников: тем давали конкретное задание, а их
74
совершенным собратьям — только основную программу,
следуя которой одни и те же радиолампы вычисляют
в одном случае орбиты планет, в другом — прогноз по-
годы. Подобно этому и живой мозг может, руководству-
ясь разными программами, решать самые различные
задачи.
Как выяснилось теперь, сходство это выходит далеко
за рамки только математических способностей. Считаю-
щая электронная машина оказалась в силах производить
и логические операции, которые раньше мог выполнять
только живой мозг. Вот почему электронная счетная ма-
шина — наиболее правильная из всех предлагавшихся
раньше моделей нашего мыслительного механизма.
Когда занялись сравнительным исследованием дейст-
вий электронной машины и работы живого мозга, роди-
лась новая наука — кибернетика, или управление и
связь в живых организмах и машинах, как назвал ее
американский ученый Норберт Винер, первым проведший
аналогию между работой мозга и электронных вычисли-
тельных машин.
Как кибернетика вернулась в биологию
В конце войны в Мексиканском институте кардиоло-
гии, где находились на исследовании больные самыми
различными расстройствами нервной системы, появился
странный посетитель. Говорили, что он американец, друг
профессора клиники Артуро Розенблюта. Приезжий не
вмешивался в ход лечения. Он только присутствовал при
осмотре и обследовании больных, изредка записывая что-
то в блокнот.
Если бы кто-нибудь из пациентов заглянул в этот
блокнот, он, вероятно, очень удивился бы: листы бумаги
были сплошь исписаны цифрами и формулами. Ученый
и в самом деле не был медиком. Это был профессор ма-
тематики Массачузетского технологического института,
широко известный сейчас Норберт Винер.
Математическими уравнениями он пытался описать
простейшие действия нервной системы. Самое удивитель-
ное, что Винеру не пришлось придумывать для этого
75
какую-то новую формулу — «формулу условного реф-
лекса». Он воспользовался уже готовыми уравнениями,
применяющимися в технике для описания работы авто-
матического управляющего устройства.
Чем больше Винер размышлял о том, как произво-
дится управление нашим телом, тем все более ясно ему
становилось, что в принципе оно не отличается от работы
технического авторегулятора.
В центральный пульт управления — мозг — по нер-
вам поступают самые различные сообщения о том, что
происходит вокруг. Мозг разбирается в этой информации
и отдает соответствующий приказ мышцам: согнуть руку
в локте, развести пальцы в стороны и т. д. Наш мозг —
это не просто автомат-вычислитель, а своего рода
командный пункт, соединенный линиями связи — нерва-
ми — со всеми исполнительными механизмами тела.
«Мне стало ясно, — рассказывал Винер, — что совре-
менная сверхбыстрая вычислительная машина в прин-
ципе является идеальной «центральной нервной систе-
мой» для устройства автоматического управления. Ее
входные и выходные сигналы не обязательно должны
иметь вид чисел или графиков, а могут быть также
показаниями искусственных органов чувств, например
фотоэлементов или термометров, и соответственно сигна-
лами для двигателей и соленоидов».
Но далеко не сразу таким машинам поручили управ-
ление хотя бы отдельным станком. Первой профессией,
которой овладели кибернетические машины, была спе-
циальность вычислителя. Прежде всего их заставили
решать задачи, которые при ручном счете математики не
успели бы закончить за всю свою жизнь. Благодаря же
своим электронным помощникам, каждый из которых
заменяет по меньшей мере сто тысяч человек, они теперь
признают простой задачу, на решение которой раньше
требовалось сто лет непрерывной работы одного вычис-
лителя.
Постепенно электронным машинам стали доверять
самостоятельные участки работы. Знаменитая промыш-
ленная компания США «Дженерал электрик» еще в 1954
году «приняла на работу» электронного бухгалтера. Те-
перь дневную выработку каждого рабочего учитывает
76
машина. Она же начисляет налоги, премии и даже выпи-
сывает чек в банк.
Все банковские операции — начиная от проверки
поступающих счетов и кончая выплатой — также произ-
водит машина. После чего беспристрастный электронный
бухгалтер подводит итог, сообщая, сколько денег было в
банке до выплаты и сколько осталось.
Несколько лет назад наши друзья чехи на время
заготовки сахарной свеклы, поступающей в большом
количестве от кооперативов и отдельных крестьян, при-
гласили электронного учетчика с ближайшей машинно-
счетной станции. И заготовка сырья была проведена
быстрее, чем раньше. Теперь каждую осень сахар-
ные заводы прибегают к помощи вычислительной
техники.
В Англии построен электронный плановик, который
обрабатывает заказы, получаемые одной из фирм, и
выдает готовые ведомости, где оценена полная стоимость
продукции, а также перечислены необходимые материалы
и указано, сколько для их переработки понадобится
машин и рабочих.
Незаметно счетные машины перестали быть только
счетчиками: на основе переработанных сведений они
выдавали конкретные рекомендации — что и как необ-
ходимо сделать.
Это срабатывало логическое устройство, методично и
последовательно выбиравшее, поступить так или иначе.
То самое устройство, которое поначалу должно было
только решать: что делать после того, как числитель,
например, будет разделен на знаменатель.
Логические способности счетных машин были оце-
нены не сразу. Но потом сообразили, что точно так же
машина может решать: включать ли станок после того,
как на нем установлена деталь, подавать ли в домну
кислород, если термометр показывает такую-то темпера-
туру. Тогда стало возможным уложить в эти логические
«плюсы» и «минусы» очень многие сознательные дейст-
вия человека, работающего на производстве.
Так появился электронный металлообработчик, элект-
ронный инженер, электронный химик, электронный дис-
петчер, электронный машинист...
77
Фрезеровщик или токарь не может просто взять кусок
металла и начать его обрабатывать на станке. Ему
необходимо пока иметь черновую болванку. Электронный
фрезеровщик не нуждается ни в чертеже, ни в рисунке.
Ему дают только численные размеры будущей детали.
Он сам вычислит по ним ее профиль и включит фрезу,
а затем примется непрерывно сравнивать очертания
обрабатываемой болванки с теми размерами, которые
он вычислил. Когда заданные размеры и форма детали
совпадут с получившимися, это будет означать, что авто-
матический токарь или фрезеровщик выполнил поручен-
ную ему программу работы. Такие станки с программ-
ным управлением уже появились в заводских цехах.
На Нижне-Тагильском металлургическом комбинате
счетная машина автоматически управляет целым рельсо-
балочным станом, заменив 58 человек. Счетно-решающее
устройство «Прокат» за доли секунды вырабатывает
план раскроя металлических полос и передает свои
расчеты громадным ножницам.
На одной из опытных промышленных электропечей
для плавки стали установлен сталевар-автомат. Он по-
стоянно измеряет величину тока и в соответствии с
заданием изменяет количество питающей печь электро-
энергии. Специально для нашего отечественного зарода
синтетического каучука построен электронный технолог
«Марс-300». Он контролирует температуру и другие
необходимые показатели сразу в 300 точках. И, если
обнаруживает отклонение от нормы, немедленно сигна-
лизирует.
Кибернетические машины появляются и на транс-
порте. На одной из подмосковных линий счетную машину
испытывали в роли автомашиниста. Он исправно менял
скорость на спусках и подъемах, не теряя времени пона-
прасну и не дергая состав, внимательно следил за сигна-
лами семафоров и стрелками. Электронный машинист
как бы непрерывно решал уравнение движения и выби-
рал наилучший вариант при данном профиле пути.
Любопытно, что он не только ни разу не ошибся, но даже
сам обнаружил неточность в составленном для него рас-
писании. Чтобы выполнить задание и прийти на конечную
станцию вовремя, автомашинист в середине пути оста-
78
новил поезд и, простояв полторы минуты, снова двинулся
вперед.
Аналогичный случай произошел и на перегоне мос-
ковского метро. По графику от станции Белорусской-
кольцевой до Краснопресненской поезд должен затратить
две минуты пятнадцать секунд. Но ведь всего заранее не
предусмотришь. Так и тут: посадка затянулась на десять
лишних секунд. Тогда электронный машинист на ходу
высчитал, с какой скоростью надо идти составу, чтобы
прибыть на станцию Краснопресненскую вовремя, и
ровно по графику остановился у платформы. «Граждане
пассажиры, этим поездом управляет счетно-решающая
электронная машина...» — эти слова довелось уже
слышать многим тысячам москвичей во время пробных
рейсов состава с электронным машинистом.
Другой автоматический транспорт — автобус без
водителя — еще не проходил по улицам города. Он пока
путешествует по комнате Ленинградского электротехни-
ческого института связи. Кибернетический автобус-
игрушка старательно объезжает препятствия, послушно
замирает у светофора...
Если бы он ехал по улицам Ленинграда, то, остано-
вившись перед красным светом на углу Невского про-
спекта и Полтавской улицы, повстречал бы своего
кибернетического собрата. Нет, не самоходное такси или
грузовик. Электронная машина выполняет на этом пере-
крестке роль самого светофора, управляя потоком автомо-
билей и автобусов.
Кибернетический светофор — это небольшой метал-
лический ящик, подвешенный на стене дома. К нему по
проводам от чувствительных рамок, спрятанных под
асфальтом, стекаются сведения о том, сколько машин
подошло с разных сторон к перекрестку. Светофор вы-
числяет, как сделать, чтобы машины ждали недолго и
пешеходы успевали переходить улицу. В зависимости от
количества машин он подыскивает наиболее экономный
интервал между переключением красного и зеленого
света.
О возможностях, которые открывают электронные
машины перед специалистами разных отраслей науки,
промышленности, хозяйства, можно рассказывать очень
79
много. Но, пожалуй, самое интересное то, что сейчас эти
машины появились и в лабораториях биологов. Порази-
тельные способности «думающих» машин и их трудовые
успехи как-то заслонили на время тот факт, что они
представляют собой попытку моделировать действия
мозга. И, поскольку механизм его действия досконально
неизвестен, кибернетические машины открывают перед
физиологами поистине неограниченные возможности ис-
следования этого командного пункта организма.
Машина пошла в магазин
Норберт Винер, первым проведший аналогию между
мозгом и кибернетической машиной, впервые и проверил
свою гипотезу на модели. Он смоделировал простейший
нервный механизм управления в живом организме —
безусловный рефлекс. Так в Мексиканском институте
кардиологии появились предки электронных черепах —
«моль» и «клоп»: одна всегда поворачивавшая к свету,
другой — скрывающийся в темноте. Электронные зверь-
ки — это первые кибернетические если не машины, то
машинки, использованные биологами в своих исследо-
ваниях.
Чего же можно ожидать от исследований электрон-
ных зверьков в будущем? Не так давно английские
кибернетики, обсуждая возможности моделирования раз-
личных типов поведения животных, придумали много
интересных, хотя, возможно, и несколько сумасбродных,
по их собственному признанию, проектов.
«Электронных животных можно заставить, например,
играть в пятнашки, — говорят они. — Это вполне реально
и легко выполнимо. Уже существующие модели могут
гоняться друг за другом. Все, что нужно, — это устано-
вить в них новый «мозг», который мог бы размышлять,
«тот ли это игрок или не тот». Затем можно «мозг»
повредить и исследовать, какое влияние повреждение
мозга будет оказывать на длительность того времени,
которое необходимо животному для правильного угады-
вания».
Если же наделить искусственных животных чувством
80
направления, хотя бы с помощью простого волчка-
гироскопа, то они смогут играть в футбол игрушечным
мячом. И тогда можно разделить их на две партии и
наглядно изучать различные варианты игры.
Довольно легко также заставить кибернетические
машинки уплачивать за что-нибудь стальными монетами,
которые они будут находить на полу. «Они могли бы ко-
пить деньги, — говорят исследователи, — и тратить их,
когда им придется платить за зарядку своего аккумуля-
тора или захочется проиграть пластинку на автоматиче-
ском граммофоне».
Наиболее любопытный из предложенных проектов —
это ввести в общество животных «преступника», который
крал бы у других монеты. «Интересно, поймет ли машина,
что преступление невыгодно?» — задают вопрос ученые.
За несколько шутливой формой этих экспериментов
скрываются важные биологические проблемы — раз-
гадка разумного, целесообразного поведения живых ор-
ганизмов, механики рефлекторных действий.
Кстати говоря, рефлекс не обязательно моделировать
с помощью электронных зверьков. Можно задать про-
грамму его и настоящей электронно-счетной машине.
Такой эксперимент впервые был проделан в Кембридж-
ском университете на автоматической вычислительной
машине «Эдзак». Программа ее была составлена так,
что по команде она печатала случайные числа, без вся-
кой определенной последовательности. Оператор про-
сматривал их и, нажимая специальную клавишу, сооб-
щал машине, насколько она близка к истине, то есть
похоже ли выдаваемое ею число на задуманное им.
Этот опыт напоминает известную игру, которой все
мы увлекались в детстве: поиски спрятанной книги или
мяча по «подсказке». Ведь там тоже кто-то ищет нужный
предмет, случайно перебирая все, что попадает под руку,
а остальные хором подсказывают: «горячо» или «холод-
но» — близка разгадка или нет.
В нашем случае подсказки экспериментатора в
виде определенных сигналов поступали в память ма-
шины. И в зависимости от них машина «называла»
большее или меньшее, чем первое, число, пока наконец
оно не совпадало с тем, которое задумал исследователь.
6 Е. Сапарина	81
Это число машина запоминала и в следующий раз сразу
печатала именно его. Она приобрела «условный реф-
лекс» на это число.
И как настоящий, условный рефлекс машины угасал,
забывался, если при последующих повторениях выдавае-
мое ею число больше не подкреплялось сигналом одобре-
ния. Тогда «Эдзак» вновь начинал печатать беспорядоч-
ные, случайно взятые числа. И все повторялось сначала.
Затем на той же машине проделали новый экспери-
мент. На этот раз программа ее была составлена так,
что она как бы должна была посетить несколько мага-
зинов и найти нужный товар. Часть машинной памяти
представляла собой «магазины». Условным кодом было
записано, какой ассортимент товаров тут есть. Другой
отдел памяти использовался для записи команд, выра-
жающих последовательность и характер действий поку-
пателя при посещении магазинов и выборе товара.
Вначале машина ищет нужный предмет наобум,
перебирая все, что попадает под руку, подряд во всех
магазинах. Она как бы знакомится с ассортиментом.
Затем она принимается «мысленно» сравнивать виденные
товары. Так она определяет, насколько они соответст-
вуют тому, что ей поручено купить. А с точки зрения
инженера она сравнила все записанные в ее памяти
коды команд и установила, какие из них соответствуют
программе ее работы. И принялась эту команду выпол-
нять, то есть выделила в своей памяти магазин, где есть
тот товар, который ей необходим, и теперь при запросе
указывала этот магазин, не обследуя все остальные.
Если спроса на данный товар долго нет, машина-
покупатель «забывает», где она его нашла. И теперь, если
понадобится, ей придется начать все поиски сначала.
По существу, машина тоже имитировала условный
рефлекс, только несколько более сложный, чем те, что с
таким старанием демонстрировали электронные чере-
пахи. Теперь ученые ставят своей задачей моделировать
в машине рефлексы любой сложности и даже сочетать
условные с безусловными.
С другой стороны, моделировать можно не только
рефлексы. Ведь когда инженеры строили электронные
вычислительные машины, они вовсе не стремились вое-
82
создать модель думающего мозга. Сходство с работаю-
щим мозгом, управляющим жизнедеятельностью всего
организма, получилось само. А что, если расположить в
машине электронные лампы по рецептам биологов и тем
самым проверить, насколько правильно они представ-
ляют себе работу мозга?
Недавно на кибернетической машине проверили тео-
рию американского ученого Хебба о предполагаемом
расположении в мозгу нервных клеток. Он считает, что
нервные клетки соединены не в последовательный ряд,
а в своего рода группы, ансамбли. Таким образом, нерв-
ное возбуждение, по его мнению, передается не от пер-
вой клетки ко второй, а затем к третьей и т. д., а от одной
сразу к нескольким.
Из 63 электронных ламп образовали группы, в кото-
рых каждая лампа соединялась примерно с восемью
другими. Вся сеть электронных ламп вначале находи-
лась в покое, затем в несколько из них пропустили ток.
«Возбуждение» действительно разом распространилось
по всей сети, но быстро затухло: схема не сработала.
Так выяснилось, что в теперешнем виде теория Хебба
неверна. Сейчас эта теория уточняется, и скоро будет
проведена новая ее проверка.
Но электронная модель позволяет не только прове-
рять уже существующие предположения о работе мозга.
Подобно знакомым нам полупроводниковым моделям
глаза и нерва, кибернетические машины подсказали
физиологам, что и в живом организме могут существо-
вать своего рода кибернетические устройства, действую-
щие по общим с электронными машинами принципам.
Возможность почерпнуть из электронных технических
устройств прообразы для объяснения непонятных еще
сторон деятельности нервной системы и привлекает к ки-
бернетике физиологов, психологов и даже генетиков.
Дракон, кусающий свой бок
Рассказывают, что всему виной оказался мальчишка-
подручный Гемфри Поттер. В его обязанности входило
пускать пар в цилиндр паровой машины, где силой сжа-
в*
83
того пара приводился в движение шток. Мальчишка*
машинист был, вероятно, ленив. Во всяком случае, ему
надоело то открывать, то закрывать кран, и он соединил
его со штоком машины. Теперь машина сама регулиро-
вала подачу пара в цилиндры, собственноручно управляя
своей работой. Так возник первый автоматический регу-
лятор.
Но что, собственно, сделало его таковым? То самое
соединение крана со штоком, благодаря которому паро-
вая машина теперь не только производила само дейст-
вие, но и как бы все время контролировала результат.
Понадобилось, предположим, замедлить работу, и шток
машины, соединенный с краном, прикрывает его, в ци-
линдр поступает меньше пара, шток начинает переме-
щаться медленнее. И сообщение о том, как это выпол-
нено, отправляется в обратный путь: от места действия
к управляющему устройству. Эта связь, по которой
осуществляется контроль, так и была названа обрат-
ной.
Обратная связь лежит в основе всех саморегулирую-
щихся механизмов, в том числе и кибернетических ма-
шин. По-видимому, она должна существовать и в живом
организме?
Физиологи давно догадывались, что декартовой дуги
не хватает для объяснения законченного механизма реф-
лекса. В самом деле, как мозг узнаёт, что вы уже сделали
то, что он приказал? Ведь, если верить существующей
схеме рефлекса, мозг только отдает приказ, не заботясь
о том, совершено ли то, что требовалось. В дуге рефлекса
словно недоставало обратного звена — сообщения об
исполнении команды.
Правильнее было бы говорить не о дуге, а о рефлек-
торном кольце. Кибернетика окончательно подтвердила
эту мысль: осуществить автоматическое управление тех-
ническими средствами возможно, только если соединить
исполнительный механизм с управляющим устройством
обратной связью в замкнутый круг. Слова «обратная
связь» поэтому так иногда и переводят: дракон, кусаю-
щий свой бок.
Внутри нас находится великое множество таких
колец, благодаря которым работают самые различные
84
автоматические регуляторы. Прежде всего автоматически
регулируются процессы, совершающиеся в легких, поч-
ках, желудке. Организму словно заданы какие-то конт-
рольные величины, и он стремится во что бы то ни стало
сохранить необходимую для нормальной жизнедеятель-
ности температуру тела, давление крови, химический
Состав желудочного сока, количество красных и белых
кровяных шариков и т. п.
Автоматические термостаты, регуляторы давления и
другие механизмы, обеспечивающие постоянство внут-
ренней среды организма, выполняют порученную им роль
с поразительной точностью. Они следят, например, что-
бы количество сахара в каждом кубике крови не превы-
шало десятой доли грамма, а кальция — всего сотой
доли.
Наш организм автоматически сохраняет внутреннее
равновесие, которое непрерывно нарушается внешними
влияниями и так же непрерывно восстанавливается разно-
образными механизмами обратного действия.
По аналогии с ними англичанин Уильям Росс Эшби
построил своеобразную машину, которую назвал «гомео-
стат», что значит «искатель устойчивости». Гомеостат
Эшби — это четыре электромагнита, соединенных друг
с другом всеми возможными прямыми и обратными
связями. С точки зрения инженера-электрика они нахо-
дятся в равновесии. Стоит изменить положение движка
хотя бы одного из электромагнитов, как «оживают» все
остальные. Предоставленная самой себе, машина после-
довательно пробует различные варианты взаимных со-
стояний электромагнитов, пока не отыщет такое, когда
все они образуют устойчивую систему.
Как бы вы ни старались внешним вмешательством
нарушить электрическое равновесие этой системы магни*
тов, она всегда сама находит новое устойчивое состоя-
ние, хотя бы ей пришлось перепробовать все 390 626
вариантов, возможных между четырьмя магнитами.
Эта необычная кибернетическая машина имитирует
способность организма к сохранению внутреннего равно-
весия, поэтому ее можно назвать моделью живого авто-
регулятора, заведующего химическим производством
внутри нас.
85
Кибернетика доказала, что кольцевые нервные це-
почки, благодаря которым приводятся в действие безус-
ловные рефлексы, — это тоже автоматические регуля-
торы. Вот почему на кибернетических конференциях
наряду с техническими теперь рассматриваются такие
авторегуляторы, как глаз человека, его сердце, рука...
Правда, физиологические регуляторы, действующие
внутри нас, так совершенно устроены и настолько точно
работают, что техническим устройствам далеко до них.
Именно поэтому инженеры сейчас стремятся перенять
опыт у природы. Но далеко не все живые авторегуля-
торы удалось воспроизвести техническими средствами.
На Международном конгрессе по автоматическому
регулированию, который проходил летом 1961 года в
Москве, мне довелось услышать доклад югославского
ученого Р. Томовича. Он назывался «Рука человека, как
система с обратной связью». Слушая его рассказ о том,
как он пытался создать искусственный автоматический
регулятор, действующий так же, как наша рука, я по-
няла, какая это трудная задача — соревноваться с живой
природой.
И все же ученые упорно исследуют запрятанные
внутри нас саморегулирующиеся устройства. Ведь такие
совершенные автоматы нужны не только инженерам, но
и самим людям — если случится заменить выбывшую из
строя руку или даже сердце...
О сложности такого управляющего устройства, как
живое сердце, отвечающее на малейшее воздействие
извне мгновенной перенастройкой, говорить не прихо-
дится. Но и двигательная система нашего тела намного
сложнее любого известного нам механизма.
Чтобы дать представление о том, насколько трудна
задача управлять хотя бы простыми движениями рук и
ног, физиологи обычно перечисляют количество имею-
щихся в организме «двигательных механизмов». Доста-
точно сказать, что внутри нас 639 своеобразных эластич-
ных мышечных «моторов» — мускулов, соединенных
десятками костных «рычагов» и «шарниров». Кроме того,
большинство технических механизмов без вмешательства
человека могут совершить только одно-два движения.
Когда же мы ходим, бегаем, плаваем, прыгаем, наши
86
мускулы и кости производят тысячи, если не миллионы
самых разнообразных движений, так как обладают не-
виданной в технике подвижностью: у живых «рычагов»
больше ста степеней свободы.
Попробуйте, например, взять со стола карандаш.
«Что же тут особенного? — могут подумать многие. —
Мозг отдает команду соответствующим мышцам, вы
протягиваете руку, и ваши пальцы схватывают каран-
даш».
Но как получилось, что вы взяли именно его, а не
лежащий рядом ластик? Попробуйте объяснить, что
вы делаете, когда берете тот же карандаш. Приводите
в движение определенные мышцы? Хорошо, но какие, в
какой последовательности?
«Никто, за исключением специалистов-анатомов, не
знает, какие это мышцы, — говорит Винер. — Но даже
среди анатомов лишь немногие, да и то вряд ли, сумеют
поднять карандаш путем сознательного сокращения
отдельных мышц».
От себя добавим, что, если и попытаться сделать это
сознательно, вряд ли получится лучше. Тут, пожалуй,
кстати вспомнить старый анекдот о сороконожке, ко-
торую попросили объяснить, как она управляется со
своими многочисленными ногами. Бедная сороконож-
ка, только что ловко переставлявшая одну ногу за дру-
гой, при попытке сознательно двигать ими запуталась и
упала.
Значит, мы являемся свидетелями полной автоматики
и думающий, сознательный мозг тут ни при чем? Ока-
зывается, не совсем так.
Даже для того, чтобы обеспечить неподвижную позу,
то есть регулировать только натяжение мышц ног и
спины, приходится включать в кольцо управления, кроме
непосредственного командира — спинного мозга, спе-
циальный контрольный механизм, вносящий по ходу дела
необходимые поправки, — мозжечок. Ведь если бы силу
натяжения мышц надо было просто сохранять постоян-
ной, с этим справились бы и одни нервные узлы спин-
ного мозга, через который, как мы знаем, проходит дуга
всех безусловных рефлексов. Но малейшее движение
головы или руки сбивает всю настройку, изменяет соот-
87
ношение сил. Дополнительные, корректирующие рас-
четы и производит стоящий выше по рангу контрольный
орган.
Сейчас установлено, что работа ни одного рефлек-
торного кольца не обходится без контроля высших отде-
лов головного мозга. Даже считавшиеся полностью
автоматическими безусловные рефлексы, которыми заве-
дуют низшие отделы нервной системы, имеют свое пред-
ставительство в коре головного мозга. От спинного мозга
к такому «полномочному послу» идет специальная
ниточка нерва, ответвляющаяся от основной цепочки.
И от него, в свою очередь, спускается вниз нервный
провод.
«Посол», таким образом, связан с управляющим
нервным узлом двусторонней связью: по одной линии к
нему поступают сообщения о приказах, издаваемых
авторегулятором, а по другой — он передает свои «заме-
чания» и «поправки». Именно через посредство такого
представителя устанавливается временная связь между
цепочкой безусловного рефлекса и другими, высшими по
значению центрами коры — зрительным, слуховым и
другими: рождается условный рефлекс.
Выходит, в мозгу находится не один управляю-
щий аппарат, а целое многоэтажное устройство из регу-
лирующих механизмов, каждый из которых имеет свои
полномочия.
Как сейчас считают, цепочка безусловного рефлекса
представляет собой не одну нить, а несколько располо-
женных друг над другом петель. Первая ветвь проходит
через спинной мозг, вторая — через продолговатый,
и т. д. Самая же верхняя — уже известный нам «по-
сол» — представительствует в коре.
Слуховая перчатка и электронный нос
Итак, инженеры и физиологи обнаружили много об-
щих черт в технических кибернетических устройствах и
«механизмах», заключенных внутри нас. Неожиданно эту
аналогию удалось еще углубить.
До сих пор мы говорили о нормально работающих
88
автоматических регуляторах. А ведь такие механизмы
иногда портятся, например — когда обратная связь,
посредством которой производится контроль за исполне-
нием команды, оказывается у них чрезмерной или, на-
оборот, недостаточной (как если бы в нее был включен
дополнительный усилитель или лишнее сопротивление).
Если это случится с авторулевым на корабле, то по такой
линии связи придет неправильное сообщение и мы от-
клоним руль на неверный угол. Корабль повернется
слишком резко вправо или влево. Стремясь выправить
его, мы сильнее повернем руль в обратную сторону, и он
снова окажется в неправильном положении. Так он и
будет «рыскать» из стороны в сторону: корабль станет
двигаться не по прямой, а зигзагами. Нет ли такой бо-
лезни нервной системы, когда с человеком происходит
что-то похожее?
Впервые высказал эту «крамольную» мысль Винер.
В поисках ответа на поставленный им самим вопрос
Винер отправился в клинику для больных с нервными
расстройствами.
И вот в комнату входит больной. Пока он неподвижно
сидит на стуле, кажется, что у него все в порядке. Но
если предложить ему папиросу, то, пытаясь взять ее, он
промахнется. Затем его рука заскочит в другую сторону,
потом опять качнется в обратном направлении. Дайте
ему стакан воды, и он расплескает всю воду, прежде чем
сумеет поднести стакан ко рту.
Стремясь взять любой предмет или поставить его в
точно указанное место, такие больные никак не попа-
дают в цель. Их пальцы оказываются то справа, то слева
от нее, как бы совершая те самые колебания, что и
штурвал неисправного авторулевого. Все происходит так,
как если бы линии обратной связи, предназначенные для
передачи управляющей команды, действовали непра-
вильно.
Был поставлен интересный эксперимент, подтвердив-
ший эту мысль.
У электронных зверьков «моли» и «клопа», изобра-
жавших безусловные рефлексы — стремление к свету и
поиски темноты, — создали усиленную обратную связь.
Теперь электронные зверьки, почувствовав источник
89
света, никак не могли ткнуться в него «носом» или укло-
ниться от него Они начали раскачиваться около лампы,
как если бы у них был поврежден мозжечок.
В этих же грехколесных тележках нарушили другой
«нервный механизм», и они стали дрожать, как руки
стариков. Такое дрожание тоже происходит от чрезмер-
ной обратной связи, регулирующей неподвижное поло-
жение рук, ног или головы. Сходство получилось
настолько большим, что медицинская служба США
сфотографировала поведение больной «моли», и эти
фотографии стали использовать для наглядного обуче-
ния врачей. Достаточно было сравнить их с действитель-
ными случаями нервного дрожания, чтобы сразу же
установить причину болезни.
Не всегда, однако, дело ограничивается только чрез-
мерной обратной связью. В той же неврологической
клинике Винер наблюдал такую картину. Больной не
парализован, он сам двигается, но идет какой-то неуве-
ренной походкой, глядя себе на ноги. А стоит завязать
ему глаза — он падает. В чем дело?
Сохранять равновесие нам помогает специальный
орган, расположенный во внутреннем ухе. Но его одного
недостаточно. Сообщения о положении, которое зани-
мает наше тело, поступают по многим дополнительным
линиям обратной связи — от суставов, сухожилий, по-
дошв ног. В них говорится о силе натяжения тех или
иных мышц. Такую же контролирующую роль выпол-
няют и глаза.
У больного, о котором мы рассказываем, все эти
дополнительные линии связи оборваны в результате по-
вреждения спинного мозга, и поэтому ему приходится
полагаться только на самый орган равновесия и сообще-
ния, поступающие от глаз. Если же его лишить и этого
последнего средства связи, управляющий механизм ока-
зывается оторванным от «рулей» — ног и не знает, что с
ними происходит, как ими надо командовать. Больной
теряет равновесие и падает.
Может быть, и это расстройство в работе нерв-
ной системы удастся воспроизвести техническими сред-
ствами.
Как видим, кибернетические машины приобрели еще
90
одну, чисто биологическую профессию. Они используются
как модели тех или иных болезней, помогая врачам
изучать механизм различных неполадок в управляющих
устройствах нашего тела.
С другой стороны, кибернетические модели выступают
и в совершенно новой роли — заменителей живых авто-
регуляторов или даже в какой-то мере мозга, напри-
мер — как искусственные органы зрения для слепых.
Читающие машины, скажем, могут превращать буквы
текста в звуковые сигналы. Каждой букве будет соответ-
ствовать звуковой условный шифр, то есть все будет
происходить примерно так, как если бы мы читали теле-
грамму не с ленты, где она записана в виде точек и
тире, а подобно опытным телеграфистам, — прямо на
слух по длинным и коротким попискиваниям, обозначаю-
щим те же точки и тире в виде звуков. Человек, лишен-
ный зрения, сможет с их помощью читать, воспринимая
прочитанное на слух.
Однако замена зрения слухом все же не компенси-
рует полностью утраченную способность. Главным обра-
зом потому, что через глаза в мозг идет самый большой
поток сведений из внешнего мира. В каждом зрительном
нерве — миллион нервных волоконец. А в тех, что соеди-
няют уши с мозгом, их всего по 30 тысяч. Скорость, с
какой распространяются нервные импульсы по нерву,
известна. В среднем по нему проходит 300 импульсов в
секунду. Значит, от обоих глаз поступает в мозг 600
миллионов нервных импульсов, а от ушей — всего 18
миллионов. Получается, что от глаз приходит раз в
тридцать больше информации, чем от ушей. Образно
говоря, глаза — это самые широкие «окна» в окружаю-
щий мир.
Соответственно и площадь зрительного отдела коры
в сто раз больше слуховой зоны. Поэтому, если всю
слуховую область коры использовать для зрительной
работы, все равно мозг получит в сто раз меньше сведе-
ний, чем если бы работала сама зрительная область.
Стало быть, искусственное зрение, осуществляемое через
слуховые нервы, будет соответствовать всего одному про-
центу нормального.
Но в таком случае, по-видимому, обратная замена —
91
слуха на зрение — окажется очень плодотворной. Ведь
даже если зрительная область коры будет использовать
один процент своих возможностей на распознавание
звуковых сигналов, то она полностью возместит нерабо-
тающую слуховую зону. Причем на самом зрении такое
совмещение обязанностей почти не отразится: может ли
иметь решающее значение, что сотая часть зрительного
отдела мозга занята посторонней работой?
А почему бы не использовать при такой замене и
какое-нибудь другое чувство? Исследователи Массачу-
зетского технологического института, где работал Винер,
предложили работу слухового отдела мозга поручить с
помощью кибернетического посредника осязательному,
то есть создать своего рода «слуховую перчатку», как
они ее назвали.
В этом аппарате звуки должны превращаться в коле-
бания вибраторов. Причем, поскольку осязание не очень
мощное чувство, речь предварительно «фильтруют» или
редактируют, как говорят авторы проекта, и оставляют
только те звуковые комбинации, которые необходимы
для понимания речи.
Такую сокращенную звуковую информацию делят на
пять групп, каждая из которых направляется затем через
вибратор к разным пальцам руки.
Собственно, с таким же успехом звуки можно пере-
давать каким-нибудь механическим способом в любое
место нашего тела. Дело в том, что специального органа
осязания у нас нет. Чувствительные «приборчики» рас-
пределены по всей коже. Одни из них воспринимают
механическое давление, другие — болевые ощущения,
третьи — изменения температуры. Все вместе это и назы-
вается чувством осязания. Взяв предмет в руки и ощу-
пывая его, мы тем самым узнаем твердый он или мягкий,
гладкий или шероховатый, холодный или теплый. На
каждый квадратный сантиметр кожи приходится две-
надцать-тринадцать «термометров», чувствительных к
холоду, один-два — к теплу и примерно двадцать пять —
к давлению.
Опять инженеры выручили врачей. Однако исследо-
ватели человеческого организма не остались в долгу.
Они, в свою очередь, предложили использовать моде-
92
ли зрения, слуха, осязания для усовершенствования
кибернетических машин. «Давайте сделаем машину
не только «думающей», но и «чувствующей», — заявили
они.
Если надо наделить машину осязанием, то вибраторы,
термометры или какие-либо другие устройства, способ-
ные воспринимать давление и температуру, придется
присоединить прямо к ней. Сигналы же, поступающие от
них, направить в логическое устройство машины или в
ее память.
Этим не исчерпываются чувства человека: мы можем,
кроме того, различать вещества по вкусу и запаху. Но
эти чувства пока не моделируют. Мы слишком мало
знаем об этих способностях своего организма, чтобы
могли построить даже отдаленное техническое подо-
бие их.
Хотя и вкус и обоняние, по-видимому, отделились
когда-то от чувства кожной чувствительности, они сей-
час очень разнятся друг от друга. Чтобы ощутить вкус,
надо коснуться непосредственно самого вещества, по-
пробовать его. А вот запахи веществ мы различаем на
расстоянии.
Как мы это делаем? Ученые не знают. Одни из них
говорят, что обоняние подобно вкусу: мельчайшие
частички вещества, переносимые воздухом, попадают на
слизистую оболочку и растворяются в покрывающей ее
жидкости. А другие склонны объяснить ощущение запаха
совсем другим образом. Может быть, выпятившиеся на
поверхности слизистой оболочки пузырьки представляют
собой нечто вроде антенн, излучающих в пространство
особые «запаховые» волны, а пахучее вещество «га-
сит» их?
Недавно удалось как будто даже установить, что
излучаемые этими антеннами волны — обычные электро-
магнитные колебания, в обширную семью которых вхо-
дит и свет, и радиоволны, и тепловые лучи. Предпола-
гают, что «запаховыми» являются волны, расположен-
ные где-то в области инфракрасных и ультрафиолето-
вых лучей. Подсчитали и примерную длину излучае-
мых носом волн — она равна, как полагают, 8—14
микронам.
93
Так это на самом деле или нет, покажет будущее.
А разгадать секрет этого чувства, чтобы иметь потом
возможность использовать такой орган в машине, очень
заманчиво. Ведь ни в технике, ни в химии, ни у физиков
нет прибора, хотя бы отдаленно напоминающего орган
обоняния или вообще способного различать запахи.
Живая природа намного перещеголяла в этом отношении
инженеров и технологов.
Цветной слух, или седьмое чувство
Не обязательно, кстати, приделывать машине чело-
веческий нос. На этот раз выгоднее обратиться к пред-
ставителям животного царства, у которых чувство обоня-
ния развито гораздо сильнее, чем у людей, хотя и наш
орган обоняния чрезвычайно чувствителен. Собаки, на-
пример, по самым скромным подсчетам, различают
свыше двух миллионов всевозможных запахов.
Мы приходим к интереснейшему многообещающему
выводу. Стоит ли, создавая искусственные органы
чувств, строго копировать соответствующие «приборы»
нашего организма, послужившие им прообразом? По-
нятно, что первая чувствующая машина будет гораздо
примитивнее, чем человек, различать звуки, она будет
хуже видеть и ее осязание будет не таким чутким. Но,
когда мы научимся в совершенстве воспроизводить ра-
боту живых органов чувств, обязательно ли нам придер-
живаться именно взятого образца?
Что вы скажете, например, о машине, которая, фигу-
рально выражаясь, имеет больше глаз, ушей и других
органов чувств, чем человек? Машина, видящая в тем-
ноте и слышащая неслышимые для нас звуки? Почему бы
не снабдить электронное устройство такими более чут-
кими и разносторонними органами чувств? Тогда оно не
просто повторит, а усилит и расширит границы нашего
зрения, слуха...
А может быть, вообще придумать совершенно
новый орган чувства, которого у человека совсем нет?
Кстати, за примером ходить недалеко. Есть люди, у ко-
торых восприятие музыки каким-то образом связано с
94
ощущением цветов. Это довольно редкое явление назы-
вают обычно «цветным слухом». Им обладали, например,
такие известные композиторы, как Н. Римский-Корса-
ков, Ф. Лист. А симфоническая поэма «Прометей» Скря-
бина должна была, по замыслу автора, исполняться в
цветовом сопровождении — в определенные моменты
зрительный зал должен был освещаться синим, красным,
желтым светом.
Композитор «расписал» партитуру музыкального про-
изведения цветными красками в соответствии со своими
ощущениями о цвете тех или иных нот. «До» он считал
красным, «ре» — желтым, «ми» — голубым, и так далее.
Однако другие люди, обладающие «цветным слухом»,
чувствуют ноты окрашенными в иные цвета, и, стало
быть, их ощущения не совпадают. Может быть, именно
поэтому, несмотря на неоднократные попытки, до
сих пор не написана настоящая свето-музыка и не
создано «оптическое фортепьяно», о котором мечтал еще
Ньютон.
По-видимому, должна быть какая-то чисто физиоло-
гическая причина такого объединения слуховых и зри-
тельных ощущений. Физиолог С. В. Кравков, интересо-
вавшийся этим вопросом и поставивший много специаль-
ных опытов, установил, что органы зрения и слуха вооб-
ще заметно влияют на работу друг друга.
Так, он обнаружил, что под влиянием монотонных
звуков глаза становятся более чувствительными к зеле-
ным и голубым тонам, а оранжевые и красные оттенки
цветов воспринимают хуже. Точно так же действует и
увеличение громкости звуков. Наблюдались случаи об-
ратного воздействия мелькающих цветных пятен или
одного какого-нибудь оттенка света, например — от
красной лампочки, которым освещалась вся лаборато-
рия, на слышимость звуков.
Внимательно исследуя нервные пути, посредством
которых зрительная и слуховая информация передается
в мозг, профессор С. В. Кравков обнаружил, что в районе
промежуточного мозга оба нервных провода сходятся
совсем близко. По-видимому, именно здесь возникает
взаимодействие между органами зрения и слуха.
Это свойственно абсолютно всем людям. А у некото-
95
рых в силу каких-то индивидуальных физиологических
отличий происходит вообще некоторое «смешивание»
звуковой и цветовой информации, благо ритмы музы-
кальной гаммы и светового спектра похожи: и там и тут
семь составных частей — нот или цветов. И тогда музы-
кальная нота оказывается «окрашенной» в какой-нибудь
цвет.
Но так ли уж плохо такое отклонение от нормы?
Ведь музыка, например, сопровождаемая световыми эф-
фектами, должна гораздо сильнее действовать на чело-
века, чем обычный концерт. Да и почему только музыка?
Предположим, вы работаете на заводе. В шуме цеха
трудно уловить на слух перебои, возникшие в работе
станка. А вспыхнувшая на сигнальном щите цветная
лампочка, «услышав» их, тотчас сообщит вам о замечен-
ных неполадках.
Наконец, есть много видов работ, требующих посто-
янного напряженного зрительного внимания. Машинист
паровоза, утомившись, не так быстро может заметить
изменение цвета семафора. Почему бы не использовать
обнаруженное взаимодействие между зрением и слухом
и, умело направляя его, не добиться, чтобы человек
с помощью специально подобранных звуков лучше
видел или при посредстве цветного света лучше слы-
шал?
Во всех этих случаях не обойтись без искусственного
органа, который производил бы такое преобразование
звуков в цветовые краски, какое частично происходит в
мозгу. Основой его, понятно, должно быть «электронное
ухо», улавливающее звуки и разлагающее их на состав-
ные части подобно низшим слуховым отделам мозга.
А затем, вместо того чтобы поступать в слуховую зону
коры, звуковые колебания должны быть преобразованы
по законам взаимодействия зрения и слуха в сигналы,
управляющие специальной цветовой установкой. Полу-
чив сообщение, она зажжет цветные лампочки, заставит
их мигать или начнет быстро сменять оттенки цветов —
в зависимости от того, что она должна делать при соот-
ветствующих звуках.
Попытка создать проект такого электронного преоб-
разователя уже предпринята нашими учеными. И, может
96
быть, мы с вами встретимся скоро на необычном кон-
церте, когда вслед за первыми аккордами в зале
вспыхнет золотистое сияние летнего солнечного полдня,
заиграют всеми неисчислимыми оттенками морские
волны... Это заработает не существующий в нашем теле
искусственный орган цветного слуха, преобразуя музы-
кальные аккорды в цветовые картины, окрашивая звуки
в разные оттенки солнечного спектра.
7 Е. Сапарина
ГААБА ТР ЕТЬЯ
Вы согнули руку, шагнули на ступеньку — и внутри
вас заработали линии связи, побежали команды и сооб-
щения о том, как приказы выполнены... Это действует
сигнальная система организма. Сейчас, наверно, никого
не удивит, если сказать, что наш организм в каком-то
отношении напоминает телеграф.
98
«Провода» соединяют центрального управляющего —
мозг буквально со всеми рабочими механизмами на-
шего тела, к каждому волоконцу мышцы тянется ниточка
нерва, каждая «колбочка» или «палочка» глазного дна
связана с мозгом нервным каналом. В одну сторону —
от глаз, ушей, носа — поступают сведения о том, что мы
видим, слышим, чувствуем. Обратно, по другим нервам,
передаются команды управления.
Но посылать приказ наугад нецелесообразно — не-
обходимо знать, насколько в этот момент растянута, на-
пример, мышца руки, чему равна действующая сила
тяжести, и т. д. А как это узнать, если мышца «слепа»
и «глуха»? В машинах в таких случаях, как мы знаем,
приделывают к неодушевленной детали датчик, и он сооб-
щает все, что деталь «чувствует».
В организме тоже обнаружены такие датчики —
каждый нервный провод обратной связи оканчивается
особым чувствительным устройством. Раньше их роль
была не вполне ясна. Теперь же очевидно, что эти-то
«живые датчики», расположенные в мышцах, коже, серд-
це, легких, почках, даже кровеносных сосудах, и передают
в мозг сообщения обо всем там происходящем.
Биохимикам, исследующим микроскопические подроб-
ности протекающих внутри нас процессов, оставалось
только завидовать так хорошо поставленной службе
информации.
Узнать, что происходит внутри молекулы во время
химических превращений, наблюдать за всеми преврат-
ностями судьбы этих мельчайших частиц вещества —
давнишняя мечта ученых. Идеальным для этого, по их
собственному признанию, было бы разместить в разных
точках исследуемой молекулы датчики, аналогичные
тем, что биологи наклеивают на сердце и другие внут-
7*	99
ренние органы, недоступные непосредственному наблю-
дению.
Вот если бы удалось создать такие крохотные дат-
чики, они посылали бы свои сигналы из самых недр живо-
го вещества и рассказывали обо всем, что происходит с
теми молекулами, на которые они «наклеены». Но такими
микроскопическими приборчиками техника, к сожалению,
не располагает. Зато об этом позаботилась сама природа,
поручив роль датчика так называемым свободным элект-
ронам, присутствие которых в молекуле всегда можно
установить.
Как же мы узнаем о судьбе молекул, на которых укре-
плены такие своеобразные датчики?
Путешествие в микрокосмос
Это было совсем не похоже на то, что пишут в таких
случаях авторы фантастических романов и повестей.
Слепящий свет прожекторов не заливал окрестности.,
Грозный вой сирены не подгонял замешкавшихся у стар-
товой площадки. Вокруг не суетились провожающие, не
волновались внешне бесстрастные конструкторы необык-
новенного летательного аппарата. Да и оглядываясь в
надежде усмотреть сам «космоплан», я не увидела ни-
чего, кроме обычных электронных установок: генератора
радиоволн, многочисленных кагушек, проводов и неиз-
менного экрана, сияющего ровным зеленоватым светом.
Никаких сооружений, свидетельствующих о подготовке
к полету в космос.
А между тем сейчас будет дан старт. Но не слышно
100
грохота ракетного взрыва, дым и пламя не вырываются
из двигателя, корабль не исчезает в предрассветной
синеве неба. Все остается на своих местах. И тем не
менее космический полет уже начался.
Глухо гудит генератор, посланная им радиоволна
старательно обшаривает пространство, и на экране ра-
диолокатора появляются быстрые змейки сигналов.
Началось путешествие в неведомые глубины микрокос-
моса — в недра живой клетки, этого химического завода,
где громоздкие сооружения молекул непрерывно рассы-
паются на части, затем вновь собираются в новую слож-
ную постройку. И все это благодаря тем изменениям,
которые происходят в «планетных системах» составляю-
щих их атомов (многочисленные вращающиеся по внутри-
атомным орбитам электроны в первом приближении
действительно напоминают планеты, движущиеся вокруг
Солнца).
В такое путешествие можно отправиться, не выходя
из лаборатории. И его по многу раз на день совершают
сейчас сотрудники Института химической физики, обсле-
дуя самые сокровенные подробности жизни молекул и
атомов, запакованных в клетке.
... С большими трудностями и разными путями доби-
рались ученые внутрь живой клетки. Триста лет назад
никому тогда не известный голландский мануфактурщик,
тщательно отшлифовав выпуклый кусочек стекла, любо-
пытства ради поглядел сквозь него на каплю обычной
воды, и ему открылся чудесный, невидимый нашим
глазам мир, полный таинственного и непонятного. Это
занятие так увлекло его, что он стал рассматривать в
свое увеличительное стекло подряд все, что попадалось
под руку: кусочки кожи животных, мышечные волокна,
отдельные волоски. Он все тщательнее шлифовал стекла
и с каждым разом обнаруживал все более диковинные
чудеса в загадочном микромире.
Такие же два увеличительных стекла, соединенных в
общее оптическое устройство, и позволили впервые за-
глянуть внутрь живой клетки. В окуляре микроскопа
клетки выглядели, как громадные сложнейшие соору-
жения. Одни были вытянуты в виде ниточки, другие
напоминали по очертаниям звезду. Были среди них едва
101
различимые клетки-малютки. А некоторые достигали в
длину даже нескольких сантиметров.
Более подробно разглядеть, что находится у них
внутри, не удавалось. Самый сильный микроскоп увели-
чивал клетки всего в три тысячи раз, то есть позволял
увидеть частички размером в пятитысячную долю милли-
метра. Меньшие остаются для нас за пределами види-
мого. Ведь световые волны, как известно, могут отра-
жаться и попадать к нам в глаз только от таких предме-
тов, которые по размерам превышают их длину, иначе
они будут просто перекатываться через препятствие, не
замечая его. Выходило, что сама природа света не позво-
ляет усовершенствовать микроскоп дальше.
И все-таки исследователи попытались обойти это
затруднение. Они стали рассматривать клетки в ультра-
фиолетовых — невидимых лучах, длина волны которых
вдвое меньше длины волны видимых лучей. Но это не-
намного раздвинуло границы микромира.
Пришлось прибегнуть к новым хитростям: клетку
стали красить в надежде, что разные ее части в зависи-
мости от их химического состава окрасятся по-разному
и тем самым выдадут секрет своего строения. И это
действительно подтвердилось. Но можно ли было пору-
читься, что впитанная краска не изменяет клетку на-
столько, что рассматриваемая картина имеет уже очень
мало общего с нормальной, не покрашенной клеткой?,
Разумеется, нет.
Выход подсказала электроника. На этот раз на клетку
направили не световые лучи, а поток электронов. Раз-
меры электронов ничтожно малы — они могут отражать-
ся от самых крохотных частиц вещества, поэтому воз-
можности нашего дальновидения сразу возросли в
десятки и сотни тысяч раз. И благодаря этому обнару-
жилось, что внутри клетки, кроме расположенного по-
средине ядра, находятся более мелкие частички разных
размеров и форм.
Тогда ученые решили разобрать клетку на эти состав-
ные части. Для этого ее подвергли такому же испыта-
нию, какое выпадает на долю будущих космических
путешественников: стали вертеть в центрифуге.
В мощной центрифуге, где центробежная сила в
102
тысячи раз превышает земную силу тяжести, составные
части клетки удалось разделить по весу. Первыми на дно
опускаются наиболее тяжелые части. Когда центробеж-
ная сила еще возрастет, оседают частицы среднего веса.
К самым легким, размером в десятитысячные доли
миллиметра, приходится применять силу, в сто тысяч
раз большую, чем земная сила тяжести. Если бы такое
ускорение испытывал человек, то вес его возрос бы до
нескольких тонн!
Разобрав таким образом клетку на части, стали рас-
сматривать каждую из них отдельно. Все более глубоко
в недра клетки проникал электронный микроскоп. Уже
стали известны наперечет не только составляющие ее
детали, но и внутреннее устройство большинства из них.
Удалось сфотографировать мельчайшие живые существа,
поселяющиеся иногда в клетке, — вирусы. Это почти
молекулы, стоящие на самой грани живого и мертвого:
в обычных условиях они образуют кристаллик, внутри
клетки — оживают.
Электронный микроскоп показал ученым и еще более
крошечных микробов, поселяющихся не в клетке, а в
самих микробах. И, наконец, исследователи добрались
непосредственно до молекул, из которых образованы и
все эти микроорганизмы, и сама клетка. Разумеется,
только до самых больших — гигантских сооружений, в
тысячи раз превышающих размеры обычных молекул.
Но, ударяясь о живую клетку, электроны убивают ее.
И наблюдать подробности ее жизни приходилось урыв-
ками, в те считанные мгновения, пока упорядоченный
строй молекул не рассыпался в бесформенную груду.
Вот почему продолжались поиски новых средств, позво-
ливших бы беспрепятственно проникнуть в глубины
живого вещества.
Куда пропали радиоволны?
Решение, как это часто бывает, пришло с совсем не-
ожиданной стороны. Помогли радиоволны, только не
расходящиеся во все стороны кругами, как те, что пере-
носят на своем гребне музыку и речь по всему земному
103
шару, а собранные в пучок и направленные к цели специ-
альным устройством — локатором.
Никто и не догадывался, что радиолокацию можно
применить к такому микроскопическому объекту иссле-
дования, как живая клетка. Радиолокация служила
средством исследования межпланетных космических
просторов или, в крайнем случае, ближних, самолетных
высот.
Вначале инженеры освоили десятисантиметровые
радиоволны, затем трехсантиметровые и взялись было
за еще более короткие — длиной в полтора сантиметра
и меньше. И тогда произошло что-то непонятное: радио-
волны не могли пробиться даже сквозь земную атмо-
сферу, они словно застревали в ней. Когда этой стран-
ной «пропажей» занялись вплотную, выяснилось, что
короткие радиоволны поглощаются водяными парами,
всегда находящимися в воздухе.
Тогда пучок таких волн уже специально направили
на разреженные газы — кислород, аммиак, азот. И они
действительно поглотили радиоволны, причем каждый
газ имел склонность к волнам определенной длины.
Водяные пары, например, «съедают» радиоволны длиной
в 1,3 сантиметра, а кислород их пропускает, но зато у
него есть свои любимцы.
Выходило, что молекулы разных веществ — своего
рода радиоприемники, настроенные на разные волны:
одни — на совсем короткие, другие — на более длинные-
Только волны, воспринимаемые ими, не тех длин, по
каким ведутся радиопередачи, а тех, которыми пользу-
ются для радиолокации.
Этим, собственно, новый прибор для путешествий в
микрокосмос и сродни обычному радиолокатору. Да еше
тем, что волны, которые он посылает внутрь клетки, идут,
как и у настоящего локатора, узким, направленным пуч-
ком. В радиолокаторе это делается с помощью антенны,
а здесь они движутся по специальной металлической
трубке — волноводу. Посредине ее вставлена полиро-
ванная металлическая коробочка с кусочком того веще-
ства, которое хотят исследовать. Мощный поток радио-
волн пронизывает это вещество, и какая-то часть их
поглощается его молекулами. Если на пути такого про-
104
реженного пучка радиоволн поставить специальный уло-
витель и затем направить их в электронно-лучевую труб-
ку со светящимся экраном, как ту, что в обычном теле-
визоре, то можно будет смотреть своеобразную телевизи-
онную передачу из глубин микрокосмоса. На экране
такого прибора мы не увидим, конечно, очертаний
нащупанных радиолучом молекул. Это будут лишь
неправильные зигзаги линий — своего рода «отпечатки
пальцев» разных молекул, как нередко называют ученые
такие изображения.
Они представляют собой след от поглощенных радио-
волн. И в этом смысле новый прибор напоминает обыч-
ный спектроскоп, с помощью которого определяют, какие
из световых лучей поглощаются тем или иным веществом.
Свойство атомов поглощать свет известно давно.
И довольно давно им пользуются для того, чтобы по
спектральным линиям, как по паспорту, определять, с
атомом какого элемента имеем мы дело. Ведь каждый
атом поглощает световые волны вполне определенной
длины. А теперь выяснилось, что вещество может погло-
щать и радиоволны.
Что же нового может рассказать ученым такой радио-
спектр? Оказывается, с его помощью удается не только
проникнуть внутрь молекулы и определить, как располо-
жены в ней отдельные атомы, какое разделяет их рас-
стояние, но и проследить за тем, как молекулы распа-
даются на составные части и вновь объединяются, то
есть как бы воочию увидеть весь ход химических реакций.
Дело в том, что атомы скрепляются в целую молекулу
по-разному. Иногда они просто притягиваются друг к
другу, потому что с них содраны внешние, вращающиеся
по крайней орбите электроны, и в результате один атом
оказывается заряженным положительно, а другой —
отрицательно. Так соединяются атомы натрия и хлора в
кристалле поваренной соли.
А когда, предположим, атомы одинаковые и оба
нейтральные, как в молекуле водорода, что же удержи-
вает их друг возле друга? Оказывается, если они посте-
пенно сближаются, внешний электрон одного из них
начинает перескакивать к соседу, а тот, в свою очередь,
перепрыгивает к чужому хозяину.
105
Благодаря такому совместному пользованию электро-
нами оба водородных атома и объединяются в одну
молекулу. Если же эта связь разорвется, то у каждого
атома останется по свободному или, как еще говорят,
неспаренному электрону, что равносильно тому, будто
на нем укрепили своего рода датчик — опознавательный
знак.
Именно описанным способом строятся многие моле-
кулы в живых клетках.
Свободные электроны напоминают крохотный магни-
тик. Такие мэунитики содержатся в некоторых атомах
металлов. Они находятся в полупроводниках. Ими отме-
чены осколки многих органических молекул.
Если поставить под радиолуч кусочек вещества с
целыми, неразбитыми молекулами или вообще с такими,
на которых нет «опознавательных знаков», радиоволны
пронижут его беспрепятственно и никакого сигнала на
экране прибора не появится. Но вот мы направили пучок
радиоволн на кусочек вещества, содержащего свобод-
ные — магнитные — электроны.
Когда на этот четкий строй обрушиваются радио-
волны, они переворачивают электронные магнитики. На
это уходит миллионная, а то и миллиардная доля энергии
пучка радиоволн, посланного в глубь вещества. Но эту
ничтожную потерю отмечает прибор, улавливающий
радиоволны после того, как они прошли сквозь вещество.
На экране вспыхивает сигнал, и ученые знают: в этом
веществе есть свободные электроны. По-видимому, моле-
кулы раскололись на части.
На какие именно? Оказывается, можно узнать строе-
ние таких осколков, то есть назвать все скрывающиеся
под маской невидимки действующие лица химической
интермедии их настоящими именами. Новый прибор
позволяет также отличить «сидящие» свободные элек-
троны от «бегущих» и, стало быть, определить, имеем
ли мы дело с каким-то проводником тока или с непо-
движными атомами.
Этот своеобразный электронный прибор родился
недавно, но химики и физики уже успели с его помощью
обследовать молекулы и кристаллы многих веществ и
обнаружили немало нового и необычного. Но, пожалуй,
106
самые интересные события начались, когда такой гибрид
радиолокатора и спектроскопа направили на живую
клетку.
«Зеленая улица» в кристалле
Когда вам говорят, что вы состоите сплошь из кро-
хотных светящихся «лампочек», это поражает гораздо
больше всякой кибернетики. С тем, что у нас в голове
запрятана хитроумная «машинка», как-то легче прими-
риться. Ведь, как-никак, это командный пункт всего
организма. А вот в то, что этот самый организм пред-
ставляет собой мириады ярко сияющих светляков, по-
верить трудно.
Между тем белковые молекулы, если их облучить
ультрафиолетовым светом, сами начинают светиться
подобно микроскопическим живым организмам, зали-
вающим море холодным фосфорическим блеском.
Только свечение белков не различимо простым гла-
зом: они испускают невидимое — ультрафиолетовое —
сияние.
Что такие «лампочки» горят внутри нас, известно
давно. Но только недавно узнали, какая именно часть
молекулы белка светится. Из многочисленных амино-
кислот — составных строительных деталей белка —
только одна, называемая ароматической, обладает спо-
собностью поглощать ультрафиолетовые лучи и под их
влиянием сама излучать свет.
Измерили даже точную длину волны поглощаемого
ароматическими аминокислотами света: она оказалась
равной 280 миллимикронам. Любопытно, однако, что,
когда белок облучили светом, длина волны которого со-
ставляла всего 240—245 миллимикрон, молекулы тоже
начали светиться. Эти лучи, казалось бы, вовсе не дол-
жны вызывать свечения. Ведь их впитала в себя какая-то
другая часть белка, расположенная далеко от аромати-
ческой аминокислоты.
Получалось, что поглощенная со световыми лучами
энергия путешествует, перемещается внутри белковой
молекулы. Причем на весьма значительные расстояния,
107
в сотни раз превышающие промежуток между соседними
атомами.
Интересно и другое. Проходя столь длинный путь,
энергия доставляется к месту назначения почти без
потерь. Об этом можно судить по яркости ответного
свечения. Выходит, поглощенная энергия полностью пре-
вращается внутри в свет. Это довольно неожиданно, так
как обычно поглощенная каким-либо веществом энергия
быстро переходит в тепло.
Правда, живая клетка давно овладела секретом пре-
вращения запасаемой ею химической энергии сразу в
механическую или электрическую, минуя неизбежную в
технике тепловую стадию. Так, к примеру, сокращается
мышца, возбуждается нерв.
Здесь же происходило что-то совсем иное. Обычно
«развозит» энергию во все уголки клетки специальный
«транспорт» — молекулы, которые сокращенно называ-
ются АТФ. Они плавают по жидкости, заполняющей
клетку, и доставляют необходимую энергию по назна-
чению.
Этот способ транспортировки энергии внутри клетки
известен ученым. Но в данном случае энергия не могла
путешествовать «по воде», потому что это очень медлен-
ный вид транспорта. Молекула среднего веса проплывает
за сутки всего миллиметр. А энергия, поглощенная моле-
кулами-светляками, мгновенно попадает непосредст-
венно к «лампочке», которая загорается, как только
первые ультрафиолетовые лучи коснулись белка.
Приходилось признать, что живая клетка использует
и другой, сухопутный — если можно так сказать — спо-
соб для передачи энергии от молекулы к молекуле,, от
атома к атому. Причем, вопреки привычным представле-
ниям, он оказывается гораздо более экономичным и
быстрым. Но в чем он заключается?
Когда мы говорим, что электроны в атоме движутся
вокруг ядра по орбитам, это не значит, разумеется, что
они просто вращаются каждый по своему кругу, подобно
планетам. Сходство с солнечной системой состоит
лишь в том, что одни электроны действительно располо-
жены ближе к ядру, а другие — на дальнем расстоянии
от него. Зависит это от того, насколько велик запас энер-
108
гии каждого электрона. Те, что послабее, будут сильнее
притягиваться к «солнцу» — атомному ядру. А более
сильные меньше зависят от притяжения ядра и потому
находятся дальше от него.
Наиболее слабо связан с ядром самый дальний элект-
рон. Его-то и называют внешним — вроде и принадле-
жащим к этой «планетной системе», но при случае легко
покидающим ее. Такой случай может представиться,
например, если на атом обрушится поток какой-нибудь
энергии. Тогда, захватив подходящую порцию, этот внеш-
ний электрон становится таким сильным, что может под-
скочить вверх и перепрыгнуть на самую дальнюю, не-
устойчивую орбиту или же вообще оторваться от атома.
Что же делает электрон, когда он вскочил на самую
верхнюю ступеньку? Удержаться на ней ему трудно: ведь
сюда почти не достает притяжение «атомного солнца».
И при малейшем толчке он отправляется в самостоя-
тельное путешествие уже не вокруг центра своего атома,
а вдоль отдельных атомов. Это и есть так называемый
свободный электрон.
Если дело происходит в кристалле, то этому способ-
ствует еще одно обстоятельство. В кристалле атомы так
тесно сближаются друг с другом, что электронные орби-
ты, складываясь, образуют широкую полосу, пересека-
ющую весь кристалл. По ней и путешествуют электроны,
получившие дополнительную порцию энергии. Про них
нельзя сказать, какому именно атому они принадлежат.
Они поступают как бы в общее пользование атомов,
объединенных в кристалл, и могут даже перебираться
на соседние кристаллы, продвигаясь на большое рассто-
яние по всему веществу. Бегущие электроны — это элект-
рический ток. Поэтому полоса, по которой они могут сво-
бодно двигаться, называется зоной проводимости. Когда
зона проводимости расположена так высоко, что ника-
кими дополнительными порциями энергии электрон
невозможно в нее забросить, вещество совсем не проводит
ток. Это изолятор, в нем нет ни одного свободного элект-
рона.
В металлах же, наоборот, свободных электронов
очень много, так как внешние электроны здесь настолько
энергичны, что им не надо прыгать на верхний уровень
109
чтобы получить возможность свободно двигаться. Они
сразу поступают в коллективное пользование всего крис-
талла и даже целого куска металла. Достаточно самого
легкого воздействия, чтобы по металлу — этому при-
рожденному проводнику — потек ток.
Но бывает и так, что зона проводимости распола-
гается достаточно низко. Внешние электроны, получив
соответствующую порцию энергии, могут допрыгнуть до
этой зоны и обрести тогда свободу действия. Такие кри-
сталлы, стоящие как бы посредине между изоляторами
и проводниками, называют полупроводниками. В обыч-
ных условиях они плохо проводят ток, а стоит их на-
греть или осветить, как в них появляются свободные
электроны, способные течь в одну сторону. Тепло, или
энергия световых лучей, служит тем необходимым добав-
ком, благодаря которому электрон оказывается способ-
ным прыгнуть «выше своей головы».
Так вот кто таскает на себе тяжелые «мешки» с энер-
гией, мчась по зоне проводимости, как по тоннелю мет-
ро — без задержки у светофоров, не боясь налететь на
встречный транспорт! Удивительно ли, что по такой
«зеленой улице», которую организуют атомы в кристал-
ле, энергия доставляется в любое место молниеносно.
Ведь электроны бегут по проводнику с колоссальной
скоростью: около 300 тысяч километров в час.
Но так происходит в проводниках или, в крайнем
случае, в полупроводниках. А белок, с загадки свечения
которого мы начали наш рассказ, по всем признакам
считался изолятором. Расчеты показывали: если взять
двенадцать тонн белка, то среди громадного количества
составляющих его молекул едва можно найти один сво-
бодный электрон!
Однако речь шла о, так сказать, бездействующем
белке. А это все равно, что рассматривать в микроскоп
кусочек германия или железа и пытаться таким спосо-
бом определить, металл перед вами или полупроводник.
Разумеется, этого недостаточно. Ведь и необычные свой-
ства полупроводников обнаружили только тогда, когда
догадались проверить их в деле. А до этого их считали
«ни рыбой ни мясом»: и плохими изоляторами и неполно-
ценными проводниками.
но
Белок - полупроводник
Испытать белок непосредственно в действии удалось,
когда был создан уже известный нам новый электронный
прибор — радиоспектроскоп. В лаборатории, которой
руководит доктор химических наук Лев Александрович
Блюменфельд, под радиолуч этого своеобразного лока-
тора подставили кусочки печени, сердца и легкого, взя-
тые из только что умерщвленных животных. И на экра-
не неожиданно вспыхнул узкий сигнал: радиолокатор
обнаружил в белке громадное количество свободных
электронов, словно рассыпанных по всем молекулам.
Тогда кусочки тканей прокипятили и только после
этого направили на них радиолуч. Тщетно обшаривал
локатор клеточные глубины: электроны исчезли, белок
теперь не был проводником. Так впервые возникло подо-
зрение, что белок — это не изолятор, а полупроводник,
который пропускает через себя электроны только в опре-
деленных условиях.
Что же это за условия? Прежде всего — химические
реакции, совершающиеся в живой клетке, когда рас-
щепляются, например, молекулы сахара и из их оскол-
ков и других строительных деталей строятся молекулы
жиров. Расчеты показывают, что если бы куски таких
молекул сами сталкивались друг с другом и таким пу-
тем соединялись, то при температуре человеческого
тела все реакции шли бы гораздо медленнее, чем это
наблюдается в действительности.
Химики, ставящие опыты в лаборатории, для уско-
рения естественных процессов нагревают вещества до
высокой температуры, подвергают их сильному давле-
нию, а то подгоняют какой-нибудь крепкой кислотой.
Как же выходит из положения организм, лишенный
возможности прибегать к таким сильнодействующим
средствам?
Оказывается, в природе существуют особые веще-
ства, которые сами участия в реакции не принимают, но
каким-то образом ускоряют ее, одним только своим при-
сутствием оказывая нужное действие. Это ферменты. К
их помощи и прибегает организм, чтобы ускорить все
совершающиеся внутри клеток процессы.
111
Удалось подсчитать, что каждая молекула фермента
за одну секунду способна «столкнуть лбами» около 500
молекул, участвующих в реакции. Установили также,
что ферменты — белковые молекулы. Но дальше того,
что этот сложный белок каким-то непонятным образом
способен заставлять вещества соединяться или, наобо-
рот, рассыпаться с колоссальной скоростью, дело не
шло. И, лишь когда выяснилось, что белок — полупро-
водник, появилась возможность объяснить ррль фер-
ментов.
Поскольку любая химическая реакция, совершаю-
щаяся в организме, состоит в том, что электроны от
одних атомов переходят к другим, то, по-видимому, мо-
лекула фермента и служит своего рода тоннелем, по ко-
торому электроны перебегают с молниеносной быстро-
той. Именно такое облачко бегущих по белковому
мосту электронов и обнаружил радиолокатор, когда
его луч направили на кусочки тканей, только что выну-
тых из тела животных. Ведь в таких тканях еще несколь-
ко часов после смерти идут химические реакции.
Откуда же берется тоннель в сплошной молекуле
белка? Вероятно, здесь происходит примерно то же, что
в кристалле: в молекуле образуется зона проводимости,
по которой электроны могут беспрепятственно путеше-
ствовать. Недаром составные части белковой молекулы
упакованы так же плотно, как атомы в кристалле. Сосед-
ние группы атомов сближаются тут настолько, что сое-
диняющие их водородные мостики образуют единую
трассу, идущую поперек всей молекулы. Вот по этим
водородным мостикам, сшивающим отдельные части гро-
мадной молекулы белка в единое сооружение, как пред-
полагают, и движутся во время химической реакции
электроны от одного атома к другому.
Это предположение подтверждается тем, что после
кипячения белки уже не могут больше пропускать через
себя электроны. А при нагревании, как теперь точно
установлено, единый канал проводимости разрушается:
водородные мостики больше не соединяются друг с дру-
гом, а торчат в разные стороны.
Теперь стало понятно, почему в присутствии фермен-
тов реакции протекают с такой поразительной быстро-
112
той, как удается влиять атомам друг на друга на рассто-
янии, каким образом необходимая для поддержа-
ния реакции энергия мгновенно «подвозится» из даль-
них уголков клетки к месту действия. Все это делают
электроны, перебегающие по зоне проводимости из
одного атома в другой или даже сквозь несколько моле-
кул.
Как видим, поведение белковых молекул действитель-
но напоминает свойства полупроводников. И все же с
живыми полупроводниками дело обстоит гораздо слож-
нее, чем с теми, которыми пользуются в технике.
Германий, иридий, селен, вольфрам, кремний так и
родились полупроводниками. А белок-то все-таки по
происхождению изолятор. И зона проводимости в обыч-
ных условиях располагается у него так высоко, что элект-
ронам туда никак не допрыгнуть, даже если бы они
пользовались специальным шестом, как прыгуны-высот-
ники.
Оказывается,, соединяя оба взаимодействующих атома
своим телом и образуя единый комплекс с ними, моле-
кула фермента открывает дорогу новым, добавочным
электронам. Верхний электронный уровень веществ, кото-
рым предстоит вступить в реакцию, расположен гораздо
ближе к тому электронному уровню белка, где могут
двигаться свободные электроны. Они-то, эти добавочные
электроны, и забираются в зону проводимости. Поэтому
правильнее было бы называть полупроводником не сам по
себе фермент, а весь временно образующийся комплекс.
Теперь мы можем объяснить и свечение белков, когда
их облучают не тем светом, что способны поглотить аро-
матические аминокислоты. Уловленная где-то далеко от
них энергия света по тоннелю доставляется прямо к аро-
матическим аминокислотам и зажигает «светильники»,
запрятанные внутри белка. По-видимому, ее тоже пере-
возят быстрые электроны. А что она передается именно
по водородным мостикам, подтверждается очень любо-
пытным фактом. Если белок сильно нагреть, полить
едкой щелочью или еще как-нибудь разрушить его пра-
вильную структуру, «лампочки» погаснут. Ведь водород-
ные мостики больше не образуют единую трассу, тон-
нель сломан.
8 Е. Сапарина	ИЗ
«Головастики» в листьях растений
В живых организмах есть еще одно вещество, способ-
ное люминеснировать, светиться. Правда, оно находится
не в теле животных, а в листьях растений. Это хлоро-
филл, которому трава и деревья обязаны своим изум-
рудным цветом.
Лист растения — кормилец всех живых существ, на-
селяющих нашу планету. Всего из двух нехитрых ве-
ществ — углекислого газа и обыкновенной воды — строит
он сложнейшие съедобные вещества: крахмал и сахар.
А уже из них, добавляя по вкусу разные специи, тот же
лист приготавливает еще более сложные — жиры и
белки.
Мы не умеем этого делать и потому забираем у рас-
тений заготовленные ими вещества. А уже из этих по-
луфабрикатов в нашем организме, как и в организме
всех животных, создаются те строительные материалы,
которые необходимы для сооружения составляющих нас
молекул и клеток.
«Печет» свои «блины» растение тоже очень хитро-
умным способом — на солнечных лучах. А как оно это
делает, нам неизвестно. Мы знаем только, что листочки
растений обдуваются воздухом, в котором есть необхо-
димое ему сырье —углекислый газ. А корни его впиты-
вают и поднимают наверх — в производственные цеха —
второй компонент: воду. В зеленом листе оба эти веще-
ства каким-то загадочным образом начинают взаимо-
действовать, и в конце длинного ряда технологических
операций с живого конвейера поступает уже готовый
сахар.
В обычных условиях ни углекислый газ, ни вода не
обращают друг на друга никакого внимания. Чтобы за-
ставить их взаимодействовать, надо приложить энергию.
А где ее взять?
Растения буквально купаются в даровой энергии сол-
нечных лучей. Но поди поймай такой солнечный лучик.
Углекислый газ и вода — оба бесцветны и потому не спо-
собны поглощать солнечный свет. А хлорофилл может.
Благодаря своему зеленому цвету он поглощает почти все
видимые лучи, а больше всего самые энергичные — крас-
114
ные и синие. Чтобы заполучить энергию солнечных лучей
и иметь возможность соединиться, углекислый газ и вода
и забираются в зеленый лист, эту крошечную пищевую
фабрику.
Что этот «зеленый фокус мира», как называл хлоро-
филл Тимирязев, улавливает солнечную энергию и пере-
дает ее углекислому газу и воде, известно давно. Но вот
как он это делает, догадаться не удавалось, пока не стали
появляться доказательства того, что хлорофилл полупро-
водник.
До того, как был создан радиолокатор, способный
прощупывать отдельные молекулы, проверить это пред-
положение не было возможности. Зато, как только живой
зеленый листок поместили в новый прибор и осветили,
на экране вспыхнула знакомая узенькая кривая: свобод-
ные электроны!
Зная, как обстоит дело в белке, можно предположить,
что и молекула хлорофилла, подобно белковой, пере-
гоняет через себя электроны от воды к углекислому га-
зу. Процесс этот совершается не сразу, а как бы по час-
тям.
Однако подсчеты показывают, что, если бы хлорофилл
сам руководил всеми многоступенчатыми реакциями,
он просто не смог бы справиться с таким объемом рабо-
ты. Да и вряд ли он умеет смешивать абсолютно все
промежуточные вещества. Кто же ему помогает?
Каждая молекула хлорофилла похожа на головасти-
ка: у нее круглая «голова», в центре которой находится
атом магния, и длинный «хвост». Эти «головастики» стоят
стройными рядами, упираясь головами в дорожки из
белка. Улавливает лучи света магний, и это его элект-
роны отправляются путешествовать вдоль всей молекулы.
Но столь близкое соседство белка, который, как теперь
известно, тоже способен пропускать через себя элект-
роны, наводит на мысль, что они могут переходить с мо-
лекул хлорофилла на эти белковые прослойки, продви-
гаясь по ним далеко от породившего их атома магния.
И уже там, где-то на поверхности белкового остова, про-
исходят все последующие реакции.
Существует предположение, что молекулы хлоро-
филла объединены в громадные агрегаты, обслуживаю-
115
шие один синтезирующий центр. Основано оно на подсче-
те падающих на лист порций солнечной энергии и моле-
кул углекислоты, присоединивших за это время к себе по
атому водорода. Называют разное количество входящих
в такой агрегат молекул. Одно время думали, что их не
меньше 2 миллионов 500 тысяч, потом согласились на
500 и даже на 250 тысячах. Но все равно это громадное
число. И оно говорит о том, что таинство, происходящее
в зеленом листе, гораздо сложнее, чем просто перекачка
электронов от молекулы углекислого газа к воде, как по
тоннелю.
Обращает на себя внимание удивительное сходство
между работой хлорофилла и ферментов, ускоряющих
реакции в организме животных и человека. В разгадке
такого ускорения и заключается, по-видимому, секрет
производства органических веществ в зеленом листе и
переработки их в клетках нашего тела. Да и вообще
тайна живого. Ведь кто скажет, что важнее: создать син-
тетическую белковую молекулу или научиться так уско-
рять химические реакции, как это происходит в живом
организме, где благодаря этой немыслимой скорости и
создаются кирпичики живого вещества — белки?
Магнитные стрелки в нашем теле
Как-то физиологи с помощью гипноза заставили чело-
века представить себе определенные зрительные образы,
например, что у него на руке сидит птица. Речь, таким
образом, шла не о фотографическом изображении
видимых предметов на светочувствительном слое глаз-
ного дна, а о зрительных ощущениях, возникающих уже
непосредственно в головном мозге, в том его отделе,
куда передается сообщение о видимом от глаз.
Когда загипнотизированный человек представил себе
сидящую птицу, к его голове поднесли магнит. И тут
произошла удивительная вещь: птица «улетела», зри-
тельные образы, возникшие в мозгу, независимо от само-
го человека и без всяких указаний гипнотизера сдви-
нулись, исказились, как если бы их притянуло к маг-
ниту.
116
Тогда этот феномен так и остался загадкой. Но сей-
час. ..
Во всех предыдущих случаях радиолокатор, направ-
ленный внутрь живой клетки, как бы подтверждал ранее
возникшие предположения ученых, и потому картина,
появлявшаяся ня его экране, не была неожиданной. Но
однажды с его помощью удалось углядеть такое, чему
до сих пор не перестают удивляться исследователи.
Дело происходило в той же лаборатории Института
химической физики, где исследуют белки и хлорофилл.
Все было как обычно: включили радиолокатор и поме-
стили под его луч на этот раз важнейшее по значению
после белка вещество — нуклеиновую кислоту. Неожи-
данно на экране вспыхнул очень широкий и яркий сиг-
нал. Свободные электроны? Но откуда они тут взялись?
Это никак не укладывалось в современные представ-
ления о структуре нуклеиновой кислоты, в молекулах
которой не должно быть таких магнитных частиц.
Ученые принялись внимательно, шаг за шагом обсле-
довать все обстоятельства своих опытов.
Составили искусственные смеси из нуклеиновых кис-
лот и белка — магнитные свойства проявлялись и здесь.
Отделяли нуклеиновые кислоты — сигнал исчезал. Вво-
дили вновь — появлялся. Попробовали нуклеиновую
кислоту прокипятить — снова исчез и уже больше не
восстанавливался. Так все больше и больше убеждались,
что магнитные свойства не просто присущи нуклеиновой
кислоте, а зависят от ее внутренней структуры: нару-
шается она — и электроны в этих молекулах перестают
быть одиночками, вновь соединяются попарно.
Наконец, взяли не чистую нуклеиновую кислоту, а
кусочки тканей организма, где она содержится в наи-
большем количестве, — костный мозг, молодые растущие
клетки, кусочки коры головного мозга — и обследовали
их. Они тоже оказались магнитными.
Совершенно ясно, что отобранные у отдельных атомов
и превращенные в коллективную собственность всей мо-
лекулы магнитные частицы должны придать этим моле-
кулам новые свойства.
До сих пор считалось, например, что на наш организм,
как и вообще на животных, магнитное поле не оказывает
117
никакого действия. Ведь специальных органов для улав-
ливания магнетизма у нас нет, а само живое вещество
в силу своих немагнитных свойств должно быть нечувст-
вительно к такого рода влияниям.
Наблюдения, казалось, подтверждали это. Наша Зем-
ля — огромный магнит. Магнитные силовые линии мощ-
ными пучками вырываются из побережья Антарктиды и,
обогнув пространство вокруг планеты, вонзаются в толщу
Земли где-то в районе Канадского архипелага, что в
Ледовитом океане. Мы же и не чувствуем, что живем
внутри магнитного поля.
Впрочем, земной магнит не очень сильный. Он дейст-
вует примерно так же, как обычная школьная подкова
на расстоянии сантиметров десяти — пятнадцати.
Правда, иногда все-таки возникало подозрение, что
живые организмы каким-то образом могут ощущать
влияние земного магнетизма.
Несколько лет назад советский ученый В. Крылов,
поместив корешки лука и других растений в магнитное
поле, обнаружил заметное его влияние на направление
растущих побегов. В свое время к этому отнеслись как
к любопытному, но маловажному эксперименту. Ведь
чем только не пытаются воздействовать на растения!
Одна индийская исследовательница, например, каж-
дое утро танцевала перед ростками бобов и обнаружила,
что это самым благоприятным образом влияет на их
развитие. Американские же ученые заставляли растения
слушать то темпераментные джазы, то лирические
песни, то симфонии и сравнивали, какая музыка действу-
ет лучше.
Это не анекдот. Такие исследования имеют вполне
научную основу, и результаты их докладывались на боль-
ших конференциях, где присутствовали сотни серьезных
ученых. Только, разумеется, объясняются столь необыч-
ные явления не тем, что растениям одни танцы или песни
«нравятся», а другие нет. По-видимому, дело здесь в со-
трясениях воздуха с определенной частотой. А ведь
известно, что, скажем, ультразвук, представляющий со-
бой также колебания воздуха, способствует росту расте-
ний. Влияние магнитного поля на рост корешков легло в
один ряд с этими научными курьезами.
А как, например, находят дорогу во время весенне-
осенних перелетов птицы или рыбы, добирающиеся из
морей к устьям далеких рек?
Существовало предположение, ничем, впрочем, не
подтвержденное, что они ориентируются по расположе-
нию магнитных силовых линий. Попробовали как-то при-
вязать к голубям магнит, чтобы проверить, изменится
ли от этого их способность ориентироваться. Результаты
вроде получились положительные. Но выработать у тех
же голубей рефлекс на включение магнита не удавалось.
Биологи Московского университета решили провести
более сложные опыты с рыбами и птицами, которым
приписывается эта повышенная чувствительность к маг-
нетизму. Для этого аквариум с карасями или клетку с
голубями помещали внутрь электромагнита. Так как
было известно, что сам магнит не может служить услов-
ным сигналом для выработки рефлекса, то решили опре-
делить, не оказывает ли он хотя бы побочного действия
на другие рефлексы.
По звонку или загоравшейся лампочке карась дергал
бусинку, а голубь клевал специальный рычаг, за что им
тут же давали еду. Когда, перед тем как зажечь свет или
нажать звонок, включали электромагнит и держали его
включенным, пока не гас свет или не переставал звенеть
звонок, и караси и голуби дольше «раздумывали», пре-
жде чем сделать то, что от них требовалось. Действие
магнита как бы затормозило условный рефлекс.
Получалось, что магнитное поле каким-то образом
влияет на нервную систему. Теперь, когда обнаружилась
удивительная магнитная восприимчивость живого веще-
ства, могут найти объяснение и многие разрозненные
наблюдения, которые производились непосредственно на
человеке, но в силу необычности как-то не нашли своего
места в научных теориях. Речь идет об опытах с улетев-
шей под действием магнита птицей.
Вспомните, что ученые, обнаружившие необычные
магнитные свойства нуклеиновой кислоты, исследовали в
том числе и кусочки коры головного мозга. Может быть,
притянутыми в случае с гипнозом и оказались магни-
тики, заключенные внутри клеток мозга?
А воображение неудержимо устремляется еще даль-
119
ше. Зачем, спрашивается, в нервных клетках так много
магнитного вещества? Что, если на этих микроскопиче-
ских «магнитных лентах» и записываются поступающие
в мозг сведения? Может быть, «память» кибернетических
машин в этом смысле аналогична нашей и, ломая голову
над тем, как устроены неизвестные хранилища сведений
в мозгу человека, мы воспроизвели в технических соору-
жениях принцип, использованный живой природой?
Предположение это очень заманчиво. Ведь тогда мно-
гие неясные вопросы получают простое объяснение. Не
надо искать в мозгу отдельного «блока» памяти: те же
нервные клетки, что проводят возбуждение и благодаря
этому узнают обо всех совершающихся вне организма и
внутри него событиях, могут и хранить полученные све-
дения. Такая магнитная запись легко стирается — забы-
ваются старые рефлексы и освобождается место для
новых сведений.
Больше того: нуклеиновые кислоты участвуют в деле-
нии постоянно обновляющихся клеток организма. И,
главное, тех, что дают начало дочернему организму. При
этом им тоже приходится «запоминать» сведения о строе-
нии клетки или всего организма. Почему бы не предпо-
ложить, что именно магнитные свойства придают нукле-
иновым молекулам те специфические способности, кото-
рыми они обладают как передатчики шифрованных со-
общений по наследству?
Нуклеиновые кислоты — удивительные молекулы. Они
способны не только хранить сведения о совершающихся
в клетках процессах, но и, передавая их другим молеку-
лам, управлять ходом этих процессов. Это, по существу,
крошечные кибернетические устройства. Они словно пе-
рекидывают мост между сложнейшим самоуправляю-
щимся механизмом нашего тела — мозгом и триллио-
нами подчиненных ему автоматов — живых клеток.
«Слоеный пирог» из молекул
С чем, как не с первоклассным автоматическим про-
изводством, можно сравнить, к примеру, клетки костного
мозга, ежесуточно вырабатывающие до 100 миллионов
120
красных кровяных шариков, «изготовленных» один к од-
ному, совершенно одинакового размера и формы, с пора-
зительно точно выдержанным химическим составом?
Изучая со всех сторон жизнь отдельных клеток, уче-
ные все больше убеждаются, что это не просто химиче-
ские заводы-автоматы, работающие строго по заданной
программе, а необычайно тонко и чутко реагирующие на
любое изменение условий производства самонастраи-
вающиеся и самоуправляющиеся предприятия. И только
всякого рода посторонние вредные вещества, излучения
или вирусы, попадая в клетку, нарушают отрегулиро-
ванный в течение многих поколений автоматический ход
самопроизводства нужных для организма веществ.
В результате клетка становится как бы испорченным
автоматом и начинает выдавать не ту продукцию.
Как же производится управление этими бесчислен-
ными химическими заводами нашего тела, которых на-
считывается чуть ли не 100 триллионов? Сейчас пришли
к выводу, что это делают те самые белки-ферменты,
которые неожиданно оказались полупроводниками. Это
они, помогая соединиться различным атомам или моле-
кулам внутриклеточных веществ, направляют тем самым
химические реакции в ту или иную сторону и сообщают
им необходимую скорость. Так происходит и в организме
животных, и в зеленых листьях растений.
Давно обратили внимание на странную чувствитель-
ность нежного зеленого листочка. Стоит положить его на
стекло и, как скалкой по тесту, слегка провести по нему
стеклянной палочкой, как загадочная лаборатория зеле-
ного листа перестает работать.
Почему бы, спрашивается. Ведь молекулы хлоро-
филла живы и здоровы, углекислого газа в воздухе по-
прежнему полно, вода поступает в достаточном количе-
стве, лист не разорван, не помят, внешне даже и не
заметишь разницы между прокатанным и свежесорван-
ным листом, а производство остановилось. Значит, что-то
«сломалось» внутри листа?
В электронный микроскоп видно, что молекулы хло-
рофилла, выстроившиеся рядком, чередуются узкими
полосками белкового вещества так, что получается нечто
вроде слоеного пирога. К своему удивлению, такое
121
слоистое строение биологи обнаружили всюду в клетках
и тканях, где интенсивно идут химические процессы.
Знаменитые «палочки» и «колбочки» глаза тоже со-
стоят из громадного числа чередующихся слоев. Обо-
лочка нерва образована белковыми цепочками, между
которыми, как частокол, натыканы молекулы жира.
Поперечный разрез мышцы гораздо больше похож на
правильное чередование кристаллов, чем на молекулы
живого вещества. Частицы, видимые внутри клетки,
построены из таких же слоев. А ведь именно они, кстати
сказать, содержат основное количество клеточных фер-
ментов. Дайсе жидкий «кисель», заполняющий клетку,
при внимательном изучении оказался разделенным на
правильные полосы.
Случайно ли молекулы живого вещества обладают
такой правильной архитектурой? Зачем понадобилось
природе выстраивать молекулы белка или нуклеиновых
кислот в такие кристаллоподобные сооружения и про-
слаивать их молекулами жира?
По-видимому, способности ферментов определяются
не просто свойствами самой молекулы, а именно таким
слоистым упорядоченным расположением многих моле-
кул, благодаря чему увеличивается площадь, на которой
могут совершаться реакции внутри клетки. При наличии
большой поверхности, соприкасающейся с внешней сре-
дой, к тому же состоящей из плотно упакованных рядов
молекул, и становятся возможными такие громадные
скорости химических процессов, какие наблюдаются в
живой клетке.
Сам по себе этот вывод не является необычным, и,
может быть, исследователи и не задумались бы особенно
над ним, если б не обнаружили вслед за этим, что такое
слоистое строение живого вещества моментально нару-
шается, как только клетки вынимают из организма.
Стоило, вырезая кусочки тканей, немного замешкаться,
и вместо строгих рядов наблюдатель видел в микроскоп
беспорядочные скопища молекул. Четкий строй их нару-
шался. Так проявилась поразительная чувствительность
клеточных архитектурных сооружений к малейшему из-
менению поступающих в клетку веществ. Отделяя клетки
от основной ткани, мы лишаем их прежде всего кисло-
122
рода, приносимого кровью. И тотчас изменяется струк-
тура молекулярных построек.
С другой стороны, разрушая эту структуру, как в
случае с зеленым листом, мы тем самым нарушили и
самые химические реакции, происходящие с их помощью.
Директор Института биофизики Академии Наук СССР
Глеб Михайлович Франк назвал такие слоистые структуры
из многих молекул «управляющими устройствами» живой
клетки, связанными с химическими процессами в ней об-
ратной связью.
Так родилось представление о микрокибернетике,
проявляющейся не в деятельности нервной системы, как
настоящая, большая кибернетика, а в работе крошечных
химических заводов нашего тела.
Это управление, как и регулировка внутренней среды
в организме, совершается с помощью химических ве-
ществ. Только там они выделяются по сигналу нервной
системы и действуют в масштабах организма, а здесь
служат переносчиками сведений в пределах клетки.
Если до конца продолжить аналогию внутриклеточ-
ной кибернетики с законами, открытыми для большой
кибернетики, то придется признать, что роль посторон-
него «шума», сбивающего, искажающего полезную ин-
формацию, играет тут тепловое движение молекул, в ре-
зультате которого они могут разрываться или раскалы-
ваться, сталкиваясь между собой. По-видимому, соеди-
няя молекулы плотными рядами в единый монолит,
организм и борется с этими помехами.
Но как же такая жесткая постройка приспосабли-
вается к меняющимся условиям? Чтобы управлять хими-
ческими процессами, это строение из молекул должно
быть подвижным, гибким.
В одной из лабораторий Института биофизики под
руководством члена-корреспондента Академии наук
Глеба Михайловича Франка принялись за поиски таких
изменений в слоистых клеточных структурах.
Прежде всего обследовали нерв. Как известно, когда
к нерву распространяется импульс, то в нем возникают
химические изменения, а на его поверхности появляются
электрические заряды. Это можно обнаружить приборами.
Но только ли этим ограничивается дело?
123
Ученые стали рассматривать работающий нерв в
микроскоп, вернее, фотографировать его через микроскоп
на фоне движущейся пленки. При этом нерв осветили не
равномерно, а оставив темные полосы. Если во время
прохождения волны возбуждения он останется непо-
движным, на пленке так и получатся параллельные поло-
сы. Если в составляющем его веществе возникнет беспо-
рядочное движение, полосы сдвинутся — и на пленке
получатся завихрения. При ритмичных же сокращениях
должны образоваться правильные волны.
И вот, когда проявили снимки, на фотографии обна-
ружилась как раз такая картина. Так стало известно,
что нервное возбуждение сопровождается равномерным
движением слоистой оболочки нерва. Это как бы след
от прокатившейся волны возбуждения.
Открытие это было сделано несколько лет назад, а
сейчас к нему прибавилось много новых аналогичных
наблюдений. Подвижность «полосатых» клеточных по-
строек и является, вероятно, тем чувствительным регу-
лятором, который настраивает жизненные процессы в
каждой клетке на определенный уровень или, как ска-
зали бы инженеры, на наиболее выгодный режим работы.
Этот механизм вырабатывался и оттачивался в тече-
ние миллионов лет, которые потребовались для того,
чтобы первая кибернетическая молекула превратилась в
первое живое одноклеточное существо. И из этого при-
митивного самоуправляющегося автомата развились та-
кие сложнейшие мыслящие организмы со специальной
системой управления, действующей по тем же законам
кибернетики, как мы с вами.
К отдаленному подобию такого механизма только
сейчас начинают подходить инженеры, создавая техни-
ческие автоматы, в которых управляющий механизм и
то, чем он управляет, связаны не жесткой, а подвижной
обратной связью, как бы ритмически пульсирующей.
Именно в исследовании секрета столь совершенного
автоматического регулирования, совершающегося в клет-
ках нашего тела, и лежит путь к разгадке самого удиви-
тельного чуда природы — тайны жизни. Ведь ни сама по
себе молекула белка, ни химические процессы, совершаю-
щиеся при посредстве таких молекул, еще не означают
124
рождения живого организма. Лишь когда появляется
целая система организованных молекул, химические
реакции превращаются в упорядоченный процесс, кото-
рый мы называем обменом веществ: возникает жизнь.
Сейчас идет много разговоров об электронной модели
живых кибернетических устройств. Но если уж говорить
о самоуправляющемся механизме, созданном искусст-
венно, то им будет прежде всего не синтетический мозг,
а синтетическая клетка. Ведь мы знаем теперь, что живая
клетка — это тоже «кибернетическая машина».
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА I. ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕПОРТЕРЫ
За что судили «Комету»? ....................... 5
Как растет трава?.............................. 8
«Радиособака» инженера Ющенко ................ 13
Почему не мерзнут пингвины?................... 17
Интервью из космоса .......................... 19
Космочеловек отменяется!...................... 24
Секрет выдала... пятка?....................... 27
ГЛАВА II. ТОРТИЛА УЧИТСЯ ДУМАТЬ
Зачем сердцу уши? ............................ 36
«А вместо сердца — пламенный мотор»........... 40
Фотокарточка снята... глазом.................. 45
Цветное кино для лягушек ..................... 49
Фарфоровые бусы Лилли ........................ 53
« Гортила-2» принимает решение................ 56
Может ли паук стать портным? ................. 59
Золотой ключик к «черному ящику» ............. 62
«Мы думаем сердцем»........................... 65
Механические куклы часовщика Дро ............. 67
«Алло! Соедините меня с желудком!» ........... 69
Таинственный вычислитель ..................... 72
Как гибернетика вернулась в биологию ......... 75
Машина пошла в магазин........................ 80
Дракон, кусающий свой бок..................... 83
Слуховая перчатка и электронный нос .......... 88
Цветной слух, или седьмое чувство............. 94
ГЛАВА 111. С РАДИОЛОКАТОРОМ - В ГЛУБЬ КЛЕТКИ
Путешествие в микрокосмос .................... ЮО
Куда пропали радиоволны? .................... 103
«Зеленая улица» в кристалле.................. 107
Белок — полупроводник ....................... 111
«Головастики» в листьях растений............. 114
Магнитные стрелки в нашем теле............... 116
«Слоеный пирог» из молекул................... 120
К ЧИТАТЕЛЯМ
Отзывы об этой книге
просим присылать по адресу:
Москва, А-47, ул. Горького, 43.
Дом детской книги.
Для среднего и старшего
школьного возраста
Сапарина Елена Викторовна
ТОРТИЛА УЧИТСЯ ДУМАТЬ
Ответственный редактор В. С. М а л ь т. Художествен-
ный редактор Е. М Гуркова. Технический редактор
В И Мешалкин Корректоры Н. А Сафронова и
М. Б. Шварц. Сдано в набор 6/1II 1963 г. Подписано
к печати 6/VIII 1963 г. Формат 84X108 ’/з2. 4 печ. л.
6,56 усл. печ. л (6,13 уч.-изд. л.) Тираж 65 000 экз А09230
ТП 1963. К? 552. Цена 28 коп.
Детгиз. Москва, М. Черкасский пер , 1.
Типография «Пунане Тяхт>, г. Таллин, ул. Пикк, 54/58.
Заказ Ха 1529.