close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

;docx

код для вставкиСкачать
10
2014
Бог создал нас по своему образу и подобию.
Но откуда уверенность, что он работал
в реалистической манере?
Химия и жизнь
Ежемесячный
научно-популярный
журнал
10
Станислав Ежи Лец
2014
Зарегистрирован
в Комитете РФ по печати
19 ноября 2003 г., рег.№ 014823
НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ:
Главный редактор
Л.Н.Стрельникова
Заместитель главного редактора
Е.В.Клещенко
Главный художник
А.В.Астрин
Редакторы и обозреватели
Б.А.Альтшулер,
Л.А.Ашкинази,
В.В.Благутина,
Ю.И.Зварич,
С.М.Комаров,
Н.Л.Резник,
О.В.Рындина
Технические рисунки
Р.Г.Бикмухаметова
Подписано в печать 2.10.2014
Содержание
Элемент №...
Элементиада. А.Вакулка........................................................................................ 2
Архив
споры ученых. ...................................................................................................... 8
Здоровье
диета для иммунитета. П.М.Шварцбурд.............................................................12
Технологии и природа
сырные страсти. Н.Л.Резник................................................................................16
Проблемы и методы науки
Модель растения. Е.Клещенко............................................................................ 20
Фотоинформация
Щелочные тайны биоморфов. С.М.Комаров.................................................... 26
Проблемы и методы науки
прогноз для науки и техники. Л.Хатуль............................................................ 30
Тематический поиск
Умные руки и пиксельная кожа. С.Фролова, Е.Клещенко................................ 35
Адрес редакции
19991, Москва, Ленинский просп., 29, стр. 8
Телефон для справок:
8 (495) 722-09-46
e-mail: [email protected]
http://www.hij.ru
При перепечатке материалов ссылка
на «Химию и жизнь — XXI век» обязательна.
© АНО Центр «НаукаПресс»
Проблемы и методы науки
о пользе депрессии. Д.А.Жуков......................................................................... 36
Нанофантастика
ФармоZоnе. Эдуард Шауров................................................................................ 39
Земля и ее обитатели
жизнь с ослами. Н.Анина................................................................................... 40
Из дальних поездок
драгоценные яйца. Л.Стрельникова................................................................... 42
Книги
Коммуникация животных
как испорченный телефон. Г.Ю.Любарский..................................................... 48
Страницы истории
вернадский и вульф. П.П.Федоров.................................................................... 52
Что мы едим
лисички. Н.Ручкина.............................................................................................. 56
Фантастика
строгий костюм. Александр Сержан.................................................................. 58
На обложке — рисунок А.Кукушкина
На второй странице обложки
работа Самуэля Бака «Урок». Создать
техногенную копию биообъекта —
непростая задача. Читайте об этом
в статье «Модель растения».
Прогулки по истории химии
открытие фуллеренов:
как это видел Роберт Кёрл. И.А.Леенсон........................................................... 64
в зарубежных лабораториях
10
короткие заметки
62
информация
15
пишут, что...
62
книги
29
переписка
64
Художник Н.Кращин
Элементиада
А. Вакулка
Периодическому закону будущее не грозит разрушением,
а только надстройки и развитие обещает.
Д.И.Менделеев
2
Менделеев, располагая элементы в соответствии с атомными весами, сделал свое открытие, не ведая об истинной
природе периодичности. Строение атома и его ядра было
установлено намного позже и показало, что периодичность
на самом деле связана с зарядом. С тех пор изменилось
не только понимание периодичности, но и количество
элементов в Периодической системе. Казалось бы, Периодической системе элементов Менделеева не должно быть
предела. Так это или нет, пока неизвестно. Можно лишь с
уверенностью утверждать, что если предел существует, то
он еще не достигнут.
Элемент №…
может быть различное число нейтронов, что сказывается на его
массе. Атомы, различающиеся числом нейтронов, называются
изотопами, которые бывают стабильными и нестабильными в
зависимости от соотношения числа протонов и нейтронов в
ядре. Стабильны обычно ядра, в которых нейтронов и протонов
поровну, а чем сильнее их соотношение отличается от единицы
в ту или другую сторону, тем меньше стабильность. Вследствие
распада ядро нестабильного атома превращается в ядро или
ядра других стабильных или нестабильных элементов.
Радиоактивный распад принято характеризовать периодом
полураспада t1/2. Суть этой величины в том, что она представляет собой время, за которое от простого вещества радиоактивного элемента остается ровно половина. Также для нашего
рассказа важно запомнить, что изотоп элемента обозначают,
добавляя к его названию число, соответствующее относительной массе ядра. Например, уран-238, железо-57 или медь-64.
Рассказ же пойдет о тех элементах, которые в природе отсутствуют в заметном количестве из-за своего малого времени
жизни и синтезированы стараниями человека.
Элемент, атом, изотоп
Элемент — это фундаментальная с точки зрения химии, то есть
не разложимая химическими методами на составные части, основа всех окружающих нас веществ. Атом же состоит из других
частиц — положительно заряженных протонов p+ и не имеющих заряда нейтронов n0. Заряд ядра (сорт атомов) и, стало
быть, его место в Периодической системе зависят от того,
сколько в нем протонов. Масса покоя нейтрона почти такая
же, как и протона, следовательно, в ядре атома одного и того
же элемента должно быть фиксированное число протонов, но
История синтетических элементов началась не с получения
сверхтяжелого ядра, а со среднего по массе элемента, существование которого предсказывал еще Д.И.Менделеев. В 1936
году Карло Перрье и Эмилио Сегре, изучая в университете
Палермо облученный в циклотроне молибден (а его дал Сегре
сам Эрнест Лоуренс — изобретатель циклотрона и основатель
названной в его честь лаборатории в Беркли), получили первый
в мире синтетический элемент — технеций Tc (от греческого
τεχνητός — искусственный). Название отражает тот факт, что
элемент был получен искусственным путем, а не выделен химически из природных соединений. Синтез технеция открыл
новую эру в физике и химии, когда наука начала сама создавать
объекты для изучения.
К сожалению, чем дальше продвигалась наука в получении
новых элементов, тем менее стабильными они оказывались.
Всё это элементы с порядковым номером больше 92 (трансурановые элементы), и их объединяет общее качество: ни один
из трансурановых элементов не имеет стабильных изотопов.
Однако это совсем не означает, что среди нестабильных изотопов трансурановых элементов нет долгоживущих. Например,
уран-238 имеет период полураспада 4,468 млрд. лет, а уран235 — 0,704 млрд. лет; эти изотопы можно найти в природе в
значительных количествах.
Следующий за ураном элемент — нептуний Np. Его в 1940
году получили американцы Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон, бомбардируя в радиационной лаборатории Калифорнийского технологического института в Беркли уран-238 нейтронами: тот становился ураном-239 и потом, за счет быстрого
превращения одного из нейтронов в протон, — нептунием-239
с периодом полураспада 2,36 дня.
Конечно, за такой короткий срок очень трудно изучить химию
нового элемента. Именно по этой причине физические и хими-
3
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Первые трансураны
ческие свойства некоторых трансурановых элементов изучены
фрагментарно. Нептуний еще не самый трудный случай. Такие
специфические условия работы с новыми элементами открыли
перед учеными новый вид химии — малых количеств и быстрых
экспериментов. В этом химия некоторых трансурановых элементов напоминает химию радикалов и интермедиатов (см.
«Химию и жизнь», 2012, № 8 и 2013, № 8).
Кстати, название «нептуний» несколько раз пробовали использовать для других элементов: ниобия Nb и германия Ge. В
первом случае ниобий ошибочно приняли за новый элемент, а
во втором — Клеменс Винклер, не желая подражать неудачному опыту с ниобием, изменил название открытого им элемента
с «нептуния» на «германий». В общем-то «германий» — лучшее
решение, чем «нептуний», так как родина Винклера — Германия, а не Нептун. В свою очередь, нептуний больше подходит
93-му элементу, поскольку он следует сразу за ураном, как
и в Солнечной системе, где за Ураном тоже следует Нептун.
В том же 1940 году группе физиков из Калифорнийского
университета в Беркли под руководством Гленна Сиборга удалось получить следующий за нептунием элемент — плутоний
Pu. В этом случае уран бомбардировали ядрами тяжелого
водорода — дейтерия с одним протоном и одним нейтроном
в ядре. Попав в ядро урана-238, дейтрон выбивал из него два
нейтрона и превращал в нептуний-238, а тот через пару дней,
испустив электрон, становился плутонием-238. Этот элемент,
как нетрудно догадаться, назван в честь планеты, следующей
за Нептуном.
Интересно, что первые попытки получения трансуранового
элемента были предприняты еще до Макмиллана группой итальянских ученых во главе с Энрико Ферми. Они тоже облучали
уран нейтронами. Неудача группы Ферми заключалась в том,
что ученым не удалось доказать присутствие нового элемента
в облученном образце. Но идея облучать уран нейтронами в
надежде создать трансураны принадлежит именно Ферми, и,
в сущности, вся эта история есть следствие его работ.
Плутоний стал первым искусственным трансураном, получаемым в промышленных количествах, — его долгоживущий
239-й изотоп способен к поддержанию цепной реакции, он-то
и пошел на изготовление одной из первых атомных бомб. При
взрыве бомбы расходуется отнюдь не весь плутоний — до
двух третей ядерного заряда разлетается в окружающем
пространстве. Поэтому после бомбардировок Хиросимы и
Нагасаки, а особенно после испытаний ядерного оружия в воздухе, поверхность нашей планеты обогащена плутонием-239
(считается, что за все время его рассеяно около 5 тонн),
который неизбежно включается в биогеохимические циклы.
Рассеивается плутоний по планете и после серьезных аварий
на атомных объектах.
Нейтронные и гелиевые снаряды
Синтез новых элементов — занятие не для бедных. Поэтому
изначально прогресс в заполнении пустых клеток Периодической системы после урана обеспечивали всего два научных
центра: Калифорнийский университет в Беркли и Объединенный институт ядерных исследований ОИЯИ в Дубне, а с
семидесятых годов также Центр исследования тяжелых ионов
имени Гельмгольца в немецком Дармштадте. Трансурановые
элементы — в значительной степени результат конкуренции
сверхдержав СССР и США и соответственно Беркли и Дубны.
Если в США наиболее значимой фигурой был Гленн Сиборг,
то в СССР — Г.Н.Флеров, а в РФ — его ученик Ю.Ц.Оганесян.
Успех с плутонием Сиборг закрепил в 1944 году синтезом
следующего за ним элемента под номером 95, который
получил название америций — Am. Опыты проходили в металлургической лаборатории Чикагского университета, и не
случайно. В этом университете Энрико Ферми собрал так
называемую чикагскую поленницу — первый рукотворный
4
ядерный реактор, а в лаборатории исследовали радиоактивные материалы в рамках проекта по созданию атомной бомбы.
Облучение плутония нейтронами и привело к образованию
америция-241. Возможно, название «америций» было выбрано
в противовес «европию» — лантаноиду, стоящему как раз над
95-м элементом.
Этот элемент сильно радиоактивен — он светится в темноте
из-за собственного альфа-излучения и неизбежно образуется
при горении топлива атомных электростанций: уран-238 при
захвате нейтрона после череды распадов и новых захватов
превращается в плутоний-241, а тот становится америцием-241 с периодом полураспада 433 года. Он неизбежно
загрязняет почву в местах атомных катастроф. В частности,
теперь, по мере снижения активности радиоактивных иода,
цезия и стронция, именно америций некоторые специалисты считают наиболее опасным элементом из всего шлейфа
Чернобыльской катастрофы.
Америций-242 с периодом полураспада 141 год отлично
поддерживает цепную реакцию, а его критическая масса —
всего 3,75 кг. Поэтому америциевая бомба была бы достаточно
портативной. К счастью, количество сырья — америция-241 —
очень невелико: килограмм на тонну отработанного топлива.
Впрочем, это не мешает использовать америций в различных
приборах в качестве источника альфа-частиц. Пример такого
прибора — датчик дыма: в нем америций (доли микрограмма)
ионизирует воздух и возникает ток: частицы дыма экранируют
излучение и датчик срабатывает.
Использование нейтронов для синтеза новых элементов не
случайно третий раз упоминается в нашем рассказе. Дело в
том, что у нейтрона нет заряда, и поэтому в отличие от протонов
его взаимодействию с ядром не препятствует электростатическое отталкивание электронной оболочкой атома. Ядро охотно
поглощает нейтрон, становится тяжелее и теряет стабильность
— по существу, это изотоп облучаемого элемента с атомным
весом, большим на единицу. Далее, ядро может, к примеру,
претерпев β-распад (испустив электрон), перейти в ядро с порядковым номером выше на единицу, чем у исходного ядра.
Так были получены нептуний и америций:
U(n, γ)→239U(β-)→239Np(β-)→239Pu;
Pu(2n)→241Pu(β-)→241Am.
238
239
Однако возможно облучение ядер и более тяжелыми частицами, чем нейтроны. Плутоний-238 как продукт обстрела
урана-238 дейтронами — первый пример. Следующий за америцием искусственный элемент кюрий Cm был синтезирован
в 1944 году. Полученный с помощью дейтронов плутоний-238
облучали альфа-частицами — ядрами гелия-4. И снова эксперимент был проведен в Чикаго: под руководством Сиборга
получили кюрий-242 с периодом полураспада 163 дня. Новый
элемент оказался химическим аналогом америция: их было
так сложно разделить, что поначалу назвали соответственно
делирий (от латинского delirium — безумие) и пандемоний (от
греческого παν — всё и δαιμόνιον — бог, дух, демон; пандемониум — место сборища духов).
Интересно, что кюрий отнюдь не бесполезен. Основная
область его применения — источники электроэнергии для
космической техники. Во-первых, кюрий-242 — чистый альфа-излучатель, а защититься от альфа-лучей проще, чем от
гамма-, во-вторых, его мощность колоссальна — 120 ватт
запасено в одном грамме металла. Кюрий также используют
как источник альфа-частиц для спектрометров на космических
станциях и межпланетных экспедициях. А еще он служит при
«поджигании» атомных реакторов, поскольку прекрасно поддерживает цепную реакцию. Более того, кюрий-245 обладает
критической массой в 59 граммов — из него хотели делать
атомные пули, но уж больно мало этого металла, 20 граммов
всех изотопов на тонну топлива. В общем, этот элемент так
важен, что существуют специальные кюриевые программы по
повышению его наработки в реакторах и совершенствованию
извлечения из отработанного топлива.
Следующим был берклий Bk. Группа Сиборга получила его в
1949 году: облучение америция-241 альфа-частицами привело
к образованию берклия-243 и двух нейтронов. Исследователи
тем временем уже переселились в Калифорнию, в Беркли, и
проводили опыты в Лоуренсовской национальной лаборатории, созданной при Калифорнийском университете.
Недолгожители
Теория трансфермия
Подробности получения менделевия Гленн Сиборг привел в
своей книге «Элементы Вселенной» (Г.Т.Сиборг, Э.Г.Вэленс.
Элемент №…
Москва: Наука, 1966). А получил он в первых опытах 1955
года всего 17 атомов нового элемента. Химические свойства
менделевия были изучены немного позже. Когда ничего
определенно не известно, остается уповать на силу теории.
На помощь приходит уникальная особенность Периодического закона — возможность предсказывать свойства еще
неизвестных или неизученных элементов на основе свойств
известных или изученных элементов. Нечто похожее сделал
Сиборг в 1944 году, сформулировав актиноидную теорию, она
же теория актиноидного сжатия. Ее трактовка, ныне широко
распространенная, связана с недостаточным экранирующим
действием f-орбиталей актиноидов и предсказывает стабилизацию меньших по сравнению с остальными актиноидами
степеней окисления для трансфермиевых элементов.
Степень окисления — это очень важная характеристика элемента в том или ином его соединении с другими элементами.
Как правило, металлы имеют положительное значение степени
окисления. Известно, что менделевий может существовать
в степенях окисления +1, +2 и +3, из которых наиболее характерна для него последняя. Довольно просто может быть
достигнута степень окисления +2. А вот +1 — экзотична для
менделевия. Только в 1972 году удалось экспериментально
подтвердить существование Md+1. Таким образом формируется некоторое представление о химии искусственных элементов
— для многих из них придется ограничиться теоретическими
выкладками.
Важную роль в изучении химии трансфермиевых актиноидов сыграла хроматография. Уже на стадии анализа облученной мишени хроматография необходима для разделения
полученных изотопов и отделения нового элемента как от
уже известных, так и от материала мишени. Тут сразу можно
сделать первые выводы о химии полученного элемента. Дело
в том, что очередность вымывания того или иного иона зависит от его массы и от химического сродства к субстрату,
используемому для наполнения хроматографической колонки.
Именно с помощью хроматографии и был обнаружен Md+3.
Обнаружен среди других элементов, накопленных в мишени
из эйнштейния в процессе ее облучения; при этом менделевий
вымывался первым.
Очевидно, что менделевий в степени окисления +3 по своим химическим свойствам должен напоминать фермий, для
которого степень окисления +3, как и для менделевия, наиболее характерна. Этим фермий и менделевий напоминают
актиний с той лишь разницей, что актиний не проявляет других
степеней окисления, кроме +3. Существует также достаточно
оснований для того, чтобы предположить высокую химическую
активность у металлического менделевия. Если бы удалось собрать достаточное количество этого металла, то можно было
бы посмотреть, как его кусочек булькает в соляной или азотной
кислоте. К сожалению, некоторые главы современной химии,
а тем более физики совсем лишены наглядности. К примеру,
в квантовой механике ничего нельзя увидеть и мало что можно
представить. Лишь сухой язык математики способен выразить
многообразие микромира. Возможно, компьютерное модели-
5
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Самый долгоживущий изотоп — берклий-247 — имеет период полураспада всего 1389 лет. Для сравнения: у соседнего
кюрия-247 — 15,8 млн. лет! Можно сказать, что берклий начинает собой ряд трансурановых элементов, которые живут
недолго, но все же больше, чем считанные мгновения. Так, у
следующего за ним калифорния самый долгоживущий изотоп
имеет период полураспада 2645 лет, а у эйнштейния — 471,7
дней. Фермий же вообще не получен в достаточных для взвешивания количествах, самый живучий его изотоп распадается
наполовину примерно за 100 дней.
Названия этих трансурановых элементов, конечно, не нуждаются в комментариях. Калифорний получили в Калифорнии
в 1950 году под руководством все того же Сиборга: облучение
кюрия-242 альфа-частицами дает калифорний-245 и один
нейтрон. Интересно, что калифорний — самый дорогой
из металлов: его в миллиграммовых количествах делают в
американском Окридже и российском Димитровграде, а используют как мощнейший источник нейтронов для приборов,
для запуска ядерной реакции и лечения рака, когда другие
методы не помогают.
А вот с эйнштейнием вышла другая история. Его нашли после первого термоядерного взрыва, проведенного на атолле
Эниветок 1 ноября 1952 года. Синтез же этого элемента позволил доказать, что существует такое интересное явление,
как множественный захват: оказывается, ядро тяжелого
элемента может поглотить несколько нейтронов, прежде чем
начнет преобразовываться в ходе ядерных реакций. То есть,
можно сразу из урана-238 получить ядро с 253 нуклонами, а
не добавлять их по одному, как было при синтезе предыдущих элементов: захватив 15 нейтронов, ядро бывшего урана
испускает 6 электронов, становится калифорнием-253, а тот
превращается в эйнштейний-253. Если же урану удастся захватить 17 нейтронов сразу, то получится следующий элемент
— фермий-255, впервые обнаруженный вместе с эйнштейнием
в продуктах того же взрыва. Синтезировать его удалось в 1953
году облучением урана-238 нейтронами. И этот элемент оказался последним, который можно получать таким методом. Его
изотопы не выбрасывают электрон, превращаясь в следующий
элемент, но предпочитают либо выбрасывать альфа-частицу,
возвращаясь назад, к калифорнию, либо вообще делиться,
а иногда, выбросив позитрон, они становятся эйнштейнием.
Поэтому для дальнейшего синтеза в ход пошли легкие ионы
— сначала все те же альфа-частицы, а потом и более тяжелые
ядра вроде углерода, бора, кислорода и кальция.
Так, облучая мишень из эйнштейния альфа-частицами, американцы в 1955 году получили 101-й элемент — менделевий.
Период полураспада его самого стабильного изотопа — 51
день, но для исследований используют менее долгоживущий
менделевий-256 с периодом 1,25 ч, поскольку его проще
получать: из одного микрограмма эйнштейния-253 выходит
примерно миллион таких атомов.
рование могло бы помочь представить кусочек металлического
менделевия, весело прыгающий в кислоте.
Сиборг же придумал и термин «суперактиноиды»: элементы, у которых должна заполняться g-оболочка. Ни один из
суперактиноидов еще не был синтезирован. Скорее всего,
суперактиноиды образуют отдельный ряд, наподобие актиноидов и лантаноидов. При этом g-элементы (такое название
дал бы суперактиноидам химик) проявят себя как уникальные
элементы с ярко выраженными металлическими свойствами и
огромным спектром валентных состояний. Координационная
химия суперактиноидов должна быть поистине ошеломляющей. Впрочем, может быть, подобно лантану и актинию, ярко
выраженным d-элементам, первые представители группы
g-элементов будут типичными f-элементами.
Великое противостояние
Синтез менделевия положил конец американской монополии
в этом интересном деле: в других странах появились достаточно мощные ускорители для того, чтобы разгонять ионы и
бомбардировать ими мишени. Так, в 1957 году в Стокгольме
на циклотроне Нобелевского института были выполнены эксперименты по синтезу 102-го элемента. На этот раз ионами
углерода-13 обстреливали мишень из кюрия-244. Предполагалось, что реакция идет так:
Cm + 13C→253No + 4n;
Cm + 13C→251No + 6n.
244
244
Авторы дали новому элементу имя «нобелий». Однако вскоре
выяснилось, что они поторопились: ни в Беркли, ни в Москве, в
Институте атомной энергии имени И.В.Курчатова, ни в Дубне,
где в Объединенном институте ядерных исследований незадолго до того построили новый циклотрон, шведские данные
подтвердить не удалось. В 1958 году новое сообщение пришло
от группы Альфреда Гиорсо из Беркли, который обстреливал
кюрий-246 ядрами углерода-12, однако и эти данные были
опровергнуты в Дубне. Лишь к 1966 году советские физики из
группы Г.Н.Флерова получили надежные данные по изотопам
102-го элемента с массовыми числами от 252 до 256. Например, они проводили такую реакцию:
Pu + 16O→253No + 4n.
241
Начался долгий спор о приоритетах и праве дать имя новому элементу: Флеров предлагал вариант «жолиотий» в честь
Фредерика Жолио-Кюри. Наконец в 1997 году ИЮПАК решил
сохранить устоявшееся в литературе первоначальное название «нобелий», но очень долго этот элемент в Периодической
таблице писали в скобках, а физики шутили, что нобелий не
состоялся и от него осталось только «No» («нет» по-английски).
Аналогичная история повторилась со 103-м элементом, когда
опыты 1965 года в Дубне опровергли данные, полученные в
Беркли в 1961 году (и снова имя элемента писали в скобках,
поскольку группа Флерова назвала его резерфордием, а группа Гиорсо — лоуренсием), и со 104-м элементом, когда уже
американцы высказали сомнения в достоверности опытов в
Дубне 1964 года (этот элемент получил названия «курчатовий»
и «резерфордий»). Наводя порядок в номенклатуре, в 1997
году ИЮПАК присвоил элементам названия, данные в Беркли.
А ранее, в 1992 году, он же признал приоритет советских ученых в открытии элемента 102 и равный приоритет советских и
американских физиков в открытии элементов 103 и 104. Подробности можно найти в журналах «Химия и жизнь», 1973, № 1
и «Физика элементарных частиц и атомного ядра», 1991, № 4.
Начало изучению химических свойств нобелия положено
в Беркли в 1988 году. Как и предполагалось, он существует в
двух устойчивых степенях окисления +2 и +3. Возможно, +2
6
для нобелия более устойчивая степень окисления, чем для
менделевия и тем более фермия. Тенденция к стабилизации
низших степеней окисления при движении слева направо
в ряду актиноидов аналогична по своей природе такой же
тенденции в ряду лантаноидов и связана с уже упомянутой
теорией Сиборга. Возможно, лоуренсий будет иметь уже преимущественно степень окисления +2. Также вполне возможно,
что лоуренсий намного легче, чем нобелий и менделевий,
поддается восстановлению до степени окисления +1. С другой
стороны, нобелий — предпоследний в ряду актиноидов; у него
полностью заполнена f-орбиталь, а это означает большую по
сравнению с другими актиноидами стабильность электронной
конфигурации. К примеру, благородные газы (He, Ne, Ar, Kr,
Xe и Rn), имеющие заполненные p-оболочки, проявляют исключительную химическую стабильность, а для некоторых из
них (He, Ne и Ar) до сих пор не получено ни одного химического
соединения. Но все это рассуждения, а вот факты слишком
сложно добыть для таких экзотических элементов, синтезированных в количестве нескольких десятков атомов.
Трансактиноиды
За трансфермиевыми актиноидами следуют трансактиноиды.
Название вполне логичное, а вот свойства таких элементов
уже не так легко поддаются пониманию: ведь это уже не элементы-близнецы, следующие за актинием и занимающие, по
сути, одну клетку в Периодической системе. Первый из них,
резерфордий Rf, как и предшествующие ему трансфермиевые
элементы, не отличается большой стабильностью — у наиболее
живучих изотопов периоды полураспада 10 и 13 часов. Впервые
резерфордий синтезировали в ОИЯИ в 1964 году, обстреливая
плутоний-242 ядрами неона-22. Следующий за резерфордием
— 105-й элемент дубний Db, получили в той же Дубне в 1970 году
обстрелом калифорния-249 азотом-15. Окончательное свое
название дубний получил в 1997 году (этот элемент, как и его
предшественники, успел побывать и ганием в честь Отто Ганна, и
нильсборием в честь Нильса Бора). Элемент 106 синтезировали
в Беркли в 1974 году: мишень из калифорния-249 обстреливали
ядрами кислорода-18; ему дали имя сиборгий.
Очевидно, что трансактиноиды не могут быть выделены в
отдельный ряд наподобие лантаноидов или актиноидов. Все
трансактиноидные элементы должны быть расположены в
соответствующих группах, начиная с четвертой группы переходных элементов (группа титана — Ti, Zr и Hf) и заканчивая
двенадцатой группой переходных элементов (группа цинка —
Zn, Cd и Hg). Таким образом, можно судить о свойствах трансактиноидов в соответствии с групповыми закономерностями
— они так мало живут и получаются в столь малом количестве,
что ставить опыты с ними затруднительно. Например, резерфордий должен напоминать по химическим свойствам гафний,
то есть быть достаточно инертным по отношению к кислотам.
Максимальная степень окисления у резерфордия должна быть
+4: он существует преимущественно в своей высшей степени
окисления +4 и его довольно трудно восстановить до +2 или
+3. Вероятно, резерфордий будет еще более моновалентным
элементом, чем расположенные выше него соседи по группе.
По крайней мере, тетрахлорид резерфордия (RfCl4) известен и
может быть получен при высокотемпературном (300—350оC)
хлорировании атомов Rf.
Следующий за резерфордием дубний по химическим
свойствам должен напоминать тантал с высшей степенью
окисления +5. Возможно, дубний более химически активен,
чем тантал, но в отличие от резерфордия он проявляет более
широкий спектр возможных промежуточных степеней окисления. Известно, что пентахлорид дубния (DbCl5) при 300оС менее
летуч, чем пентахлорид ниобия (NbCl5), и более летуч, чем
тетрахлорид гафния (HfCl4). Видимо, некоторые химические
свойства все-таки можно предвидеть. Другое дело, так ли оно
Острова стабильности
и теория оболочечного строения ядра
Изучение стабильности атомных ядер показало, что некоторые
ядра особенно стабильны, если число протонов и/или нейтронов в них соответствует избранным числам — 2, 8, 20, 28, 50, 82
и 126; такие ядра физики назвали «магическими». К примеру,
изотоп свинец-208 содержит 82 протона и 126 нейтронов и
отличается большей устойчивостью. Это говорит о том, что,
возможно, атомное ядро похоже на электронную оболочку
атома. Можно представить, что атом, как луковица, состоит из
многих стационарных оболочек. Однако в отличие от луковицы
у атома может быть несколько ороговевших «шкурок». Яркий
пример — атомы инертных газов, в которых заполненные до
конца p-уровни служат причиной их исключительной стабильности. Предположение, что ядра, где количество нейтронов
или протонов достигло определенного значения, могут быть
исключительно стабильными, легло в основу гипотезы об
островах стабильности. А самыми стабильными должны быть
ядра, в которых количества и нейтронов, и протонов одновременно равны одному из вышеуказанных чисел. Например,
гелий-4, кислород-16 и кальций-40.
Параллельно с теорией оболочечного строения ядра существует капельная модель. В этой модели ядро представлено как
упаковка нуклонов по типу упаковки атомов/молекул в жидкости
или кристалле. Эти модели — взаимоисключающие, но теория
оболочечного строения ядра более оптимистична; она дает надежду на существование сверхтяжелых и достаточно стабильных
элементов с атомными весами и порядковыми номерами, превышающими известные на сегодняшний день элементы.
Добраться до так называемого острова мечтают все физики, занятые созданием новых элементов, а наибольших
успехов достигла группа Ю.Ц.Оганесяна, которая продолжает
дело Флерова в ОИЯИ: за 1999—2003 годы она впервые синтезировала элементы 111—116 и 118. В 2010 году, обстреливая
полученную из Окриджа берклиевую мишень ионами калия, в
Дубне получили и 117-й элемент — самое свежее достижение
в этой истории, тянущейся более полувека. Подобным же
образом, обстреливая «дважды магическим» (20 протонов и
28 нейтронов) кальцием-48 мишени из плутония, америция,
кюрия и калифорния, получили флеровий, унунпентий (115),
ливерморий (116) и унуноктий (118) соответственно. Попытки
синтезировать следующие элементы пока что не получили
веских доказательств успеха. В то же время очевидно, что
возможности бомбардировки кальцием исчерпаны, ведь
сделать мишень из следующих за калифорнием эйнштейния
и фермия практическим невозможно — слишком малые количества атомов этих элементов можно синтезировать. Новым
снарядом может оказаться дважды магический свинец, но
опыты с ним еще в зачаточном состоянии.
В опытах Оганесяна было обнаружено, что флеровий-289
имеет аномально высокое время жизни — 2,7 секунды, в то
время как его соседи живут десятки или сотни миллисекунд.
Это позволило предположить, что остров стабильности где-то
Элемент №…
неподалеку, в районе 120—130-х элементов. Впрочем, времена жизни самых стабильных из тех считанных атомов более
тяжелых элементов, что были получены (унунтрий-288 — 87
мс, ливерморий-293 — 53 мс, унунсептий-294 — 78 мс и унуноктий-294 — 0,89 мс), не очень-то подтверждают эту мысль.
Хотя расчет Оганесяна строится на том, что нужно обеспечить
еще больше нейтронов в ядре — довести их до магического
числа 184. То есть, например, унуноктий-302 должен быть
стабильнее, чем живущий мгновения Uuo-294.
Пытались искать обитателей острова и в природе. Так,
Г.Н.Флеров предположил, что они могут присутствовать в
космических лучах и соответственно оставлять следы в облученных ими минералах или детекторах. Была предпринята
даже специальная исследовательская программа, однако
никаких внятных и подтвержденных данных пока не получено.
Релятивистская теория и фейнманиум
Релятивистская механика — механика при скоростях, близких
к скорости света. Какое отношение она может иметь к поиску новых элементов? На помощь приходит предположение
известного физика Ричарда Фейнмана о том, что элемент с
порядковым номером 137 будет крайне интересным по причине нестабильности его электронных оболочек. Дело в том,
что внешний s-электрон этого элемента, чтобы удержаться на
своей орбитали, должен будет двигаться со скоростью света
(если представить, что электроны вообще вращаются на своих
стационарных орбиталях). Сегодня почти каждому известно,
что скорость света — предельно допустимая скорость, с
которой может двигаться любой объект, имеющий массу покоя. Электрон, как массивная частица, достичь ее не может.
Таким образом, ядро элемента-137 будет существовать, а вот
внешняя электронная оболочка наверняка останется незавершенной, и вообще он может оказаться последним элементом.
Наряду с существованием острова стабильности, тайна элемента унтрисептия Uts не единственная из тех, что предстоит
разгадать физикам, когда они найдут способы дальнейшего
синтеза сверхтяжелых элементов.
Несмотря на огромные усилия трех поколений ученых всего
мира, так и не удалось разрешить вопрос о законченности Периодической системы. Видимо, слова Менделеева о том, что время
обещает лишь настройки и развитие Периодическому закону,
оказались пророческими. Проблема завершенности Периодической системы усложняется рядом других проблем. Например,
достоверно не известно, как именно построено атомное ядро.
А есть еще релятивистские эффекты электронных оболочек, о
которых мы говорили выше... Так что продолжение следует: к
апрелю 2011 года были предприняты попытки синтезировать
элементы с порядковыми номерами 119, 120, 122, 124, 126 и 127,
однако достоверных сведений об этих опытах еще нет.
7
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
на самом деле? Сиборгий должен напоминать подгруппу хрома
— максимальная степень окисления +6, плотнее вольфрама
и, возможно, активнее его.
За сиборгием идут борий (Bh, 107), хассий (Hs, 108, назван
в честь средневекового княжества Гессен, по-латыни Hassia,
где расположен дармштадтский Центр исследования тяжелых
ионов, синтезировавший три атома этого элемента), майтнерий
(Mt, 109, назван в честь Лизы Мейтнер), дармштадтий (Ds, 110),
рентгений (Rg, 111), коперниций (Cn, 112), флеровий (Fl, 114),
ливерморий (Lv, 116). В принципе нет надобности в дальнейшем
обсуждении этих элементов. Ясно, что химия этих нестабильных
атомов находится на зачаточной стадии развития — живут они в
лучшем случае минуты, а то и считанные мгновения.
Споры ученых
Передать накал той дискуссии, которую вели советские и американские физики, синтезировавшие трансфермиевые элементы, позволяют фрагменты из статьи В.В.Станцо «Скобки в таблице Менделеева. Что за ними?», опубликованной в январском номере журнала
«Химия и жизнь» за 1973 год, то есть по горячим следам событий.
Элемент 102
<…> Предоставим теперь слово участнику дубненских работ по синтезу изотопов
102-го элемента лауреату Ленинской
премии В.А.Друину:
«Работа, о которой пишет Сиборг, действительно долгое время считалась безупречной. Создатели генетического метода идентификации новых элементов —
по дочерним продуктам, образующимся
после альфа-распада, настолько верили
в его силу, что не допускали возможности
каких-либо неточностей или ошибок. Я
бы сказал, они пребывали в состоянии
самогипноза. Огромный опыт и авторитет берклиевской группы гипнотизировал
всех, и даже мы в Дубне, не подтвердив
берклиевские данные об изотопе 254102,
в течение длительного времени не решались объявить об их ошибках. В течение
почти полутора лет мы сомневались, а
нет ли у нас какой-либо путаницы, нет
ли ошибки в наших измерениях. Судите
сами: вместо трехсекундного периода
полураспада в Дубне получили 60 секунд,
а эта разница уже выходит за пределы
всех возможных статистических неточностей. Опыты повторялись один за
другим, велась переписка с Беркли, пока
наконец не появилась убежденность,
что трехсекундный излучатель не имеет
никакого отношения к 254102. Утверждение авторов, что дочерний фермий-250
распределен на вторичном сборнике в
соответствии с трехсекундным периодом
полураспада 254102, скорее говорит о том,
что этот фермий-250 не имеет никакого
отношения к 254102, а появляется там в результате «просачивания» из реакционной
камеры, где он образуется в большом
количестве <...>
Когда выяснилась серьезная ошибка
в идентификации 254102, в Дубне была
предпринята серия экспериментов по
изучению других изотопов 102-го элемента, и, в конце концов, к 1966 году, мы
уже очень хорошо знали свойства пяти
изотопов с массовыми числами от 252
8
до 256. Ни один из них не был похож ни
на то, что наблюдалось в Стокгольме, ни
на то, что наблюдалось в Беркли.
Наши выводы были проверены в
Беркли и целиком подтверждены. Это
случилось в начале 1967 года, а вскоре
взгляды берклиевской группы на название 102-го элемента резко переменились. В сентябре 1967 года в журнале
“Physics Today” появилась статья Гиорсо
и Сиккелэнда “Поиск элемента № 102”,
в которой авторы писали: «Нам часто
предлагали изменить поспешно данное
название “нобелий” для элемента 102.
Мы и наши сотрудники много думали
над этим. Имея в виду, что прошло много
времени и что это почтенное название
широко используется в многочисленных
книгах и научных статьях повсюду в мире,
нам хотелось бы предложить, чтобы название “нобелий” с символом No было
сохранено»». <…>
Элемент 103
<…> Первое сообщение об этом элементе пришло из Беркли в 1961 году.
В нем говорилось, что при облучении
калифорниевой мишени ионами бора
наблюдалась слабая альфа-активность
с энергией 8,6 МэВ и периодом полураспада 8±2 сек. В работе приводился
альфа-спектр, полученный в одном из
многочисленных облучений. На спектре
видна линия 8,6 МэВ, состоящая всего из
10—15 импульсов.
Существенно, что калифорниевая мишень (всего три микрограмма калифорния)
не была моноизотопной. В «Радиохимическом словаре элементов», составленном
известными французскими радиохимиками М.Гайсинским и Ж.Адловым (1965 г.),
приведено уравнение ядерной реакции, по
которой получали новый элемент:
Cf + 10-11B→157Lo + xn.
250-252
Как видим, уравнение не отличается определенностью, но даже не это
главное. В любой работе, цель которой
— получение нового радиоактивного
элемента, самое важное и сложное —
доказать, что обнаруженная активность
обусловлена конкретным изотопом конкретного элемента. Для этого существует
несколько хорошо зарекомендовавших
себя методов: изучение зависимости
эффекта от энергии бомбардирующих
ионов; изучение продуктов распада новой активности; измерение углов вылета
изучаемых ядер по отношению к направлению пучка бомбардирующих ионов...
В работе 1961 года изучалась лишь зависимость выхода излучателя от энергии
ионов бора. Эта зависимость оказалась
такой, что она скорее отрицала, чем подтверждала предположение о том, что
наблюдаемая активность принадлежит
103-му элементу.
Может быть, строгое доказательство
образования атомов 103-го элемента
дала химическая идентификация? Ничуть не бывало; в цитированном уже
«Радиохимическом словаре элементов»,
авторов которого никак не заподозришь
в предвзятости, черным по белому написано: «Химическую идентификацию
провести не удалось»... Тем не менее мир
был широко оповещен, что в Беркли получен новый, 103-й элемент, названный
лоуренсием — в честь изобретателя циклотрона американского физика Эрнеста
Лоуренса.
В Дубне элементом № 103 начали заниматься лишь через четыре года после
появления этой первой и, прямо скажем,
не слишком убедительной публикации.
При облучении америция-243 ионами
кислорода-18 получили изотоп 256103
с периодом полураспада 35 секунд. В
1966— 1967 гг. были более детально изучены его радиоактивные характеристики,
в частности сложный спектр альфа-излучения с энергией от 8,35 до 8,60 МэВ
и ярко выраженным максимумом вблизи
8,42 МэВ. Затем были предприняты попытки получить и изотоп с массовым
числом 257, описанный в работе 1961
года. Однако обнаружить изотоп 103-го
элемента с периодом полураспада около
8 секунд и энергией альфа-частиц 8,6
МэВ так и не удалось ни в одной ядерной
реакции, которая бы могла привести к
образованию изотопа 257103.
Узнав об этих результатах, Гиорсо и
его коллеги «провели ревизию своих
данных». Было заявлено, что если восемь
Элемент 105
<…> Письмо академика Г.Н.Флерова
редактору журнала «Science» (опубликовано в номере, датированном 2 октября
1970 г.):
«Дорогой сэр, с большим интересом
прочел в Вашем журнале статью “Учеными Беркли синтезирован 105 элемент,
названный ганием”. Как человек, который
долгое время занимался синтезом и
изучением свойств тяжелых ядер, я не
могу не сделать Вам комплимент в том,
насколько хорошо представлен экспериментальный материал и освещена проблема искусственного синтеза далеких
элементов. Однако ситуация с открытием
элемента 105 представляется мне несколько необычной. Этот элемент был
синтезирован в нашей Лаборатории в
начале с. г., и в Сообщениях Объединенного института ядерных исследований
была опубликована статья “Спонтанное
деление 103 и 105 элементов” в феврале с. г. Многие экземпляры этой статьи
можно найти в Радиационной лаборатории имени Лоуренса (Беркли), Брукхейвенской национальной лаборатории,
Аргоннской национальной лаборатории
и многих других — во всех учреждениях
США, которые получают регулярно научную информацию из Дубны. К моменту
первой публикации американских авторов нами были уже изучены все типы
распада нового элемента и определены
его химические свойства.
Вместе с тем ни в информационном
заявлении Комиссии по атомной энергии США от 28 апреля 1970 года, ни в
препринте Радиационной лаборатории
имени Лоуренса (Беркли) не дается
никаких ссылок на работу, сделанную в
Дубне и опубликованную двумя месяцами раньше.
И только из Вашего журнала нам стало
известно, что “Гиорсо недавно получил
внутренний препринт из Дубны, датированный февралем 1970 года, описы-
вающий эксперименты, предлагающие
доказательства существования нового
спонтанно делящегося элемента, который может являться 105-м элементом.
Поскольку советские ученые не предложили названия этого элемента, то,
видимо, они не чувствуют свои экспериментальные доказательства достаточно
строгими — такой вывод сделал Гиорсо”.
Такая постановка вопроса кажется
более чем странной по двум обстоятельствам.
Во-первых, мы глубоко уверены в
достоверности своих данных и при доказательстве открытия нового элемента
используем научные аргументы. Поэтому
заявление о том, что мы не уверены в
своих результатах, так как не дали сразу
название новому элементу, должно рассматривать как личное мнение Гиорсо и
Холкомба. Естественно, о вкусах не спорят. Но, к сожалению, в истории синтеза
новых элементов есть примеры, когда
поспешность в заявлении открытия и
названия нового элемента приводила к
тому, что в короткий промежуток времени
после сенсации оставалось только одно
название, а существо дела коренным
образом пересматривалось (вспомнить
хотя бы историю элемента 102).
Во-вторых, и здесь Вы, надеюсь, согласитесь, что отсутствие ссылки на нашу
работу несовместимо с выражением любого мнения, касающегося наших данных.
Нам было бы очень приятно, если бы
Вы смогли познакомиться с нашими
исследованиями, и я готов представить
Вашей редакции любой научный материал по синтезу и изучению свойств 105-го
элемента».
Вскоре (15 января 1971 года) в очередном номере «Science» под заголовком
«Полемика вокруг открытия элемента
105» было опубликовано ответное письмо
А. Гиорсо. Приводим его с некоторыми
сокращениями:
«Недавнее письмо Г.Н.Флерова (2 октября) поднимает некоторые вопросы по
поводу заявки моей группы на открытие
элемента 105 <...>
Что касается статьи об элементе 105,
опубликованной в “Physical Review Letters”,
я должен только ответить, что статья была
закончена раньше, чем был получен
дубненский препринт. С другой стороны,
сообщение Холкомба основывалось на докладе, который мне было предложено сделать и с которым я выступил в Вашингтоне
на собрании Американского физического
общества 28 апреля 1970 г. Упомянутый
препринт был нами получен незадолго
до этого. Перевод этого материала был
закончен 10 апреля 1970 года. Когда я
оглядываюсь назад, мне ясно, что было
бы благоразумным включить в публикацию
ссылку на новые дубненские результаты, и
я приношу извинения Флерову и его группе, что я этого не сделал <...>
Очевидно, что работа в двух лабораториях проводится полностью незави-
Архив
симо и, по существу, одновременно (мы
впервые детектировали 1,6-секундную
альфа-активность 260105 в ноябре 1968 г.,
но данные не были такого качества, чтобы
их можно было опубликовать).
Я хотел бы поднять фундаментальный
вопрос о том, что составляет открытие
нового элемента. Мне кажется, что открывателем является тот, кто первый
доказывает, что он действительно нашел
новый элемент. Наша опубликованная
работа показывает вне сомнения, что мы
идентифицировали изотоп 260105, установив его генетическую связь с хорошо известным дочерним лоуренсием-256... С
другой стороны, в дубненском открытии
двухсекундного спонтанно делящегося
излучателя подлинность атомного номера до сих пор находится под вопросом.
Я, конечно, соглашусь, что возможно,
что двухсекундная спонтанно делящаяся
активность обусловлена ветвью распада
260
105 (проделанные нами до настоящего
времени опыты устанавливают предел
около 20%) или, что более вероятно,
261
105, но я считаю, что никоим образом
не является твердо установленным, что
спонтанное деление обусловлено элементом 105». <…>
О названии элементов
<…>В прошлом (1972-м. Примеч. ред.)
году члены Номенклатурной комиссии
профессор Вайс и профессор Оландер
предложили вообще отказаться от наименования новых элементов в память
о крупных ученых. Лучше, считают
они, названия элементов второй сотни
производить от греческих и латинских
цифр. «Бициум», «трициум», «квадрациум» — так, согласно этому предложению, назвали бы элементы № 102,
103 и 104. <…>
Как видим, это предложение прижилось — теперь неподтвержденные элементы называют латинскими цифрами
их номеров. Скажем, самый тяжелый
из найденных 118-й элемент носит имя
«унуноктий» от латинского «один-одинвосемь» и символ Uuo.
9
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
секунд живет не изотоп 257103, то, значит,
образовывался другой изотоп этого элемента — с массовым числом 258 или 259.
Это, конечно, верно: 98+5=103, при
слиянии ядер элементов № 5 и 98 составное ядро со 103 протонами просто обязано образоваться. Но образовывались
ли ядра 103-го элемента в берклиевских
опытах 1961 года?
Очень может быть, что образовывались. Но доказательств тому, если не
считать арифметики, явно недостаточно.
Наблюдали какую-то неизвестную прежде активность, но реальных оснований
приписывать ее элементу № 103, прямо
скажем, маловато...
Лишь в 1971 году в журнале «Physical
Review» появилась статья о синтезе в
Беркли сразу нескольких изотопов 103го элемента. Результаты этой работы не
вызывают сомнений. <…>
В
Химия в зоне
нестабильности
Получен гексакарбонил сиборгия
«Science»,
18 сентября 2014
года; doi: 10.1126/science.1255720
з а р у б е ж н ы х
В
90-х годах было предсказано, что 106-й элемент, сиборгий, может образовывать устойчивые соединения с угарным
газом : к металлу присоединяются шесть групп СО, и получается гексакарбонил. Теперь же группа исследователей
из Майнца и Дармштадта, работая на ускорителе японского центра RIKEN, убедились в верности этого предположения.
Всего в опытах участвовало 17 атомов сиборгия, среднее время жизни которых составляло 10 секунд.
«Серьезная проблема таких опытов состоит в том, что мощный пучок, выходящий из ускорителя, уничтожает любые
соединения. В предварительных опытах мы научились с помощью магнитной ловушки отделять от пучка атомы вольфрама
— аналога сиборгия — и потом в спокойных условиях проводить химические опыты», — рассказывает участник работы
Александр Якушев из Дармштадта. После отработки методики в японском ускорителе стали синтезировать сиборгий,
бомбардируя кюриевую мишень ионами неона. Атомы сиборгия получались редко, примерно по одной штуке в день,
однако исследователям все-таки удалось синтезировать и собрать его гексакарбонилы. Ранее были синтезированы
соединения сиборгия с хлором и кислородом, но там все внешние электроны участвовали в чисто ковалентных связях.
В новом органометаллическом соединении ситуация меняется, исследователи получают возможность изучить влияние
на химические взаимодействия релятивистских эффектов: внешние электроны сиборгия должны обращаться на своих
орбиталях со скоростью в 80% от скорости света. Конечно, в ускорителях частиц такие скорости уже достигнуты, релятивистские эффекты вроде удлинения времени жизни изучены и помогают оборонять теорию Эйнштейна от противников.
Но такие опыты — в некоторой степени искусственная ситуация, ведь заряженную частицу специально разгоняют полями.
В атоме же система естественная.
В
Больше веток!
Найден и применен ген, повышающий ветвистость
деревьев.
Агентство
«AlphaGalileo»,
22 сентября
2014 года.
Сделан дешевый
робот для изчения поведения
роев искусственных существ.
Агентство
«AlphaGalileo»,
18 сентября
2014 года.
Коптеры научились брать груз.
Агентство
AlphaGalileo»,
17 сентября
2014 года..
10
л а б о р а т о р и я х
Ч
з а р у б е ж н ы х
л а б о р а т о р и я х
О
дно из жутких существ, придуманных Станиславом Лемом, — Непобедимый: безмозглые примитивные роботы,
которые, объединившись, создают неубиваемый распределенный организм. Эта фантазия не дает покоя специалистам по роботам, в частности боевым, которые пытаются понять, как может вести себя рой созданных человеком
примитивных устройств и какие выгоды из него можно извлечь. Из-за высокой стоимости роботов, впрочем, такие
задачи, решают с помощью компьютерного моделирования, — действительно хороший рой, вроде пчелиного, должен
состоять из тысяч особей.
Британские исследователи из университета Линкольна во главе с Фархадом Арвином решили подступиться к
решению проблемы и создали робота стоимостью всего 25 фунтов стерлингов. Этот робот размером в 4 см может
двигаться с большой скоростью — 35 см в секунду. Инфракрасные датчики, действующие как на близких, так и дальних,
до двух метров, расстояниях, и процессор позволяют роботу ориентироваться в пространстве и общаться с другими
роботами. Коллега Арвина, Юэ Шиган, уже не один год изучающий зрение насекомых, помог встроить в систему датчик
движения — подобно гигантскому специализированному нейрону саранчи, он срабатывает, как только в поле зрения
насекомого (а теперь и робота) появляется двигающийся объект. Теперь дело за малым — получить финансирование
на изготовление хотя бы сотни таких роботов и посмотреть, как они поведут себя в реальности.
В
Рука с неба
з а р у б е ж н ы х
ем больше веток, тем больше листьев и тем скорее увеличивается масса древесины. Правда, древесины мелкой,
не строевой, для которой требуется высокий толстый ствол желательно без веток. Но если дерево пойдет на
дрова, то пусть ветвится как можно больше.
Биотехнологи из Мадридского политехнического университета решили именно за счет стимуляции ветвления
улучшить производительность тополевых плантаций, выращиваемых для получения возобновляемого топлива.
Суть идеи такова. Почки на побеге растения закладываются у каждого листа. Однако на следующий год в рост идут
отнюдь не все — часть остается в спящем состоянии на случай повреждений: если сломается ствол или растение
обмерзнет, такие почки проснутся и вскоре возместят потери. Но можно их разбудить искусственно — активировав
ген RAV1. Тогда растение сразу начнет ветвиться и быстро наращивать биомассу. Поскольку такую активацию можно
осуществить без всякой генной модификации, операция не скажется на диких растениях (такие опасения вызывают
планы выращивать для производства бумаги генно-модифицированную березу или тополь с пониженным лигнином).
Создатели метода надеются, что он пригодится и при разведении других технических пород деревьев. Однако, наверное, и некоторые садоводы не отказались бы от него — иногда и плодовое дерево или декоративный кустарник
бывает полезно разветвить.
В
Робот роя
л а б о р а т о р и я х
Е
з а р у б е ж н ы х
л а б о р а т о р и я х
вросоюзовские исследователи во главе с Аннибалом Оливеро из Севильского университета,
работающие по 7-й Рамочной программе Евросюза в проекте ARCAS, создают летучий манипулятор. Как правило, это коптер — похожая на вертолет платформа, только с несколькими
винтами. Она способна летать во всех трех направлениях и зависать на месте. Именно такие
коптеры теперь служат в США для доставки книг из интернет-магазина «Амазон», впрочем, и
в Москве службы такой курьерской доставки небольших грузов начинают развиваться.
Коптеры, которые разрабатывает Оливеро с коллегами, находятся на более высоком
уровне. У них есть не просто держатель для груза, а настоящая рука из нескольких сегментов.
Этой рукой робот может что-то поднять с земли или что-то на нее поставить. Более того, стая
роботов может совместно выполнять какую-то работу. Висящему в воздухе объекту трудно
работать рукой — из-за перекоса он неизбежно теряет равновесие, — однако инженерам
удалось решить задачу стабилизации роботов.
Предполагается, что, после того как нормативы использования летающих роботов будут
приняты законодателями Евросоюза, эта разработка найдет широчайшее применение. Сначала роботы будут инспектировать трубопроводы и электросети, а затем начнут возводить сооружения вроде антенн в
удаленных местах, быстро строить мосты между горящими высотными зданиями для эвакуации людей и даже выйдут
в космос для уборки мусора.
В
Площадь лесных
пожаров в Евросоюзе держится
на минимуме.
Агентство
«AlphaGalileo»,
22 сентября
2014 года.
О
бъединенный исследовательский центр Еврокомиссии поводит итоги лета. По лесным пожарам итоги неплохие:
площадь сгоревших лесов составила лишь четверть от среднего за 15 лет и треть от сгоревшего в 2013 году,
который также был весьма благоприятным для леса. Причина ученым понятна: дождливое начало лета на юге Европы
не дало разгореться огню, правда, засушливое лето на севере успело внести свою лепту, проредив леса Швеции.
Несмотря на то что непривычное перераспределение воздушных масс, вызывающее уже не первый год продолжительные дожди на побережье Средиземного моря и жару с редкими тропическими ливнями на побережье
Балтийского — прямое следствие изменения климата, математические модели не дают повода для оптимизма.
Согласно этим моделям, к концу столетия площади ежегодных пожаров на континенте удвоятся из-за засухи, вызванной глобальным потеплением. Однако, во-первых, площадь пожаров и без того год от года меняется чуть ли
не в четыре раза (максимум за 15 лет пришелся на 2003 год — 876 тыс. га, а минимум 2008 года — 221 тыс. га). Вовторых, причина необычных дождей — запирающий антициклон, мешающий переносу влажных масс с Атлантики
в глубь Евразии, а предсказывать образование таких антициклонов никто не умеет. В-третьих, влажность воздуха
при нагреве океана неизбежно растет и дождей должно становиться все больше, а вовсе не меньше. С учетом таких
соображений представляется, что вера ученых в могущество электронного разума, выдающего пессимистические
прогнозы, безгранична.
В
Беззаконная
лихорадка
Эпидемия лихорадки Эбола в
этом году идет не
по правилам.
Агентство
«AlphaGalileo»,
16 сентября
2014 года.
Мелкие капли
улучшат качество
молока.
Агентство
«AlphaGalileo», 22
сентября 2014 года.
Из шлака и углекислого газа можно делать ценный
продукт.
Агентство
«AlphaGalileо»,
18 сентября
2014 года.
л а б о р а т о р и я х
ихорадка Эбола, охватившая летом 2014 года Западную Африку и унесшая к концу сентября около 3000
жизней, недаром вызывает опасения мирового сообщества: эта болезнь развивается не так, как положено.
Эпидемиологи могут создать математическую модель распространения заболевания. Как правило, ее основные параметры — начальное число заболевших, частота их контактов с другими людьми, скорость перемещения людей и живучесть самого возбудителя. Такие рутинные модели помогают предсказать масштабы
бедствия и принять соответствующие организационные меры.
Именно такую модель на основании предыдущих вспышек лихорадки разработал Том Хаус, математик из
Уорвикского университета. Когда же он применил ее к расчету нынешней эпидемии, оказалось, что она развивается по совсем другим правилам, которые не описываются случайными контактами заболевших людей
со здоровыми.
Конечно же вывода о рукотворности эпидемии доктор Хаус не делает. Он отмечает, что причиной могут быть
либо мутация вируса, либо изменение характера социальных контактов, либо и то и другое.
з а р у б е ж н ы х
л а б о р а т о р и я х
С
ухое молоко после восстановления никогда не станет таким же, как исходное. Причина кроется в особенностях
технологии сушки. Молоко разбрызгивают соплом, капли попадают в струю горячего воздуха, в нем влага испаряется. Однако капли получаются разного размера. Более крупные приходится дольше высушивать, а мелкие за
это время могут перегреться: белки в них денатурируют и более того — могут подгорать. Именно это и сказывается
на вкусе конечного продукта.
Доктор Энди Стапли из университета Лоуборо знает, как улучшить вкус сухого молока. Решение простое: использовать пьзоэлектрический распылитель вроде того, что работает в струйном принтере. Такой распылитель даст
гораздо более однородное распределение капель по размеру, и число подгоревших резко уменьшится. С помощью
гранта от Еврокомиссии в 274 578 фунтов стерлингов он надеется воплотить идею в жизнь. Эта же технология за
счет оптимизации позволит еще и сократить затраты энергии почти в два раза. Если же помимо чиновников к финансированию подключатся и промышленники, то через пять лет вся Англия будет пить восстановленное молоко
совершенно другого качества и вкуса.
В
Карбонатсеквестратор
з а р у б е ж н ы х
Л
В
Сухая тайна?
л а б о р а т о р и я х
з а р у б е ж н ы х
л а б о р а т о р и я х
У
бирать за собой углекислый газ стало модным со дня принятия Киотского протокола. Протокол бесславно
зачах: в 2014 выбросы газа составили рекордные 40 млрд. тонн или выросли на 65% от базового уровня 1990
года, однако идея жива. И иногда попытки ее воплощения приводят к интересным решениям.
Выплавка стали требует больших затрат энергии и выбрасывает много углекислого газа. А расходуется эта
энергия на восстановление оксида железа, то есть перераспределение кислорода. Большая часть его превращается в углекислый газ, но часть остается в шлаке в виде оксидов других металлов-восстановителей. В частности,
кальция, который специально добавляют для раскисления стали. Объем шлака составляет 10—20% от объема
стали. Шлак пытаются использовать разными способами, вот и финские специалисты из университета в городе
Аальто решили совместить его переработку и утилизацию углекислого газа.
Дело в том, что есть так называемый осажденный карбонат кальция — белейший порошок, состоящий из одинаковых кристалликов. Такому порошку находят множество применений, от отбеливания бумаги до наполнения
полимеров. А делают его, сначала разлагая карбонат на оксид кальция и углекислый газ, затем превращая оксид
в гидроксид, а тот снова в карбонат. На все это тратится много энергии.
Финские исследователи решили отказаться от первой стадии и взять уже готовый оксид из шлака. Это удалось,
и осенью 2014 года они запустили пробный завод по переработке отхода. Получился продукт, который стоит в 50
раз дороже исходного сырья. Согласно расчетам, если бы из тех 16 млн. тонн шлака, что захоронили в Евросоюзе
в 2010 году, извлекли оксид кальция, то получилось бы 13 млн. тонн ценного белого порошка, а из атмосферы
было бы секвестрировано 6 млн. тонн углекислого газа.
Выпуск подготовил кандидат физико-математических наук С.М.Комаров
11
«Химия и жизнь», 2014 № 10, www.hij.ru
Статистика
и климат
з а р у б е ж н ы х
Краткие сведения
о физиологии иммунитета
Диета
для иммунитета
Доктор биологических наук
П.М.Шварцбурд,
Институт теоретической
и экспериментальной биофизики РАН, Пущино
Всю жизнь организм приспосабливается к постоянно меняющимся обстоятельствам, внутренним и внешним, и борется
с инфекциями. На множество разнообразных факторов он отвечает приспособительными реакциями. Исследуя иммунные
реакции, ученые лишь недавно обратили должное внимание
на сопутствующие им метаболические изменения. Между
тем определенные продукты обмена влияют на специфику
иммунного ответа, и можно говорить о формировании нового
научного направления — иммунометаболизма.
12
С позиций общей физиологии человека иммунитет можно определить как способность организма сохранять постоянство внутренней среды (гомеостаз), находясь при этом в мире микробов
и негативных воздействий как внешнего, так и внутреннего происхождения. Эта способность достигается с помощью врожденного и приобретенного иммунного ответа. Врожденный иммунный ответ осуществляют фагоциты (макрофаги, нейтрофилы
и дендритные клетки). Это первая, неспецифическая линия
защиты организма, направленная на узнавание и ликвидацию
самых разных инфекционных агентов. Вторая линия защиты,
приобретенный, или адаптивный иммунитет, основан на способности лимфоцитов различать свои и чужие антигены. Контакт с
чужими молекулами запускает каскад реакций, защищающих
организм от инфекций и поддерживающих целостность тканей.
Выделяют два основных типа лимфоцитов, Т и В, которые соответствуют двум центральным лимфоидным органам: тимусу
и костному мозгу. Эти центральные органы постоянно вырабатывают неспециализированные («наивные») Т- и В-клетки,
которые затем заселяют периферические лимфоидные органы,
в частности селезенку и лимфатические узлы, где вероятность
встретиться с чужеродными антигенами максимальна. При появлении инфекции наивные покоящиеся лимфоциты начинают
бурно делиться и дифференцироваться. Зрелые В-клетки производят антитела, а Т-лимфоциты образуют несколько классов
эффекторных клеток: CD8+ и CD4+, последние относятся клеткам-помощникам (хелперам), которые при созревании, как и
CD8+ клетки, приобретают эффекторные функции, помогающие
в уничтожении бактерий. У высших организмов в адаптивном
иммунном ответе участвуют разные типы эффекторных CD4+
Т-клеток (Тэф) помощников. Тэф1-клетки поддерживают антибактериальный клеточный иммунитет благодаря способности
синтезировать и секретировать гамма-интерферон и интерлейкин -2; Тэф2-клетки стимулируют гуморальный иммунный
ответ на паразитических червей; Тэф17-клетки индуцируют
острое воспаление. При таком иммунологическом буйстве
организму нужно сохранить толерантность иммунной системы
к собственным антигенам, эту функцию выполняют клетки-супрессоры (Тс). Они выделяют факторы, подавляющие острое
воспаление (рис. 1).
По мере завершения иммунного ответа, большинство
короткоживущих Т-клеток погибают, но малая их часть продолжает существовать в состоянии покоя в течение длительного времени как клетки памяти Tп. Они «запоминают»
специфические антигены, с которыми контактировали. При
повторном контакте с этим антигеном на него развивается
ускоренный специфический иммунный ответ.
В этой связи остается открытым вопрос, с помощью каких
субстратов и метаболических путей лимфоциты выполняют
столь разных функции?
Метаболизм деления
и покоя
Деление (пролиферация) лимфоцитов и их специализация сопровождаются изменением клеточного метаболизма. Принято
считать, что в ходе эволюции адаптивного иммунного ответа
активированные лимфоциты стремились приобрести максимальную скорость деления, которая опережала бы скорость
размножения микроорганизмов. Неудивительно поэтому, что
цикл деления активированных Т- и В-лимфоцитов длится всего
4—6 часов, за это время их численность увеличивается на семь
порядков — настоящий «пролиферационный взрыв».
Малочисленная субпопуляция наивных Т-клеток (Тн) может
долго существовать в состоянии покоя. Хотя скорость обмена
Тн невелика, для их выживания требуются особые факторы,
Таблица 1
Регулируя питание, можно контролировать численность
разных типов лимфоцитов
Основной источник
энергии
Окислительное фосфориПокоящиеся (наивные) лирование — окисление
лимфоциты
жирных кислот и пирувата
в митохондриях (Мх)
Что необходимо для Что тормозит
их существования их образование
Аэробный гликолиз (окисАктивно делящиеся ление глюкозы до лактата)
лимфоциты
в цитоплазме. Окисление
глутамата в митохондриях
Глюкоза, незаменимые аминокислоты,
в частности глутаминовая кислота
Глюкоза, аминокис- Недостато глюлоты, липиды
козы
Недостаток глюкозы. Ферменты, расщепляющие незаменимые аминокислоты
Недостаток глюкозы. Ингибиторы гликолиза:
(дихлорацетат,
2-деоксиглюкоза)
Здоровье
тельность энергозависимых систем
долгоживущих лимфоцитов, таких как
транспорт ионов и глюкозы.
В отличие от неспециализированных
покоящихся Тн, пролиферирующие
лимфоциты поддерживают свой метаОкислительное фосфориболизм с помощью аэробного гликолиКлетки-супрессоры лирование в Мх и синтез Жирные кислоты
(Тс)
анти-воспалительных соза — окисления глюкозы до молочной
единений (IL-10)
кислоты (лактата) в присутствии кисПокоящиеся клетки Оксилительное фосфори- Глюкоза, аминокислорода. Метаболический переход от
памяти (Тп)
лирование
лоты, липиды
окислительного фосфорилирования
Окислительное фосфорик аэробному гликолизу, известный
Клетки-супрессоры лирование в Мх и синтез Жирные кислоты
как эффект Варбурга, обеспечивает
(Тс)
анти-воспалительных соединений (IL-10)
делящиеся клетки достаточным количеством АТФ, нуклеотидов, липидов
Покоящиеся клетки Окислительное фосфори- Глюкоза, аминокиспамяти (Тп)
лирование
лоты, липиды
и других продуктов биосинтеза, необходимых для быстрого деления лимк числу таких факторов относятся интерлейкин-7 (IL-7 ) и
фоцитов. Эффект Варбурга характерен и для других быстро
круппель-подобный фактор 2 (Kruppel-like factor 2, KLF2).
делящихся клеток, например опухолевых, где он впервые и
KLF2 препятствует делению клеток, а IL-7 обеспечивает добыл открыт. Кроме того, при переходе лимфоцитов из неакставку внеклеточной глюкозы в клетки лимфоидных органов, в
тивного состояния к пролиферации усиливается окисление
которых находятся наивные лимфоциты, то есть их питание. С
глутамата в митохондриях. Совместное действие этих двух
возрастом количество наивных Т-клеток уменьшается, иммупрограмм быстро и эффективно снабжает делящиеся клетки
нитет у пожилых людей ослаблен. Возможно, это происходит
всем необходимым.
из-за возрастных нарушений метаболического гомеостаза.
Быстрое деление клеток требует целенаправленного поНеобходимую энергию Тн получают благодаря процессу
ступления достаточного количества глюкозы. Даже временная
окислительного фосфорилирования — окислению некотоее нехватка может задержать пролиферацию лимфоцитов, что
рых субстратов/питательных веществ, в частности пирувата,
и происходит, например, при голодании (табл. 1). Недаром
жирных кислот и метаболитов цикла Кребса, сопряженных с
больного человека непременно стараются накормить. Чтобы
синтезом АТФ в митохондриях. При этом из одной молекулы
обеспечить делящиеся лимфоциты глюкозой, организм вреглюкозы образуется 36 молекул АТФ (при гликолизе только
менно блокирует ее поступление в скелетные мышцы, печень
четыре). Мощные запасы АТФ поддерживают жизнедеяи жировую ткань, то есть те ткани, которые потребляют в норме более 80% глюкозы, и перенаправляет к В- и Т-клеткам. У
Дендритные
здоровых людей поступление глюкозы в жировые, печеночные
клетки
Тн
Врожденный
Адаптивный
и мышечные клетки регулирует инсулин, поэтому проникновеимунный ответ
имунный ответ
ние глюкозы в эти клетки можно временно ограничить, снизив
порог клеточной чувствительности к действию инсулина. Этот
Мф
эффект называется инсулиновой резистентностью — ИР
В–клетки
(см. «Химию и жизнь» 2011, № 7, «Разные лица инсулиновой
резистентности»). Развитие обратимой ИР физиологически
Нейтрофилы
оправданно, так как дает организму возможность временно
CD4+
ТхО
перенаправить глюкозу к активированным лимфоцитам,
обеспечивая тем самым экстренную защиту от инфекций и
стресса. Повышения уровня сахара в крови она не вызывает.
Критическая зависимость делящихся лимфоцитов от доступности глюкозы используется в некоторых ситуациях для
временного «отключения» иммунного ответа. Например, это
Тэф 1
Тэф 2
Тэф 17
Тс
Т
происходит при голодании, которое подавляет симптомы
острого иммунного воспаления. Этот же механизм использует
ИЛ-2,
опухоль в зоне своего роста. Локальная нехватка некотогамма-интерферон
рых незаменимых аминокислот, например триптофана или
Имунный
ответ
Имунная
Острое
Активация
аргинина, ограничивает иммунный ответ против опухолей.
супрессия
макрофагов на паразитических воспаление
червей
Снизить доступность этих аминокислот можно путем синтеза
1
ферментов (индоамин 2,3-диоксигеназы и аргиназы), активно
Дифференцировка Т-лимфоцитов при нормальном иммунном ответе
использующих триптофан и аргинин в качестве субстрата.
Аэробный гликолиз и синЭффекторные клетки- тез эффекторных молекул Глюкоза
помощники (Тэф)
(интерферон, интерлейкины )
13
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Тип клеток
Расщепляя аминокислоты, ферменты снижают их концентрацию в окружающей среде
и сохраняют опухолевые клетки от узнавания
и уничтожения иммунной системой хозяина.
Разным лимфоцитам —
разный метаболизм?
Таблица 2.
Ключевые метаболиты, контролирующие провоспалительный и антивоспалительный ответы эффекторных (Тэф) и супрессорных (Тс) лимфоцитов
Метаболиты
Имунный ответ
ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЙ ОТВЕТ
АТФ
Тэф17 лимфоцитов
Стимулирует образование
Стимулирует дифференцировку и проли-
Функции у Tэф и Tс прямо противоположные,
Лептин («гормон сытости», вырабаферацию Тэф1-клеток при подавлении протываемый жировой тканью)
различается и их метаболизм. Разные эффеклиферации и активности Тс-клеток
торные клетки активно потребляют и метаболиГлюкоза
Активирует эффекторные лимфоциты
зируют глюкозу в процессе аэробного гликолиАНТИВОСПАЛИТЕЛЬНЫЙ
ОТВЕТ
за, содействуя при этом, в частности, синтезу
Ретиноевая
кислота
интерферона. Гамма-интерферон обладает
(производное витамина А)
Стимулирует образование Тс-клеток
не только антибактериальным, но и противоИнгибирует пролиферацию лимфоцитов,
опухолевым действием. Поэтому ограничение
подавляет экспрессию воспалительных сопоступления глюкозы к Tэф1-клеткам снижало
Витамин Д
единений: интерферона-γ, интерлейкинов
их продукцию гамма-интерферона и ослабляло
17 и 2, при стимуляции действия Тс-клеток
иммунную защиту, направленную против ракоПроизводные
от
расщепления
пищевых клеток. Этот эффект оказался обратимым,
Стимулирует образование и функционировых волокон кишечными бактериями:
он восстанавливался при добавлении глюкозы
вание Тс- клеток
ацетат, бутират, пропионат
in vitro в среду совместного культивирования
опухолевых и Tэф-клеток.
Недостаток глюкозы и/или избыток молочной кислоты (одиммуносупрессию в зоне роста опухолей. Прежде всего это
ограничение поступления глюкозы к Tэф1-клеткам, что сниного из конечных продуктов гликолиза) подавляет активность
жает уровень гамма-интерферона и, как следствие, противоэффекторных клеток, они теряют способность синтезировать
опухолевый иммунный ответ. Высокий уровень молочной
необходимые провоспалительные цитокины. А соль NaCl стикислоты и низкий уровень триптофана также подавляют
мулирует деятельность Tэф. В Tс-клетках аэробный гликолиз
действие Тэф. Эффективного пути воздействия на защитное
не наблюдается, они в основном получают энергию, окисляя
опухолевое микроокружение пока не нашли.
жирные кислоты в митохондриях. Поэтому ингибиторы глиВ зоне развития локальных аутоиммунных заболеваний
колиза подавляют численность Tэф, но стимулируют образоравновесие смещено в другую сторону, там преобладают
вание Tс. Баланс между Tс и одним из типов эффекторных
активные Тэф-лимфоциты, использующие гликолиз как
клеток (Tэф17) регулирует также фактор, индуцируемый
основной метаболический путь при своей активации. Эксгипоксией (hypoxia-inducible factor-1, HIF-1). Он стимулирует
периментально доказано, что ограничение поступления
развитие Tэф17, но снижает численность Tс, поддерживая
глюкозы или применение ингибиторов гликолиза, в частности
тем самым острое воспаление.
2-деоксиглюкоза, подавляют развитие экспериментального
Метаболический профиль Tп во многом сходен с метааутоиммунного энцефаломиелита (модель множественного
болизмом наивных клеток, для которых характерна низкая
рассеянного склероза), а злоупотребление соленой пищей
скорость метаболизма, поддерживаемая преимущественно
его стимулирует за счет индукции клеток Тэф17. Пациентам
за счет окисления в митохондриях жирных кислот и пирувата,
с аутоиммунными заболеваниями нельзя ни сладкого, ни сокоторый образуется в цитоплазме из глюкозы. Однако у Tп
леного, хотя обычно больные об этом не знают.
больше митохондрий, чем в наивных Т-клетках.
Избыток Тэф характерен и для больных аллергической
Итак, разные лимфоциты используют разные источники
астмой. Ингибитор гликолиза дихлорацетат замедляет пролиэнергии, сильнее всего отличаются Тэф и Tс. Это очень
ферацию Тэф и ослабляет синтез воспалительных цитокинов
важный факт, поскольку многие заболевания, и не только
и лактата in vitro и in vivo. Этот же ингибитор препятствовал
иммунные, вызваны именно дисбалансом между этими
развитию экспериментального артрита. Хотя дихлорацетат
типами клеток, а регулируя метаболизм клеток, можно этот
давно используется при лечении некоторых злокачественных
дисбаланс выправить.
опухолей, но пациентам с аутоиммунными заболеваниями его
Один из примеров патологии, которая сопровождается
пока не назначают. Известно также, что рост аутоиммунных
диспропорцией между Тэф и Тс, — солидные злокачествензаболеваний часто происходит при старении и увеличении
ные опухоли. Целый комплекс механизмов поддерживает
в крови уровня инсулина, который подавляет активность Tс.
Метаболиты
Антибиотики ослабляют симптомы таких аутоиммунных
жирных кислот
Ацетат
Пищевые Кишечная микробиота
заболеваний, как ревматоидный артрит и астма. Предповолокна
Бутионат
лагается, что это результат снижения численности кишечной
Пропионат
Просвет кишечника
микрофлоры. Ее оскудение ведет к уменьшению пролифеКлетки эпителия
рации эффекторных Т-клеток в кишечнике, что подавляет
системный воспалительный ответ. Диета также может окаЭффекторные Т-клетки
зывать антивоспалительное действие, если она обогащена
Т-клетки супрессоры
пищевой целлюлозой, пектином и крахмалом. Эти продукты
IL-10
стимулируют кишечную микрофлору к выработке ряда метаболитов (ацетата, бутирата и пропионата), которые, в свою
очередь, вызывают образование активных супрессорных
T-клеток и снижение активности Тэф лимфоцитов (рис. 2).
Воспалительный
Этот защитный антивоспалительный эффект можно усилить
ответ блокирован
за счет приема витамина Д и пищевых пробиотиков (табл.
2
2), которые также влияют на микрофлору кишечника и могут
Метаболиты кишечных бактерий могут защитить от развития воспаления
снизить аутоиммунный воспалительный ответ.
14
Насыщенные
жиры
Современная
диета
Соль
Сахар
Инсулин
NaCl
Ангиотензин
Удержание
соли/воды
Симпатическая
нервная система
Предгипертония
Спазм сосудов
Формирование
неоантигенов (n Fg)
и их презентация
n Fg
Хроническая
гипертония
Глюкоза
Здоровье
Т-лимфоцит
Тc
Тэф 1/17
Воспаление,
дисфункция
почек и сосудов
3
Правильное питание позволяет регулировать баланс Тэф/Тс.
Избыток Тэф способствует развитию гипертонической болезни
Аналогичный дисбаланс Tэф/Tс, характерный для аутоиммунных заболеваний, наблюдается и при других патологиях, в
частности гипертонии (о ней см. «Химию и жизнь» 2014, № 8).
Экспериментальные и клинические данные о прямом участии Т-лимфоцитов в развитии этой болезни накапливаются
с 1980-х годов. К ним относятся прежде всего данные о хирургическом удалении тимуса у крыс, склонных к гипертонии. Эта
операция вызывала резкое снижение уровня Т-лимфоцитов
и нормализацию давления крови у этих животных. У больных
СПИДом уровень CD4+T-лимфоцитов существенно понижен, и
гипертонией они не страдают, но при антивирусной терапии популяция Т-клеток увеличивается, и болезнь может появиться.
Иммуносупрессивные препараты циклоспорин и циклофосфамид, регулярно вводимые молодым крысам, склонным к
развитию гипертонии, снижали риск возникновения болезни.
У больных, страдающих псориазом/ревматоидным артритом,
часто наблюдается увеличение артериального давления; после лечения иммуносупрессорами препаратами давление
нередко приходило в норму.
В 2007 году Д. Харрисон, сотрудник Медицинской школы
Университета Вандербильда (США), впервые предположил,
что стресс-индуцируемые неоантигены обеспечивают вза-
О подписке
имосвязь между развитием устойчивой хронической гипертонии и ростом численности эффекторных Т-лимфоцитов.
Клетки могут накапливаться в почках и сосудах и повреждать
их, индуцируя окислительный стресс, хроническое воспаление и устойчивую гипертонию. Остается открытым вопрос, что
привлекает Tэф в почки и сосуды. Хроническая гипертония
начинается с эпизодических подъемов артериального давления, которые могут повредить ткани, а иммунная система на
такие повреждения реагирует развитием локального воспаления. Современное питание с высоким содержанием соли,
жира и сахара также содействует развитию артериальной
гипертонии, поскольку глюкоза — незаменимый источник
энергии для эффекторных клеток, соль стимулирует их активность, а одновременное увеличение уровня сахара и жиров
поддерживает повышенный уровень инсулина, обладающего,
как и соль, способностью задерживать жидкость и повышать
артериальное давление (рис. 3).
Нам повезло, что Тэф и Tс отличаются не только функциями, но и метаболическими путями. Эти различия позволяют
контролировать Тэф/Tс-баланс, нарушенный при некоторых
заболеваниях, в частности в зоне опухолевого роста и в почках
и сосудах больных гипертонией, нормализуя их обменные
процессы. Провоспалительную активность Т-клеток можно
снизить, ограничив потребление соли и сахара и повысив
потребление полезных пищевых волокон и продуктов, богатых
витаминами А и D. Диетический эффект, вероятно, усилят
классические ингибиторы гликолиза, например дихлорацетат
и 2-деоксиглюкоза. Иммунометаболизм еще скажет свое
слово при лечении многих патологий.
Напоминаем, что на наш журнал с любого номера можно подписаться
в редакции. Стоимость подписки
на первое полугодие 2015 года
с доставкой по РФ — 960 рублей,
при получении в редакции — 600 рублей.
Об электронных платежах см. www.hij.ru.
Справки по телефону
(495)722-09-46.
Реквизиты:
Получатель платежа: АНО Центр «НаукаПресс»,
ИНН/КПП 7701325151/770101001
Банк: АКБ «РосЕвроБанк» (ОАО) г.Москва,
Номер счета: № 40703810801000070802,
к/с30101810800000000777, БИК 044585777
Назначение платежа: подписка на журнал
«Химия и жизнь—XXI век»
15
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Повреждение
ткани
Сырные
страсти
Кандидат
биологических наук
Н.Л.Резник
Разнообразие
микробов и сыров
Выбирая между вкусом продукта и его
безопасностью, благоразумный человек выберет безопасность. Остальным
помогут определиться лица и организации, ответственные за здоровье населения. Молоко, говорят они, питательная
среда для множества вредных бактерий: листерий, стафилококков, возбудителей бруцеллеза, сальмонеллеза
и других тяжелых кишечных инфекций.
При промышленных масштабах производства вспышки болезней, вызванных
зараженными молочными продуктами,
укладывают на больничные койки сотни
людей, бывают и смертельные случаи.
Но теперь выход есть, надо пастеризовать молоко. Из пастеризованного
сыр тоже получается. В Соединенных
Штатах производство сыра из сырого
молока вообще запрещено. В Европе на
небольших молочных фермах еще работают по старинке, и объем производства
традиционного сыра достаточно велик,
во Франции, например, до 70% сыра делают из сырого молока. Но сторонники
пастеризации наступают.
Тысячелетиями люди делали сыр из
сырого молока, он и появился как средство его сбережения и лишь много позже превратился в деликатес, который
порой в сотни раз дороже исходного
продукта. Традиционный сыр делают
так. Молоко, коровье, овечье или козье,
заливают в чаны, куда добавляют сычужный фермент. Фермент и молочнокислые бактерии, которые присутствуют
в исходном сырье, расщепляют лактозу
с образованием молочной кислоты. В
кислой среде молочный белок казеин
коагулирует — получается творог. Его
отжимают, формуют и вымачивают в
соляном растворе. Иногда соль втирают
в поверхность сыра. Затем сыр укладывают в холодное место для созревания.
Период созревания может длиться от
двух недель, как у мягкой моцареллы,
до двух лет у особо выдержанного чеддера. Все это время сыры претерпевают
комплекс биохимических изменений, в
которых участвуют сычужный фермент
и кислоты, собственные ферменты мо-
16
лока, бактерии закваски и вторичная
микрофлора (бактерии, дрожжи и грибки), которая появляется внутри сырной
головки и на его поверхности во время
созревания.
Откуда в молоке микробы? В верхней
части вымени здоровой коровы или
овцы оно должно быть стерильным.
Микроорганизмы в него попадают из
канала соска и с его поверхности, с
оборудования для доения и посуды,
в которой хранится молоко. Микробы
носятся в воздухе, так что их видовой
состав зависит от корма, подстилки,
питья, воды, которой моют животных,
ухода за скотиной, в том числе за выменем, от дезинфекции доильного оборудования. При асептической системе
доения в молоке очень мало микробов
(менее 150 на мл).
Затем свою лепту вносят чаны для
створаживания молока, посуда, в которой формуют сыр, и полки, на которых
он вызревают. Эти поверхности покрыты биопленками — устойчивыми микросообществами, из которых микроорганизмы переходят в сыр. В процессе
производства и созревания сыра состав
его микрофлоры постоянно меняется,
поскольку меняются рН, температура
среды, в которой находится сыр (она
1 мм
варьирует от 2 до 17 оС), соленость,
влажность, доступность кислорода. Эти
перемены хорошо изучены и подробно
описаны. В молоке преобладают лактобактерии (род молочнокислых бактерий), после заливки в чан их видовое
богатство за несколько минут увеличивается на 50%. Далее их разнообразие
растет, но преимущественно в центре
сырной головки, так как там благоприятные для этих микробов условия:
кислая среда, большая концентрация
соли, недостаток кислорода. По мере
созревания сыра и изменения условий
один вид лактобактерий сменяется
другим. В сырах с дырками наряду с
лактобактериями присутствуют еще
пропионовокислые бактерии, которые
синтезируют из лактата и других соединений уксусную и пропионовую кислоты
и углекислый газ. На поверхности сыра
другие условия, и микрофлора там другая и более разнообразная: бактерии,
дрожжи и грибки.
Поверхность различается в зависимости от технологии приготовления
(рис. 1). Есть цветущие сыры, специально зараженные определенными
видами грибков; мытые, которые в
процессе созревания несколько раз
обмывают в солевом растворе, и
1 мм
1 мм
1
Три корочки сыра: цветущая, естественная и мытая
Природные
условия
Климат
Фермер
Почва
Регион
2
Вкус традиционного сыра зависит
от многих факторов.
Каждая партия будет немного другой
естественные — их ничем не засевают
и на весь срок созревания оставляют
немытыми.
Бактерии, грибки и дрожжи расщепляют
сахара, цитраты, соли молочной кислоты, казеин, аминокислоты и жирные
кислоты, производя ароматические
вещества: кислоты, альдегиды, спирты,
сложные эфиры и соединения серы,
которые и определяют вкус продукта.
Всего в создании традиционных сыров
участвуют более 400 видов микроорганизмов; в том числе не менее 21
вида лактобактерий. Дрожжей, которые
населяют поверхность сыра, около 30
видов, а в середине сырной головки
не меньше 48. Каждый вид микроорганизмов представлен несколькими
штаммами. Так, только во Франции на
молочных фермах описано 46 вариантов генотипов молочнокислой бактерии
Lactococcus lactis. Микросообщество
одной сырной головки включает не
менее 36 разных видов.
Заговорившись о бактериях, мы забыли о качестве молока, которое также
определяет вкус сыра. На него влияют
состояние здоровья, возраст и стадия
лактации животного, время года и пастбище, на котором оно паслось, потому
что на разных пастбищах разная трава.
Например, в летних сырах, когда коровы
едят свежие травы, а не зимний корм,
доля полиненасыщенных жирных кислот
выше, чем в зимних. Еще лучше, если
пастбище в горах, а не в низине. Прежде
чем использовать молоко очередного
удоя, сыроделу следует поговорить с
пастухом. И это не шутка, а научно доказанный факт. Специалисты не раз пробовали вводить в микрофильтрованное
молоко (пропущенное через мельчайшие поры, которые задерживают микроорганизмы) композиции естественной
микрофлоры, взятой из разных проб
молока, и приготовлять из него сыры.
Они отличались текстурой, ароматом и
соотношением летучих компонентов.
Надо ли удивляться, что в каждой
местности, на каждой ферме, да что
на ферме — на каждой полке головки
Животные
Молоко
Приготовление
и вызревание сыра
Вкус?
сыра одного сорта будут иметь свой
неповторимый вкус (рис. 2).
Оживление
мертвого молока
В настоящее время известно более
1400 сортов сыра, но поборники индустриализации и гигиены потихоньку
уничтожают сырное разнообразие. Пастеризация убивает не только патогены
и бактерии, которые попадают в молоко
при неправильном хранении и портят
его вкус (дрожжи, споры маслянокислых
бактерий, а также грамотрицательные
бактерии Pseudomonas, Acinetobacter
и Chryseobacterium), но и полезную
микрофлору, которая, собственно, и
делает сыр. К тому же при нагревании
денатурируются молочные ферменты
протеазы и липазы, которые участвуют
в формировании вкуса традиционных
сыров.
Молоко после пастеризации мертво.
Чтобы оно стало пригодным для изготовления сыра, в него приходится
добавлять промышленные штаммы
микроорганизмов и ферменты. В результате получаются стандартные сыры,
которые по вкусу и аромату значительно
уступают традиционным.
Скудная промышленная микрофлора
не сравнится с естественной. Дикие
штаммы лактобактерий и других микроорганизмов, выделенных из молока,
сыра и рассолов, синтезируют больше
летучих веществ, чем промышленные
микроорганизмы. К сожалению, дикие
штаммы не подходят для промышленного использования, они не так активно
подкисляют среду и чувствительнее к
фагам и лизису, чем промышленные.
Кроме того, интенсивное использование диких микроорганизмов может
привести к тому, что они потеряют часть
своих первоначальных ценных качеств.
Можно было бы заняться селекцией
новых штаммов, но специалисты до сих
пор не составили полный перечень сырной микрофлоры, к тому же ее влияние
на вкус сыра изучено довольно слабо.
технологии и природа
Большинство исследований проведено
на молочнокислых бактериях, которых
считают основными микробами молока.
Описано несколько видов европейских и североамериканских сырных
бактерий (Pseudoalteromonas spp.,
γ-Proteobacteria, Brevibacterium linens),
в которых работает фермент метионингамма-лиаза. Он преобразует метионин
в метаниол — летучее соединение
серы, придающее острый, пикантный
запах мытым сырам. Для мытых сыров
характерны также сладкие и гнилостные
запахи, которые возникают в результате
деградации аминокислот валина, лейцина и изолейцина.
Иногда несколько видов объединяются и вместе осуществляют довольно затейливые метаболические
превращения. Например, на открытой
поверхности сыра растут аэробные бактерии, в основном Corynebacteriaceae и
Micrococcaceae, которые подкисляют
среду, образуя молочную кислоту. Ее
усваивают дрожжи, в результате рН
повышается с 4,8—5,2 до 6—8,2, благодаря чему на поверхности могут расти
солеустойчивые бактерии.
Сыроделы пытаются составлять сообщества из промышленных микроорганизмов, но пока у них не очень получается. При попытке изготовить сыр
Тильзитер пастеризованное молоко
заселили композицией из шести видов.
Сыр оказался гораздо вкуснее, чем при
ферментации одним промышленным
штаммом, однако характерный привкус
серы ему придать не удалось.
Чтобы сыр из пастеризованного молока был не только безопасным, но и
вкусным, придется, видимо, идентифицировать все сырные микроорганизмы
и выяснить, что они делают, какие сообщества образуют и по каким закономерностям эти сообщества формируются.
Огромная работа. Первые шаги в этом
направлении сделали американские и
итальянские ученые под руководством
Рейчел Даттон (Гарвардский университет). Они исследовали микробные
сообщества сырных корочек 137 сортов,
в том числе 24 сорта сыров с цветущей
корочкой, 52 с мытой и 61 с естественной. Образцы собирали в девяти евро-
17
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Пастбище
пейских странах и 13 штатах США; 99
сортов приготовлены из сырого молока
(коровьего, овечьего, козьего или их
смеси), 38 из пастеризованного.
Ученые отбирали бактерии, дрожжи и
грибы, доля которых в сырном микросообществе превышала 1%. Этот барьер
преодолели 14 родов бактерий и 10
родов грибков. Большая их часть, 60%
бактерий и 25% грибков, не входят в
состав закваски и попали в сыр из внешней среды. Многие из них устойчивы к
высокой концентрации соли и встречаются в морских экосистемах (протеобактерии родов Vibrio, Halomonas и
Pseudoalteromonas). Возможно, в сыры
они попали с морской солью, которую
используют в рассолах.
Исследователи уверяют, что набор
микроорганизмов и грибков одинаков
и на традиционных, и на пастеризованных сырах. Соотношение видов на каждой шкурке свое, и зависит оно от типа
корки и сорта сыра, то есть условий
созревания (влажности, рН и солености), а не страны происхождения. Сыры
сходного типа, сделанные в отдаленных
географических точках, имеют поразительно схожие микробные сообщества, доказывая, что эти сообщества
воспроизводимы. Все микроорганизмы
легко культивировать на искусственных
средах, что позволяет изучать их взаимодействие. Исследователи уже начали
эти работы. Они отобрали шесть наиболее распространенных видов бактерий
и пять видов грибков и высадили на
творожный агар по 200 клеток каждого
вида, а затем выращивали в условиях,
имитирующих условия созревания
цветущих, мытых и естественных сыров:
дополнительно заселяли грибками,
промывали 20%-ным раствором соли
или культивировали при пониженной
влажности (62% вместо 83%). Спустя
четыре недели инкубации при 12 градусах микросообщество сухой и мытой
корочек отличалось от контрольного, а
сообщество цветущей корочки — нет.
Исследователи предположили, что условия внешней среды влияют на состав
сообщества в большей степени, чем
изменение начальной грибной микрофлоры. Изменения в сообществах,
образовавшихся на творожном агаре,
в основном напоминали происходящие
на естественных сырах. Например,
у сыров, вызревающих в условиях
пониженной влажности, увеличена
концентрация соли на корке, и там преобладает микрофлора, устойчивая к
высокой солености и низкой влажности.
На мытых сырах обычно наименьшая
концентрация грибков. В эксперименте
эти ситуации воспроизводятся.
Исследователи полагают, что нашли
модель, позволяющую в пробирке
воспроизводить и изучать сложней-
18
Содержание основных групп микробов в чанах с сырым молоком
(бактерий в миллилитре)
Микроорганизмы
Коровье молоко Козье молоко
Овечье молоко
Staphylococcus sp. и
коринеформные бактерии
Lactococcus sp.
Lactobacillus sp.
Leuconostoc sp.
Enterococcus sp.
Пропионовокислые бактерии
Enterobacteriaceae
Pseudomonas sp.
Дрожжи
Грибки
Аэробные споры
Колиморфные бактерии
10 — 10
10
102 — 103
10 — 10
101 — 102
101 — 102
101 — 102
101 — 102
101
102 — 103
102 — 102
< 10
<10
<10
10 — 10
102
102 — 103
101 — 102
Не обнаружены
105 — 106
101 — 102
101 — 102
<10
<10
102 — 103
2
1
3
2
шие сырные взаимодействия: влияние
среды на микрофлору и различных компонентов микрофлоры друг на друга.
Прямое перенесение пробирочных
данных на реальный сыр все-таки невозможно хотя бы потому, что соотношение поверхности и объема у головки
сыра и кусочка питательной среды
разное, соответственно отличаются и
скорость обмена веществ, и их доступность. Кроме того, любая модель —
упрощение. Для создания идентичного
вкуса недостаточно правильно подобрать микробное сообщество, тут важна
вся технологическая цепочка, каждая
мелочь в ней. На фермах с традиционной технологией весь процесс расписан
по дням, часам и сантиметрам: что и
когда в какую посуду добавить, куда
ее поставить, на какую полку положить
сыр. Воспроизвести все эти детали на
стерильном производстве нереально.
Сырое молоко
защищает от патогенов
Искусственное воспроизведение полноценной сырной микрофлоры — дело будущего, а пока производители традиционных сыров отстаивают их право на существование. Аргумент, что традиционный
сыр вкуснее, не работает. Безопасность
важнее. Нужно подбирать другие доводы.
Может быть, традиционные сыры полезнее? Оказывается, работ, посвященных влиянию сыра на состояние здоровья,
практически нет. Есть лишь данные о сыром молоке. Исследования, проведенные
во многих странах, показали обратную
связь между потреблением необработанного коровьего молока и распространенностью астмы и аллергии у людей
разного возраста. Еще сильнее связь с
атопическими заболеваниями (немедленными аллергическими реакциями).
Дети, чьи матери пили сырое молоко во
время беременности и которые сами пили
его в первый год жизни, значительно реже
страдают астмой, сенной лихорадкой и
атопическими заболеваниями.
Возможно, за целебные свойства
молока ответственны липосахариды
и другие соединения, синтезируемые
3
2
3
104
103 — 104
104 — 105
103 — 105
Не обнаружены
102 — 104
102 — 104
102 — 104
молочной микрофлорой, или молочные
белки, такие как лактоферрин и секреторные иммуноглобулины. Сведений
о том, как действует на эти факторы
пастеризация, нет, но экспериментально доказано, что после пастеризации
изменяется всасывание молочных
белков в кишечнике. Она также модифицирует жировые капельки, и специалисты обсуждают, действительно ли
эта модификация отрицательно влияет
на иммунологические свойства молока.
Распространяются ли целебные
свойства молока на изделия из него,
неизвестно. В одном из экспериментов
потребление традиционных твердых
сыров помогло добровольцам восстановить нормальную микрофлору
кишечника, поврежденную приемом
антибиотиков, поедание сыров из пастеризованного молока — нет.
Еще один довод против пастеризации
состоит в том, что она не нужна, — сырое
молоко само обладает мощной защитой
от патогенов. Лактоферрин, лактопероксидаза, лизоцим, иммуноглобулины и
некоторые свободные жирные кислоты
подавляют рост вредных бактерий. Эти
агенты при нагревании разрушаются,
поэтому токсичный для человека штамм
кишечной палочки и золотистый стафилококк лучше растут на пастеризованном
молоке, чем на сыром.
Созревающие сыры еще безопаснее молока, потому что подкисленная
среда, идущие во время созревания
процессы брожения и невысокая температура, при которой вылеживается
сыр, создают условия, недружественные для патогенов, но благоприятные
для полезных культур. Лактобактерии
выделяют большое количество антимикробных веществ, при этом они истощают запасы сахаров, которыми
могли бы воспользоваться патогены,
и понижают рН. Множество данных
подтверждает, что лактобактерии подавляют рост сырных патогенов (Listeria
monocytogenes, Staphylococcus aureus,
Klebsiella pneumoniae, Salmonella
typhimurium, Bacillus subtilis и
Pseudomonas aeruginosa). Микрофлора деревянных полок и другого обо-
несколько десятков или сотен человек,
причем несколько больных умерли. Из
них 38 вспышек вызвано сырами из сырого молока, 44 — из пастеризованного,
в 8 случаях статус молока установить не
удалось. Основной источник инфекции
среди непастеризованных сыров — мексиканские рассольные сыры, зараженные
сальмонеллой, которые изготовлены с
нарушениями технологии и ввезены незаконно. Из Мексики же прибыл пастеризованный сыр с листериями. Более половины случаев заболеваний после вкушения
пастеризованных сыров происходит в
ресторанах, на приемах или банкетах, где
происходит заражение продукта. Так что
выгоды от пастеризации при ближайшем
рассмотрении весьма сомнительны.
Традиции
и новые технологии
Возможно, компромисс между вкусом
и безопасностью помогут найти новые
методы обработки сыра. В последние
годы специалисты в области пищевой
промышленности горячо обсуждают
метод высокого гидростатического
давления (ВГД).
Суть метода заключается в том, что
жидкость в течение нескольких минут
сжимают в герметичном сосуде при
давлении в несколько сотен МПа. Давление разрушает клеточные мембраны
и рибосомы микроорганизмов, вызывает схлопывание внутриклеточных
вакуолей и денатурацию связанных
с мембраной белков, инактивацию
ферментов и другие гибельные для
клетки последствия, а также разрушает
оболочку и ядро спор. Однако аминокислоты, витамины, ароматические
вещества и другие низкомолекулярные
соединения сохраняются в первозданном виде, поэтому вкус и запах продукта остаются неизменными. Таким
же образом можно стерилизовать и
твердое тело любой формы и размера, помещенное в малосжимаемую
жидкость, если это тело достаточно
влажное и пористое: давление жидкости равномерно распространяется по
всему его объему. Изначально метод
ВГД должен был заменить пастеризацию молока. Он лучше нагревания, поскольку позволяет сохранить свежесть
и питательную ценность продукта, а
также его вкус и запах. Но в последние
годы прессовать подобным образом
стали уже образовавшийся творог или
даже созревший сыр.
Разные бактерии обладают различной устойчивостью к давлению: золотистый стафилококк и листерия наибольшей, дрожжи и грибки наименьшей.
В некоторых случаях ВГД позволяет
добиться полной инактивации микроорганизмов, однако при длительном
технологии и природа
хранении поврежденные клетки могут
восстановиться. Следовательно, обработку следует проводить регулярно.
Эффективность обработки зависит
также от условий: рН, температуры,
стадии созревания сыра, величины давления и длительности процесса. Сейчас
ученые исследуют влияние параметров
ВГД на активность разных молочных
ферментов. Варьируя условия ВГД,
можно изменить скорость созревания
сыра: увеличить в несколько раз или,
напротив, замедлить, чтобы добиться
нужного вкуса. Иногда можно таким образом получить новый продукт.
Наверное, лучше всего метод ВГД
подойдет для уже созревших сыров,
приготовленных по традиционной технологии: все полезные бактерии уже
сделали свое дело и их гибель не испортит сыр, при этом будут обезврежены
и все патогены, попавшие в продукт на
разных этапах созревания и хранения. И
тогда мы, возможно, получим сыр, вкусный и свежий, как в незапамятные времена, и по-современному безопасный.
Литература
M.-C. Montel et al. Traditional cheeses:
Rich and diversemicrobiota with associated benefit. «International Journal of
Food Microbiology», 2014, 177, 136—154;
doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2014.02.019.
G. Bertoni, L. Calamari, M. G. Mai. Producing specific milks for speciality cheeses. «Proceedings of the Nutrition Society», 2001, 60, 231—246, doi: 10.1079/
PNS200080.
B. E. Wolfe et al. Cheese Rind Communities Provide Tractable Systems for In Situ
and In Vitro Studies of Microbial Diversity.
«Cell», 2014, 158, 422—433; doi:10.1016/j.
cell.2014.05.041.
L.H. Gould L. E. Mungai,C. B. Behravesh. Outbreaks attributed to cheese:
differences between outbreaks caused by
unpasteurized and pasteurized dairy products, United States, 1998—2011. «Foodborne pathogens and disease», 2014, 11,
545—551; doi: 10.1089/fpd.2013.1650.
Y. Martinez-Rodriguez et al. High Hydrostatic Pressure Processing of Cheese.
«Comprehensive Reviews in Food Science
and Food Safety», 2012, 11, 399—416. doi:
10.1111/j.1541-4337.2012.00192.x .
19
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
рудования традиционной сыроварни
также вытесняет посторонние бактерии
из сообщества.
Листерия, золотистый стафилококк и
кишечная палочка редко и в малых количествах встречаются на поверхности
деревянных чанов, в которых створаживают молоко. На деревянных полках
для созревания никогда не встречают
ни листерии, ни сальмонеллы, а S.
aureus и E. coli присутствуют в следовых количествах, около десяти клеток
на квадратный сантиметр. И даже если
листерию и стафилококк специально
добавить на сырную полку, они там не
приживутся. Плотные микробные сообщества на деревянных поверхностях
могут мешать адгезии патогенов и
конкурируют за необходимые для них
питательные вещества.
Традиционные сыры специально
заражали разными штаммами сальмонелл; их численность в процессе
созревания сыра сначала возрастает,
а после 60-го дня снижается, жизнеспособные клетки обнаруживают в
течение 210 дней, но затем сыр безопасен. Специалисты университета
Небраски (Линкольн) проверили 41 сорт
традиционного сыра и показали, что
выдержанные 60 дней при температуре не менее 1,7°С, они практически не
содержат патогенов. Такая инкубация
признана достаточной для пищевой
безопасности. В общем, при неукоснительном соблюдении традиционной
технологии производства и поддержании достаточного разнообразия сырных
бактерий сыры из непастеризованного
молока вкусны, полезны и безопасны. И
не важно, что традиции эти создавали
люди, не имевшие понятия о микробиологии и биохимии.
Разумеется, при нарушении технологии патогены заведутся и на полках, и в
рассоле, и в сырах, и тогда избавиться
от них будет сложно. Возбудитель кишечной инфекции Yersinia enterocolitica
и тифозная сальмонелла Salmonella
typhi прекрасно выживают в холодной,
кислой и соленой среде. Тифозная
сальмонелла способна целых 16 дней
прожить в растворе с концентрацией
соли 100 г/л. Нарушения, однако, вредны всем. При неправильном хранении и
пастеризованные сыры становятся источником инфекции. Их иногда заражают золотистый стафилококк, листерия
или патогенная кишечная палочка.
Специалисты Центра по контролю и
профилактике заболеваний в Атланте (США) проанализировали случаи
инфекций, вызванных потреблением
сыров из пастеризованного и сырого
молока в 1998—2011 годах. Оказалось,
что за эти годы произошло 90 вспышек кишечных заболеваний, во время
которых пришлось госпитализировать
Модель растения
Е.Клещенко
Талант тоже строго ограничен рамками. Ощущение этих
рамок навевает легкую грусть. И в то же время как-то непроизвольно вызывает умиление. Это как если поймешь, что
бамбук — это бамбук, а дикий виноград — дикий виноград.
Акутагава Рюноскэ
Оставим пока в стороне вопрос о том, почему таланты, да
и простые смертные, не похожи друг на друга и обладают
индивидуальностью. Но почему, в самом деле, бамбук — это
бамбук, а дикий виноград — дикий виноград? И почему, когда
оплодотворенная зародышевая клетка в завязи начинает
делиться, образуется не бесформенная клеточная масса,
а корешок, стебелек и листья, а потом появляются цветок и
плод с семенами, и все это именно такое, как предписали
данному виду природа и Карл Линней?
Морфогенез, «рождение форм», — один из святых граалей
биологии. Казалось бы, давно покончено с преформизмом,
сторонники которого считали, что при развитии организма
структуры не образуются de novo, а развиваются из миниатюрных, почти невидимых зачатков. (А в зачатках половых
органов — зачатки будущих организмов, а в тех — еще, и так
до субатомных структур... эта дурная бесконечность преформизм и погубила.) Все знают про ДНК, гены, программы
развития. И все равно то и дело где-то на просторах Сети или
в дружеском застолье раздается вопль: да не может такого
быть, чтобы вся необходимая информация содержалась в
ДНК, объясните, ученые, или признайте, что клеткам подсказывают высшие силы, куда расти! Ученые ищут объяснения
и будут искать еще долго. Участие высших сил пока не доказано, но интересные результаты имеются.
Работ, посвященных морфогенезу растений, сравнительно
немного. Тема увлекательная, но, с одной стороны, без явной
практической значимости, с другой — достаточно сложная,
поскольку междисциплинарная: морфология и физиология
растений тут встречаются с генетикой и компьютерными науками. Чтобы разобраться в программах развития, необходим
программист.
Почему листья у одних растений простые и узенькие, а у
других пальчато-лопастные, об этом как-нибудь в другой раз.
Для начала поставим элементарный вопрос, в который, однако, уместится значительная доля всего растительного многообразия: как регулируется расположение листьев на стебле,
чашелистиков, лепестков, тычинок и пестиков в цветке? У
хрена и сурепки четыре лепестка, за что их и зовут крестоцветными. У розоцветных, например яблони, — пять, однако у
садовых роз лепестков много, «бессчетное количество». Все
перечисленные — двудольные цветковые растения, а вот у
однодольных (нарцисса, лилии, тюльпана...) шесть листочков
околоцветника, похожих на лепестки, причем расположены
они в два круга: три в нижнем, три в верхнем. Что касается
листьев, даже те, кто не очень любили ботанику, наверное,
помнят со школьных лет: очередное листорасположение, суСтатья написана по материалам лекции доктора биологических
наук В.В.Чуба (кафедра физиологии растений биофака МГУ) «Как
создать виртуальное растение» на зимней научной школе «Современная биология и биотехнология будущего» в январе 2014 года.
20
противное (по два листа в каждом узле), мутовчатое (больше
двух, как у вороньего глаза). И как это получается? Какая сила
располагает органы растения именно так, а не иначе?
Спирали Фибоначчи,
кривые Гаусса и генные сети
Научно-популярные журналисты любят рассказывать о таинственной связи листорасположения и чисел Фибоначчи. Этот
ряд чисел, каждый следующий член которого — сумма двух
предыдущих (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144) обладает
многими замечательными свойствами. Например, если замостить плоскость квадратами с длинами сторон, равными
числам Фибоначчи, приставляя больший к меньшему, как
показано на рисунке, а затем соединить их противоположные
углы дугами с радиусом, равным длине стороны, получится
красивая спираль. Подобные спирали мы часто видим в
природе: вдоль спиральных линий выстраиваются чешуйки
на шишке или цветки, образующие сердцевину ромашки.
(Еще одна истина из школьного курса ботаники: ромашка относится к сложноцветным, то, что мы называем ее цветами,
на самом деле соцветия из желтых простых цветков в середине и белых язычковых цветков по краям.) Интересно, что в
сердцевине «цветка» можно увидеть спирали, закрученные по
часовой стрелке и против часовой, при этом количества тех
и других относятся друг к другу как числа Фибоначчи. Листья
на побеге, ветки на стволе дерева тоже часто располагаются
по спирали. Можно представить такой побег как подобие
корзинки ромашки, вытянутой по вертикали, с одним или
несколькими спиральными рядами листьев вместо цветков.
Тем не менее легко указать примеры, которые на спираль
Фибоначчи не укладываются. Есть, например, такие растения, у которых листорасположение хотя и очередное, однако каждый новый нечетный лист располагается точно под
предыдущим, и никакие спирали с золотыми сечениями им
не указ. Да и со спиральным расположением, наблюдаемым
в природе, не всегда получается гладко. К тому же едва ли
в растении есть устройство, которое суммирует соседние
члены ряда Фибоначчи и откладывает соответствующий угол
между листьями. Мало разглядеть порядок, необходимо понять, что его формирует.
Что у растения точно есть, так это морфогены — сигнальные
вещества, которые распространяются в объеме ткани. Но
при этом, очевидно, их концентрация изменяется плавно.
Как же эта плавность преобразуется в дискретный сигнал,
Концентрация вещества,
регулирующего морфогенез
Порог
для возникновения
красной окраски
Порог
для возникновения
желтой окраски
Порог
для возникновения
синей окраски
красный
желтый
синий
Экспериментальные подтверждения для этой гипотезы получил сам Вольперт, правда, не на растительной, а на животной модели — изучая развитие конечности цыпленка. Рядом
с группой клеток, из которой будет развиваться крыло, была
найдена так называемая зона поляризующей активности,
которая посылает химический сигнал, определяющий номера
пальцев. Эксперименты по пересадке этой зоны подтвердили
и сам эффект, и его зависимость от концентрации. Куда бы
ни пересаживали этот маленький участок, там вырастали и
пальцы с самыми большими номерами.
Кроме позитивных сигналов могут быть и негативные —
останавливающие (ингибирующие) развитие, причем их
Активатор
Ингибитор
Морфогенез
Зона подавления
Зона подавления
Проблемы и методы науки
может рассылать та же самая группа клеток. Вещество-активатор запускает развитие органа, выделение ингибитора
его останавливает. При моделировании можно так подобрать
скорость синтеза и распространения сигнальных веществ, что
концентрация активатора превысит концентрацию ингибитора лишь на небольшом участке. Для чего это нужно, понятно:
чтобы органы в своем развитии и дальнейшем существовании
не мешали друг другу. Именно по этой схеме формируется
волосок на листе растения: активатор запускает его рост, потом ингибитор движется в соседние клетки и запрещает им
отращивать волоски. Для некоторых растений уже известны
продукты генов, участвующих в этом процессе.
Самые важные активаторы морфогенеза у растений — фитогормоны ауксины, а наиболее распространенный ауксин
— индолилуксусная кислота (ИУК). В тех группах клеток, где
концентрация ауксина выше, идут клеточные деления, рост
растяжением. Потоки ауксина могут направлять сами клетки:
ауксин проникает внутрь клетки пассивно, а выкачивают его
наружу белки-насосы PIN. Эти потоки размечают будущие
формы растения: там, куда они стремятся, развиваются зачатки листьев или органов цветка. На какой стороне клетки
появляются PIN (а растительная клетка, как большинство
биообъектов, очень изменчива), туда и направляется ауксин.
Чтобы лучше понять, как работает тот или иной механизм,
ученые смотрят, что происходит, когда он сломан. У любимого
модельного растения генетиков
Arabidopsis thaliana (по-русски резуховидка Таля, но с легкой руки
«лабораторных» биологов его и
по-русски все чаще называют арабидопсисом) есть мутация pin1-1.
Такие мутанты растут только вверх,
давая длинные побеги странного
вида, без цветов и листьев. У них
поврежден тот самый белок PIN1,
который должен был активно выкачивать ИУК из клеток, направляя его
в нужные стороны. Собственно, по
этой мутации, от английского pin-formed — «похожий на булавку», белок и получил название. Но если нанести на кончик
побега немного пасты, содержащей ИУК, в этой точке начнет
формироваться лист или цветок.
Логично спросить, почему и как самоорганизуются потоки
ауксина. Так, была предложена компьютерная программа
(Runions A. et al., «ACM Trans. Graph.», 2006, 24, 702—711),
которая позволяет моделировать жилкование на листьях
— хоть сетчатое, хоть параллельное. Результат зависит от
начального размещения точек синтеза ауксина, которые распределяются по листу равномерно. Дальше развивающиеся
жилки пытаются использовать ауксин из ближайшей точки, а
те, кто «не успел», поворачивают в другую сторону. Таких простых начальных условий оказалось достаточно для получения
сложных рисунков жилкования, очень близких к реальности.
Эти программы сразу оценили создатели компьютерных
игр — они не могут, подобно герою рассказа Толкиена, ри-
21
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
указывающий листу расти из строго определенной точки, а
из соседних — не расти?
Один из возможных механизмов, с помощью которого один
морфоген может направлять развитие клеток по различным
путям, первым предложил в 70—80-е годы ХХ века Льюис
Вольперт, британский специалист по биологии развития, —
так называемую модель трехцветного флага. Концентрация
сигнального вещества при удалении от центра, в котором оно
синтезируется, убывает плавно, но клетки реагируют только
тогда, когда она превышает определенные пороговые значения. Если таких порогов два, одно и то же вещество может
направить развитие клетки по трем путям, включая различные
варианты генной активности. Важно, что команда, полученная клеткой, определяется ее положением относительно
зоны, посылающей сигнал: например, ближние участки, где
концентрация морфогена максимальна, станут красными,
самые удаленные — синими, промежуточные — желтыми.
Таким образом, у нас появляется понятие о позиционной
информации: судьба клетки, роль, которую она сыграет в
развитии, определяется ее положением.
совать всю жизнь один лист, им надо прямо сейчас запустить
персонажа в лес, шелестящий сотнями индивидуальных листьев. Но в настоящем растении, конечно, все происходит не
так. Ауксин не может быть рассыпан отдельными крупинками,
его источники располагаются совершенно иначе.
Известно, что ауксин движется по растению в целом сверху
вниз: от апикальной меристемы (верхушечного конуса нарастания; меристемами вообще называются недифференцированные, активно делящиеся ткани растения) к корням.
Известно также, что потоки ауксина имеют тенденцию притягиваться друг к другу и сливаться: если клетка «чувствует»
неподалеку мощный поток ауксина, она перенаправляет в
ту же сторону и свой. (Садоводам и огородникам хорошо
знаком эффект апикального доминирования: верхушечная
точка роста подавляет боковые, и, если верхушку побега
не отщипнуть, растение будет расти ввысь и слабо ветвиться.) Помимо деления ауксин стимулирует рост клеток,
вытягивание их в длину с размягчением клеточной стенки.
Растения — удивительные существа: они растут, и порой
очень быстро, хотя состоят из жестких структурных единиц,
их клетки покрыты целлюлозной оболочкой и достаточно
прочно связаны с соседями.
Что касается закладки листьев и лепестков, самое интересное происходит в зоне апикальной меристемы. Именно
там задается взаимное расположение листьев — по мере
вытягивания стебля увеличится только расстояние между
узлами. Анатомия этой зоны у цветковых растений неплохо изучена. Верхушку покрывают несколько слоев клеток
(обычно три), которые называют туникой, под ними — не так
строго ориентированные клетки корпуса. В тунике выделяют
также центральную и периферическую зоны меристемы. Их
клетки различаются морфологически, кроме того, опыты
с введением в клетки красителей показали, что межклеточные контакты открыты в пределах центральной зоны и
периферической зоны, а между этими зонами — закрыты,
то есть они не обмениваются сигнальными веществами.
Под центральной зоной находится организационный центр,
в котором клетки делятся слабо, поскольку основная его
функция — управление ростом меристемы. Если какие-то
клетки меристемы повреждены, организационный центр
может пополнить их запас; поэтому раньше его называли
«меристемой ожидания».
Периферическая
зона
Центральная зона
(апикальные клетки
меристемы)
Периферическая
зона
Граница
между
зонами
Граница
между
зонами
Точка разворота
ауксина
WUS
PNH/ZLL
PNH/ZLL
PNH/ZLL
Фронт
ингибитора
Поток ауксина
Поток ауксина
Поток ауксина
сложных взаимоотношениях сигнальных веществ меристемы
тоже можно разобраться, но это требует времени.
В качестве «трейлера к сериалу» можно сказать, например,
что в организационном центре у арабидопсиса экспрессируется ген WUSCHEL (WUS), активирующий ген CLAVATA 3
(CLV 3) в центральной зоне, а его продукты, в свою очередь,
сложным путем подавляют экспрессию WUS (отрицательная обратная связь). Продукт гена ARGONAUTE10, — он же
PINHEAD (PNH), он же ZWILLE (ZLL), — активирует работу гена
WUS, который поддерживает клетки в недифференцированном состоянии, и он же участвует в определении «верхней» и
«нижней» сторон листа. Гены WUS и PNH/ZLL, возможно, также
контролируют потоки ауксина и создают позиционные сигналы для будущих листьев, отмечая места их закладки. Клетки в
этой области начинают делиться в плоскости, параллельной
поверхности, — начинается рост наружу, появляется выступ,
который затем становится листом. Зачатки органов растений
ботаники называют «примордиями» — это слово ужасно смешит неспециалистов, но мы его будем иногда использовать.
В примордиях листьев также активен ген ANT, а гены CUC 1,
CUC 2, UFO задают границу примордия.
Теперь перейдем к математическим моделям, которые покажутся нам простыми после нередуцируемой биологической
сложности. Как сказал один физик, изучавший теплообмен
живых объектов: «Сначала мы считали лосей шарами, но теперь
рассматриваем их как цилиндры» (А.Н.Горбань, Р.Г. Хлебопрос.
Демон Дарвина. Идея оптимальности и естественный отбор.
Москва: Наука, 1988). Биологи над физиком смеялись, и напрасно: если считать лосей лосями, расчет может затянуться
надолго, и еще неизвестно, насколько улучшится результат.
План побега
Организационный
центр меристемы
Примордий
листа
Клетки меристемы постоянно ведут «переговоры», пересылая друг другу сигнальные белки, короткие пептиды и РНК.
В этом процессе множество участников, каждый со своей
важной ролью, и подробное их описание мы пропустим, тем
более что у разных видов картина различается. Генные сети
чем-то похожи на сериалы-эпопеи вроде некогда знаменитой
«Санта-Барбары» или «Игр престолов» по Джорджу Мартину.
Кажется, что невозможно выучить всех этих малоразличимых
героев и злодеев, их врагов и родичей, но проходит первый
сезон, и мы уже спорим, кто из них плохой, а кто хороший, кто
кому приходится незаконным сыном и кто что замышляет. В
22
Поток белка
WUS
Активатор
WUS
Вспомним еще раз, что нам известно о закладке листьев. В
апикальной меристеме (верхушечном конусе нарастания)
есть участки, синтезирующие сигнальные вещества, и, что
не менее важно, есть участки, к этим веществам восприимчивые. Бывают сигналы, активирующие рост листа в данной
области, и другие, отменяющие действие активаторов (ингибиторы), в зоне действия которых лист не сможет вырасти.
Очевидно, что зона активации роста должна быть окружена
зоной ингибирования, чтобы листья не наезжали друг на
друга: лист, уже начавший расти, сообщает соседним клеткам, что место занято, размечено под будущий лист. Логично
предположить, что второй лист вырастет настолько близко к
первому, насколько позволит зона ингибирования: природа
Проблемы и методы науки
компетентности, поднимаясь по мере роста, высвободит из
зоны ингибирования окошко не меньше d0. Такое листорасположение наблюдается у комнатного растения дихоризандры
королевской Dichorisandra reginae, как, впрочем, и у многих
других традесканциевых.
Если радиус ингибирующей зоны D будет чуть меньше,
чем 2R, на смену строгой дистихии приходит спиродистихия — прямые линии листорасположения перекручиваются,
листья располагаются по спиралям. Оказалось, что такая
модель — две спирали, наложенные друг на друга, — лучше
всего описывает реально наблюдаемое листорасположение.
Традиционное представление об одной спирали, подчиняющейся дробям Фибоначчи, здесь явно не подходит. Филлотаксис, предсказанный этой моделью, можно наблюдать у
видов рода Сordyline и других объектов.
При дальнейшем уменьшении ингибирующей зоны она
перестанет перекрывать всю меристему на своем уровне, и
два листа смогут возникнуть друг напротив друга. В школьных
учебниках это называется супротивным листорасположением, оно наблюдается, например, у сирени. Почему каждая
новая пара листьев повернута относительно предыдущей
на 90о, догадайтесь сами. Если ингибирующие зоны станут
еще меньше, то на одном уровне смогут возникнуть сразу
три (при D=1,2R) или четыре листа (при D=R) — реализуется
мутовчатое листорасположение.
А что хорошо для мутовок листьев, то хорошо и для лепестков с чашелистиками: очевидно, эти органы могут размечаться точно так же. Этот подход позволил авторам обратить
внимание на странные цветки с нетипичным для данного
вида расположением лепестков — следствием мутации или
сбоя программы на физиологическом уровне. Все мы знаем «счастливые» пятилепестковые цветки сирени, которые
встречаются среди четырехлепестковых не то чтобы часто,
но и не так редко, чтобы надоело искать. Изредка попадаются нарциссы с пятью «лепестками» вместо шести (как мы
уже упоминали, у нарцисса это на самом деле не лепестки,
а листочки околоцветника). Такие цветки иногда бывают некрасивыми, кривоватыми.
Математическая модель предлагает хорошее объяснение:
промежуточные величины диаметров зоны ингибирования,
из-за чего в одном круге размещаются, например, не пять
лепестков, а всего четыре. Или «четыре с половиной»: углы
между четырьмя слишком велики, а пятому недостаточно
свободного места. Цветок нарцисса обладает трехлучевой
23
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
не любит пустоты. Примордии листьев рассылают сигналы,
клетки реагируют на них, включая генные сети, и таким образом определяется, что и где вырастет, — осуществляется
разметка будущих органов.
Предпосылки будто бы простые, но построенная на их осноdH
ве модель оказалась удивительно эффективной. О математичеRmin
ской модели, которая с помощью
Rmax
соответствующего программноР
го обеспечения генерирует побеги и цветки in silico, рассказал
на зимней школе в Звенигороде
доктор биологических наук Вла2d0
димир Викторович Чуб (кафедра
физиологии растений биологи2D
ческого факультета МГУ). В работе участвовали также кафедра
генетики, кафедра математичеR
ской теории интеллектуальных
систем мехмата МГУ и Центр
биоинженерии РАН. Кафедра
высших растений биофака МГУ помогала консультациями, подбором объектов для моделирования и ценными замечаниями.
Пусть растущий побег — это цилиндр с полусферой на
верхнем основании, которая изображает меристему. Какие
параметры здесь важны? Во-первых, размеры меристемы
— ее радиус R. Во-вторых, размеры зоны, восприимчивой
(компетентной) к воздействию сигналов, — зоны, где будут
размечаться листья. Как мы видели на предыдущих рисунках,
это некое кольцо вокруг верхушки побега, которое можно
изобразить окружностями с радиусами Rmin и Rmax. Между
этими окружностями возникают зачатки органов — примордии. Точка Р — медиана примордия. Нужно также обозначить
размеры минимального пространства, необходимого для разметки органа (d0), радиус сферической зоны ингибирования
D, в пределах которой примордии не возникают, и скорость
роста побега dH.
Теперь запустим программу, заставим побег расти и
формировать листья. Выясняется изумительная вещь: тип
листорасположения зависит от соотношения всего двух параметров — радиуса меристемы R и радиуса ингибирующей
зоны D, причем разметка примордиев в компетентной зоне
полностью определяет облик побега, который формируется в
дальнейшем. Меняя эти параметры, можно получить известные в природе типы листорасположения, а также переходные
формы между ними.
Возьмем случай, когда D существенно больше R — более
чем в два раза. В этом случае модель предсказывает двурядный филлотаксис, или строгую дистихию, — в каждом
узле находится один лист, при этом каждый образует с предыдущим угол в 180о, так что ветвь с листьями выглядит плоской. Почему так выходит, легко догадаться. Первая же зона
ингибирования накрывает всю меристему, поэтому второй
лист на этом уровне возникнуть не может. А возникнет он,
естественно, на противоположной стороне: как только зона
симметрией (не шестилучевой, потому что его шесть листочков околоцветника расположены не в одном круге, а двумя
кругами по три). Поэтому пятилисточковый нарцисс логично
было назвать «2,5-мерным». По словам Владимира Чуба,
ботаников сначала возмутил этот термин, однако в конце
концов они признали его право на существование.
Тримерный цветок
2,5-мерный цветок
Димерный цветок
Изучение аномальных цветков интересно еще и потому,
что оно дает ключ к некоторым спорным моментам эволюции
цветка. Так, математическое моделирование показывает, что
пятимерные цветки едва ли могли возникнуть из шестилепестковых тримерных через потерю одного лепестка и сведение оставшихся в один круг. Скорее всего, трехлепестковый
тримерный цветок сначала стал тетрамерным, с четырьмя
осями симметрии, а потом уже пентамерным.
На следующем рисунке представлены переходы от одного
вида симметрии к другому в пределах рода. Традесканцию
многие выращивают дома или в офисе, но не каждый видел
ее цветок; в норме он имеет три лепестка. Хионодоксе из
семейства гиацинтовых полагается шесть листочков околоцветника в двух кругах, как и лилейнику.
шелистиков. Полный ряд форм удалось отыскать в природе
у гортензии древовидной Hydrangea cinerea.
Можно не только увеличивать число лепестков в круге, но и
увеличивать число самих кругов — «тянуть за макушку» цветок, заставляя его расти и надстраивать новые ярусы органов;
на языке модели — вводя скорость роста dH, не равную нулю.
Так можно получить некоторые махровые цветки. В предельном случае цветок растет вверх до исчерпания клеточного
материала, который весь превращается в лепестки; у такого
цветка не будет генеративных органов — пестиков и тычинок.
О пестиках и тычинках
Цветок — это все же не побег с листьями, и рост вверх у него
часто бывает ограничен генетическими факторами. Поэтому, чтобы показать, каким образом апикальная меристема
приобретает структуру цветка, в модель необходимо внести
коррективы. Скорость роста вверх, то есть dH, принимаем
равной нулю, а возможность расширяться обозначим как dR.
Зона базипетальной
разметки
dR3
dRmin
Зона
акропетальной
разметки
dRmax
Tradescantia
Chionodoxa
Hemerocallis
Когда в модели уменьшали радиус ингибирующей зоны от D
от 1,2 до 1,0 (если принять R за единицу), тримерный цветок
через ряд последовательных нетипичных» форм превращался
в тетрамерный (восьмилепестковый или восьмилисточковый.
Любопытным оказалось строение цветка гортензий. В их стерильных цветках задачу привлечения опылителей выполняют
чашелистики, а не лепестки. Один из лепестков, которые в
норме мельче и закладываются выше, становился в круг ча-
24
Рост вверх в какой-то момент остановится, значит, разметить
нужно всю меристему. Поэтому была введена возможность
смещения верхней границы разметки органов вверх (dRmin) и
верхушечная зона разметки с радиусом R3 и возможностью
расширения — dR3. Круговую зону авторы модели назвали
базипетальной, кольцевую — акропетальной (базипетальный
у ботаников означает «направленный от верхушки к основанию
стебля», акропетальный — «направленный к верхушке»).
Зачем понадобилась базипетальная зона? Ведь известно,
что органы цветка закладываются снизу вверх: чашелистики,
лепестки, тычинки, пестик или пестики. Однако не исключено,
что разметка органов, то есть сигналы «здесь расти, а здесь
не расти», выстраивается заранее, не в той же самой последовательности, в которой органы начинают формироваться.
А проверить это важно: как мы убедились, разметка первых
органов определяет расположение всех последующих.
Конечно, всем интересно, как это происходит у арабидопсиса:
его генетика хорошо изучена и было бы заманчиво привязать
Проблемы и методы науки
являлись отклонения, они соответствовали «неправильным»
цветам, наблюдаемым в природе. Другие же модели даже
при меньших отклонениях очень сильно меняли положения
тычинок.
Модель А: все органы цветка
размечаются снизу вверх
Модель Б2: тычинки
размечаются сверху
Модель Б1: тычинки
размечаются снизу
Модель Б3: тычинки
размечаются сверху и снизу
Проверить экспериментально результаты, полученные на виртуальных растениях (например, обнаружить включение синтеза
и распространение неких сигнальных веществ именно в такой
геометрии), пока не удалось. Процессы, связанные с разметкой
органов, протекают стремительно, «остановить мгновение» непросто. Но ценно уже то, что модель подсказывает, что искать, в
каком направлении двигаться дальше. «С этой моделью играли
ботаники, и после этого они смотрели на цветок совершенно
другим взглядом, — рассказывает Владимир Чуб. — Видят в нем
зоны разметки, точки, из которых вырастут органы. Пытаются
это разглядеть на сканирующих фотографиях, начинают это
обсуждать. Что еще может сделать эта модель? Иногда попадается цветок уникальной архитектуры, и второго такого нет на
всей плантации. Хочется понять, как он развивался, и эта модель
позволяет "отмотать назад" процесс его развитие, показать, как
бы это могло быть.Моделирование любого процесса в компьютере позволяет ответить на главный вопрос: правильно ли мы
представляем себе процесс морфогенеза у растений, и если
правильно, то каких данных не хватает, какие еще наблюдения
нужно провести? И конечно же это экономит силы, средства и
нервы экспериментаторам».
Литература
Чуб В.В., Юрцева О.В. Математическое моделирование формирования цветка у представителей семейства Polygonaceae. «Ботанический журнал», 2007, 92, 1, 114—134.
Скрябин К.Г., Алексеев Д.В., Ежова Т.А., Козлов В.Н., Кудрявцев
В.Б., Носов М.В., Пенин А.А., Чуб В.В., Шестаков С.В., Шульга О.
А. Определение типа и положения органов цветка: динамическая
модель развития. «Известия АН. Серия биологическая», 2006, 33,
6, 523—535.
Чуб В.В. Роль позиционной информации в регуляции развития органов цветка и листовых серий побегов. М.: Бином, 2010.
25
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
разметку и закладку органов цветка к активности генных сетей.
«Классический», описанный в учебнике цветок арабидопсиса имеет формулу, достаточно типичную для крестоцветных:
Ч4 Л4 Т4+2 П2. Буквы обозначают соответственно чашелистики,
лепестки, тычинки и пестики, а «4+2» — что четыре тычинки
у него длинные, а две короткие. Но попадаются цветки арабидопсиса без одной короткой тычинки (Ч4 Л4 Т4+1 П2), реже
без обеих коротких тычинок (Ч4 Л4 Т4 П2) или даже с одной
дополнительной длинной и без коротких (Ч4 Л4 Т5 П2). Среднее
число тычинок в цветках арабидопсиса дикого типа всегда
меньше шести!
В семействе крестоцветных вариации числа органов — не
редкость. В целом можно сказать, что у них наиболее стабильны регионы гинецея (из
него вырастет пестик) и
чашелистиков, а самый
вариабельный — регион
коротких тычинок. Можно
предположить, что стабильные участки — одинаковые в большинстве
цветков — размечаются
первыми, а вариабельные — последними, «по
остаточному принципу»,
отчего, они и оказываются вариабельными. Тогда
введение базипетальной
зоны, расширяющейся
навстречу акропетальной,
выглядит вполне логичным. А между ними попадают тычинки, размечаемые в последнюю очередь. Участки меристемы, не занятые лепестками
и пестиками, размечаются, «как получится», подобно остаткам
теста для пирожков: когда выйдет шесть штук, когда пять или
четыре... Такая вариабельность для цветка не катастрофична:
лучше уж пусть не хватает какой-то тычинки, чем пестика.
Действительно, математическая модель с такими исходными данными позволяла создавать как типичные, так и
«аномальные» цветки арабидопсиса. Сначала размечалась
одна пара чашелистиков, а сверху плодолистики (будущий
пестик), затем вторые два чашелистика, четыре лепестка,
длинные тычинки и, наконец, короткие. Короткие тычинки,
размечаемые последними, утрачивались чаще всего.
Модель проверили на цветках обыкновенного ревеня
Rheum из семейства гречишных. Ревень в данном случае
хорош обилием материала — у него огромное множество
мелких цветочков. На этот раз исследователи не придумывали
модель, наиболее похожую на реальный цветок (что всегда
немного напоминает подгонку), а пошли от противного: построили все возможные модели разметки меристемы, чтобы
проверить, какая из них ближе к реальности.
Моделей получилось четыре. Первая, обозначенная буквой
А (от «акропетальная»), предполагала разметку органов снизу
вверх, в порядке наблюдаемого их формирования, от чашелистиков к плодолистикам. Модель Б2 соответствовала данным
об активности генов меристемы: в ней чашелистики и лепестки
размечались снизу, а плодолистики и тычинки — сверху. Модели Б1 (тычинки размечаются вместе с околоцветником) и Б3
(часть тычинок размечается сверху, часть снизу) представляли
остальные теоретически возможные варианты. Компьютерные
модели цветков предъявляли на оценку экспертам-ботаникам,
чтобы те оценили их реалистичность.
Все модели, кроме Б1, дали хорошие решения для «правильного» цветка ревеня. Но лучшей оказалась модель Б3, где
тычинки размечались последними, и сверху, и снизу. Прелесть
ее была не только в том, что цветок получался каким надо при
самом широком варьировании параметров, — даже когда по-
Щелочные
тайны
биоморфов
Кандидат
физико-математических наук
Профилированные монокристаллы сапфира,
выращенные в Черноголовке, ФГУП ЭЗАН РАН
Год 2014-й помимо прочего знаменит еще
и тем, что ЮНЕСКО объявило его Годом
кристаллографии. Подобающий событию конгресс Международного союза
кристаллографов собрался в августе в
Монреале. Свой доклад там представили
испанские кристаллографы из Гренадского университета во главе с Хуаном
Мануэлем Гарсиа-Руисом. Их работа
посвящена вечной теме — взаимосвязи
живой и неживой природы. Проблемой
схожести живых и неживых структур Гарсиа-Руис занимается не один год.
И в живой, и в неживой природе
встречается множество объектов, состоящих из кристаллического вещества.
У некоторых неживых эта кристалличность видна невооруженным глазом —
монокристаллы драгоценных и не очень
камней обладают хорошо заметными
высокосимметричными гранями и ребрами, причем сами кристаллы бывают
гигантских размеров, измеряемых метрами. Поликристаллические вещества
не всегда столь явно проявляют свою
кристалличность — глядя на кусок стали,
трудно предположить, что он состоит из
смеси микронных кристаллов железа и
его карбида — цементита. Другие поликристаллы — друзы аметистов или иней,
вырастающий в морозный туманный день
на ветвях деревьев, — свою кристаллическую сущность демонстрируют отчетливо. Есть среди поликристаллов и такие,
которые похожи на живые существа:
дендриты, ветвящиеся поликристаллы,
напоминают кораллы, которые, кстати,
также построены из поликристаллов —
карбоната кальция. Только у коралла
молекулы в соответствующую форму
укладывают не силы физической химии,
а жизнедеятельность колониального кишечнополостного — гидроидного полипа.
Однако такое сходство в строении
живой и неживой материи до сих пор
считалось редким исключением из
правила, гласящего, что живой природе
присущи разнообразные и замысловатые
формы, а неживая природа способна
формировать из кристаллов либо нечто симметрично-ограненное, вроде
кристалла горного хрусталя, либо нечто
26
Фото: С.Комаров
С.М.Комаров
Дендрит Чернова
бесформенное, как самородок золота.
Им далеко до закрученных и украшенных
ребрами, выступами и шипами карбонатно-белковых раковин моллюсков, до
изящных силикатных скелетов диатомей
или панцирей радиолярий. А все потому,
что силы химии пасуют перед силами
биохимии, действующими на более
высоком уровне организации — уровне
живой материи. Человек может методом
Степанова вырастить монокристалл
любой формы — так называемый профилированный монокристалл, но природе
такое не под силу.
Из этого умозаключения следует
важный практический вывод: если мы
видим некую замысловатую форму, тем
более форму, повторяющуюся в разных
образцах, значит, имеем дело с живыми
существами. В частности, этот вывод
лежит в основе быстро развивающейся
палеомикробиологии, изучающей окаменевшие следы древней микрожизни,
и экзомикробиологии, ищущей те же
следы в объектах внеземного происхождения вроде марсианских метеоритов. А
вскоре их станут искать непосредственно
на Красной планете, а то и на других
небесных телах вроде астероидов или
спутниках газовых гигантов. Но тут их
подстерегает сюрприз: Гарсиа-Руис с
коллегами в серии работ доказал, что химические силы вполне способны создавать чрезвычайно замысловатые формы
из кристаллического вещества, причем
как в макро-, так и в микромасштабе.
Химическая система для получения
минеральных биоморфов не особенно
сложна. Например, ее можно приготовить, смешав водный раствор хлорида
бария или стронция с раствором или
гелем из кремниевой кислоты (то есть с
силикатным клеем) и создав в этой смеси высокую щелочность — рН 8,5—11.
В этих условиях идет реакция бария с
углекислым газом воздуха. Углекислый
газ, растворяясь, становится угольной
кислотой Н2СО3, которая сразу же диссоциирует, а ионы Ва2+ и СО32- соединяются в нерастворимый карбонат бария.
Как показали видеозаписи процесса,
Закрученная ракушка моллюска
и раковины фораминифер — одноклеточных
организмов, живущих на дне моря (слева)
в
а
б
Скелеты одноклеточных радиолярий
могут состоять из сернокислого стронция
(а) и оксида кремния (б, в)
Фотоинформация
а
укрыт силикатом; поэтому зарождается
новый кристалл карбоната, ориентация
которого задана исходным кристаллом
через поле изменений щелочности раствора в его окрестностях. Кристаллы эти
мелкие, не успев вырасти больше сотни
нанометров, они покрываются пленкой
5 мкм
Кристалл карбоната бария (в центре), выросший в цветную капусту (Juan Manuel Garcia-Ruiz
et al., «Sciencе», 2009, 323, 362; doi: 10.1126/
science.1165349)
оксида кремния, и процесс повторяется
снова из-за перераспределения щелочности раствора. Так происходит переход
с микро- на макроуровень и начинается
формирование композитного поликристалла карбоната с прослойками из
аморфного силиката, который связывает
микрокристаллы друг с другом за счет
силоксановых связей. Такая структура
весьма похожа на перламутр, в котором
микрокристаллы карбоната связаны воедино упругими белковыми прослойками,
что придает этому материалу уникальное
сочетание прочности и стойкости к удару.
Это так, к слову. Целью же Гарсиа-Руиса
было проследить за развитием поликристаллического композита с помощью все
той же видеокамеры, прикрепленной к
микроскопу.
б
Формирование листоподобной структуры,
сворачивающейся в геликоид (Juan Manuel
Garcia-Ruiz et al., «Sciencе», 2009, 323, 362) (а),
и рисунок клеща (б)
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
сделанные Гарсиа-Руисом, поначалу эти
кристаллы имеют форму гексагональной
призмы и растут в высоту. Затем фронт
роста теряет устойчивость, из ребер и
граней призмы начинает развиваться
дендритная структура, которая в конце
концов превращает кристалл в подобие
кочана цветной капусты, где исходная
призма служит кочерыжкой. Размер
такого кристалла — несколько микрон.
Причина ветвления, по мнению Гарсиа-Руиса, — колебания щелочности
раствора. Когда кристалл карбоната выпадает, остается ион водорода, который
повышает кислотность. Рост кислотности
ведет к местному пересыщению раствора кремниевой кислотой; она налипает на
карбонатный кристалл, полимеризуется
и мешает ровному движению фронта
кристаллизации. Более того, в итоге кристалл карбоната оказывается заключенным в панцирь из аморфного силиката,
из-за чего рост прекращается.
Однако выпадение силиката увеличивает щелочность раствора, что
создает условия для дальнейшего выпадения карбоната. Выпадать на уже
выросший кристалл он не может — тот
20 мкм
27
Фото из архива НАСА
Этот новый этап в жизни исходного
карбонатного кристалла характеризуется переходом от ветвления в трех направлениях к образованию пластинки,
которая сначала стремится округлиться
и стать расширяющимся диском. Но
этого не происходит. Некая загадочная
химическая (а скорее, электрическая)
сила начинает сворачивать боковые края
пластинки подобно тому, как заворачивается волна при приближении к берегу. И
там, где образовалась волна, пластинка
уже не растет в радиальном направлении,
а волна продолжает закручивать край
все больше и больше. Так пластинка
принимает форму листа с заостренной
вершиной — тот край, куда волна еще
не дошла, продолжает движение вперед
по радиусу — и с закрученными краями.
Скорость роста вперед в опытах ГарсиаРуиса была около микрона в минуту,
волны же катились в два раза быстрее.
Неудивительно, что они в конце концов
догоняли растущий край пластинки и их
гребни сталкивались. Далее были возможны несколько исходов. Например,
если с обеих сторон пластинки сходились
волны, закрученные противоположно
и со сходной высотой, получалась листоподобная структура с закрученным
краем и хорошо выраженной продольной
Марсианская бактерия из метеорита ALH84001 и
раковины фораминиферы рода Globigerina (справа)
28
Фото: Matthias Kellermeier/Stephen Hyde/Juan Manuel Garcia-Ruiz
Фотоинформация
Карбонатно-силикатные биоморфы, полученные
группой Гарсиа-Руиса
симметрией — точь-в-точь какой-нибудь
окаменевший клещ. Если обе волны закручены одинаково, их высоты схожи,
а скорости распространения примерно
равны как между собой, так и скорости
роста пластинки, то, встретившись, они
не прекратят рост, а дадут геликоид —
длинную нить с закрученными в две
спирали ребрами. Когда волны обгоняют рост пластинки, шаг спирали будет
уменьшаться, и нить получится короткой.
Когда же высота одной из волн гораздо
больше, чем у другой, она закрутится
вокруг себя, и получится червеобразная
структура. Помимо этого при определенных сочетаниях скоростей роста могут
получаться перекрученные ребристые
сферы или другие интересные структуры.
Впрочем, у них есть одно отличие от
порождений живой материи: никакого преимущественного направления
закручивания не существует, схожие
структуры могут быть с равной вероятностью закручены как вправо, так и влево.
Гарсиа-Руис пытался было воздействовать на направление закручивания био-
Нити из карбонатно-силикатных компзитов, полученные группой Гарсиа-Руиса
морфов, добавляя в раствор различные
хиральные молекулы, но тщетно — выбор направления происходит на таком
структурном уровне, с которого детали
строения отдельных молекул не видны. И
это не может не радовать: при схожести
форм минеральных биоморфов и таких
экзотических находок, как след бактерии
в марсианском метеорите, у исследователей все-таки имеется критерий для
различения живого и неживого. Правда,
для этого нужно набирать статистику.
Попытки же определения происхождения
единичных экземпляров в свете данных
Гарсиа-Руиса выглядят несколько излишне оптимистичными. А сам автор работы
выдвигает предположение, что нечто
подобное игре щелочности-кислотности,
сформировавшей карбонатно-силикатные биоморфы, может происходить и
в живой природе, создавая настоящие
биоформы замысловатого вида — силикатно-органические или карбонатноорганические.
Рита Картер
Как работает мозг
АСТ, CORPUS,
2014
книги
Крис Фрит
Мозг и душа:
как нервная деятельность
формирует наш
внутренний мир
АСТ, CORPUS,
2014
Н
ейрофизиолог Крис
Фрит хорошо известен
умением говорить просто о сложнейших проблемах,
таких как психическая деятельность, социальное поведение, аутизм и шизофрения.
Именно в этой сфере сегодня происходит научная революция,
связанная с внедрением методов нейровизуализации.
Наталья Бехтерева
Магия мозга
и лабиринты жизни
АСТ,
2014
К
нига рассказывает о середине XX века, когда зарождалась увлекательная
наука о мозге человека; о мимолетных встречах на научных
форумах и кропотливой повседневной работе, помогавших раскрыть удивительные
тайны мозга и сознания.
Е
да для нас — нечто обыденное,
мы редко задумываемся о том,
что и как мы едим, что происходит с блюдами и продуктами до
того, как они появляются на нашем
столе, почему одни из них нам нравятся больше, другие меньше, почему одни из них полезны, а
другие нет. Каждый день на кухне случаются чудеса, которые
мы не замечаем. Автор объясняет их подоплеку.
Петер Шпорк
Читая между строк ДНК:
Второй код нашей жизни,
или Книга, которую нужно
прочитать всем
ЛомоносовЪ,
2014
В
своей сенсационной
книге немецкий нейробиолог Петер Шпорк
приглашает исследовать мир
новой науки — эпигенетики.
Он объясняет, почему от рака
умирают даже те люди, которые не унаследовали гены предрасположенности и не вели
нездоровый образ жизни; почему взрослые склонны к определенным болезням, если в младенческом возрасте испытывали
недостаток любви...
Эти книги можно приобрести
в Московском Доме книги.
Адрес: Москва, Новый Арбат, 8,
тел. (495) 789-35-91
Интернет-магазин: www.mdk-arbat.ru
29
«Химия и жизнь», 20114, № 10, www.hij.ru
К
нига Риты Картер представляет собой иллюстрированный путеводитель по
морщинистому серому веществу, находящемуся в голове у
каждого из нас. Вы узнаете о различиях мозга мужчин и женщин, о
механизмах, лежащих в основе памяти, о причинах возникновения
навязчивых идей и вредных привычек и о многом другом.
Роберт Вольке
О чем Эйнштейн
рассказал своему повару:
физика и химия на вашей кухне
Манн, Иванов и Фербер,
2014
Художник С.Дергачев
Прогноз
для науки
и техники
Л.Хатуль
Предсказывать вообще трудно, а будущее –
тем более.
Нильс Бор
30
Прогноз — о чем и каким методом
Прогнозы можно классифицировать по объектам и по методам. Они могут быть сделаны методами разных наук. Законы
физики прекрасно прогнозируют, в некоторых случаях — с
фантастической точностью. Правда, в физике же существует
принципиально не прогнозируемое, и не надо всуе поминать
Гейзенберга и динамический хаос. Бывает так, что с ростом
требований к глубине прогноза, то есть временной перспективе, требования к точности задания начальных условий растут
настолько быстро (экспоненциально), что никакой точности —
хоть электрон на ломтики режь — не хватит для предсказания
ситуации через совсем небольшое время.
За это утверждение схватились гуманитарии, решившие, будто физики доказали, что будущее предсказать
нельзя. Однако непредсказуемость доказывается только
для определенных некоторыми уравнениями ситуаций и
для определенных значений параметров, входящих в эти
уравнения. А таких уравнений в гуманитарной области нет.
Кроме того, даже в ситуации хаоса некоторые параметры
определяются. Движение конкретной молекулы воды при
турбулентном течении предсказать нельзя, а сколько воды
пройдет по трубе — вполне. Купит ли Лёнечка Танечке мороженое — нельзя, а сбыт мороженого в ГУМе на праздники
— весьма вероятно.
Среди объектов, развитие которых можно попытаться
прогнозировать, здесь рассмотрены естественные наука и
техника. А также прогнозы, при построении которых использовались (хотя бы наряду с прочими) методы естественных
наук и техники.
Прогнозы для наук
Проблемы и методы науки
В Сети нет исследований, на которые можно выйти по
запросам «прогноз развития наук», «прогноз развития естественных наук», «прогноз развития гуманитарных наук», а
также все это с заменой «развития» на «эволюцию». Люди
не хотят думать и писать о таких мелочах, как отдельные науки, подавай им науку в целом. Но это уникальный объект, и
не вполне понятно, может ли он вообще быть объектом научного исследования (см. об этом Л.А.Ашкинази. «Изучение
малочисленного наука и/или религия?», http://www.pereplet.
ru/text/ashkenazi12feb04.html). Так что, если вы собираетесь
изучать что-либо научными методами, лучше придерживаться
классического научного метода: исследуя будущее объекта,
рассматривать эволюцию многих объектов того же класса
и при рассмотрении опираться на закономерности, ранее
установленные для объектов этого класса или процессов в
них. Недостаток всех прогнозов развития наук — нет установления связей между науками, нет установления связи науки и
техники, нет установления закономерностей развития. Хотя
некоторые авторы и декларируют учет причинно-следственных связей, но способ такого учета не ясен.
С горя можно попробовать посмотреть глобально: «прогноз
развития науки» и «закономерности развития науки». На эти
запросы нашлось около восьмисот независимых ссылок, но
ничего конкретного ни в одной из них нет. Вместо науки авторы разговаривают о технике, а слово «наука» употреблено для
красоты, или прогноз состоит в фантазиях о том, чем будут
заниматься больше и чем меньше, или авторы под видом
прогноза пытаются дать свои рекомендации непонятно кому.
Прогнозы по методам
Неудача наших поисков огорчительна, но предсказуема.
Даже такой широко мыслящий и образованный человек, как
Станислав Лем, хоть и написал в «Сумме технологий», что
в будущем возникнут иные способы добычи информации
из природы, но высказался столь общо, что ни к какой конкретной науке их отнести нельзя, да и о возможных будущих
научных результатах ничего не сказал.
Попробуем подойти с другого боку, посмотреть прогнозы
по методам. Спросим «научный прогноз» и так далее — технический, инженерный, социологический, демографический,
математический, физический, химический, исторический,
геологический, политологический. Имея в виду, что у каждой
науки есть свой объект, имен у объектов много больше, чем
наук, перебрать объекты трудно, а науки перебрать легче.
Уточним, что «демографический прогноз» — это прогноз
жизни общества методами демографии, хотя и не всех сторон жизни общества, а определенной, демографической
стороны. Итак, на запрос «демографический прогноз» выпадает восемьсот независимых ссылок (и далее везде указано
количество именно независимых ссылок). Серьезных работ
полно, и результаты конкретные. Потому что демографические
процессы в принципе длительны, характерное время — поколение, около двадцати лет. На желание плодиться на больших
31
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
При попытке найти прогнозы развития отдельных наук нас
ждет неудача. Из списка «математика, физика, химия, история, геология, биология, география, социология, демография,
астрономия, космология, политология, литературоведение,
антропология» при запросе типа «прогноз развития (название
науки)» нашлось следующее. Для математики — одна философская и методологическая работа: А.Г.Барабашев. Будущее
математики. Методологические аспекты прогнозирования
(Москва: Изд-во МГУ, 1991). На «закономерности развития
физики» не найдено чего-либо конкретного. Химики оказались чуть-чуть прогностичнее — В.И.Кузнецов. Диалектика
развития химии (Москва: Наука, 1973) и А.Л.Бучаченко. Химия
на рубеже веков: свершения и прогнозы («Успехи химии»,
1999, 68, 2, 99). Однако собственно прогнозов в этих публикациях мало, в основном речь идет о свершениях. По части
биологии нашелся единственный текст — но зато Станислава
Лема «Прогноз развития биологии до 2040 года», опубликованный, в частности, нами (см. «Химию и жизнь», 2004, № 1).
Прогноз очень смелый, очень интересный и очень общий. Чуть
лучше обстоит дело с прогнозом в астрономии (В.Г.Сурдин.
Достижения и перспективы американской астрономии, http://
crydee.sai.msu.ru/Universe_and_us/1num/v1pap8.htm), причем потому, что прогресс этой науки базируется на вводе в
строй крупных инструментов, а это вещь прогнозируемая.
Прогресс физики элементарных частиц тоже базируется на
«крупных инструментах» — больших ускорителях, но сами
проекты еще крупнее, проектов в стадии реализации меньше,
и, возможно, поэтому прогноз сделать труднее. Другая причина — астрономия и космология потребляют больше разной
физики, нежели физика элементарных частиц, и оттого там
меньше вероятность «чуда». Похоже, что эти два фактора —
связи с другими науками и связи с техникой — оказались
важны для прогнозирования.
Коллега из отдела биологии «Химии и жизни» указала на
потрясающий пример отсутствия верного прогноза в области,
связанной и с техникой, и с другими науками, — никто не предсказал появления сравнительно недорогих и широко используемых методов секвенирования (определения нуклеотидной
последовательности ДНК), которые существенно повлияли на
развитие биологии. По-видимому, связь с техникой нужна не
какая попало и не с какой попало — должно быть, известно
и то, какая техника нужна, и то, какая техника в принципе
возможна. Для астрономии это выполняется, для физики
элементарных частиц — частично.
При попытке найти какой-либо прогноз развития в моей
области — метрологии, нашлись две статьи, содержащие
конкретные предсказания: И.Ф.Шишкин, «Современные
проблемы и перспективы развития метрологии» (http://
asconf.com/rus/archive_view/556) и Н.П.Моисеева, «Какой
будет метрология через десять лет?» (http://temperatures.ru/
articles/metrologia_cherez_10_let). Причина понятна: большое
количество связей метрологии с другими областями, прежде
всего — с физикой, а также некоторая консервативность
метрологии. Второе — следствие первого: если для продвижения в какой-то области (например, метрологии) нужно
несколько отдельных сдвигов в других (например, в физике и
технике), то на каждом этапе скорость развития не может быть
больше, чем в самой медленной области. Однако на больших временных интервалах развитие всех областей будет
коррелированным, и так же будет развиваться и метрология.
интервалах времени влияет традиция, экономическое положение и вера в будущее для детей, и все это быстро не изменяется. Кроме того, демографические процессы наблюдают
давно и примерно одними методами, накоплено много — и что
важно, сопоставимых — данных. А вот со связями сложнее:
как на демографические процессы влияют цена на ипотеку и
кульбиты с материнским капиталом, известно плохо.
На слова «социологический прогноз» получаем четыреста
ссылок, и почти везде — прогноз результатов тех или иных
выборов. Неужели в обществе нет больше ничего важного?
Но социология — довольно дорогая наука, и, видимо, для
большинства тех, кто готов оплачивать социологические исследования, нет ничего более важного.
Для порядка спросим «физический прогноз» и «химический
прогноз» — ничего разумного не находится. Наверное, потому, что физические и химические методы применяются к
физическим и химическим объектам — веществам, полям...
Можно взять из справочника кривую выносливости Вёлера
(зависимость количества циклов до разрушения от нагрузки)
и дать вполне физический прогноз разрушения, но «физическим прогнозом» это не называют.
Под «геологическим прогнозом» (полтысячи ссылок) понимают ответы на вопросы, где в Земле таится под землей та или
иная руда, вода, нефть и т. д. или что произойдет (выброс метана
и т. д.), если мы будем рыть там-то. Геологическим прогнозом
могла бы быть фраза «через сто миллионов лет тут будет месторождение того-то», но таких прогнозов нет — наверное, потому,
что он не очень нужен. Хотя геологи в принципе могли бы так
прогнозировать, поскольку, как они пишут, «геологический
прогноз основывается прежде всего на представлениях об
истории формирования месторождений полезных ископаемых и последующих их изменениях под влиянием эпигенетических процессов».
Под инженерным прогнозом (сто ссылок) понимается
нечто строительное и геологическое, и это в основном расчеты — что будет, если действовать так-то и так-то (проложить
газопровод, построить дамбу и т. п.). Есть и прогнозы — когда
обрушится то-то и то-то, если ничего не делать. Полезная
штука, хотя это как раз тот прогноз, который делается, чтобы
его — если люди не дураки — опровергнуть. Жизнь, однако,
показала, что обычно хотят как лучше, а получается сами
знаете как.
Выражение «научный прогноз» (шестьсот ссылок) используется в основном вместо слов «верьте мне, люди» либо при
попытках доказать, что прогноз невозможен. Некоторые
авторы утверждают нечто странное, но психологически понятное — что прогнозы вообще не нужны, а надо только привлекать внимание человечества к проблемам. Правда, тут
таится реальная проблема — влияние прогноза на развитие
событий; есть даже термин «самоисполняющееся пророчество». Впрочем, обычно все проще: автор, опять же под видом
прогноза, пытается подсказать кому-то, кто, по его мнению,
что-то может сделать, что тому надо делать. Точнее, уверить
себя в том, что он кому-то подсказывает.
В естественных науках результат эксперимента не зависит
от нашего предположения о его результате. Но во многих
случаях это не так, и одна из задач нормальной науки — обнаружение и подавление таких влияний. Задача решается
в биологии, на этот путь понемногу встает медицина. В
социологии и психологии такое влияние, как мне кажется,
неизбежно, хотя в социологии оно почти всегда невелико.
Но публикацию прогнозов выборов за день перед выборами
все же ограничивают.
Однако вернемся к Интернету. Термин «технический
прогноз» (шестьдесят ссылок) оккупирован игроками на
Форексе. Термин «математический прогноз» (четыреста
ссылок) используется в основном для придания респектабельности, как и термин «научный прогноз». Тем не менее
32
естественные науки используют математические методы в
том числе и для прогнозирования (например, численности
популяции).
Метизы и кросс-курс
По части «прогноз развития техники» имеем шестьдесят
ссылок, но над прогнозами конкретных достижений можно
только посмеяться (что авторы время от времени и делают),
а общие слова — они и есть общие слова. Правда, некоторые
понимают, что прогноз возможен только на основе знания
законов изменения, и пытаются эти законы формулировать.
Обзор таких попыток сделан (Владимир Петров. История
разработки законов развития технических систем. http://www.
trizminsk.org/e/23111.htm). Однако формулировки, к которым
пришли те, кто делал эти попытки, слишком общи, и сделать
из них практические выводы пока невозможно.
Кроме, конечно, ситуации прогноза, локального по пространству (определенный вид техники) и времени (немного лет), когда
законы прописаны в мозгу опытного инженера в виде его личного
опыта и он, поразмыслив, скажет, что за пять лет мы точность
раза в полтора поднимем. Он-то знает — в два; но не хочет, чтобы потом от него требовали: «два, и немедленно!» — он и так
это сделает, не стойте над душой. Однако при попытке найти
прогнозы развития конкретных областей техники, например
электротехники, электроники и компьютеров, ничего обоснованного не находится. Кроме, естественно, закона Мура
(который никто не объяснил и ни с чем не связал) и ежегодных
разговоров о том, что он вот-вот нарушится.
Любая объемистая работа по прогнозированию техники
содержат длинный перечень ошибочных прогнозов. Авторы
перечисляют их с нескрываемым упоением, а перечислив,
принимаются давать свои прогнозы. При этом обычно не
делается какого-либо пояснения, чем метод авторов лучше
методов, которыми пользовались его многочисленные и
малоуспешные предшественники. Более того, нет серьезного
анализа, почему же предшественники оказались неуспешны, хотя отдельные соображения иногда высказываются.
Например, что предсказатели не учитывали связей разных
наук и разных областей техники. К этому можно добавить: не
учитывается наличие или отсутствие потребности в том или
ином продвижении. Каждый специалист вещает, как пифия, —
исходя из того, что именно его область будет нужна и именно
она будет человечеством целенаправленно развиваться.
А интересно было бы попробовать сделать распределенное моделирование эволюции техники. Пусть имеется сеть
из нескольких человек (Интернет), хорошо знающих каждый
историю своего раздела техники — в смысле, что когда было
сделано и на что опиралось, то есть какие материалы, технологии и комплектующие были нужны для каждого нового
результата. Игра идет с временным рычагом 365 в реальном
времени, то есть за день система проигрывает год эволюции.
Раз в день каждый сообщает, что его область сделала в этом
году и что ей для этого было нужно от других, то есть он смотрит, все ли для этого есть, и при необходимости корректирует
историю своей области или других. Если мы начнем с какой-то
прошедшей даты, то в ходе действа получим информацию о
возможных и невозможных путях развития, а потом, незаметно перевалив через невидимый барьер сегодняшнего
дня, ввинтимся в будущее.
Потом можно будет попробовать заняться альтернативной
историей техники. Посмотреть, как разыгрывалась бы история, если что-то исключить или сдвинуть на более позднее
время или же что-то добавить или сдвинуть имеющееся на
более раннее время. Возможные выводы: в каких областях
и какого типа результаты наиболее существенно влияют на
развитие техники в целом. Например, что сильнее влияет —
разработка технологий, или метрики, или материалов, или
Насчет экспертов
Слово «эксперт» нынче почти так же модно, как «инновации»,
«нанотехнологии» и «форсайт». В квалифицированном большинстве случаев за ними не стоит ничего нового, а в простом
большинстве — вообще ничего. Кроме естественных и понятных попыток слегка попилить, а отпиленное — покатать,
поскольку трение качения обычно меньше трения скольжения.
Это единственное, что некоторые запомнили из школьной
физики, но зато самое важное.
Для создания прогноза используют мнения экспертов,
методы отличаются количеством экспертов, способом их
подбора, приемами постановки перед ними задачи и методикой обработки их мнений. Сразу заметим, что массовость
и привлечение «экспертов» из разных областей становятся в
некоторых случаях частью движения человечества в направлении от квалификации и профессионализма к всеобщей
помойке. Отбор экспертов, если он и производится, часто
делается по формальным (статус) или неформальным (рука
руку моет) признакам, не имеющим отношения к специфическому навыку.
Беспомощность экспертов, причем профессиональных,
выясняется всякий раз, когда их просят произнести не
что-то многозначительное в микрофон и на камеру, а нечто
конкретное и потом проверяют, сбылось ли. В книге Даниэля
Канемана «Думай медленно... решай быстро» рассмотрено
множество подобных случаев и разобраны психологические
причины данного явления, то есть объяснено, почему экс-
Проблемы и методы науки
перты, даже работающие в соответствующей предметной
области, предсказывают не намного лучше, чем красивый
кубик с точечками на гранях.
Звучит это немного странно, и автор этой статьи сам помнит,
как он изумился и не сразу поверил, когда узнал, что «Индекс
потребительских настроений», который вычисляют социологи
по данным опроса простых людей, предсказывает развитие
экономики лучше, чем экономисты-профессионалы. После
чтения книги Канемана автор понял, и почему это может быть
так, и даже почему люди все равно прилипают к экранам, внимая очередному велеречивому трепачу, под которым бежит
полосочка с перечнем десятка «академий».
Сложность прогнозирования влечет в качестве психологически понятной защитной реакции у экспертов:
— декларирование невозможности прогнозирования,
— ограничение прогнозирования утверждением, что то-то
случится с такой-то вероятностью,
— принцип вариабельности — замена прогноза перечнем
вариантов,
— перенос сложности в сферу интерпретации, то есть излагать так туманно, что можно интерпретировать как угодно
(методы Нострадамуса и Ванги),
— смешивание прогноза и рекомендации по действиям.
Все это понятно и простительно, но важно самим не попадать в эти психологические ловушки и не следовать туда
за экспертами.
Однако это не означает, что нельзя попытаться найти методику работы с экспертами, улучшающую прогнозы. Прежде
всего: спрашивать экспертов напрямую и усреднять их ответы
бесполезно — они руководствуются разными моделями, а
средняя температура по больнице бессмысленна. Нужен
какой-то разумный метод обработки мнений экспертов. Один
из методов, давно и успешно применяемый, — это комбинация некой общей для всех экспертов базовой модели и собственно экспертных надстроек. Этот метод подразделяется
на несколько более частных.
Для работы с экспертами в качестве базовой модели могут
быть применены признаваемые всеми участниками законы
природы, скажем, ограниченность ресурсов. Об этом было
рассказано в статье Л.А.Ашкинази и М.Л.Гайнер «Симбиоз
с инструментом, или Как извлечь знания из человека» (см.
«Химию и жизнь», 2004, № 11). Сюда относятся классические
военные «штабные игры», человеко-машинное моделирование и т. п. Смысл прост — создать условия, когда принудительно соблюдены физические ограничения. В штабных играх
участник управляет, как и в реальном мире, ограниченным
количеством танков, он не может, как малые дети и некоторые политики, нарисовать их на бумаге. При человеко-машинном моделировании (которое неоднократно и успешно
применялось) за соблюдением законов следит программа.
Наследниками этой линии в культуре могут считаться игрысимуляторы, несть им числа. Мир, заложенный в компьютерную игру, существенно сложнее мира классического человеко-машинного моделирования, то есть такая программа уже
аккумулирует много человеческого опыта. С одной стороны,
33
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
методов расчета, или наличие инвестиций, или подготовка
кадров, или что-то еще. Может быть, одни области сильнее
отзываются на продвижение в материаловедении, а какие-то
на технологию и так далее.
На «экономический прогноз» Интернет дает четыреста
ссылок, причем это всегда прогноз состояния экономики.
И чаще всего треп вида «профессор X сказал, профессор
Y сказал, эксперт Z сказал» — любимый жанр многих изданий. Причем либо речь идет о прогнозе на один год, а
если больше, то все сводится к фразе «все зависит от цен
на нефть». Или же вместо прогноза излагается несколько
вариантов, которые излагатель называет оптимистичным,
пессимистичным и реалистичным или как-то иначе. При этом
различие между прогнозами так велико, что применить их к
чему-либо конкретному нельзя. В оптимистичном варианте
инфляция 5%, в пессимистичном — 10%, идем в магазин и
видим в реалистичном 20%...
Экономистам в смысле прогнозирования не повезло: от
них хотят цифр. Не «человек высадится на Марсе», а «кросскурс йена-юань будет (впишите число)». Но всякому понятно,
что это невозможно. Экономика тесно связана с техникой,
и для прогноза это в принципе было бы хорошо, если был
бы успешен прогноз техники. Хуже то, что экономика тесно
связана с политикой — а это для прогноза плохо, потому что
в политике, как принято считать, слаба предсказуемость,
многое зависит от «вожжи, попавшей под хвост». На самом
деле, роль случайности велика только в краткосрочной перспективе, уже в среднесрочной политик вынужден учитывать
мнение масс — просто чтобы усидеть в кресле. Конечно,
на «глас народа» в некоторых странах замечательно влияет
глас телевизора, но мы опасно погрузились в гуманитарные
сферы, давайте именно здесь и остановимся — раз нам все
равно надо где-нибудь это сделать.
Итак, похоже, что более или менее обоснованных и общепринятых методов в этой области нет. В такой ситуации имеет
смысл обратиться к экспертам, поскольку принято считать,
что внутри людей могут гнездиться некие знание, умения,
опыт, интуиция — но еще не воплощенные в признанные
методы и инструменты.
Проблемы и методы науки
это замечательно, поскольку позволяет рассматривать более
сложные ситуации при той же нагрузке на игроков. Но это и
плохо — поскольку, в отличие от простого ограничения ресурсов, в этом «заложенном опыте» могут быть некорректности,
вызванные как ограниченной компетенцией создателей, так
и техническими ограничениями.
Другой метод — постановка экспертов в какие-то рамки,
ограничение их определенными схемами, сценами развития,
уже в рамках которых им предлагается работать дальше —
«метод сценирования». Можно навязывать экспертам какие-то
классификации факторов, например деление на основные,
которые можно предсказать надежно, и дополнительные, случайные, непредсказуемые. Правда, при этом появляется риск
неправильной классификации фактора. Возможен прогноз по
методу «если — то», отчасти напоминающий метод сценирования, отчасти рассуждения об альтернативных путях развития
науки и техники (см. «Химию и жизнь», 2004, № 2; 2011, № 2).
Например, можно спросить эксперта, что изменилось бы в
развитии науки и техники, если бы транзистор изобрели на 10
лет раньше или позже. Можно спросить, что изменится, если
такой-то материал или прибор создадут завтра или через 10
лет. Причем прогноз такого типа вполне может иметь экономический смысл, особенно если спрашивать не про одно событие, а про комбинации — тут ответ может оказаться совершенно неожиданным и показать нам, во что нужно инвестировать.
При этом про отдельные факторы нужно спрашивать разных
экспертов, а потом устраивать им «очную ставку».
Наверное, можно придумать и что-то еще. Но суть в том,
что все это способы использования человеческого опыта — и
индивидуального эксперта, и уже накопленный человечеством коллективный опыт. Причем любые методы могут
применяться совместно — и поэтапно, и параллельно. Может
использоваться и взаимодействие экспертов между собой,
в том числе ограниченное какими-то рамками (например,
запретом на критику).
Другой возможный подход применим и к экспертам, и
вообще к любым методам, дающим разные результаты. Мы
можем собрать статистику — в каких условиях какая модель
предсказывает лучше, и комбинировать результаты работы.
Однако подобного исследования с экспертами не проводилось. Первое — это дорого, и второе — никому не нужно.
Коль скоро прогнозы экспертов никто всерьез не использует,
то и на разработку методики денег не тратят. Фантазируйте
себе на здоровье, члены полусотни российских академий
несуществующих наук. Акулы большого бизнеса сами себе
эксперты, а политики зачастую тем более.
Еще один вариант использования экспертов — устроить
свободное обсуждение, то, что раньше называлось простенько и воинственно «мозговым штурмом», а нынче это
театрализованное действие с лейблом «форсайт». Такое
развлечение доставляет массу удовольствия организаторам
и большинству участников. Ценность его как метода прогнозирования сомнительна, ибо выработка общего мнения
происходит при сильном влиянии психологических особенностей экспертов, которые не имеют отношения к их квали-
34
фикации. При человеко-машинном моделировании действие
этих факторов ослаблено тем, что нет непосредственного
контакта участников.
Наконец, можно применить многостадийность, чередуя
при рассмотрении одной задачи разные приемы работы с
одной или разными группами экспертов. Например, можно
результаты работы одних экспертов или группы предъявить
как исходный материал другим экспертам или группе, стимулируя обсуждение, но избегая членовредительства. Разумеется, такая методика имеет свои переменные параметры и
может быть оптимизирована. В этом случае особенно важны
психологические особенности конкретных экспертов, не все
годятся на роль «адвоката дьявола».
В целом и в итоге — по крайней мере, на сегодняшний день
и по меркам естественных наук — прок от экспертов, за исключением некоторых традиционных и хорошо очерченных
областей (например, демографии) не слишком велик.
Ложка позитива в бочке прогноза
Одно из очевидных объяснений этой печальной ситуации: у
нас нет способов работы с мнениями экспертов; даже если
мы полагаем, что у них в головах есть необходимые знания,
мы не можем их извлечь. Но — слышу я ваш возмущенный
голос — мы же забыли про науку! Что такое наука, как не способ получать знания, используя знания, имеющиеся в головах
тех, кто науку делает? И наука, если в нее не вмешиваются
политики, если не клеймят буржуазные лженауки кибернетику
и генетику, если не учат химиков марксистско-ленинской химии, если не сажают в кабинеты директоров НИИ и ректоров
вузов своих клиентов и не открывают кафедр теологии в ядерных университетах, — то наука в общем и целом справляется.
Исследует элементарные частицы, Землю и звезды, создает
бомбы, еду и лекарства. И если сопоставить вложения в науку
и рост экономики по странам, то и в этом, даже офисному
планктону доступном смысле, неплохо справляется.
Некоторые скептики говорят, что прогноз в науке и технике вообще невозможен, ибо предсказать открытие — то же
самое, что сделать его. Утверждение сильное, но излишне
категоричное. В некоторых случаях возможно нечто вроде метапрогноза: известно, что продвижение в такой-то области в
таком-то направлении стоило в последние десять лет столькото, наверное, и дальше... Это примитивный инерционный
прогноз, но даже в этом случае мы пользуемся опытом. Далее
возможно следующее рассуждение (вспомним о прогнозах
продвижения в астрономии): когда мы введем в действие
такой-то инструмент, то увидим то-то и то-то и вот что сможем
открыть. Дело в том, что в физике не всякое открытие так
неожиданно, как высокотемпературная сверхпроводимость,
многие результаты отчасти предвидимы.
Вполне возможно, что сегодняшнее состояние прогнозирования преходяще и через одно-два поколения общее развитие
науки приведет к серьезному прогрессу в этой области. Не
исключено, однако, что прогресс этой области вообще невозможен. Хотя мне кажется, что наиболее реален третий путь,
нормальный для науки: станет понятно, что именно можно
предсказать (как продажу мороженого в ГУМе), а что — нельзя.
В секции, когда нас учили лазить по скалам, инструктора
говорили, что искусство хорошего лазания базируется не
на бицепсах толщиной в четырехглавую мышцу бедра, а в
умении использовать каждую зацепку три раза — подтянуться на пальчиках, поставить ладошку и отжаться, поставить
ножку и выпрямить ее. То есть использовать накопленный
человечеством опыт.
Причем использовать его оптимально.
и пиксельная кожа
Тематический поиск
Осьминогов называют «приматами подводного мира».
Однако замечательны они не только интеллектом: наземных позвоночных удивляют глаза осьминогов, не менее
совершенные, чем наши, но совсем иной конструкции,
гибкие конечности с присосками, кожа, меняющая цвет в
зависимости от настроения и обстоятельств... Набираем
в строке поиска «octopus», и новостей — только выбирай.
У
осьминога восемь ног, или рук, или щупалец... хотя тут
уже название не важно — важно количество и расположение! Тяжело живется, когда столько конечностей болтается
вокруг головы. Как уследить за такими длинными хваталками, да
еще и с присосками, которым, кажется, ничего не мешает прилипнуть друг к другу и превратить моллюска в спутавшийся клубок?
Не тут-то было! Осьминог решил эту проблему, как хороший
управленец: пусть все подчиненные проявляют инициативу и
следят за собой и коллегами на благо всего организма.
Ученые из Еврейского университета в Иерусалиме под руководством нейролога Гая Леви выяснили, что кожа осьминога вырабатывает специальные химические вещества, которые «узнают»
друг друга и через периферическую нервно-мышечную систему
передают сигнал, что хватать можно, а что нельзя. Таким образом,
щупальца осьминога сами «соображают», где их коллеги и как
нужно действовать.
Чтобы проверить, как этот механизм работает, ученые
пошли на радикальные меры — отрезали несколько щупалец
моллюска. (Ни один осьминог не пострадал необратимо, ведь
они способны к регенерации.) В течение часа конечности продолжали активно хватать все подряд, кроме своего хозяина,
других осьминогов и ампутированных щупалец. Но вот когда
исследователи пошли еще дальше, сняли с одного из них кожу,
— ситуация изменилась. Оставшиеся нетронутыми щупальца
схватили его, как любой другой предмет — не признали «своего». Осьминог обыкновенный Octopus vulgaris, которого исследовали ученые, — на самом деле хищник, да еще и каннибал,
поэтому схватить «что-то мясное» для него естественно. Но во
время эксперимента он если и хватал собственную конечность,
то только чтобы попытаться как бы облизать, залечить рану, при
этом не касаясь присосок, а вот чужие руки-ноги-щупальца шли
в расход гораздо чаще.
Этот эксперимент показывает, что кожа осьминога выделяет
некие химические вещества, которые тормозят хватательный
рефлекс — не дают присоскам на щупальцах прилипать к другим
щупальцам. Ученые предполагают, что этот самоопознавательный механизм работает в обход центральной нервной системы
(мозга), ведь иногда осьминогу случалось-таки схватить свою
ампутированную руку. Подобный механизм может пригодиться, например, тем, кто проектирует роботов со щупальцами.
Правда, какие именно вещества использует осьминог и каким
образом происходит взаимодействие центральной и периферической нервной системы, ученым пока выяснить не удалось.
Nesher, N. et al. Self-Recognition Mechanism between Skin and Suckers
Prevents Octopus Arms from Interfering with Each Other. «Current Biology», 2014, 24, 11, 1271—1275, doi: 10.1016/j.cub.2014.04.024.
воя дурацкая одежда все-таки заработала, —
щелкает Щекн на своем языке. — Тебя почти не
видно. Только лицо. Ты не имеешь формы, как вода или
пар» (А. и Б. Стругацкие, «Жук в муравейнике»). Одна из
многих вещей, которые писатели-фантасты активно использовали задолго до того, как инженеры нашли подходы
к их созданию, — «камуфляж головоногих», материал, который считывал бы характеристики фоновой поверхности и
воспроизводил их, маскируя людей и предметы так же, как
маскируется осьминог на пестром каменистом дне. Теперь
наконец-то появился работающий прототип, созданный
группой исследователей из Хьюстонского университета,
университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и СевероЗападного университета.
Кожа осьминога содержит хроматофоры — черно-коричневые, красные и желто-оранжевые пигментные клетки;
специальные мышечные волокна, расходящиеся от них
лучами, могут растягивать их. Под хроматофорами находятся иридофоры — клетки с отражающими пластинами,
содержащие специальные белки рефлектины; они дают
синий, зеленый и другие спектральные цвета, причем это
не пигментная, а структурная окраска, возникающая за
счет дифракции. Снизу имеется слой лейкофоров — клеток, содержащих белые гранулы, они создают фон. Авторы
работы подчеркивают, что пиксельные единицы, из которых
состоит их материал, по устройству аналогичны коже головоногих. Нет в них (пока?) только иридофоров: прототип
дает лишь черно-белое изображение. Размер пикселей
чуть меньше квадратного миллиметра, площадь образца
— 1,4 х 1,4 см. Зато он гибкий и абсолютно автономный.
Считается, что головоногие управляют цветом своей кожи
двумя путями: через центральную нервную систему, оценивая взглядом цвет фона и общую ситуацию и принимая
решение окраситься незаметно или вызывающе, а также
непосредственно воспринимая цветовые характеристики
поверхности кожей, в которой содержатся светочувствительные молекулы опсины. Разработчики нового материала имитировали только второй способ: нет никакого
центрального управляющего процессора, каждый дюйм
сам «решает», какого цвета ему стать.
Ячейка умного камуфляжа содержит слой с микрокапсулами красителя, черного, но становящегося бесцветным
при нагреве до 47 о С (искусственный хроматофор). Под
ним тонкий слой серебра для создания белого фона (искусственный лейкофор); серебро хорошо проводит тепло,
а значит, не создает препятствий для быстрого нагрева и
охлаждения. Нагревают ячейку сверхтонкие кремниевые
диоды третьего слоя (аналоги мышечных волокон, управляющих хроматофорами), а ими управляют фотосенсоры
четвертого слоя, воспринимающие сигналы от поверхности, которую нужно имитировать. Перемена цвета занимает
не более 1—2 с.
Понятно, что это еще не камуфляж. Лоскуток такой ткани,
пусть даже работающий в полном цветовом спектре, повторит раскраску поверхности, на которой лежит. Но для
эффекта камуфляжа ткань одежды должна будет транслировать не изображение с внутренней стороны (иначе
эффект будет совсем другой), а, скажем, вид за спиной
куртки — на грудь, и наоборот. Этот материал может найти
и другие применения: например, из него можно будет сделать «окно» на сплошной стене или даже придать иллюзию
прозрачности автомобилю, отделав его изнутри.
Nesher, N. et al. Self-Recognition Mechanism between Skin and
Suckers Prevents Octopus Arms from Interfering with Each Other. «Current Biology», 2014, 24, 11, 1271—1275, doi: 10.1016/j.
cub.2014.04.024.
Подготовили
С.Фролова, Е.Клещенко
35
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Умные руки
«Т
О пользе депрессии
Доктор
биологических наук
Д.А.Жуков
Когда человеку очень хорошо,
мозг его, как известно, весьма
мало действует.
И.С.Тургенев
36
В
ерно ли, что депрессивные состояния — абсолютное зло? Если
биологическое значение тревоги
очевидно — беспечные особи долго не
живут, — то депрессию часто считают
безусловно болезненным состоянием,
которое надо подавлять во всех его
проявлениях. Это не совсем правильно.
Депрессивные состояние — гипертрофированное проявление реакции
затаивания. Реакция затаивания, или
замирания, противоположна реакции
борьбы, или бегства, которая проявляется у человека, столкнувшегося с
некоей новизной в окружающем мире,
в суетливости, в стремлении что-то
Итак, занятия наукой приводят порой
к депрессии. Но при этом меланхолический склад души, частые субдепрессивные состояния предрасполагают к
занятиям, требующим напряженного
размышления. Аристотель утверждал,
что все выдающиеся философы, государственные деятели, поэты и художники были меланхоликами. Он считал, что
меланхолический склад души, хотя он и
опасен для здоровья, когда становится
чрезмерно выраженным, вообще-то
обостряет ум и чувства (Аристотель.
Проблемы. XXX). В дальнейшем многие
философы и врачи отмечали несомненную связь меланхолического темперамента со склонностью к умственным
занятиям.
Нужно подчеркнуть, что субдепрессивные состояния необходимы не только для гениальных прозрений, которые
случаются в истории человечества не
так уж и часто, но и для рутинной умственной активности, например для составления плана любого мероприятия.
Веселое, приподнятое настроение несовместимо с переработкой информации и созданием программы действия.
Однажды я записался в бассейн рядом
с работой. Полагал, что если c девяти до
десяти утра я поплаваю, то это поможет
разогнать хандру и дрему и таким образом повысит мою производительность
труда. Действительно, я приходил на работу после бассейна в превосходном настроении, но работать совершенно не мог.
Невозможно было сосредоточиться. И
только часам к трем-четырем, когда выработавшиеся во время продолжительного
плавания эндогенные опиаты (вещества,
которые выделяются в мозге, в частности,
при интенсивной мышечной нагрузке,
и вызывают эйфорическое состояние)
распадались, — только тогда можно было
сесть и сделать что-то полезное.
На картине Караваджо «Амур-победитель» ликующий Амур попирает ногами
музыкальные инструменты, нотную
тетрадь, угольник и стилос, воинские
доспехи и лавровый венок (рис. 2). Как
и на гравюре Дюрера, атрибуты наук
и искусств брошены в небрежении (а
вместе с ними символы воинской доблести и славы). Но смысл отстранения
от них здесь противоположен тому,
что вкладывал в свою работу Дюрер.
Восторги любви, как и любое другое
состояние бурной радости, совершенно
непригодны не только для размышлений или объективной оценки текущих
обстоятельств, но и для какой-либо
умственной деятельности вообще.
Однако же положительные эмоции
необходимы человеку. Поэтому во
всех культурах существуют праздники,
на время которых приостанавливается созидательная деятельность и
временно отменяются повседневные
Проблемы и методы науки
моральные нормы. Нормальное состояние человека представляет собой
колебание между двумя аффектами
— эйфорическим и депрессивным.
«Потешив беса» (а в христианской
традиции античные боги, в частности
Амур, относятся к бесам), человек
возвращается в субдепрессивное состояние, располагающее к умственной
деятельности.
То, что к умственной активности
малопригодны люди в приподнятом
расположении духа, было показано
не только в работах философов, но и в
результате целого ряда экспериментов
и клинических наблюдений.
Психологи приводили людей в хорошее и плохое настроение с помощью
показа различных фильмов. Затем
обеим группам испытуемых предлагали
различные тесты. Люди, которые пребывали в плохом расположении духа,
реже верили непроверенным утверждениям. Также эта группа была менее
склонна к принятию быстрых решений
и допускала меньше промахов в описании событий, произошедших в их присутствии ранее. Испытуемым предлагали выбор: 10 долларов сейчас либо 30
долларов, но через месяц. Испытуемые
с хорошим настроением предпочитали
«сейчас», а с плохим — «30 долларов».
Полученные данные указывают на то,
что плохое настроение формирует
более внимательное и осторожное восприятие окружающего мира.
Для людей характерно чувство ложной уникальности. Когда любой группе
молодых испытуемых предлагают
оценить свой интеллект, свою привлекательность, свои жизненные перспективы, то средние значения самооценки
значительно превышают средние
значения, полученные с помощью
сторонних наблюдателей. Например,
ответы на вопрос «Как вы оцениваете
свой интеллект?» в любой группе испытуемых колеблются между «довольно
высоким» и «весьма высоким», хотя тестирование показывает, что в среднем
по группе значение интеллекта среднее
для данной социальной категории. При
ответе на вопрос «На какую зарплату вы
рассчитываете после университета?»
80% испытуемых указывают диапазон
37
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
предпринимать, с кем-то переговорить,
давать телеграммы, куда-то бежать. Затаивание в стрессорной ситуации часто
оказывается оптимальной стратегией
поведения — сесть и подумать бывает
очень полезно. А кроме того, субдепрессивные состояния, характеризующиеся
пониженным настроением, пессимистической оценкой событий, — благоприятствуют умственной деятельности.
Рассмотрим знаменитую гравюру
Альбрехта Дюрера «Меланхолия»
(рис. 1). Поза крылатой женщины
передает душевный упадок и огромную
усталость. Устремленный вдаль взгляд
характерен для человека, погруженного
во внутренний мир, и то, что он там видит, — невесело. Над головой женщины
песочные и солнечные часы, рядом
колокол с веревкой, которая уходит за
край гравюры. Если кто-то невидимый
дернет за веревку, колокол зазвонит.
Часы и колокол — символ смерти, причем смерти нежданной: «Да, человек
смертен, но это было бы еще полбеды.
Плохо то, что он иногда внезапно смертен, вот в чем фокус!»
Казалось бы, эта гравюра — лишь
образ душевного состояния, которое
сейчас называется депрессией; в этом
состоянии люди совершают больше
всего успешных попыток самоубийства.
Однако часы — это также научный прибор. Рядом находятся и другие измерительные инструменты — весы, циркуль,
линейка — основные инструменты
исследователя природы, каким был и
сам Дюрер. На этой гравюре мы видим
множество атрибутов науки. Магический
квадрат, суммы чисел в котором по всем
вертикалям, горизонталям и большим
диагоналям одинаковы. Огромный
многогранник, в котором современные
минералоги узнают кристалл полевого
шпата. Правильный шар — идеальная геометрическая фигура и символ
Вселенной, в частности планет. Тигель
на горящей жаровне символизирует
алхимию.
Совокупность всех этих предметов
указывает на неразрывную связь Меланхолии с учеными занятиями, причем связи как прямой, так и обратной.
Размышления периодически приводят
к глубокой депрессии, при которой подавлена когнитивная активность. Забытый циркуль машинально зажат в руке,
валяются в беспорядке инструменты
ремесел: пила, молоток, рубанок, клещи. Фолиант застегнут на застежку —
теперь не до чтения. Одна из деталей,
подчеркивающая тяжелое душевное
состояние персонажа, — мельничный
жернов. Когда он соединен с водяным
колесом мельницы, то непрерывно вращается, обеспечивая жизнь человека.
Сейчас приваленный к стене жернов
подавляет своей мертвенной тяжестью.
Проблемы и методы науки
адаптивными реакциями человека, но
эти адаптации имеют высокую цену —
депрессия как болезнь представляет
собой чрезмерное развитие нормального аффективного состояния человека, которое, будучи умеренным и возникающим лишь периодически, имеет
большое приспособительное значение.
Высказывание Екклесиаста «Сердце мудрых — в доме плача, а сердце
глупых — в доме веселья», если его
понимать буквально, сводится к пошловатому анекдоту о том, что на поминки
ходить лучше, чем на свадьбы. Но если
под «домом» понимать состояние души,
смысл становится гораздо глубже:
процесс размышления несовместим
с играми, радостью, весельем и наслаждениями. Желательно только не закрывать навеки двери в «дом веселья».
Литература
Andrews P.W., Thomson J.A. Jr., Amstadter
A., Neale M.C. Primum Non Nocere: An
Evolutionary Analysis of Whether Antidepressants Do More Harm than Good.
«Frontiers in Psychology», 2012, 3, Article
117, doi: 10.3389/fpsyg.2012.00117.
Andrews P.W., Thomson J.A. Jr. The Bright
Side of Being Blue: Depression as an Adaptation for Analyzing Complex Problems.
«Psychological Review», 2009, 116(3),
620—654.
зарплат, в который попадают только
20% работающих, а 5% рассчитывают
на зарплату, которой вообще не бывает
в данной отрасли.
Оказалось, что испытуемые с плохим
настроением значительно реалистичнее оценивают себя, свои возможности
и отношение к себе окружающих. Более
того, когда испытуемых просили определить, есть ли зависимость между
нажатием на кнопку и включением
лампочки (зависимость была, но не
жесткая: лампочка включалась при нажимании на кнопку с вероятностью 0,7),
те, кто находился в плохом настроении,
очень точно определяли степень своего контроля ситуации. В то же время
испытуемые с хорошим настроением
значительно преувеличивали свои
возможности управлять лампочкой.
Этот феномен назван «депрессивным
реализмом».
38
Люди в плохом настроении демонстрируют лучшие результаты в различных тестах на память, нежели люди,
которые в момент испытания находились в веселом, приподнятом настроении. Даже коммуникативные навыки у
печальных людей лучше, чем у тех, кто
пребывает в состоянии легкой эйфории.
Вообще говоря, улыбчивые люди вызывают большую симпатию окружающих,
и с ними охотнее вступают в общение.
Но человек, которому в данный момент
хорошо, заметно меньше обращает
внимания на состояние собеседника,
нежели человек задумчивый.
Эти и подобные им экспериментальные данные указывают на адаптивное
значение плохого настроения, то есть
субдепрессивного состояния. Трезвый взгляд на жизнь очень полезен.
А исследователи говорят о том, что
субдепрессивные состояния являются
Forgas J.P. Four Ways Sadness May Be
Good for You. The Greater Good Science
Center, June 4, 2014, http://greatergood.
berkeley.edu/article/item/four_ways_sadness_may_be_good_for_you.
Watson P.J., Andrews P.W. Toward a Revised
Evolutionary Adaptationist Analysis of Depression: the Social Navigation Hypothesis.
«Journal of Affective Disorders», 2002, 72
(1), 1—14.
Кошавцев А.Г., Мультановская В.Н., Лорер
В.В. Синдром «грусти рожениц» как адаптационное расстройство на ранних этапах
развития системы мать-дитя. «Журнал
неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова», 2007, 107 (2), 56—58.
Голенков А.В. Идентификация послеродовой депрессии и рекомендации
медицинских работников педиатрического профиля. «Уральский журнал психиатрии, наркологии и психотерапии»,
2013, 3(1), 14—20.
Эдуард Шауров
Нанофантастика
Я просыпаюсь в половине одиннадцатого от того, что имплантат инъекторного будильника впрыскивает мне в плечо
порцию дримолома. Нащупываю ногами тапки и тащусь
в ванную. На зеркальной полке, рядом с тюбиком зубной
пасты, упаковка активина. Съедаю таблетку. Жрать фарму
на пустой желудок моветон, но по утрам мне необходима
капелька бодрости.
Хлопая лосьоном по выбритым щекам, вхожу в кухню. Забиваю в меню тосты с плавленым сыром и капучино. Пока автомат
сооружает завтрак, глотаю две пилюли: хавк-стимулятор для
желудка и врубинол для головы. Рот моментально наполняется слюной, а голова мыслями. Раскрываю экран голоплея и
быстренько прокручиваю новости. В блогах поздравления от
знакомых акков. Все правильно! У меня сегодня совершенно
особенный день. Размышляя над этим, выуживаю из таблетницы
оранжевый шарик радостигена. А что? Имею полное право! Губы
сами собой растягиваются от уха до уха. Лихо хрумкая тостами,
долистываю странички сайтов. Потом закрываю плей и, подпрыгивая от избытка чувств, бегу одеваться.
Разовый костюм в мелкий серый цветочек сидит не так чтобы
идеально, но я быстро глотаю таблетку планкозанижина и показываю зеркалу большой палец.
Черная кишка лимузина уже ждет меня под окнами, а в кишке
ждут пацаны. Ныряю в раскрытую дверь и моментально погружаюсь в веселую, чуть фривольную атмосферу. Все в полном
сборе: Dimon(1005), Ivaha777 и Padla. Dimon — мой свидетель, на
39
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Художник А.Анно
Фармоzone
лацкане костюма электронный бейдж. Конечно, все уже приняли
скабрезан и приколинол. И эта ехидная троица — мои ближайшие друзья. Быстро проглатываю таблетку френдитамина. На
глаза наворачиваются слезы настоящего мужского чувства. А эти
древние пердуны, на слюнявых блогах двадцатников, еще пишут,
что наше циничное фармозависимое поколение не способно на
глубокие чувства. Френды закидывают по таблеточке корефеина
и хлопают меня по плечам.
Черный лимузин несется по заранее оплаченной выделенке.
Это безумно дорого, но сегодня мне не до пробок. Кореша то
и дело давят на кнопки клаксонов. Без пяти двенадцать, гудя и
пиликая, мы влетаем на стоянку городского загса номер четыре.
Розовый лимузин моей невесты, усыпанный желтыми бутонами
голографических роз, припаркован почти у самого края. Наша
тачка виртуозно вписывается рядом. Мы с френдами рвем с
места. Универсальная церемония назначена на двенадцать.
Мы влетаем в крутящиеся стеклянные двери, и я на ходу глотаю
таблетку восхитина.
Lora внутри, я вижу ее сквозь стекла вертушки. Она очаровательна. Одетая во что-то легкое, пенное и пышное, будто букет
мыльных пузырей, она стоит в общем зале в окружении пяти
очаровательных подруг и нетерпеливо притопывает изящной
ножкой. Без пяти минут жена.
Лечу к ней, едва касаясь туфлями пола, а она хмурит великолепные брови. Не иначе, приняла таблетку укорина или (чем черт
не шутит) конфликтизола. Тянусь к невесте губами и встречаю
выставленную неприступным шлагбаумом ладошку.
— Ты с ума сошел! — яростно шепчет Lora, прожигая меня
глазами. — Ты где шляешься? Церемония через две минуты!
Как спасательный трап вытягиваю вперед руку. В кулаке мятая
пачка лицензионного извинина. Lora, хмурясь, глотает фарму и
сменяет гнев на милость. Мы бежим по ступенькам мраморного
эскалатора в венчальный зал.
Дальше все сливается в сплошную какофонию. Я жалею, что
не принял незамутин. В голове кавардак. Венчается раб божий
DenisVGF… Lora220, является ли ваше решение искренним и
свободным?.. Белое ангельское платье регистраторши, черная
риза святого отца, короны, свечи, бланки стандартных договоров. Жених, можете поцеловать невесту… Дорогие гости, можете
принять таблетки экстазола…
Широкий эскалатор несет нас обратно в холл, на наших
пальцах блестят золотые колечки, а по головам стучат крупинки, фонтанирующие из ручных рисометов. На парковке наша
смеющаяся компания рассаживается по лимузинам: молодожены — в розовый с розами, гости — в черный.
Прежде чем нырнуть в пахнущее духами и лаком бежевое нутро салона, я украдкой толкаю за щеку полтаблетки сексотомина
и, едва захлопывается дверца, нежно обнимаю супругу.
Снаружи кричат свадебные речевки Ivaha и Padla, уже принявшие на грудь оторвинола.
Страстно целую сладкие от помады губы.
— Тс-с, — игриво говорит Lora, прижимая к моему рту указательный пальчик. — Милый, ты ничего не забыл?
Удивленно приподнимаю бровь.
— А это ты сегодня принимал? — На белой ладошке маленький
розовый эллипс, на эллипсе оттиснуто перечеркнутое стрелкой
сердечко. Черт! Про лавифул я совершенно забыл.
— Прости, солнышко, — виновато шмыгаю носом. — Закрутился. С утра было столько забот.
— Ты у меня такой рассеянный. — Lora укоризненно и нежно
качает головкой. — Давай купим тебе лав-инъектор в имплантате. Хорошо?
— Конечно, дорогая. Ты ведь знаешь, я обречен любить тебя
вечно, — говорю я, с преданностью пялясь в глаза жены.
В супружеских отношениях, знаете ли, главное — это холодная
голова. И никогда не палить заначку с антимоногамом.
Жизнь
с ослами
Как africanus стал asinus’ом
Примерно шесть-семь тысяч лет назад
люди одомашнили ослов. Вопрос о том,
кто был их родоначальником, до сих пор
не решен окончательно. Обычно историю доместикации восстанавливают,
сравнивая древнюю и современную
ДНК домашнего животного с ДНК предполагаемых предков. Но древнюю ДНК
извлекать практически неоткуда: ослов
держали в небольшом количестве и
почти не ели, поэтому и костей от них
осталось мало.
Среди возможных предков домашнего осла Equus asinus числятся азиатский онагр (кулан) E. hemionus и
дикие африканские ослы. В Африке
тогда существовало по крайней мере
три группы диких ослов: сомалийский
E. africanus somaliensis, нубийский
E. africanus africanus и атласский E.
africanus atlanticus. Сомалийский осел
сейчас находится под угрозой исчезновения, но еще встречается изредка
в Сомали, Эфиопии и Эритрее. Это
достаточно крупное животное, серо-голубое с полосками на ногах. Нубийский
осел мельче, его отличает поперечная
полоса на плечах, которая пересекает
темный «ремень» вдоль хребта, образуя крест. В XIX веке нубийский осел
водился в Северном Судане и Эритрее,
относительно недавно там видели нескольких животных, но, возможно, они
уже вымерли. У атласского осла были
и крест на спине, и полосатые ноги, но
он все равно не дожил до наших дней и
исчез во времена Рима. О его облике
можно судить лишь по наскальным росписям и мозаикам.
Происхождение домашних ослов
исследовала международная группа
ученых при особенно деятельном участии Фионы Маршалл, профессора Университета Вашингтона («Proceedings of
the Royal Society B», 2011, 278, 50—57;
doi:10.1098/rspb.2010.0708). Помимо
одомашнивания ослов Фиона Маршалл интересуется доместикацией
кошек (см. «Химию и жизнь», 2014, №
3). Исследователи сравнили пробы
митохондриальной ДНК, взятые из
музейных образцов и археологических
находок нубийского осла, из шкуры
40
пяти сомалийских ослов и современных
домашних осликов. Оказалось, что у домашних ослов действительно африканские корни. Возможно, домашние ослы
скрещивались с онаграми, но позже,
когда попали из Африки в Азию.
Итак, Африка. Восемь-семь тысяч лет
назад территория современной Сахары
была плодородна, и там пасся крупный
рогатый скот, к тому времени уже одомашненный. Скорее всего, скот сначала
разводили на мясо, а затем стали доить
и перевозить на животных грузы (все
эти сведения извлечены из наскальных
росписей). Потом началось опустынивание, и пастухам приходилось все
чаще переходить с места на место, а
бык отнюдь не идеальный перевозчик
грузов в засушливом климате, ему нужно много пить. Тогда люди и обратили
внимание на диких ослов, которые бродили по сухим равнинам, довольствуясь
грубым кормом и малым количеством
воды. Их стали ловить и использовать
как гужевой транспорт.
Исследования митохондриальной
ДНК показали, что современных домашних ослов можно разделить на две
группы (клады). Животные, принадлежащие к первой кладе, произошли от
нубийских ослов, причем к домашним
ослам неоднократно приливали дикую
кровь. Возможно, древние пастухи ловили и приручали диких ослов, когда те
мигрировали в поисках пастбищ. Туареги подобным образом рекрутировали
диких ослов еще в первой половине ХХ
века. Этнографические записи свидетельствуют, что пастухи Судана и Эритреи активно поощряют ослиц к такому
поведению. Домашние ослы и сейчас
скрещиваются с дикими, если есть
такая возможность. Из-за таких привычек процесс доместикации затянулся.
Поначалу домашние ослы внешне не
отличались от диких, но через несколько
тысяч лет доместикация все-таки повлияла на их облик: животные стали
меньше. Изменение размеров стало
заметно в Египте за 3000 лет до н. э.
Предки ослов второй клады пока не
установлены, но это не нубийские и не
сомалийские ослы. Родоначальниками
клады стали несколько животных, потомки
которых с дикими уже не скрещивались.
Дикие ослы: атласский (наскальный рисунок),
нубийский (чучело в музее)
и сомалийский — пока живой
В первом тысячелетии до нашей эры
домашние ослы расселились по всему
Средиземноморью, попали в Среднюю
Азию и Армению, а потом пересекли
океан и оказались в Австралии и Америке. При этом ослы из разных клад
распределились по миру неравномерно. Например, в Римскую империю
попали представители второй клады.
Одно из животных, погибшее в Помпеях, которое раньше считали мулом или
лошадью, было, возможно, ослом из
второй клады. К ней же принадлежит
большинство современных итальянских
осликов.
Ослы живут в сухой и жаркой местности, холода и сырости не любят — от
этого они простужаются. А еще они
не позволяют себя перетруждать и не
сдвинутся с места, пока не отдохнут. И
плавать они не умеют. Поэтому ослы,
исключительно выносливые, способные
пройти там, где не пройдет лошадь,
так и не стали господским животным.
Господа ездили на лошадях: те хоть и
дороже, зато удобнее и послушнее.
Стакан ослиного молока
Осел — прежде всего вьючное и упряжное животное. Мясо у него жесткое, его
редко едят. Из ослиных шкур делают
пергамент и шагреневую кожу. Для
этого очищенную от волос шкуру вымачивают в воде, вдавливают в нее мелкие
камешки и сушат. Когда камешки удаляют, на коже остается рисунок.
Высота осла в холке 90—120 см, но
есть и более рослые породы. Их используют для производства мулов,
которые еще выносливее ослов (мул,
кто забыл, — бесплодный гибрид самца
осла и лошади). Самую крупную породу, мамонтовую, 140—160 см в холке,
используют для полевых работ. Есть и
ослики-крошки высотой чуть больше
60 см, их основное назначение — развлекать детей.
В последние годы все более популярным становится ослиное молоко.
По содержанию белков, в том числе
казеинов, и лактозы оно очень похоже
на человеческое и в случае необходимости может его заменить («International
Dair y Journal»,2012, 24,130—142;
doi:10.1016/j.idairyj.2011.11.008). Туда
только жиры надо добавить, потому
что в ослином молоке их в несколько
раз меньше, чем в женском. Благодаря
низкому содержанию жиров молоко
ослицы полезно пожилым людям.
Ослиное молоко — гипоаллергенный
продукт. Значительная часть людей,
особенно детей, страдает аллергией
на коровье молоко, которое входит в
«большую восьмерку» продуктов, чаще
всего вызывающих аллергические реакции: яйца, соя, пшеница, арахис, орехи,
рыба и моллюски. Малыши с аллергией
на коровье молоко спокойно могут пить
ослиное, его хорошая переносимость
доказана клинически. Вкус и запах ослиного молока детям нравятся. Только
не надо путать аллергию на молоко с непереносимостью лактозы. Лактоза есть
в любом молоке, кто ее не переносит,
вынужден отказаться от этого напитка.
Причина аллергии — чужеродные белки, в данном случае казеины, а в молоке
ослицы их в несколько раз меньше,
чем в молоке коров, овец и коз. Так что
количество ослиных молочных ферм
постоянно растет.
Из молока осла можно делать кисломолочные продукты. На одной сербской
ферме из него производят самый дорогой в мире сыр: он стоит от 4 до 5 тысяч
евро за килограмм. Стоимость связана
с тем, что ослица дает мало молока, это
не дойная корова. В среднем с одного
животного можно надоить около литра,
но вообще разброс значений очень
большой, что создает благоприятную
почву для селекции. Специалисты надеются, что им удастся получить неплохую
молочную породу.
Пусти осла в стадо
Фермеры Австралии, США и востока
Канады с успехом используют ослов
для защиты овечьего стада от волков,
койотов и одичавших собак. Проблема
актуальна, в Канаде, например, с 2004
по 2009 год пастухи теряли из-за хищников в среднем по 2965 овец и ягнят
в год.
Ослы не ходят кругами, собирая стадо
в кучу и вынюхивая волков, а пасутся
вместе с овцами. Но, завидев хищника,
осел ревет, скалит зубы и мчится на врага, норовя лягнуть или укусить. Иногда
он, увлекшись, нападает и на людей,
оленей, медведей и других животных,
которые кажутся ему подозрительными.
Лучше выбрать животное, дружелюбно
настроенное по отношению к людям.
Если один осел не справился со сторожевой службой, специалисты советуют
попробовать другого. Даже если придется перебрать нескольких животных,
результат себя окупит, потому что ослы
живут до 30 лет.
Чтобы осел справлялся, он прежде
всего должен быть в нужное время в
нужном месте, то есть чувствовать себя
частью стада. Поэтому для сторожевой
службы выбирают животных, которые
родились среди овец или воспитывались в стаде с раннего детства. Впрочем, и взрослого осла можно приучить
за одну-две недели, для этого разработаны специальные методики.
Сторожевое животное должно быть
достаточно взрослым и рослым, не
моложе двух лет и выше 110 см. Лучше
всего стадо охраняет самка с маленьким осленком, подойдут также самка
без малыша и мерин. Полноценный
самец слишком агрессивен, он может
нападать на животных мельче себя,
ранить овцу или покалечить ягненка.
Теоретически на абсолютно ровном
месте осел может контролировать
до 200 овец. Но поскольку местность
обычно неровная и с кустами, которые
ограничивают обзор, овец должно быть
меньше 100. Пускать в большое стадо
двух и более ослов нельзя: они перестанут обращать внимание на овец и
будут общаться друг с другом. Если
рядом пасутся два стада, охраняемые
ослами, пастбища надо разгородить,
чтобы сторожа друг друга не видели.
Если рядом будут коровы, осел предпочтет их общество овечьему. Кстати,
койоты наловчились: одни отвлекают
осла, а другие в это время хищничают.
Сторожевой осел — выгодное приобретение. Очень удобно, что ослы пасутся вместе с овцами и специального
корма им не надо. Этим животным только калорийная пища противопоказана,
потому что ослиный обмен веществ
настроен на скудное питание. Недаром
у них так мало жира в молоке. Осел,
объедающийся клевером, ожиреет
или заработает другое метаболическое
расстройство. Все, что ему нужно, это
хорошая трава и немного зерна.
Сторожевых ослов не надо защищать
от ловушек, расставленных на хищников, и отравленных приманок. Могут,
правда, возникнуть проблемы с пастушескими собаками — ослы не любят
псовых. Но эти проблемы научились
решать сами собаки: они просто избегают ослов и не пытаются контролировать
их поведение.
Ослы-охранники не панацея, конечно,
но ущерб от хищников они снижают
значительно. Иногда им даже не надо
прикладывать особых усилий: увидев
среди овец крупное животное, злоумышленник предпочитает убраться
восвояси. Специалисты подсчитали,
что, если осел спасет одного ягненка в
год, он уже себя окупит.
Н.Анина
41
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Земля и ее обитатели
Драгоценные яйца
Л.Стрельникова
Отпуск можно проводить по-разному. В последние годы я
предпочитаю «отдых черепахи»: плавать, есть, плавать, спать,
есть, плавать… И чтобы тихо — никакой электронной почты и
мобильных телефонов. Работа и московская суета выматывают, да и не девочка уже.
Но будь я сейчас лет на дцать моложе, то, несомненно,
рванула бы вместе с Людмилой Евстратовой на Кабо-Верде
— на Острова Зеленого Мыса — спасать черепах.
SOS
Человек — животное жестокое. Он так размашисто и бездумно живет, так много и безудержно потребляет, так обильно и
быстро покрывает планету мусором, что безопасных мест
для обитания других животных становится все меньше. Они
42
не просто гибнут — вымирают целые виды, причем со скоростью, многократно превышающей то, что было двести и
сто лет назад.
Морские черепахи, обитающие в теплых экваториальных
водах, — не исключение. Их всего-то семь видов, причем один
мы уже безвозвратно потеряли, а все остальные занесены в
Красную книгу. Между тем они совершенно удивительные
существа. И не только потому, что у них большой панцирь
(0,6—1,5 м), что живут они по 80—100 лет и больше, что могут
находиться под водой свыше пяти часов и не дышать, что во
время ныряния могут понизить свой пульс до одного удара
в девять минут. Эти создания, неуклюжие и беззащитные
на суше, превращаются в морской воде в пловцов экстракласса.
Но и не это главное. Поразительно, что всю жизнь черепахи точно помнят место своего рождения и безошибочно
находят его, когда подоспеет время продолжить род и произвести потомство. Морские черепахи откладывают яйца
в песке именно на том пляже, где когда-то сами появились
на свет. Они возвращаются только сюда, проплывая тысячи
километров и пересекая океаны и моря. Как работает эта
Из дальних поездок
Фонды спасения черепах
Чтобы сохранить морских черепах, надо защитить черепашьи
роддома. Эту благородную миссию взяли на себя различные
фонды по всему миру, чьи офисы расположены в США, Германии, Швейцарии и Индонезии. Один — из них Фонд черепахи (Turtle Foundation). Свою миссию фонд осуществляет
с помощью профессиональных биологов и волонтеров со
всего мира, а свой бюджет формирует из благотворительных
пожертвований. Каждый может сделать взнос — любая сумма
будет кстати. Как говорят в Фонде, «наши черепахи будут благодарны за каждый доллар» (http://www.turtle-foundation.org).
Фонд был основан в 2000 году, и первый свой масштабный
проект он развернул в Индонезии на двух островах архипелага Дераван (Derawan), куда приходят зеленые черепахи, чтобы
отложить яйца. Результаты проекта за 12 лет впечатляющие:
60% всех черепашьих гнезд на островах взяты под охрану от
браконьеров. В результате этих усилий из яиц вылупились 6,5
миллионов черепашьих детенышей. Правда, мы уже знаем,
что лишь один-два детеныша из тысячи уцелеют и доживут
до солидного возраста. Но этот процесс регулирует природа.
Задача же Фонда — защитить черепах от людей.
Второй проект начал работать на островах Кабо-Верде в
Атлантическом океане семь лет назад. Именно тогда, в 2007
году, в фонде узнали, что за один сезон на Кабо-Верде были
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
безупречная навигация? Наука пока не дает точного ответа
на этот вопрос, хотя общие соображения о том, что черепахи,
вероятно, ориентируются по магнитному полю Земли, морским течениям и химическому составу воды, можно прочитать
во многих учебниках. Неудивительно, что на Фиджи черепаха
— символ морского департамента.
Эти марш-броски черепахи делают раз в два — четыре
года. Несколько недель они проводят возле своей колыбели, спариваясь в воде и периодически выползая на берег,
чтобы сделать гнезда в песке. В среднем за это время они
обустраивают четыре-пять гнезд, в каждое из которых откладывают около сотни яиц. Закопав гнездо, черепаха уходит
в море. Она больше никогда не подойдет к своей кладке и не
поинтересуется, как там дела у детенышей. Дальше процесс
развивается без участия матери.
В среднем через два месяца (точный срок зависит от температуры песка) черепашки вылупляются и устремляются к
воде. Мало кто из них достигнет цели, поскольку множество
хищных птиц, крабов, шакалов уже подстерегают их. А те, кому
все же удастся нырнуть в воду, скорее всего станут жертвой
морских хищников. Так что в среднем маленькая черепашка
проживет не больше часа и только одна-две из тысячи родившихся черепах вырастет и вернется на этот пляж, чтобы
продолжить свой род. Что же поделать, так распорядилась
природа. В конце концов, все представители животного мира
— часть трофических цепей.
И все бы ничего, если бы не человек. Пребывание в роддоме — самое опасное время для черепах и их потомства,
хотя они и стараются выполнить свой биологический долг
под покровом ночи. Но человек хорошо видит и в темноте,
особенно если в руках фонарь. Так черепаха, беззащитная
на суше, становится легкой добычи. Ее берут голыми руками
в прямом смысле этого слова. Берут ради мяса, жира, масла
и деликатесных яиц. Еще несколько лет назад браконьерство
в этих районах было ужасающим по размаху. Пятьдесят лет
назад, например, в Малайзии черепахи сооружали тысячи
гнезд в год. В 1991 году их количество сократилось до 207, в
1998 году зафиксировано 19, а в последние годы и вовсе по
десять кладок!
43
Фото: Emil Holzapfel
убиты 1100 самок морских черепах, вышедших на берег обустроить гнезда. В 2008 году проект взял под охрану один
пляж, в 2010-м — три. Здесь спасают и защищают черепах
ученые из разных стран, волонтеры и местные рейнджеры.
Людмила Евстратова совсем не биолог, а философ и экономист по образованию, молодой преподаватель, большая
выдумщица и успешный организатор социальных проектов.
Как она узнала о существовании Фонда черепахи с его проектами? Ведь в мире тысячи фондов, а в интернете миллионы
сайтов. «Просто пути сами сошлись, — улыбается Люда.
— Два года назад на Сахалине во время командировки я
познакомилась с Василием Быковым. Молодой менеджер
родом из тех мест, сейчас живет в Калининграде и работает
в Страсбурге. Как-то за разговором, узнав, что я интересуюсь
социальными программами и проектами, он сказал: "Люда,
я участвовал в одной программе на Кабо-Верде. Это самое
сильное впечатление за всю мою жизнь! Ты обязательно
должна там побывать". Конечно, меня это заинтриговало. Что
же это за такое сильное впечатление у тридцатипятилетнего
мужчины, у которого жена, две дочки и насыщенная жизнь?
Я зашла на сайт фонда “Turtle Foundation”, все разузнала и
отправила заявку на работу волонтером».
Проекты фонда на Кабо-Верде работают четыре месяца в
году, с 15 июня по 15 октября, когда черепахи строят гнезда и
откладывают яйца. Волонтеры могут поехать на любой срок,
но не меньше двух недель — этого времени как раз хватит,
чтобы освоить необычную работу. Главное, к чему должен
быть готов волонтер, — это к жизни на диком пляже. Но для
Люды это не было проблемой: юность она провела в Карелии
в походах на байдарках.
«В ответ на мою заявку-анкету мне прислали большую инструкцию на 10 страницах, написанную в вопросах и ответах
в хорошем ироничном стиле. “Можно ли там мыться?” — “Да,
вы можете принять душ, но особенно не рассчитывайте”.
44
Инструкция была полезной, потому что подробно описывала
особенности жизни и работы в лагере и давала дельные советы, что необходимо взять с собой. Ну а дальше покупаешь
билет до Боависты с пересадкой в одном из европейских
городов — и вперед!»
Боависта — это один из островов Зеленого Мыса. Однако
все твои ожидания увидеть зеленый рай разбиваются вдребезги, когда подлетаешь к острову — с высоты он похож на
гигантский камень в обрамлении песчаной полоски. Ничего
зеленого! Только песок и камни. И тем не менее это третий
остров в мире по количеству рождающихся черепашек вида
логгерхед, или каретта (Caretta caretta, см. фото на стр. 43.)
Лагерь и его порядки
В аэропорту Боависты Людмилу встречали координаторы волонтеров. На острове работают три лагеря фонда на разных
пляжах, а в них около 60 человек, из них больше половины —
приезжие. Каждого надо встретить, доставить, обустроить,
проинструктировать.
«Пока мы ждали в аэропорту вторую новенькую, встречавшие меня работники — одна девушка из Лихтенштейна, вторая из Испании, из моего лагеря — начали инструктаж, чтобы
попусту не терять время, — рассказывает Людмила. — Тут-то
я и узнала четыре главных бытовых правила. Первое — не
ездить на черепахах. Честно говоря, от такого правила я потеряла дар речи — я же приехала их спасать! Второе — не писать
в душе. Потом я поняла почему. Мы могли принимать пресный
душ раз в два дня. Для этого каждому выделяли ведро воды.
Воды мало, она мгновенно уходит в землю, а все пахучие
вещества адсорбируются в верхнем песчано-каменистом
слое и ничем не вымываются — дождей нет. Поэтому остается
запах. Третье правило — всегда мыть руки после туалета.
“Если у одного дизентерия — у всех дизентерия”. Четвертое
вместе со световым днем мы утратили важные биологические
ритмы, а это плохо для здоровья. И вот я живу по солнцу и
понимаю, что мне действительно хорошо».
«У нас в лагере было два начальника, — улыбается Люда.
— Обе девушки, волонтеры с большим стажем. Ариадна из
Испании участвует в проекте уже шестой год и проводит здесь
полный сезон. Ариадна курирует исследовательскую и рабочую программу — составляет расписание патрулей, должным
образом обобщает и оформляет результаты патрулирования
и инструктирует новичков.
Анна из Чехии — главная по хозяйству. Она встречает вновь
прибывших, организует наш быт, составляет скользящий
график выходных, расписание дежурств на кухне, заказывает
в городе еду, которую привозят два раза в неделю. Обеды и
ужины мы готовили на всех по очереди, так же мыли посуду
за всех. Получается, что в неделю ты один раз готовишь
обед, один раз — ужин, один раз моешь посуду. Продукты
вполне нормальные, в основном макароны, рис, иногда
картошка, курица, рыба, овощи. В общем, лагерь как лагерь,
без деликатесов. Однажды в свое дежурство я приготовила
картофельное пюре — оно вызвало бурю восторга. А секрет
был в том, что я сделала его не на воде, а на сухом молоке ,
которое взбила как сливки. Еда в лагере тоже по солнцу и потому непривычно ранняя, обед — в 12 дня, ужин — в 6 вечера.
В семь уже так темно, что не видно ложку. Завтраки мы не
готовили, потому что вся работа происходит ночью и по утрам
все спят. Немного сна прихватывали и вечером. Никогда до
этого не ложилась спать в 7 часов вечера! А потом вставали
и отправлялись на ночное патрулирование. Первые патрули
выходили в 8—9 вечера».
Однако прежде новичок должен пройти основательный
инструктаж и получить рабочие материалы. «Ариадна принесла мне рюкзак, с которым группы ходят на патрулирование,
вытащила все содержимое и подробно рассказала, в чем
45
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
правило — никогда не ездить одной в город, только в сопровождении местного кабовердинца. Не потому, что местные
жители недобры, а потому, что на острове есть эмигранты
из континентальной Африки — здесь жизнь получше. Этих
эмигрантов побаиваются сами аборигены».
«Мы приехали в лагерь, когда было уже темно, — рассказывает Люда. — Я люблю океан и сразу услышала его голос. Мне
казалось, что наша машина въехала прямо в воду». Лагерь
действительно разбит на берегу океана почти у самой кромки
прилива. Три большие армейские палатки, рассчитанные на
20 человек, один тент, под ним столовая, она же гостиная, она
же место, где вы проводите свое свободное время, лежа в
гамаке с книжкой. Здесь вы можете читать, писать, заниматься музыкой, просто смотреть на океан и думать. Есть еще
небольшой участок, где стоят индивидуальные палатки для
тех, кто не хочет жить в общей. Волонтеры спят на ковриках,
матрасах, в спальниках. Пресную воду для питья и умывания
привозят. Но всю посуду моют только водой из океана.
В лагере есть две группы людей. Первая группа — рейнджеры, местные кабовердинцы, всегда мужчины. Для них
охрана черепах — работа, оплачиваемая фондом, они живут
в лагере весь сезон. Есть пара местных девушек, которые
занимаются образовательными программами для окрестных
детей и подростков, но они в лагере не живут, приезжают из
города. Вторая группа людей — волонтеры из разных стран,
приезжающие на разный срок. Возраст — от 20 лет до пенсионного. Все обитатели лагеря вносят более чем разумную
плату за еду — 10 евро в день.
Связь в лагере есть, но нет возможности зарядить телефон,
потому что нет электричества, а значит — и света. Вся жизнь
протекает по световому дню. «Это был прекрасный опыт,
— говорит Люда. — Буквально накануне я прочитала книгу
Дэвида Рэндалла "Наука сна. Экскурсия в самую загадочную
сферу жизни человека", в которой автор рассказывает, что
Патрули
«Главная обязанность волонтера при патрулировании — проявлять максимальную адекватность ситуации: наблюдать, не
тревожить черепах и помогать им в случае необходимости.
Каждую ночь патрули выходят на два пляжа, правый или
левый, которые тянутся на три-четыре километра. Патруль
работает три-четыре часа и выходит по графику в 8 вечера, в
полночь и в 3 утра. В команде патруля должно быть не меньше
двух человек — волонтер и обязательно местный рейнджер.
Одному выходить на патрулирование запрещено.
Первые два патруля, ночные, работают с черепахами, потому что начиная с восьми вечера и до трех утра черепахи
выходят на берег. Утренний патруль — аналитический. В
нем работают самые опытные рейнджеры и самые опытные
волонтеры. Эти патрули фиксируют все, что происходило на
пляже ночью. Сколько устроено гнезд, сколько раз черепахи
выходили на берег и что делали. По их следам это отчетливо
видно. Вот она вышла на берег, ей что-то не понравилось,
и она вернулась в океан. А другая вышла, устроила гнездо,
отложила яйца и удалилась.
Следы черепахи пропустить невозможно, как невозможно
не заметить следы бульдозера. Представьте, что сто килограммов ползет по песку. Там не следы, а борозды! Первые
два патруля помечают все новые черепашьи следы специальным знаком. Мы просто перечеркивали треки двойными
чертами, которые продавливали ногой в песке. А утренний
аналитический патруль добавлял к нашим чертам специальные петли, показывая тем самым, что эти треки занесены в
отчет.
Если вы встретили черепаху, то уже не можете оставить
ее без присмотра. За ночь на один пляж может выйти 11—12
черепах, но в свое патрульное время вы увидите только 5—6.
Потому что пока вы занимаетесь одной, другая уже уйдет,
оставив только следы. На берег выходят самки. Самцы —
никогда. У них нет моногамии и семейных уз, да и защитить
самку на суше отец потомства вряд ли сможет.
Вот черепаха вышла на берег, нашла место подальше от
воды и начала копать песок. Ямка получается приличная —
до метра глубиной. Это занимает минут двадцать. Дальше
она начинает откладывать яйца — еще минут двадцать. После этого закапывает гнездо и маскирует его, да так ловко,
что его не найдешь, и возвращается в океан. Все занимает
час-полтора. Бывает, что черепаха покопала, наткнулась на
камень, либо песок оказался слишком сыпучим, и она уходит
в океан. Другая черепаха может безуспешно искать место
часа три и уйти ни с чем, чтобы вернуться завтра.
Когда черепаха начинает копать, вы садитесь рядом с ней
и охраняете ее. Ваша задача — не мешать черепахе, не беспокоить ее и подсчитать, сколько кожистых яиц она отложит
в гнездо. Ни в коем случае нельзя светить фонарем. Кстати,
мы использовали фонарики только с красным светом. А когда
гнездо готово и черепаха уходит, мы ставили специальные
метки и фиксировали координаты гнезда по GPS.
Бывали случаи, когда черепахам приходилось помогать,
особенно если у нее травмированы лапки и ласты. Надо
сказать, что они спокойно, а возможно, и с благодарностью
46
Фото: Anna Poledňáková
заключается моя работа, — вспоминает Люда. — Обычно она
инструктирует полтора — два часа. Но со мной ей пришлось
заниматься целых четыре. Мне все было интересно, я задавала много вопросов. Вообще, в лагере очень много разных
материалов — результаты научных исследований, отчеты
разных международных организаций, которые занимаются
спасением обитателей океанов, публикации в научных журналах. За месяц прочитала все».
О том, как работают патрули, Люда рассказала очень подробно.
принимают помощь. А однажды мы в буквальном смысле
спасли черепаху. Она захотела найти место подальше от воды
и ближе к скалам. Там действительно более безопасные для
детенышей места, потому что до яиц не доберутся крабы.
На подъеме черепаха вдруг опрокинулась на спину. А перевернуться она уже не может, это же суша, а не океан. В таком
положении черепаха проживет еще дней двадцать, но потом
неизбежно погибнет, ведь сюда не дойдет даже приливная
волна. Поэтому мы пошли ее переворачивать. Одной мне
не удалось бы справиться, все-таки весит она больше ста
килограммов. Но вдвоем перевернули.
Пока черепаха маскирует гнездо, ты сидишь на песке, слушаешь магнетический шум океана и смотришь на звезды.
Мне повезло — был август и сумасшедший звездопад. Я не
успевала загадывать желания. Тогда я начала заранее придумывать желания, прежде чем отправиться на патрулирование.
Все, что патрульные увидят на пляже, они заносят в специальные рабочие дневники — сколько черепах вышло, что
они делали, успешные и безуспешные попытки, координаты
гнезд, выше или ниже кромки прилива они расположены.
Кстати о приливах. Природа очень умна, умнее нас. Мы никогда не видели гнезда, которые были устроены ниже линии
прилива, — черепахи не ошибались!
Со временем начинаешь их различать, чувствовать их запах, по следам определять, травмирована черепаха или нет.
В нашем лагере был фантастический рейнджер. Я всегда
просила, чтобы меня ставили в патруль именно с ним. Он чуял
черепах, когда они были еще в океане и только намеревались
выйти на берег. Вот, говорит, смотри, сейчас выйдет. Сидим,
ждем. И она выходит. Услышать черепаху нельзя — океан
слишком шумный, хотя черепаха на берегу сопит очень громко, особенно когда копает гнездо.
В этом августе в нашем лагере случилось настоящее открытие. Однажды в неурочное время, в пять утра, на берег
вдруг вышла черепаха. Хорошо, что в этот момент рядом оказалась опытная Ариадна, а черепаха повернула к ней голову.
“Кто ты?” — воскликнула Ариадна. Дело в том, что на остров
Боависта приходят размножаться черепахи только одного
вида — Сaretta caretta, головастые морские черепахи. А эта
была представителем другого вида — оливковая черепаха
Lepidochelys olivacea. Конечно, узнать ее в лицо мог только
опытный биолог. Обычный волонтер не заметил бы разницы.
Но это была сенсация. Ариадна попросила местного рейнджера сбегать в лагерь и принести фотоаппарат, потому что
иначе открытие не зафиксировать. Эмануэль Везо пробежал
по песку три километра туда и три — обратно за считанные
минуты. Но фотографии стоили того. Ариадна сообщила в
офис фонда в городе — у нас новости, приезжайте! Вскоре
Из дальних поездок
возмущенно сопит… Мне, представителю нашей разумной
цивилизации, было ужасно стыдно. Теперь все время думаю,
как сделать так, чтобы сбор мусора, приносимого океаном,
был выгодным делом для местных жителей, которым в большинстве своем и заняться-то нечем».
Результат
Приносит ли работа волонтеров и фонда пользу? Да, несомненно. Когда Люда собиралась на Кабо-Верде, она
сообщила об этом своим друзьям-серферам, объехавшим
почти все побережья мира. «Какие черепахи на Кабо-Верде?
— сказали они. — Там же их всех истребили!» И рассказали,
как они видели эти пляжи в 2007 году, буквально усеянные
пустыми черепашьими панцирями. Даже армия не может
спасти черепах, что же можешь ты, грустно заметили они. Но
оказывается, мы можем многое. В прошлом году на Боависте
было убито только четыре черепахи. Это ли не результат!
Конечно, помогает закон, взявший черепах под охрану во
всем мире. Даже если ты выловил черепаху, ты обязан отпустить ее в океан. Но в океане столько сетей. И чаще всего
рыбаки вытаскивают уже мертвых черепах, которые запутались в сетях и не смогли подняться к поверхности, чтобы
глотнуть воздуха. Они просто задыхаются.
Сегодня браконьеры не ходят на патрулируемые пляжи, но
именно на этот случай рядом с волонтерами всегда рейнджеры. Правда, есть другая проблема — квадроциклы, которые
расплодились в последнее время. И хотя на черепашьих
пляжах стоят запрещающие знаки, квадроциклы порой прорываются. Тогда уже все, кто видит это, бегут, кричат, машут
руками и заворачивают туристов обратно.
Люда говорит, что для нее работа в лагере — очень ценный
опыт во многих смыслах. «Первый раз в жизни я провела месяц без Интернета. Через неделю лагерной жизни без связи
пошла в город, купила симку, зарядила айпад, открыла почту
и поняла, что открывать-то было незачем. Особенно фейсбук,
где твои друзья пишут о том же, что и прежде, все то же самое,
ничего не меняется. И тогда я поняла, что хочу заниматься
полезной практической деятельностью, а не жить в абстрактном информационном облаке, за которым не видишь жизнь.
Конечно, это "отдых" не для ленивых, а для активных и чемто интересующихся в жизни. И за это ты получаешь царскую
награду. Сидишь ночью под звездами и испытываешь ни с
чем не сравнимое чувство свободы, покоя и мира, чувство
твоей уместности и органичности в природе, чувство дома,
где ты нужна».
Вот такая история про один отпуск. И хотя я не участвовала
в спасении черепах, свою скромную лепту в это благородное
дело я все же внесла, написав эту статью для вас, уважаемые
читатели.
Фото: Л.Евстратова
47
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
примчались немецкие исследователи из офиса: что случилось? Нам кто-то пожертвовал миллион? Однако новость
оказалась куда интереснее.
Еще одна работа патрулей — убирать с пляжа мусор, который каждый день выбрасывает океан. Поскольку все гнезда
зафиксированы, приблизительно известно, когда начнут
вылупляться черепашки. Накануне в этих местах патрули
тщательно вычищают пляж и убирают весь мусор — бесконечные пластиковые бутылки, обрывки сетей, канатов и
много чего еще, чтобы освободить дорогу детенышам к воде.
Черепашки в гнезде вылупляются все разом. Один проснулся, зашевелился, и дальше начинается цепная реакция. Кто
не вылупился в этот момент, тот не вылупится уже никогда.
Кстати, в одном из научных обзоров я прочитала, что чем
выше температура песка, тем больше рождается девочек. В
связи с этим потепление климата — проблема для популяции.
Одно из самых сильных моих впечатлений — это знакомство
с результатами исследований и статистикой. Когда видишь
в цифрах, от чего погибают черепахи, то становится просто
страшно. Человек драматически изменяет жизнь черепах.
Когда я вышла в мой первый утренний патруль — уже светало и было хорошо видно, — я была потрясена невероятным
количеством пластиковых бутылок, выброшенных волнами
на берег. Океан избавляется от этой грязи, возвращая ее
человеку. Человеку наплевать, а черепахи и многие другие
животные страдают. Чудовищно! Я никогда не испытывала
такого мучительного стыда, как рядом с черепахой, копающей гнездо, — она натыкается на пластик, он отвратительно
скрипит, она запутывается в сетях, присыпанных песком,
Коммуникация
животных
как испорченный
телефон
Г.Ю.Любарский
Э
та книга про поведение животных выстроена просто
и строго. Огромный набор фактов упорядочен по способам
восприятия. Последовательно рассматривается поведение,
связанное с обонянием, осязанием, зрением, слухом. Каждый
ряд примеров начинается с очень простых и находящихся у
основания филогенетического дерева существ и продолжена до
вершин животного царства. Эти примеры и составляют львиную
долю объема книги: она переполнена множеством описаний поведения животных, поведения самого разного типа, связанного
с коммуникацией — брачной, агрессивной и т. п.
Множество примеров наглядно иллюстрирует основную идею
книги. Главная идея — в том, что сигнальное поведение есть лишь
фрагмент всего морфологического устройства животного, вырванный из контекста фрагмент. Морфология вида обладает целостностью, всё вместе, от устройства тела до способов освоения среды
обитания, от типа размножения до способа выращивания потомства, от доминирующих органов чувств до особенностей психики,
— это целое, а отдельно выделенное «поведение» — лишь довольно
случайный участок. Для описания поведения не надо привлекать
«человеческую функциональность», вынесенную из человеческого
здравого смысла, и замысловатые гипотезы об «эгоистических»
или «альтруистических» факторах, «рисках» и пр., а можно просто
излагать происходящее с опорой на базовые биологические понятия — размножение, постройка гнезда и т. п.
Нередуцируемая сложность
Е.Н.Панов выступает с концепциями, разрушающими привычный
облик «поведения животных». Как в конце ХХ века был разрушен
бихевиоризм и основная его парадигма подвергнута критике,
так сейчас, считает Панов, пришло время разрушить основные
парадигмы господствующего этологического взгляда, концепции
«стимул-реакция», набора ключевых сигналов, демонстрации,
сигнальной позы и т. п., не говоря уже о концепциях, вытекающих из «экономических» моделей поведения, вроде оценки
родительского вклада, риска и пр. Один из основных мотивов
книги — критика, и потому читатель оказывается в ситуации всеобщего разрушения. Панов прежде всего критикует — разрушает
— парадные примеры, критикует основные понятия, указывает
на несовместимость гипотез.
Например, самим устройством книги автор оспаривает тезис
об эволюции «сигналов животных вообще». Он борется с ходячим
убеждением об эволюции сложности, мол, у простых животных
простые системы сигналов, а потом их число растет, связи сигналов усложняются, получаются сложные сигнальные системы,
а там и до человеческого языка недалеко. Автор яростно спорит
с такой картиной. Он показывает, что в рядах форм поведение не
Панов Е.Н. Эволюция диалога. Коммуникация в развитии: от
микроорганизмов до человека. (Серия: Разумное поведение и
язык. Language and Reasoning). Москва: Изд. Языки славянской
культуры, 2014.
48
усложняется. Грубо говоря, что у лягушек ток, что у тетеревов.
Одни и те же, по сути, формы поведения используются и животными «простыми», и «сложными». Дело не в том, что эволюции
нет, совсем в другом дело — если некоторая форма поведения
удовлетворяет своей функции, так она и выполняется хоть у
моллюсков, хоть у крыс.
Другая обычная черта описания поведения, которую критикует
автор, — представление о независимых сигналах и их независимой
эволюции. Для автора сигналы вплетены в общий процесс поведения и, шире, биологии вида, и извлечь их оттуда — очень нетривиальная задача, причем еще неизвестно, надо ли ее решать.
С точки зрения, разворачиваемой автором и иллюстрируемой
множеством примеров, практически все сигналы животных полимодальны. Они имеют много смыслов, и смысл прочитывается
другими животными в соответствии с биологией данного вида,
с состоянием данной особи, ее местом в социальной системе и
т. п. Эволюцию сигналов не так легко вычленить, это некая часть
общей эволюции вида, и следует учитывать все преобразования
морфологии и физиологии, чтобы постепенно прояснить смысл
происходящего с поведенческими сигналами.
Можно спорить с этой всеохватывающей критикой, но, скорее
всего, это задача для профессионалов. Обычный же читатель
принужден скорее смириться с критическим настроем автора,
принять хотя бы как гипотезу — ну хорошо, все эти прежние
концепции, которые мы читали в учебниках, в красивых иллюстрированных книгах по поведению, — все они ложные. А что
вместо них?
Целое — морфология,
фрагмент — поведение
Автор, рассуждая о выделении поведения, сигналов из общего
фона того, что можно назвать «биологией вида», «общей морфологией», по сути, призывает к новому, более отчетливому выделению
объекта исследования. Сейчас выделение объекта достаточно
произвольно и интуитивно — из «здравого смысла» понятно, что
такое животное, организм, и так же быстро становится «понятно»,
что такое сигнал. Дальше становится очень быстро «понятно»
слишком многое — в такие рассуждения слишком легко проникает
неосознанный антропоморфизм, и начинаются рассуждения о
рыночных стратегиях отношения к рискам поведения, об экономности той или иной поведенческой стратегии, ее выгодах и убытках.
Конкретно автор критикует принятый метод этограмм, выделение
в целостном потоке поведения сигнальных поз, демонстраций.
Значит, в позитивном смысле автор отстаивает новую эпистемологическую позицию, новые основания для выделения
поведения из всех особенностей строения и действия животных,
выделения сигналов и ответов на них.
Средство коммуникации с самим собой
Этот общий взгляд на поведение совмещен с основной темой
книги — эволюцией диалога. Это книга о коммуникации, о взаимодействии особей. Тема кажется простой и очевидной, однако
она крайне сложна, и сейчас новые подходы к этой теме обнаруживаются чуть не каждые десять лет. Например, в лингвистике
спорят, можно ли спокойно приравнять язык к коммуникации,
можно ли считать, что базовая функция языка — передача информации. Существует точка зрения, что «внутренний язык»,
обдумывание ситуации «с самим собой» — не менее важная
функция языка и передача новых сведений другому — не обязательно исходный пункт развития языковых способностей.
В социологии развивается комплекс теорий в рамках
«кибернетики второго порядка», это идеи о коммуникации
немецкого социолога Никласа Лумана. По его мнению, что
социальные системы образуются исключительно благодаря
коммуникации и исходя из базовых представлений о коммуникации описывает все социальные взаимодействия и само
бытование социальных систем. То есть у него коммуникация
не функция чего-то другого, а сама структура — возникающая,
становящаяся, самоподдерживающаяся, развивающаяся. Информация — это не код и не «данные», это, как говорит Луман,
«удивление в результате выбора». То есть в точном смысле
при передаче информации сообщается о некой новизне для
принимающего информацию субъекта, и вне этого субъекта
понятие информации не означено, оно не «объективное». По
этому поводу развивается некоторая критика ходового понятия «информация» в биологических текстах (Maturana H.R.,
«Delfin» 1986, VII, 24—27). Например, в описаниях поведения
«сигналом» часто называют любое физическое событие, не
нагруженное допущениями о его коммуникативном характере.
С понятием информации (и производными — смысл, коммуникация, диалог...) трудно работать. Тут нет «кирпичей» или
«атомов», которые кто-то куда-то передает и переносит, тут
нельзя уверенно ухватиться за предмет. Понятие информации
неотделимо от системы, в которой это нечто выступает как ин-
Книги
формация, надо понимать устройство этой системы (контекст),
предпосылки ее развития (цели), горизонт ее возможностей
(ограничения на свободу выбора), и только тогда можно адекватно описать восприятие информации (пока, к сожалению,
генетическую информацию описывают совершенно иначе). И
если мы ту же информацию поместим в другую систему — это
будет уже другая информация. То есть информация всегда является внутрисистемной, она неотделима от несущей ее системы.
То же самое в наиболее общем теоретическом смысле можно
сказать о сообщении, о сигнале в «диалоге». И тогда получается, что неверно описывать коммуникацию как набор атомарных
сигналов с присвоенным им значением, которые другие особи
могли адекватно воспринимать и устойчиво реагировать. Луман
считает, что особенная беда биологов — восприятие ДНК как
«информационного кода», по его мнению, это ошибка того же
рода, как и называть язык средством коммуникации (для коммуникации всегда нужны двое, а язык используется и в одиночку).
У Никласа Лумана получается, что перенос информации от
одного живого существа к другому невозможен и невозможно
понимание информации как процесса переноса информации.
Информация всегда возникает внутри системы, это различение (новизны) нельзя просто «передать». В силу автономности
система производит информацию внутри, и для описания
взаимодействия со средой требуется глубокое погружение в
само понятие автономной системы. Тут смысл парадоксального решения в том, что нет чистой передаваемой информации,
взятой у одной системы и встроенной в другую, — информация
всегда воспринята, переработана внутри данной системы, то
есть система воспринимает лишь то и в той форме, в какой это
ей пригодно, в измененной форме. Луман опрокидывает это
понимание коммуникации на нейрофизиологические системные
образования и готов так описывать поведение животных (Луман
Н. Общество как социальная система. Москва: Логос, 2004; Медиа коммуникации. Москва: Логос, 2005; Введение в системную
теорию, Москва: Логос, 2007).
Таким образом, коммуникация животных — не некий застарелый и давно всем понятный конструкт, напротив, это
очень быстро развивающаяся в разных научных областях категория. С самых разных сторон приходят новые концепции,
вчера казавшиеся безумными, а сегодня вполне серьезно
аргументируемые. Из социологии приходит новое понятие
коммуникации, в лингвистике обсуждаются все новые проекты
происхождения языка. Темы, казавшиеся долгие годы то ли
запредельно трудными, то ли даже запретными, обрастают
серьезными публикациями (Вежбицка А. Язык. Культура.
Познание. Москва: Русские словари, 1996; Вежбицка А. Понимание культур через посредство ключевых слов. Москва:
Языки славянской культуры, 2001; Зализняк Анна А., Левонтина
И.Б., Шмелев А.Д. Ключевые идеи русской языковой картины
мира. Москва: Языки славянской культуры, 2005; Старостин
С.А. Алтайская проблема и происхождение японского языка.
Москва: Наука, 1991; Cтаростин С.А. О доказательстве языкового родства / «Труды по языкознанию». Москва: Языки
славянской культуры, 2007, с. 779—793).
49
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Другая важная мысль автора, которую он проводит на протяжении книги и вплетает в разбор многих примеров, является
следствием этой основной идеи целостного устройства животного, где выделяемое сейчас «поведение» есть лишь фрагмент,
но не часть. Е.Н.Панов считает, что большинство структур,
которые используются для коммуникации, возникали совсем
для других целей и их функционирование все еще несет следы их истории. Скажем, рыбы излучают звуки плавательным
пузырем, который формировался совсем не для общения
особей. И множество черт, которые, с точки зрения внешнего
наблюдателя, носят сигнальный характер, на деле — следствие
биологического устройства и истории вида.
В результате возникает совсем иная картина мира. Та, с которой
Панов спорит и упрекает за упрощения и ложность, — стройная
картина усложнения сигнального поведения в эволюционных
рядах форм, развитие сигнальной деятельности. А на что же
обращает внимание автор? Он говорит: посмотрите, у множества близких видов — совершенно разные, принципиально
разные механизмы поведения. Если наносить на филогенетические древа появление тех или иных механизмов поведения,
то мы всякий раз получаем «полифилии», то есть один и тот
же механизм возникал много раз в рамках нескольких групп,
близкие виды имеют разные механизмы, кажется, что сложнейшие образования стоят в магазине эволюции очень дешево, — практически близнецовый вид вдруг имеет совсем иную,
например, систему звукоизлучения (так, среди бабочек или
прямокрылых насекомых аппараты звукоизлучения разного
устройства возникали много раз). Виды, отличающиеся весьма
незначительно в прочих отношениях, могут иметь совершенно
различно устроенные системы. Как будто изобрести заново
сложнейшую систему — очень «дешево» по биологическим
меркам, ее изобретают столько раз, сколько захотелось.
Созидающая случайность
По мнению Е.Н. Панова, системы обмена информацией у животных эволюционируют в значительной мере случайно, их эволюция и накопление различий — следствие случайных утрат важных
компонент и разных попыток «довести до функциональности»
поврежденный случайными утратами механизм. Это комбинаторная изменчивость, перебор из множества возможностей,
открытых для данного типа устройства.
Это еще одна черта, которая все чаще проявляется в современных эволюционных теориях. Долгое время, особенно
в XIX веке, в теориях эволюции подчеркивался детерминизм,
указывалось на упорядоченную неизбежность преобразования
форм. Со второй половины ХХ века все чаще в самых разных
аспектах говорится о роли случайности, случайность оказывается главным архитектором живого. Прежде эту мысль сочли
бы безумной — как можно случайно получить сложную форму?
Как можно из будильника получить часы с кукушкой, швыряя
будильник в стену? Но теперь все чаще высказываются гипотезы,
принимающие случайность в качестве главного фактора эволюционного процесса. Случайность и комбинаторика частей — так
все чаще объясняют наблюдаемое.
Если присмотреться, эти объяснения — обратная сторона
очень распространенной в начале ХХ века идеи о направленной
эволюции. Для признания направленности нужен очень неудобный момент — представление о субъекте, который направляет,
или о каком-то объективном целеуказующем факторе. Потому
идеи направленности вводить в теорию эволюции сложно, самый
распространенный способ — указать на процессы инерции, на
стремление делать «как было», двигаться в том же направлении.
А как быть с направленностью новизны? Когда направленный
характер имеют вновь возникающие образования? Это совсем
трудно объяснять. Как же эта направленность новизны будет
проявляться эмпирически, в тех самых фактах, с которыми не
поспоришь и которые надо как-то описывать и выговаривать?
Как множественное возникновение «одного и того же» в разных
филогенетических линиях, без генеалогических связей наследования. А как это сказать, не прибегая к языку направленной
эволюции? Как действие комбинаторики и случайности. Так
это выглядит, и, может быть, это так и есть. Если имеется всего
несколько принципиально возможных механизмов сделать
что-либо, то эволюция в разных ветвях выглядит как довольно
случайный перебор возможных вариантов. Это случай в том
смысле, что «случайно совпало», а не воплощение некой «случайной последовательности» событий.
В результате критических усилий автора в области теорий
поведения остается пустое место, вакуум, который жаждет
новых гипотез и идей. Автор показывает, как он заполняет этот
вакуум — концепциями о «вызревании» сигнальной функции
поведения в процессе самого взаимодействия и жизни особи,
когда полимодальные сигналы без четкого значения означиваются, исходя из ситуации. Так что в реальности имеются, как
считает Е.Н.Панов, не четкие «атомы» дискретных сигналов, а
по большей части континуумы связанных поведенческих форм,
которые иногда приобретают дискретность в связи с теми или
иными задачами, но столь же быстро снова «расползаются» в
общем поведенческом контексте.
Выделение объекта исследования из фона
В своей критике Е.Н.Панов подчеркивает, что выделение сигнала в истинном его виде — очень трудная работа, поскольку
множество факторов сигнала, кажущихся несущественными
или просто незаметных наблюдателю, могут быть им не приняты
во внимание. Тут можно вспомнить концепцию умвельта Якоба
фон Икскюля, где утверждается, что у каждого организма есть
«его собственный внешний мир», в котором он и обитает, — мир,
ограниченный теми органами чувств, которые есть у данного организма, его потребностями, особенностями строения. Короче,
для безногой птицы все деревья без ветвей.
50
И потому сигнал выделить вовсе не легко — даже если есть
четкий поведенческий ответ другой особи, указывающий, что она
восприняла сигнал, трудно понять, в чем этот сигнал состоит, а
уж если четкого ответа нет или он полимодален — дело совсем
тяжкое. При этом коммуникация — трудное дело и для самих
животных, они могут находиться в разных физиологических состояниях при взаимодействии, у них возникают сбои в понимании
сигналов, и потому их общение — как легко догадаться — это не
холодно-разумная и отчетливая работа шифровальщика, сверяющего коды по таблицам, а некое эмоциональное действие,
скопище ошибок и недоразумений, которые разрешаются в
дальнейшем взаимодействии, что называется, по ходу дела.
Вместо отлаженной системы «ключ-замок», поведение напоминает игру в испорченный телефон; путем разных хитрых
манипуляций обычно можно все же догадаться, о чем речь или
что имелось в виду, но это никак не четкая система сигналов.
Львиная доля сигнальной информации отбрасывается как
непонятная или незамеченная, немногое оставшееся подгоняется так, чтобы вело к осмысленному биологическому
результату. Поэтому трудно составлять словари значений
языка животных, они слишком зависят от ситуации. Различить сексуальные или агонистические сигналы иногда крайне
сложно или невозможно, да и отличаются они не своими характеристиками, а конечным результатом.
Итак, во «вражеском» лагере Е.Н.Пановым собраны сторонники статичной картины, где поведение сложено, как
из кирпичей, из дискретных поз-сигналов, которые влекут
за собой детерминированные ответы. Ему же поведение
видится как процесс, принципиально содержащий малую
долю дискретных элементов и включающий сочетания самых разных модальностей — поз, вокализаций, запахов и
т. п., все они создают скорее континуум, «поле», чем дискретный код, и они семантически пусты — сами по себе они
не несут информации, они прочитываются в соответствии
с состоянием и положением адресата, воспринимающей
особи. В результате то, что можно назвать «вещанием поведения», чрезвычайно избыточно — четких сигналов нет, а
есть непрерывное и множеством способов осуществляемое
сообщение о состоянии животного, которое будет так или
иначе «разгадано» другими животными.
Несколько шаржируя, можно сказать: сигнал вырабатывается
в самом взаимодействии, почти случайно, он предетерминирован в рамках взаимодействия устройством двух животных,
их видовой принадлежностью, потребностями и возможными
формами реакций их самих на эти потребности. Поэтому сигнала до взаимодействия не существует, нет готовой сигнальной
формы, она рождается в диалоге — а ее видимое относительное
постоянство есть результат сходства порождающих данное поведение структур.
Очень сложное внешне поведение может быть выстроено крайне
простыми правилами взаимодействия, причем эти правила — не
специальные «коды», а просто биологические особенности. В
качестве иллюстрирующего примера можно привести разобранное Шовеном явление стигмергии. Туннели и своды термитника
и весь термитник в целом с множеством переходов, камер и т. п.
строится на основании крайне простых реакций: случайного
размещения рабочими комочков строительного материала; при
случайном слипании двух-трех комочков — создание столбика;
при достижении столбиком определенной высоты — загибание
его в свод; совмещение близлежащих арок свода. Термитник
строится «сам собой», «случайно», являясь слепком биологии
строящего его вида.
Поэтому автор — противник разговоров об эволюции коммуникации животных «вообще и в целом». Эта коммуникация
очень прочно привязана к биологическим особенностям
строения и жизни каждого вида и еще очень долго будет невычленима из представлений об экологии и эволюции вида.
Можно пытаться понять биологию и поведение вида, но вряд
ли удастся, не умножая числа артефактов, представить именно
сигналы, коды и дискретные взаимодействия.
К этому можно добавить, что в старинном споре, который
начался еще в Средние века, о том, что первично — форма или
функция, для того рога быку, чтобы бодаться, или он бодается,
поскольку у него есть рога, — Е.Н. Панов занимает позицию
примата структуры, формы. Методологически более прочная
позиция, говорит он, опираться при анализе на форму, из которой выводится функция, чем опираться на представления
о функции и эволюции структуры, из которых потом выводят
наличную форму.
Последняя глава книги посвящена вопросу, который более подробно излагается в иных сочинениях автора, — вопросу о происхождении человеческого языка из сигнальных систем животных.
И здесь позиция автора крайне критическая, он совершенно
не согласен с тем, что можно выстроить лестницу сигналов «от
амебы до человека», где сигналов все больше и они все сложнее.
Для обоснования своих взглядов автор внимательно рассматривает несколько самых удачных примеров сложной сигнальной деятельности животных — птиц, дельфинов и других
китообразных, приматов. Вместо дискретных сигналов наблюдается континуум, который одни исследователи «нарезают» на
одно число сигналов, другие — на иное. Рассмотрены и многочисленные попытки расшифровать «язык дельфинов» (с точки
зрения автора — артефакт чрезмерной популярности совершенно безумной гипотезы Дж. Лилли) и сравнительно недавнее
открытие «богатой» коммуникации китов-горбачей. Выяснилось,
например, что, хотя на протяжении сезона размножения горбачи
поют более или менее одинаково, межсезонная изменчивость
чрезвычайна, добавляются не только новые «мелодии», но и новые ноты. Изменчивость между сезонами намного больше, чем
межиндивидная изменчивость. Но каждый сезон самцы поют ту
мелодию, ту композицию, которая «в моде» в данный сезон. То
есть каждый сезон песня «изобретается» заново. Видимо, очень
сильна работа механизмов моды и подражания, и о фиксированных сигналах в такой ситуации говорить трудно.
Другая система была найдена у кашалотов. Они не поют, их
звуковые конструкции названы «кодами». Кашалоты собираются группами в 10—12 особей, обычно это матрилинейный клан,
объединение родичей по материнской линии. Члены группы постоянно перекликаются между собой. Оказалось, что в каждой
группе свой набор кодов, отличающийся от сигналов в другой
группе. При этом если две группы используют сходные системы код, то они склонны объединяться в более крупные группы.
Исследователи говорят о «вокальных кланах» кашалотов — объединении нескольких кланов со сходным вокалом. Обнаружено
пять таких кланов в Тихом океане и один в Карибском бассейне.
В каждом клане несколько тысяч китов. Считается, что молодые
кашалоты заучивают у матерей детали вокализации и потому
способны подавать сигналы, свойственные клану. Снова можно
видеть, как эта «система диалектов» песни, подобная тому, что
наблюдается у многих видов птиц, тесно связана с биологией,
но специальных функций тех трех десятков сигналов, которые
озвучивают кашалоты, не найдено.
И каждый раз вместо сложной системы независимых сигналов
обнаруживается весьма недифференцированное поле размытых, связанных переходами форм поведения, которые к тому же
по числу не превышают двух-трех десятков, что несопоставимо
с числом слов в любом человеческом языке. Автор считает, что
слова человеческого языка обладают инвариантным, «свободным» значением, высвобожденным из-под влияния ситуации,
состояния говорящего и пр. Именно поэтому можно составлять
словари, пусть даже многие слова имеют по два-три десятка
значений, а вот словари «языка животных» возможны лишь в
кавычках — как и само представление о «языке» в отношении
животных. Это была слишком смелая и неоправданная метафора — думать о том, что у животных есть какое-то подобие языка,
считает Е.Н. Панов.
Книги
Впрочем, и в современных представлениях об эволюции
человеческих языков случайности отводят значительную роль.
Такой метод датировки, как глоттохронология, основан на случайном забвении, выбывании слов из набора за определенный
промежуток времени. Эволюция лексики тоже мыслится как в
значительной мере случайный процесс, сопровождаемый «генеративной способностью», — вместо утраченных слов язык при
необходимости порождает нужные значения заново, пользуясь
наличными средствами.
Это общая схема современного мышления об эволюционном
процессе (см., например, «Логику случая» Евгения Кунина) — мыслить неубывающую генеративную способность, бесконечное порождение форм и случайную утрату, так что видимая эволюция
обусловлена во многом этими противоположными процессами
— случайностями генерации и запоминания новых форм и случайностями исчезновения и забвения прежних.
В описании эволюционного процесса у Е.Н. Панова присутствуют
1) эволюционная инерция, консервация некоторых связей между
структурами, зависимостей, удерживающих определенные части
от распадения; 2) случайность, которая приводит к забвению и
разрушению сложившихся форм, утрате самых разных частей и
целых механизмов; 3) автономное саморазвитие (или, как принято говорить, пользуясь термином Матураны — аутопойезис),
непрерывная генерация все новых вариаций, связанных бесчисленным множеством отличий от того, что уже было. Таким
образом, структуры наследуются и стабильно, инерционно
воспроизводятся, случайно деформируются и разрушаются, в
бесконечных вариациях обновляются и генерируются. Можно обратить внимание, что представление об адаптивности занимает в
этих построениях довольно скромное место. Среди бесконечных
вариаций, которые генерирующая способность предоставляет
на суд данной организации, учитывается и адаптивность вместе
с другими факторами — например, прилаженностью новой вариации к прочим чертам организации (коррелятивные связи). Весь
круг разговоров об адаптивности, приспособленности к среде,
занимает все более скромное место (хотя и не отрицается) в
разговорах об эволюции. По крайней мере, такова картина мира,
которую можно извлечь из исследований Е.Н.Панова.
Автор — противник представлений о плавном переходе от
сигнальных систем в поведении животных к языку человека. С
его точки зрения, там лежит пропасть и так легко ее не закрыть;
между тем, что приводится как свидетельства «языка обезьян»,
и языком человека — дистанция в принципе такая же, как между
человеком и сигнальной системой золотых рыбок. С точки зрения
Е.Н.Панова, по уровню эффективности передачи информации
все способы сигнального поведения животных стоят существенно ниже даже примитивной коммуникации детей с психическими нарушениями. Это в самом деле совсем другая ступень, и
ступень эта сглаживается скорее не природой, а поспешными
суждениями восторженных сторонников «эволюции» всего во
всё. Сигнализации людей и животных настолько несхожи, что
относятся к принципиально разным мирам, считает автор. Проще
говоря, мы тут совершенно разные вещи собственным произволом называем одинаково, а потом маемся, силясь отыскать
«объективные причины» того, что сами придумали.
51
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Лестница существ,
ведущая к человеку: удачная ли метафора?
Вернадский
и Вульф
Доктор химических наук
П.П.Федоров
В 2013 году отмечалось 150 лет со дня рождения двух выдающихся ученых — Владимира Ивановича Вернадского
(1863—1945) и Георгия (Юрия) Викторовича Вульфа (1863—
1925). Два человека, две неординарные личности, два исследователя жили в одно и то же время, и оба работали в области
кристаллографии. Но их подходы к окружающему миру были
во многом противоположны, что повлияло и на полученные
результаты, и на оценку их деятельности последующими
исследователями, и особенно — на эмоциональное восприятие их значимости. Попробуем сравнить их методы работы,
результаты деятельности и оценить влияние особенностей
мышления на результат.
У кого они учились
Георгий Вульф окончил Варшавский университет, где учился у
прекрасных педагогов — физиков Н.Е.Егорова и П.А.Зилова,
прививших ему вкус к точному эксперименту. Профессор
минералогии А.Е.Лагорио привлек его к научной работе уже
на втором курсе.
Владимир Вернадский учился в Петербургском университете — у Д.И.Менделеева, А.Н.Бекетова (ботаник, ректор
университета). У В.В.Докучаева (профессор минералогии,
почвоведение) студент Вернадский впервые прикоснулся к
научной работе. Кроме того, он был активным членом Студенческого научно-литературного общества Петербургского
университета, которое было основано в 1882 году и через пять
лет закрыто — потому что был обнаружен заговор с целью
убийства Александра II.
По окончании университетов в 1885 году Вульфа рекомендовали на кафедру минералогии для подготовки к профессорской деятельности, а Вернадского оставили в должности
хранителя Минералогического музея. Через два года на
Вернадского поступил донос об участии в революционной
деятельности, но благодаря заступничеству Докучаева увольнение было заменено на трехлетнюю заграничную командировку. Вернадский учился у «короля кристаллографии» Пауля
Грота, у Ле-Шателье, участвовал в Международном геологическом конгрессе в Лондоне и Всемирной выставке в Париже.
Вульф тоже реализовал право на зарубежную командировку.
Но сначала в 1888 году он полгода стажировался в СанктПетербурге у Е.С.Федорова и только в 1889 году отправился в
Мюнхен к Гроту, а в 1890 работал у в Париже у физика Корню.
Владимир Иванович Вернадский
Юрий Викторович Вульф
другим выводом того же выражения) поступила в «Proceedings
of Cambridge Philosophical Society». Она принадлежала перу
молодого английского физика Уильяма Лоуренса Брэгга, который потом вместе с отцом получил Нобелевскую премию.
Лучшее описание особенностей стиля научной работы Вульфа
дал его ученик, будущий академик А.В.Шубников (см. ссылку в
конце статьи.). Как важнейшую, он назвал удивительную способность быстро ориентироваться в новых для него областях и
привел несколько примеров. Вот один из них: «Открытие Кюри
(1880) пьезоэлектричества кварца вызывает работу /…/ о ложном
пироэлектричестве кварца (1885), в которой автор указывает на
господствующее до сих пор в некоторых учебниках кристаллографии заблуждение приписывать появление электрических зарядов на боковых осях кварца при нагревании самому нагреванию,
а не тем напряжениям, которые возникают в кварце благодаря
неравномерному нагреванию».
Другой пример также касался работы Кюри — но об образовании кристаллов. Она «вызывает появление известной работы
Юрия Викторовича о скоростях роста и растворения кристаллов, в
которой он конкретизирует гипотезу Кюри о том, что кристалл при
росте принимает форму, отвечающую минимуму поверхностной
энергии в совершенно ясном и простом предложении: скорости
роста граней кристаллов пропорциональны их капиллярным
постоянным». На рис. 1 приведена схема установки, с помощью
которой Вульф фотографировал потоки вещества к растущему
кристаллу у себя на даче, используя в качестве источника освещения керосиновую лампу, а на рис. 2 — аналогичная картина,
полученная А.М.Асхабовым с помощью голографии.
Откликался Вульф и на теоретические исследования,
например, модели строения кристаллов А.М.Шенфлиса и
Е.С.Федорова повлекли работы Вульфа по теории габитуса
и о строении кварца и некоторых псевдосимметрических
кристаллов. Его интересовали возможности, которые предоставляли новые приборы, например теодолитный гониометр.
После его изобретения появляется несколько работ Вульфа
Научная работа
Начнем с Вульфа. В 1913 году в журнале «Physikalische
Zeitschrift» была опубликована статья Георгия Вульфа с анализом экспериментов по взаимодействию кристаллов с рентгеновскими лучами. Он вывел аналитическое соотношение
между направлением возникновения дифракционных максимумов прошедшего через кристалл рентгеновского излучения
и его межплоскостными расстояниями. Но за три месяца до
того, как статья Вульфа была зарегистрирована в редакции
«Physikalische Zeitschrift», работа аналогичного содержания (с
52
1
Схема установки для исследования концентрационных потоков (журнал
«Природа», «Как растут кристаллы», 1915)
2
Концентрационные потоки по А.М.Асхабову
Страницы истории
отделениям. Творец новых понятий, генератор неожиданных
и парадоксальных идей. Крупнейший организатор науки:
кафедр, музеев, лабораторий, экспедиций, комиссий, институтов, университетов, академий. Но вместе с тем — ценитель
и знаток искусства, пантеист, пророк, мистик, ощущавший
присутствие «демона Сократа» у себя за плечом. (Сократ
считал, будто его сопровождает некий демон, который дает
ему советы, не дает совершать неправильные действия и побуждает к правильным.)
Оба — люди дела
Вернувшись в Россию, Вернадский начал работать в Московском университете, и его деловая хватка проявилась с первых
шагов. Минералогический кабинет Московского университета,
сильно пострадавший еще при нашествии французов в 1812
году, находился в самом жалком состоянии, образцы были
свалены в ящики, каталоги потеряны. Усилиями Вернадского
из «учебного кабинета пособий» был создан исследовательский
институт нового типа. Оказывается, еще в царское время действовало положение, согласно которому финансовые средства,
не истраченные к 25 декабря, возвращались в бюджет (позже
это замечательное правило приводило — уже в СССР — к
малоосмысленным срочным закупкам в декабре). Вернадский договорился с ректором, что теми деньгами, которые не
будут истрачены к 20-му, он может распоряжаться. Посадив
помощников за изучение проспектов ведущих европейских
фирм, Вернадский весь следующий год получал коллекции,
приборы, каталожные шкафы и т. д.
В 1897 году открылись Коллективные уроки Общества воспитательниц и учительниц. Вернадский читает курс минералогии
и кристаллографии. «Это было законно дозволенное общество
учительниц, которое для себя организовали “уроки”, а фактически высшее образование. Труд профессоров был, конечно,
даровой. Как только они открылись, я получил возможность
проводить курсисток-специалисток на практические занятия
в Минералогический кабинет через ход, ведущий в библиотеку
Московского общества испытателей природы. Я предупреждал
всегда ректора, что провожу эту работу специалисток тайным
путем. И такой правый ректор, как А.А.Тихомиров, никогда
этому не препятствовал, хотя время, нами переживаемое,
было уже неспокойное».
Напряженная педагогическая и научная деятельность не
могла полностью поглотить энергию и энтузиазм Вернадского.
Во время голода 1891—1892 годов он организует бесплатные
столовые для крестьян. С 1891 года Вернадский состоял в
Московском комитете грамотности и как земский деятель организовывал воскресные школы в Моршанском уезде. В 1903
году, в канун первой русской революции, Вернадский выступил
одним из организаторов нелегального «Союза освобождения»,
учредительный съезд которого, проходивший в Европе, был
представлен как экскурсия Геологического конгресса. В 1905
году Вернадский участвует в создании кадетской партии и
вскоре становится членом ее центрального комитета. Он —
инициатор первого профессорского съезда (1905). В 1906 году
Вернадский избран адъюнктом Академии наук, и от Академии
53
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
по теодолитному методу, в том числе создание метода «сетки Вульфа» для построения стереографических проекций и
графических вычислений кристаллов. Дискуссия ученых о
сущности жидких кристаллов увлекает и Юрия Викторовича,
который рядом опытов вскрывает ошибки Леманна. Открытие
Лауэ дифракции рентгеновых лучей побуждает его заняться
рентгенографией кристаллов; одним из результатов этих занятий и стала формула Брэгга — Вульфа.
Рассказывая о Вульфе, его ученик Шубников подробно
описал и организационную сторону научной деятельности
Вульфа. «Не умея сорганизовать вокруг себя молодую рабочую силу, Юрий Викторович был одинок в науке. Не имея
возможности самому или с помощью учеников проделать всю
подготовительную работу для важных научных обобщений,
Юрий Викторович принужден был ждать, когда эта работа
будет сделана на стороне, и тогда выступал со своим кратким,
веским и иногда резким последним словом. В промежутки
между этими выступлениями [он] писал учебные и популярные книги по кристаллографии, бесконечно упрощая, уточняя
и углубляя известное, внося новое и беспощадно изгоняя из
кристаллографии все лишнее, устаревшее и ненужное, что
обычно отталкивает начинающих изучать эту науку, делая
ее скучной, трудной и бесполезной. По выражению Юрия
Викторовича, кристаллография — не “номенклатура”, а
интереснейшая глава физики. Свои лекции [он] строил не
на традиционном “верчении” картонных кристаллов и не на
исписывании мелом классной доски, а на демонстрировании
явлений, происходящих в настоящих “живых” кристаллах:
неспроста, видно, одна из его книжек озаглавлена “Жизнь
кристаллов”. С его легкой руки аудитории Москвы стали обзаводиться проекционными установками, а микропроекция
стала необходимой особенностью преподавания кристаллографии. Юрий Викторович умел ценить свое время и не любил тратить его на трафаретные работы “о кристаллической
форме и оптических свойствах”».
Итак, что мы видим? Сильная сторона Вульфа — разъяснение
неясных мест, уточнение, исправление ошибок, применение
методов и приборов и, вполне гармонично с этим, — преподавание, которое как раз и требует построения перед слушателями ясной и четкой картины (сложности, неясности и
проблемные точки рассматривать надо, но позже, на четкой
и ясной базе).
Теперь посмотрим на Вернадского. Это ученый, внесший
огромный вклад в науку и в научное мировоззрение. Человек
кристальной честности и высоких моральных принципов, которым он следовал всю жизнь. Демократ, который всегда на
первое место ставил свободу личности и необходимость ее
всестороннего развития, просветитель, публицист, политик.
Человек с удивительным чувством нового и колоссальной
энергией, геолог, путешественник, он был в курсе всех существенных научных достижений. Историк науки и основатель
новых наук, академик, выбранный в Академию наук по трем
наук и университетов вошел в состав Государственного совета,
создание которого ознаменовало рождение конституционной
монархии в России.
Любимая тема Вернадского — радиоактивность. В 1908 году
на конференции Британской ассоциации наук Вернадский
слушал доклад Дьюара о радии; в прениях принимали участие
Резерфорд, Томпсон, Рэлей. Вернадский, один из немногих
участников конференции, оценил перспективы явлений радиоактивности. Он выступает на годичном заседании Академии
наук с докладом «Задачи дня в области радия», на котором
пророчески говорит, что «человечество вступает в новый век
лучистой-атомной энергии». Вернадский сумел выбить деньги и организовал широкую разведку для выявления запасов
радиоактивных минералов и изучения их свойств. В 1911 году
была создана Радиологическая лаборатория, в 1922-м преобразованная в Государственный радиевый институт. Когда в
конце тридцатых годов выяснилось значение урана, именно
эти наработки позволили организовать добычу, извлечение и
разделение изотопов урана для атомной бомбы.
Когда началась Первая мировая война, Вернадский в 1914
году организовал Постоянную комиссию по изучению естественных производительных сил России (КЕПС). А.Е.Ферсман
писал: «Мы не знали ни собственной страны, ни ее недр. И
блестящая идея академика В.И.Вернадского срочно подытожить наши знания и в ряде брошюр осветить запасы и месторождения отдельных видов сырья была встречена военным
ведомством и всей страной как откровение, как идея, которая
должна быть немедленно осуществлена».
В 1917 году Вернадский — товарищ министра Временного
правительства. Он успел основать Пермский университет. В
1918 году он при гетмане Скоропадском организовал Академию
наук Украины и стал ее первым президентом. В советское время
Вернадский основал Комиссию по истории знаний, превратившуюся в институт, Биогеохимическую лабораторию (ныне ГЕОХИ
им. В.И.Вернадского РАН), а также комиссии АН по метеоритам,
мерзлотоведению, космической пыли, геотермике, гелию.
Хотя общественная деятельность Вульфа не идет ни в какое
сравнение с активностью Вернадского, он тоже не прошел
мимо основных устремлений эпохи. Боролся против русификации Варшавского университета, за автономию высшего
образования, за демократические свободы, участвовал в работе Московского физического общества им. П.Н.Лебедева,
Общества пропаганды физических знаний им. Н.А.Умова. В
1915 году по инициативе Вульфа в Тарусе с целью борьбы с
пьянством, просвещения народа и организации досуга рабочего люда создается Народный дом, включающий театр,
библиотеку-читальню, музей, воскресную школу и чайную.
Особенности научного мышления
Если Вульф — образец ученого, причем ученого-физика, то с
Вернадским все сложнее. Конкретный вклад Вернадского в
науку очень велик. В целом он подходил к кристаллографии
как химик. Он создал такие науки, как геохимия и радиогеология, раскрыл содержание понятий «рассеянные элементы»,
«биосфера», «ноосфера» — некоторые из них он и ввел в научный оборот. Его заслуга — открытие роли живых организмов
в образовании минералов и их месторождений, в том числе
редких и рассеянных элементов (Ba, Sr, V, Cu, Fe, Mn, Ge и
других). Ему принадлежит идея о разделении изотопов в биогеохимических процессах.
Между тем образ мышления Вернадского не соответствовал
традиционному. Вот его основные черты:
— неспособность и нежелание давать определения в сочетании со способностью придумывать новые броские термины;
— примат эмпирических обобщений и классификаций над
научными теориями; первичную работу натуралиста по сбору
и классификации фактов считал основной;
54
— положения не выводятся, нет доказательств, есть «прямое
усмотрение» и провозглашение истин;
— тяготение к качественным рассуждениям, математика
применяется мало и неловко;
— утверждение о единстве мира, вечности и всеобщности
(«космичности») жизни.
Вернадский (в отличие от Вульфа) просто брался за темы,
о которых наука ничего толком сказать не могла, и излагал то,
что ему привиделось. Тексты Вернадского иногда противоречивы, одни параграфы отрицают то, что говорится в других;
у него можно найти прямо противоположные утверждения.
Эти особенности в значительной степени характерны для так
называемого архаического мышления, которое, в отличие от
современного научного, не занимается сведением сложного
к простому, не строит моделей, ищет организмы вместо механизмов и игнорирует противоречия.
Ошибки Вернадского
Вульф не совершал ошибок, напротив — исправлял чужие. У
Вернадского ситуация была иной. Слушатели первой лекции
Вернадского в Московском университете рукоплескали после
изложения им представлений о полиморфизме. Сущность
этих представлений выражается двумя тезисами. Первый:
полиморфизм — это общее свойство материи, то есть при
известных условиях всякое химическое тело может быть получено в нескольких полиморфных разностях. Второй: одно
и то же соединение никогда не может быть получено в двух
полиморфных разностях, принадлежащих к одному и тому же
кристаллическому классу.
Первое положение подтверждено при систематическом
изучении Р-Т-фазовых диаграмм — зависимостей фазового состояния вещества от давления (P) и температуры (T).
Однако Вернадский без всякого на то основания утверждал,
что полиморфных модификаций должно быть 32 — по числу
точечных групп симметрии. Такого разнообразия полиморфных модификаций никто до сих пор не наблюдал. Что касается
второго утверждения, то оно неверно.
Одной из любимых идей Вернадского была полученная
методом «прямого усмотрения» еще в дорентгеновский период идея так называемого каолинового ядра, то есть группы
Al2Si2O7, характерной для алюмосиликатов и сохраняющей
свою индивидуальность и устойчивость при геохимических
изменениях. Развитие рентгеноструктурных исследований
показало, что эта идея в общем неверна. Список можно
продолжить. Подходить к оценке глобальных эмпирических
обобщений Вернадского — пространство, время, симметрия,
жизнь, разум — стоит, слова Ломоносова: там есть «основательные учения», но не исключены «мечтательные догадки,
происходящие от пустых забабон и предуверений».
Идея Вернадского, осенившая его 19 февраля 1942 года,
заключается в том, что «симметрия — это геометрическое
свойство состояния пространств природных тел. Симметрия и ее законы — это в основе эмпирическое охватывание
геометрического субстрата физико-химических природных
процессов — реального геометрического многообразия окружающей нас природы. Резкое различие реальности с точки
зрения симметрии неизбежно приводит к представлению о
геометрической неоднородности окружающей нас природы,
к множественности и обособленности на нашей планете и в
космосе геометрических пространств». Идея достаточно безумная — но что можно сказать об ее истинности?
Вернадский — химику-технологу
С другой стороны, надо иметь в виду, что к Вернадскому
вполне применимы слова, сказанные им о Ломоносове: он
«все время стоял за приложение науки к жизни, он искал в
науке сил для улучшения положения человечества. Наряду с
Страницы истории
философскими обобщениями, его все время привлекало прикладное естествознание». Так какие идеи может почерпнуть
химик из наследия Вернадского?
Различное действие оптических изомеров биологически
активных веществ — идея, которая чрезвычайно волновала
Вернадского в последние годы жизни как следствие его внимания к проблемам симметрии. В частности, он внимательно
следил за работами Г.Ф.Гаузе, примерявшего ее к диагностике рака и лечению малярии. Эта идея не потеряла своего
значения. Разделение оптических изомеров — важнейшая
задача современной технологии витаминов и лекарственных
препаратов.
В 1909 году в докладе «Парагенезис химических элементов
в земной коре» Вернадский, помимо идеи рассеяния элементов в земной коре, предложил теорию изоморфных рядов
элементов. По нахождению одного элемента можно предполагать наличие поблизости и другого. Этот качественный
подход оказался плодотворным при анализе образования
и принципов организации очень сложных систем — стекол.
Дальнейшее развитие этой идеи — так называемые геохимические звезды, предложенные учеником Вернадского
Ферсманом (рис. 3). Это качественный наглядный образ,
привязанный к короткой форме Периодической системы, он
отражает разнообразные связи элементов с их соседями.
Концепция красива, плодотворна и эффективна при описании геохимии редких и рассеянных элементов, процессов их
переработки, при разработке новых материалов, а также в
педагогических целях. Предсказания, сделанные на основе
этой концепции относительно типов концентрации трансурановых элементов, открыты для проверки.
Третий пример. Из письма Вернадского Ферсману, 1944
год: «Я начал перечитывать мою кристаллографию и материал, приготовленный для ее продолжения. И мне страшно
захотелось проделать один опыт, который я приготовил и не
помню, отчего я его тогда не выполнил. Это — кристаллизация
на камертонах. Я нашел свои записи 1898 года. Это — гармония Виктора Гольдшмидта. А в моей кристаллографии я
кладу в основу динамические векторы, а не только простые
геометрические линии. Это течение мысли, мне кажется,
имеет будущее. Даже дикая мысль иногда мелькает у меня:
поставить эти опыты сейчас, в моем возрасте!» Колебательные
воздействия на рост и образование кристаллов — область, уже
богатая результатами и обещающая великолепные открытия.
Наконец, то, что касается всех людей без исключения,
— экология. Учение о био- и ноосфере как о связанных
самоорганизующихся системах требует остановить хищническое разграбление богатств Земли, безудержное развитие техносферы, поставить преграды эгоизму, алчности и
философии потребления на фоне истощения ресурсов, в том
числе запасов пресной воды, которые ведут человечество к
Наука и лженаука
В последнее время набрала силу кампания «борьбы с лженаукой». Из вышесказанного очевидно: особенности научного мышления Вернадского позволяют по некоторым из
предлагавшихся критериев отнести часть его деятельности
именно к этой категории. (Или к области так называемого
архаичного мышления.) Тогда почему же по вкладу в знание,
в создание адекватной картины мира, в умение ориентироваться и действовать в нем, в технологию, в выживание человечества работы Вернадского дали более весомые плоды,
чем блестящие аккуратные работы академического плана,
выполненные Вульфом, в том числе на уровне нобелевских
стандартов? Видимо дело в том, что архаическое мышление
плодотворно на начальных стадиях исследования, в процессе
выдвижения гипотез. А выдвинутые предположения следует
проверять всеми возможными методами настоящей науки.
Часто Вернадский так и делал, это его особенность, сила и
огромный плюс. Все предположения он начинал проверять
экспериментально, в том числе самые бредовые. В частности, во время войны он инициировал проверку на оптическую
изомерию белков, выделяемых из право- и левозакрученных
моллюсков, исходя из предположения, что это ползают по
Земле куски пространства различных геометрий. Результат
был отрицательным, но в качестве побочного было открыто
различное медицинское действие оптических изомеров биологически активных веществ — важнейший факт, имеющий
огромное практическое значение. Что касается его любимого
увлечения — каолинового ядра, то Вернадский специально
устроил в своем институте лабораторию рентгеноструктурного анализа и буквально требовал, чтобы открыли то самое
каолиновое ядро, которое ему привиделось в молодости и
которое он считал одним из своих важнейших достижений. Но
в природе его нет, чего Вернадский никак не хотел признавать
и о чем до сих пор стыдливо умалчивают.
Что же касается того, с чего мы начали, в частности с оценки
их деятельности последующими исследователями и особенно
— эмоционального восприятия их значимости, то понятно, что
смелые и красивые гипотезы и идеи продолжают восхищать и
будоражить сознание. А скрупулезно выполненные уточнения и
исправления ошибок, которые, возможно, сэкономили массу сил
исследователям, — забываются. Да и вклад в педагогику трудно
переоценить, но очень легко недооценить.
Что еще можно прочитать о Вернадском и Вульфе
Владимир Вернадский. Жизнеописание. Избранные труды.
Воспоминания современников. Суждения потомков. Москва:
Современник. 1993. Серия «Открытия и судьбы».
Г.П.Аксенов. Вернадский. Москва: Молодая гвардия. 2001.
А.С.Сонин. Георгий Викторович Вульф. Москва: Наука. 2001.
А.В.Шубников. Юрий Викторович Вульф. «Природа». 1926.
№ 1–2. С. 5.
55
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
3
Геохимические звезды Ga, In, Ge, Hg
гибели через череду разрушительных конфликтов и войн. Или
человечество включит коллективный разум, или погибнет.
Царство разума — ноосфера — не придет само по себе.
Лисички
Что за гриб лисичка. С июля по октябрь наши леса пламенеют лисичками. Лисичка
настоящая, она же желтая, она же обыкновенная Cantharellus cibarius принадлежит
к порядку афиллофоровых грибов, к семейству лисичковые, Cantharellaceae. В этом
семействе 4 рода и 100 видов, самый многочисленный род — лисичка (кантареллус),
включает 70 видов, лисичка обыкновенная — один из самых распространенных.
Лисички предпочитают хвойные и хвойно-смешанные леса (с березой или дубом).
Они образуют микоризу с деревьями, разводить эти грибы в искусственных лесных
посадках не удается. Лисички любят сырость, они часто растут во влажном мху. Растут
медленно, от 2 до 5 см в месяц, но плодовые тела сохраняются долго — в среднем
44 дня, а иногда и более 90.
И шляпка, и ножка у лисички плотные и мясистые. Ножка сужается книзу, а наверху
плавно переходит в расширяющуюся вогнутую шляпку. Латинское слово Cantharellus
означает «небольшой кубок». При взгляде сбоку гриб действительно напоминает кубок
или крошечный желтый смерч, и по этому признаку его безошибочно можно отличить
от ложной лисички, тоже желтой, но с плоской или выпуклой шляпкой, насаженной
на тонкую хлипкую ножку. Растет ложная лисичка на лесном опаде и гниющей древесине. Некоторые специалисты считают ее ядовитой, другие же просто несъедобной.
Отчего она желтая. Лисичку окрашивает пигмент кантаксантин из группы каротиноидов. Кантаксантин используют в пищевой промышленности для подкрашивания
маргарина и масла, а также консервированных фруктов, желе и джемов, чтобы они
выглядели аппетитнее. На этикетках он значится под шифром E161g.
Почему лисичка не червивеет. Существует 120 видов насекомых, личинки которых
питаются грибами, ими заражено от 40 до 80% высших грибов. Но лисички устойчивы
к поеданию вредителями: червивыми бывает не более 1% их плодовых тел. Насекомые
приспособились к питанию токсичными растениями, приспосабливаются к инсектицидам, а лисичек одолеть не могут. Даже улитки и слизни предпочитают другие грибы.
Однако лисичками охотно лакомятся млекопитающие: белки, овцы, кабаны и лоси.
На лисичках растут паразитические грибки, их поражают вирусы.
Лисички охраняет от насекомых полисахарид хиноманноза, который проникает
через покровы беспозвоночных, парализует их нервные центры и проделывает отверстия в их яйцах: в плодовых телах гриба они просто не выживают, оттого и червей там
практически нет. Люди давно заметили эту особенность лисичек и стали использовать
хиноманнозу как антигельминтный препарат: она уничтожает взрослых червей и их
яйца, не оказывая на человека никакого вредного действия. Проблема в том, что это
вещество разрушается уже при 60°С, а также под действием поваренной соли, поэтому от вареных, жареных или засоленных лисичек толку мало. Некоторые целители
советуют есть их сырыми. Фармацевтические компании в Японии и Китае выпускают
экстракты лисички обыкновенной, в России готовят настойку. Чтобы избавиться от
паразитов, 250 г мелко порезанных свежих грибов или 50 г сушеных заливают полулитром водки, спустя неделю настой процеживают и принимают по чайной ложке три
раза в день до еды. Гельминты должны исчезнуть через месяц.
Лисичка располагает и другими полисахаридами с противопаразитарным действием. Это бета-глюканы. Попадая в организм, они активируют иммунные клетки
эозинофилы, которые выделяют вещества, поражающие паразитов слишком больших,
чтобы их могли съесть макрофаги.
Чем еще полезна лисичка. Еще один ценный компонент лисички — эргостерол.
Он назван в честь спорыньи, по-английски ergot, откуда его впервые выделили. Это
специфический компонент клеточных мембран грибов, в растительных или животных
клетках он не встречается. Многие противогрибковые препараты нацелены именно
на эргостерол: связываются с ним, нарушая структуру мембраны, или подавляют
его синтез. Эргостерол не только мишень для лекарств, но и сам лекарство. Он воздействует на ферменты печени, способствует ее очищению и нормализует работу.
Целительны для печени и другие вещества лисички, траметонолиновая кислота и
Как хранить. Хотя лисичка не червивеет, она, как и другие грибы, портится при хранении.
Грибы содержат много белка, который со временем разлагается, образуя дурно пахнущие и токсичные продукты, поэтому лисички стараются переработать в день сбора. Но
если по каким-то причинам этого сделать нельзя, лучше хранить их в холодильнике в
максимально целом виде: неочищенными и неразрезанными. Впрочем, иные кулинары
уверяют, что лисички можно хранить и мытыми, сложив их в миску на бумажные полотенца
и убрав в холодильник.
Лисички можно сушить — температура при этом не должна превышать 50°С, тогда гриб
сохранит полезные вещества и ароматы. По мнению некоторых ценителей, сушка даже
усиливает аромат лисичек, хотя восстановленные после высушивания грибы и становятся
«резиновыми». Впрочем, можно отрезать более жесткую ножку и готовить только шляпки.
Лисички также замораживают, однако старые грибы после оттаивания иногда горчат.
С чем приготовить. Лисичка — ароматный гриб, ее запахи определяют терпеноиды и
альдегиды (см. «Химию и жизнь» 2014, № 8). Эти вещества хорошо растворяются в масле,
поэтому лисички особенно вкусны жареными. Их также часто добавляют в суфле, сливочные соусы и супы, запекают с мягким сыром вроде брынзы. Пахучих веществ, которые
растворялись бы в воде или спирте, в лисичке обыкновенной мало.
Иногда сушеные лисички размалывают в порошок и используют как приправу для супов и соусов к рыбе, птице и свинине. С этими же продуктами готовят и свежие грибы.
Темно-красное мясо забивает вкус лисичек.
Из-за сильного аромата их не рекомендуют смешивать с другими пахучими компонентами, но встречаются рецепты лисичек с перцем и другими специями, а также ароматическими травами: тимьяном, эстрагоном, сладким луком или луком шалот. Вино к
лисичкам выбирают белое.
Другие лисички. Род Cantharellus содержит 70 видов, и многие из них съедобны. Лисичка
бархатистая C. friesii, более яркого оранжевого цвета, чем настоящая, растет в лиственных
лесах Юго-Восточной Европы. Это довольно редкий гриб, поэтому защитники природы
просят его не собирать. В дубовых лесах Северной Америки часто встречается более
ломкая лисичка граненая C. lateritius и несколько других видов.
Не все лисички желтые. Лисичка желтеющая C. lutescens с маленькой шляпкой и длинной ножкой скорее коричневая, лисичка трубковидная C.tubaeformis — желтовато-бурая.
Лисичка горбатая C. umbonata — серовато-сизая с синевой, только мякоть на изломе
слегка краснеет. Но это все съедобные грибы.
Бисквиты с лисичками. Для двенадцати бисквитов понадобится небольшая луковица,
четыре столовые ложки масла, 250 г мелко порезанных свежих лисичек, две чайные ложки пекарского порошка (разрыхлителя), две чашки муки и чашка молока, соль по вкусу.
Лук режут и две минуты обжаривают в масле, затем добавляют лисички и жарят еще минут пять-семь. Жидкость должна испариться. Пока грибы остывают, делают липкое тесто
из муки, молока, соли, соды и пекарского порошка и добавляют в него грибную смесь.
Тесто с грибами выкладывают столовой ложкой на смазанный маслом противень и
выпекают 15— 20 минут в духовке, разогретой до 200°С. Бисквиты должны стать золотисто-коричневыми.
Лисички в сахаре. Лисичка обыкновенная встречается и в Америке, и оттуда доходят
до нас странные рецепты. Но поскольку они легки в исполнении, почему
не попробовать?
Итак, надо смешать равные части воды и сахара в таком количестве,
чтобы смесь закрыла лисички (молодые и свежие), и на среднем огне приготовить сироп. Когда он закипит, в него высыпают грибы и варят, пока они
не станут мягкими. Тогда их вынимают из сиропа, аккуратно выкладывают
в холодную сметану, где они красуются, подобно клубнике в сливках, и
немедленно подают на стол
Н.Ручкина
Художник Н.Колпакова
полисахарид К-10, которые успешно борются с вирусом гепатита С. Многие тяжелые
заболевания печени излечивают экстрактом лисички.
Было бы неправильно подходить к каждому продукту исключительно с медицинской
точки зрения. Лисичка богата витаминами А, В1, РР и D2 (эргокальциферол), которые
хорошо переносят сушку, цинком, кальцием и магнием; в составе белков лисички восемь
незаменимых аминокислот.
что мы едим
Художник А.Ларкина
Строгий костюм
И для хорошего специалиста попасть в «АльфА» — это как
взять джекпот солидного казино. Впечатляющий заработок, карьерный рост, непыльная работа. Сергей и сам не
понимал, что побудило высокое начальство зачислить его,
младшего обработчика статистических данных, в элитное
подразделение корпорации.
Перевод был проведен стремительно и мощно, как хорошо поставленный удар боксера-тяжеловеса.
— Э... Фролов! — Начальник никогда не называл его по
имени. — Фролов, ко мне зайди.
Сергей вышел из чатов, развернул экселевскую таблицу
во весь экран, типа весь в работе, и выбрался из-за пыльного шкафа — облупившегося и бесперспективного.
— Значит, Фролов, — приступил шеф, роясь в недрах своего портфеля, — сдавай дела Козочкину, собирай манатки
и дуй на шестнадцатый.
Начальник протянул Сергею синий талончик пропуска и,
криво улыбнувшись, добавил:
— Артамонов тебя вызывает. Не знаю, как он про тебя,
балбеса, узнал и чем ты ему показался. Но чтоб через пять
минут ноги твоей здесь больше не было.
Александр Алексеевич Артамонов, или ААА, как за глаза
называли его все, включая директорат, любил ставить точки
над «i» оптом.
— Сергей Владимирович, — обратился он к Фролову,
едва тот появился в дверном проеме апартаментов на
шестнадцатом, — мы предлагаем вам должность старшего
обработчика в передовом отделе компании, с полным комплектом регалий, персональным кабинетом, возможностью
карьерного роста и десятикратным заработком. В случае
согласия пройдите на тринадцатый для урегулирования...
Каждый в компании знал, что всемогущий ААА не был расположен терять время попусту, поэтому Сергей изобразил
и согласие, и глубокую благодарность, а затем устремился
к лифту: дескать, понял, понял, иду выполнять!..
Формальности были улажены минут за десять. Фролова
заставили подписать пару документов: утверждение на
должность старшего обработчика в «АльфА» и дополнительное условие контракта, предписывающее носить деловой
костюм подразделения. В считанные мгновения с Фролова
сняли мерку и через семь минут вручили сверток, перевязанный оранжевой лентой.
Всю дорогу домой Фролов прикасался к лежащему на коленях свертку, пытаясь убедиться в реальности происшедшего. Приятно хрустя серой бумагой, тот мягко пружинил,
наполняя сознание радостной истомой.
Согласно самым достоверным слухам, элитное подразделение «АльфА» возглавляли инопланетяне, а весь штат
до последнего сотрудника был полностью зомбирован.
Эта версия имела как сторонников, так и противников, но
обе партии сходились в том, что запредельные показатели
фантастика
«АльфА» трудно объяснить чем-то другим.
Сам же Фролов считал, что все это враки. Никакие не
пришельцы и не зомби, просто ребята активно используют
последние технологические разработки в области делопроизводства.
Обычно шеф брал Фролова с собой на шестнадцатый в
качестве раба-носильщика статистических отчетов. А уже
там техническая сторона «АльфА» производила неизгладимое впечатление. Достаточно сказать, что поверхности стен,
столов и даже кофейных автоматов представляли собой
интерактивные дисплеи. Жестовые и голосовые команды
в мгновение ока выводили необходимую информацию на
любую плоскость в пределах шестнадцатого. Ноутбукам и
смартфонам не было места в сфере продвинутого бизнеспроизводства.
Чистая деловая энергия пронизывала территорию «АльфА». Здесь экономили каждую секунду рабочего времени.
Симпозиумы, совещания, заседания проводились без учета
местонахождения участников. Переговоры велись даже во
время хождений по кабинетам. Серые костюмы бодро маршировали по выделенным полосам коридоров синхронно
с видеоизображением оппонентов, скользящих по стенам.
Человеческие голоса сливались в монотонное жужжание
образцовой пчелиной семьи.
Удерживая в зубах гостевой пропуск, поскольку вся передняя часть тела от живота до подбородка была занята томами
статистических данных, Фролов старался не сбиваться с
курса и поддерживать темп. Стоило хотя бы на полшага
промахнуться мимо выделенной полосы или отстать от
начальника, как бейдж начинал вибрировать, расшатывая
зубные пломбы.
В кабинете за номером 16211 у него принимали груз и,
прежде чем навьючить стопкой обработанных отчетов и
отправить назад, предоставляли пятисекундный отдых.
Экскурсии в «АльфА» были связаны с тем, что тамошние
компьютеры, принимая документы нелицензированного
MS-Office за вирусы, уничтожали их вместе с носителем.
Начальнику хватило одного персонального «макинтоша»,
на который девять месяцев выклянчивали деньги и который
взорвался, отправляя почту на шестнадцатый, чтобы начать
клянчить деньги на высокопроизводительный принтер.
«Работы не надо? — возмущался шеф. — Хотите, чтобы
слоники бегали? Будут вам слоники».
И слоники бегали. В лице Фролова.
«Теперь все будет по-другому, — говорил Фролов, аккуратно застегивая пуговицы неожиданного счастья и рассматривая себя в зеркало. — Элитарное Подразделение
Корпорации», — медленно, пробуя буквы на вкус, произнес
он, млея от нового «я».
Это был прекрасный костюм. Идеально сшитый по мерке,
он до неузнаваемости преображал сутулую фигуру Фролова. Строгий покрой наделял неизвестно откуда взявшейся
59
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
Александр Сержан
статью, благородный оттенок серого шелка подчеркивал
деловой стиль. Cознание того, что на твоих плечах теперь
категория VIP, гордо приподнимало подбородок и втягивало
живот.
Утром следующего дня обновленный Фролов появился на
шестнадцатом.
— Одну минутку, Сергей Владимирович, — вежливо
остановила его администратор. — Вам надлежит пройти
инициализацию.
— Какую еще инициализацию? — растерялся Фролов, стараясь припомнить, что он так радостно подписывал вчера.
— Вернее, вашему костюму, — поправилась девушка. —
Как вам должно быть известно, инициализация необходима
для включения механизмов самоконтроля. Без инициализации вы не можете активировать терминалы подразделения.
Ласково улыбаясь оторопевшему Фролову, она вышла
из-за массивной стойки и опустилась перед ним на колени.
Уверенной рукой девушка заправила брючную стрелку в
слот ручного сканера.
— Пожалуйста, не шевелитесь, — предупредила она
Сергея, который слегка покачнулся от открывшегося ему
зрелища, и ловко провела сканером по линии, отутюженной
до состояния бритвы.
В то же мгновение галстук резко сдавил горло Фролова,
щелчком поставив отвисшую челюсть на место. Чудесные
розовые коленки и высокая, скрытая блузкой грудь выпали
из борющегося за кислород сознания.
— Добро пожаловать в команду, Сергей Владимирович! —
Поднявшись с колен, девушка-администратор понимающе
кивнула Фролову, когда тот перестал хрипеть. — У нас очень
высокие требования к персоналу. Рекомендую прочитать
инструкцию по эксплуатации вашего костюма. Напоминаю
о полной материальной ответственности за вверенное вам
имущество компании. Желаю приятной работы в подразделении «АльфА».
Потирая сдавленную шею, Фролов страдальчески согнулся, но тут же едва не подпрыгнул от сильного тычка в поясницу. Он мгновенно выпрямил спину и расправил плечи.
Добрался до своего кабинета Фролов относительно безболезненно, потому что перед тем, как долбануть хозяина
за попытку сбавить скорость или нарушить другие стандарты перемещения по коридорам «АльфА», костюм всегда
упреждающе рычал. Возле кабинета Фролов попытался
облегченно выдохнуть, но ощутимый электрический разряд сейчас же напряг брюшные мышцы, сохраняя общую
подтянутость организма.
Первое, что Сергей сделал, закрыв за собой дверь, это
попробовал избавиться от VIP-амуниции. Увы, пуговицы
пиджака категорически отказывались расстегиваться, а
брюки — спускаться ниже колен.
Из инструкции, найденной во внутреннем кармане, выяснилось, что костюм на Сергее — класса «Абсолют-С» и что
избавиться от него можно не ранее, чем по приходе домой.
Помимо обязательных для изучения тактико-технических
характеристик кибернетического цензора, инструкция
предписывала два раза в неделю отпаривать костюм для
придания эластичности нанорецепторам. А также три раза в
день перемещаться по коридорам с увеличенной скоростью
для подзарядки нанопаршивца, ставящего вам синяки за
нарушение правил парковки возле туалетных комнат.
Рядовой сотрудник корпорации, попадись ему такой
костюм, или вычеркнул бы спиртное из своей жизни, или
сходил в церковь поставить свечку. Фролов, учитывая про-
60
светительско-макулатурные рейды на шестнадцатый, не
был полным профаном, верящим в зомбирующих инопланетян. Но даже он не мог принять нечеловеческий уровень
новейших технологий.
Нужно ли говорить, что костюм строго пресекал любую
деятельность, не связанную с обязанностями старшего
обработчика?
Борьба с чудовищным порождением подразделения «АльфА» отнимала все силы. И душевные, и физические. Пиджак
выкручивал руки, удерживая их на почтительном расстоянии
от иконок «Скайпа и Аськи». Галстук мертвой хваткой сжимал
горло, перехватывая команды вызова любых сайтов, кроме
корпоративного, а брюки запрещали закидывать ногу на
ногу. Отсутствие жизненно необходимых в работе вещей
приводило к чудовищной ломке. Заключенный в тюрьму
организм орал младенцем, у которого забрали пустышку.
Это было мучительно трудно — работать, не делая ничего,
кроме работы. Так же трудно, как говорить без связующих
слов-паразитов, за время произнесения которых разум
успевает осмыслить сказанное и сочинить продолжение
немудреной фразы.
Когда покрасневший от титанических усилий Фролов доделал первый отчет, ему показалось, что прошла целая
вечность. Взмокший, с дрожащими пальцами и одеревеневшими коленями, он посмотрел на часы и похолодел,
увидев, что отчет, требующий минимум дня полтора,
занял всего двадцать пять минут. Заикаясь от ужаса,
беззвучно шевеля губами, Фролов попытался сосчитать,
сколько еще отчетов придется сегодня пережить до конца
рабочего дня, но тут его подняли на ноги и отправили на
пятиминутную подзарядку.
Пробежка трусцой в костюме, включенном в режиме генератора, напоминала забег в свинцовом скафандре по дну
Мертвого моря. Жадная наноткань высасывала последние
силы измученного тела, трансформируя энергию движения
в электричество для будущих издевательств.
В полуобморочном состоянии, едва переставляя ноги,
Фролов ввалился в администраторскую.
— Снимайте, — задыхаясь, выпалил он поднявшейся навстречу девушке. — Ничего не хочу! Ни привилегий, ни зарплаты, ни карьеры. Подпишу что угодно, только выпустите!
— Сергей Владимирович, — чуть ли не торжественно произнесла администратор, — это совершенно невозможно.
— Что невозможно? — взорвался было Фролов, но едва
не прикусил язык: бдительный галстук пребольно дернул
голову вниз.
— Что невозможно? — осторожно повторил Фролов
шепотом.
— Невозможно разорвать годовой контракт с «АльфА». —
На лице девушки сияла улыбка. — Неужели вы совсем не
помните его условия?
Конечно, в радостном возбуждении, охватившем Фролова при подписании официальных бумаг перевода, его
не могла насторожить такая нелепая фраза, как «контракт
не может быть расторгнут ранее оговоренного срока при
любых обстоятельствах» — ведь там ничего не говорилось
о заключении в индивидуальный концлагерь...
— Сергей Владимирович, — доверительно прошептала
девушка, — я хочу дать вам маленький совет. В плане потребления энергии костюм похож на мобильник. Чем чаще
звоните, тем чаще требуется зарядка — чем больше энергии
затрачивается на контроль ваших действий, тем чаще и
Связь с реальностью оборвалась тремя отчетами позже.
Перед Фроловым во всю ширину стен опускался зеленоватый буквенно-цифровой поток, в котором он не понимал
ни единого символа. Правую руку свело судорогой на тугом
узле галстука, и, захрипев, Сергей повалился грудью на
стол. Костюм зарычал, но Фролов только вяло махнул левой:
— Отвали, терминатор!
Порычав для острастки еще пару секунд и поняв, что хозяин находится в полной прострации, костюм провел сеанс
классического шиатцу. На третьей минуте профессионального массажа Фролов пришел в себя настолько, что смог
выговорить что-то вроде:
— Угу... да... левее...
К концу рабочего дня, чуть живой от усталости, он выполнил свою прежнюю полуторамесячную норму.
Вагон метро был переполнен, но ему сразу же уступили
место. Фролов хрипло поблагодарил девушку, испуганно
вспорхнувшую с места для пассажиров с детьми и инвалидов...
Мешком ввалившись в свою холостяцкую квартиру, Сергей едва нашел силы аккуратно повесить костюм на спинку
стула, прежде чем замертво рухнул поперек кровати.
Ему снились красочные, но очень нехорошие сны. Представлялось, что его, закованного в цепи, как преступника,
ведут по главному коридору шестнадцатого. На стены проецируются изображения многочисленных кабинетов, где
сотни пустых костюмов, азартно гремя тугими манжетами
по виртуальным клавиатурам, барахтаются на просторах
Интернета. Десятки, сотни тысяч пустопорожних кликов
суммируются вместе на огромном табло. А рядом с ним,
дублируя вычисление на допотопных деревянных счетах и
мерзко хихикая, подпрыгивают злодеи из фильма «Сказка
о потерянном времени».
Спустя год в дверях кабинета ААА появился подтянутый
молодой человек в безупречно сидевшем сером костюме.
— А, Сережа, заходи, — по-отечески обратился к посетителю Александр Алексеевич Артамонов, — располагайся.
— Здравствуйте, Александр Алексеевич, — вежливо
поздоровался Фролов, присаживаясь у стола напротив
директора «АльфА». — Вот, проститься зашел.
— Знаю, знаю, Сережа, — погрустнел Артамонов, вытаскивая контракт из ящика. — Жаль. Хорошие кадры
теряем. Сначала Завьялов, следом Петренко, а теперь и
ты... Может, передумаешь, а? — Он внимательно посмотрел
на Фролова. — Нет. По глазам вижу, что не передумаешь.
Созрел. Куда уходишь-то?
— Студию открываю, Александр Алексеевич. Художественной резьбы по дереву.
При этих словах брови директора удивленно поползли
вверх, и Фролов поспешил добавить:
— Это у меня наследственное. Еще прадед мой, Валентин
Павлович, резчиком был. Знаменитым. Своей мастерской в
Карелии владел. Вся родня с деревом дело имела.
Сергей с минуту помолчал и продолжил:
— Если бы не программа «Абсолют–С», до пенсии обработчиком сидел бы. Верите — ни на что времени не хватало.
Ни на чем сосредоточиться подолгу не мог. Придешь домой
с работы, хватишь пивка и виснешь в чатах до ночи. О чем тут
думать? В себе копаться? На жизнь смотреть? А вот поносил
костюм с полгодика, заставил он меня на делах внимание
концентрировать, и стал я ощущать, как пусто в жизни-то
моей. Чем занимаюсь? Отчетами? Где время провожу?
В Инете? Вспомнил, что дядька мой, покойный Григорий
Андреевич, инструмент мне свой оставил. Покопался в
кладовке — нашел. И инструмент, и доски липовые, вываренные... Знаете, Александр Алексеевич, в работе резчика
сосредоточение — главное. В крови призвание к ремеслу,
видно. Через три месяца уже призы на выставках брал.
— И куда вас, молодых да перспективных тянет, — покачал головой Артамонов. — Завьялов в художники подался,
Петренко совсем с катушек слетел — историческую литературу пишет...
— До свиданья, Александр Алексеевич. Спасибо. За все.
С этими словами Сергей легко поднялся на ноги, вытащил
из кармана небольшую деревянную статуэтку и поставил
ее на край стола.
— Это вам, — улыбнулся Сергей на прощанье и вышел.
— Слушай внимательно, Семенов, слушай внимательно.
Директора и всегда-то слушали на пределе внимания.
— Семенов, ты за каким хреном суешь в костюмы кого
попало? Нам нужен креативный директор! Понимаешь?
А ты что творишь? За последний год нас покинули три
писателя, дипломат, шеф-повар, четыре художника и один
резчик по дереву. Нет, я не против, стране необходимы
люди, нашедшие свое призвание, но нам, Семенов, нужен
креативный директор! Креативный! Без новых идей любые
технологические усовершенствования — пшик. Еще годдругой — и конкуренты с потрохами слопают. Нам нужны
мозги! Мозги, а не плотники!
— Александр Алексеевич, — оправдывался красный как
рак начальник отдела кадров, — найти нужного человека,
да еще в такой области, — задача не из легких. Наши сотрудники всегда очень внимательно проверяют кандидатов.
Прежде чем взять того же Фролова, психологи тщательно
изучали его поведение, исследовали родословную, проанализировали окружение, содержимое чатов, сферу интересов. И после всесторонних исследований он показался
нам подходящей кандидатурой в программу «Абсолют-С».
— Все верно говоришь, Семенов, — вертя в пальцах
деревянную статуэтку, подтвердил ААА. — Но если через
полгода, максимум год, ты не найдешь мне креативного
директора, то я тебя лично посажу в костюм и буду держать
там до пенсии. Понял? — Артамонов в сердцах громыхнул
статуэткой о мраморм столешницы.
Участники совещания вздрогнули.
— Теперь дальше: куда у нас опять подевался начальник
транспортного цеха? Где его носит?
Ответа не последовало. Все, потупившись, смотрели на
деревянную фигурку. Вырезанная из тикового дерева, она
изображала пустой костюм. Костюм играл на скрипке, а рядом лежала нотная тетрадь. Яркие блики света вспыхивали
на полированном дереве крохотного пера, заканчивающего
строку новой симфонии.
61
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
интенсивнее будут такие пробежки. Посмотрите сами: не
прошло и получаса, как вас вытащили на подзарядку. Понимаете, сколько на вас затрачено корректирующей энергии? Старайтесь на работе чаще думать именно о работе,
за которую вам, кстати, назначен солидный гонорар. Пусть
он станет для вас утешительным призом... Идите, у вас сейчас перерыв кончится, — улыбнулась она погрустневшему
Фролову и неожиданно добавила: — Удачи, Сергей!
Художник Генчо Симеонов
Пишут,что...
...в областях околоземного пространства,
которые чаще всего используются для работы
космических аппаратов, плотность пробивающего потока космического мусора выше,
чем у спорадических метеоритов («Космические исследования», 2014, 52, 3, 242—247)...
... орбитальная обсерватория «Интеграл»,
принадлежащая ЕКА и выведенная на орбиту российской ракетой, сделала первое
наблюдение сверхновой типа 1а в гамма-диапазоне («Nature», 2014, 512, 7515, 406—408,
doi:10.1038/nature13672)...
...российские ученые разработали метод, с
помощью которого можно заставить микроили наночастицу самостоятельно «принимать
решения», точнее, выполнять логические
операции («Nature Nanotechnology», 2014,
9, 716—722, doi:10.1038/nnano.2014.156)...
Короткие заметки
Спорт против депрессии
Кто-то заедает депрессию шоколадом и бананами, а кто-то антидепрессантами. Действие обоих схоже: в первом случае увеличивается
выработка гормона удовольствия серотонина, во втором — повышается его абсорбция. Изучение же данных, опубликованных в
научной печати (так называемый метаанализ), позволило Мирко
Вегнеру и его коллегам из Бернского университета подтвердить эффективность еще одного способа борьбы с депрессией — спортивные
упражнения и вообще физическая нагрузка («CNS & Neurological
Disorders — Drug Targets», 2014, 13, 6; doi: 10.2174/18715273136661
40612102841; см. также статью Д.А.Жукова «О пользе депрессии»).
Как оказалось, физические упражнения не только способствуют
росту мышечной массы, но и приводят к серьезным изменениям
в мозгу. Так, подобно антидепрессантам, они влияют на способность мозга усваивать серотонин. Они же усиливают активность
эпинефрина, что вызывает высвобождение факторов роста нервных
клеток, а те, в частности, предотвращают гибель клеток гиппокампа.
Именно в этой области мозга депрессия и губит больше всего нервных клеток, которые раньше считались невосстановимыми. Кроме
того, физическая нагрузка, подобно психотропным препаратам,
снижает активность стрессового гормона кортизола. Видимо, не
случайно трудотерапию применяют как легкую форму профилактики наркомании и алкоголизма.
«К сожалению, простой анализ литературных данных не дает возможности оценить, насколько и при какой частоте упражнений наступает эффект от спортивных занятий, — признает Мирко Вегнер.
— Но тот факт, что они снижают остроту депрессии, очевиден. Еще
мы выяснили, что спортивные упражнения сильнее сказываются на
депрессии, чем на тревожных состояниях».
Как бы то ни было, занятия спортом — гораздо менее дорогое
средство, чем таблетки, и к тому же лишенное побочных эффектов,
поэтому отсутствие надежных данных не мешает использовать его
хотя бы для профилактики.
С.Анофелес
62
...Тунгусский феномен предлагается рассматривать как аналог вулканической трубки
взрыва и считать его результатом естественных процессов внутри Земли; размер катастрофы может быть связан с особенностями
рельефа («Ботанический журнал», 2014, 7,
99, 749—755)...
...введение в мышиный белок Foxp2 аминокислотных замен, характерных для этого
же белка у человека, улучшает у мышей
способности к обучению; у людей белок
Foxp2 вовлечен в развитие речи и лингвистических способностей («Proceedings of the
National Academy of Sciences USA», 6 августа
2014, doi: 10.1073/pnas.1414542111)...
...предложен алгоритм, решающий задачу автоматического распознавания пола людей по
изображению лица на видеопоследовательностях в режиме реального времени; можно
достичь 90%-ной точности распознавания
(«Программирование», 2014, 4, 74—82)...
...самая высокая каннабиноидная зависимость на территории России зафиксирована
у жителей Республики Тывы — 261,9 больных
на 100 тысяч человек, следом идет Республика Алтай («Журнал неврологии и психиатрии
имени С.С.Корсакова», 2014, 9, 114, 61—65)...
...масштабное исследование не подтвердило
гипотезу о том, что повышенное потребление
алкоголя коррелирует с лучшими умственными способностями («Addiction», 2014, 109,
1462–1471, doi: 10.1111/add.12568)...
...впервые в мире обнаружена ассоциация березы повислой с микромицетом Quambalaria
cyanescens, широко известным симбионтом
эвкалиптов и близкородственного таксона
коримбия в Австралии; оказалось, что гриб
присутствует почти на трети берез Московского региона («Микробиология», 2014, 83,
5, 605—614)...
...проблему коррозии бетонных канализационных труб, вызванной сульфидом, можно
решить, если удалить из циркулирующей
воды источник сульфида — сульфат-анион
(«Science», 2014, 345, 6198, 812—814)...
...создан флуоресцентный индикатор для
определения жирности молока («Chemical
Communications», 2014, 50 (72), 10398—10401,
doi: 10.1039/c4cc04670f)...
...низкочастотное красное светодиодное или
лазерное излучение в 2—5 раз увеличивают
число подвижных сперматозоидов у морских
ежей; возможно, удастся использовать этот эффект для лечения бесплодия и более успешного
искусственного оплодотворения («Доклады
Академии наук», 2014, 4, 457, 487—490)...
...если в эксперименте предоставить людям
выбор: выполнять ли в течение четверти часа
скучные монотонные задачи или просто сидеть и думать о чем угодно, они предпочитают
первое («Science», 2014, 345, 6192, 75—77)...
...доктор медицины Яков Иванович Говоров
день за днем описывал состояние раненого
князя Багратиона, свои беседы с пациентом и
соображения о течении болезни, позднее вошедшие в книгу «Последние дни жизни князя
Петра Ивановича Багратиона» («Клиническая
медицина», 2014, 8, 92, 77—80)...
...впервые удалось наблюдать, как перемещаются загадочные скользящие камни в Долине
Смерти, и установить, при каких условиях
это происходит (PLoS ONE 9(8): e105948. doi:
10.1371/journal.pone.0105948)...
КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ
Солнечный энтузиазм
Где-нибудь в Греции или Турции солнечные нагреватели воды на
крышах никого не удивляют: там солнце светит круглый год. А вот
идея отапливать дом солнечным теплом в высоких широтах, не
то что в Москве, а даже в северном норвежском Бергене, кажется
несколько сумасбродной. Разобраться в причинах, побуждающих
жителей страны, где зимой солнце стоит над горизонтом от силы
пять часов, оснащать свои дома солнечными электропанелями и
тепловыми коллекторами, решили социологи из центра SINTEF,
отвечающего в Норвегии за пропаганду новых технологий (агентство
«AlphaGalileo», 19 сентября 2014 года). С помощью Норвежской ассоциации солнечного обогрева они подобрали семерых добровольцев,
которые поставили на свои дома солнечные системы, и попросили
их поделиться опытом.
Выяснилось, что это все люди средних лет, работавшие в области
энергетики, имеющие техническое образование, озабоченные охраной
окружающей среды и, конечно, желающие сэкономить и не желающие зависеть от снабжения электроэнергией или топливом. Всем им
пришлось немало поработать, чтобы создать собственные солнечные
системы: уже в процессе работы выяснилось, что получить все оборудование от одного изготовителя невозможно, надо его собирать
самому, из-за этого постоянно возникали нестыковки. Кроме того,
слесари весьма неумело и с опаской обращались с непонятными им
устройствами. К счастью, энтузиасты прекрасно знали, что они хотят
получить, и усилия не пропали даром: все системы получились более
эффективными, чем ожидалось, а некоторые — существенно более
эффективными. Участники исследования отмечали, что уже в самом
начале нужно уделить большое внимание монтажу датчиков, а при
выборе солнечных коллекторов — брать менее эффективные плоские:
у альтернативных трубочных эффективность столь высока, что упавший на них снег не тает и закрывает солнце. Но главная сложность
— отсутствие типовых решений, из-за чего приходится заниматься
народным творчеством, не всегда дающим оптимальные результаты.
В целом норвежцы уверены, что солнечное отопление на севере
при достаточном внимании СМИ, снижении цен и создании консультационных центров для желающих в ближайшем будущем перестанет быть фантастикой и окажется такой же статусной вещью, как
электромобиль.
А.Мотыляев
63
«Химия и жизнь», 2014, № 10, www.hij.ru
...из-за изменений климата клещ Ixodes
persulcatus, переносчик энцефалита и болезни Лайма, покинет страны Балтии, Белоруссию, север Украины и запад России,
заселив практически весь север Европейской
России и большую часть Сибири до 70о с.
ш.; эта тенденция проявит себя уже к 2040
году («Метеорология и гидрология», 2014,
8, 77—84)...
Художник И.Смирнов
Пишут, что...
Открытие
фуллеренов:
Д
А.В.ИЛЬИНСКОМУ, Москва: Оксетан, или триметиленоксид, — это четырехчленный насыщенный
гетероцикл, содержащий один атом кислорода,
С3Н6О; некоторые его производные обладают фармакологической активностью, например анестезирующим, седативным и антиконвульсивным действием.
О.БАКУЛЕВОЙ, электронная почта: Интернетмагазин реактивов, работающий с юридическими
лицами, имеется, например, по адресу www.chemport.
ru/shop/index.php.
Д.Г.КУЛИКОВУ, гор. Пушкин: Аурипигмент —
минерал состава As2S3, в переводе с латыни «золотая
краска» — в Средние века из него делали краску под названием «королевская желтая»; работать с ним следует
осторожно, хотя мнение о его ядовитости сильно преувеличено; почему герои сказки Гофмана называли «аурипигментом» желтую жгучую жидкость — загадка.
М.М.ПЛОТНИКОВОЙ, Санкт-Петербург: Насколько нам удалось понять, конвалюта — это
любая «пластинка» с таблетками, а блистер — ее
разновидность с твердой основой, например из фольги, и пластиковыми ячейками, то есть бумажная
упаковка аспирина — конвалюта, но не блистер;
слово же «конволют» к этой истории вообще не
имеет отношения.
Н.В.ОГОРОДНИКОВОЙ, Новосибирск: Если вы
не хотите чистить серебряные изделия нашатырем, можно погрузить их в обычный 9%-ный уксус,
разогретый до комнатной температуры, на 10—15
минут, и затем тщательно протереть тряпочкой.
Л.С.ПЕТРОВОЙ, Ростов: «Колумбов обмен» (Columbian Exchange) совершался не только Колумбом,
это устоявшееся выражение обозначает обмен
видами животных и растений, инфекционными заболеваниями, особенностями культуры и т. д. между
Старым и Новым Светом.
А.К.КАСИХИНУ, Томск: Колбаса салями вовсе
не обязательно делается из свинины, она бывает и
говяжьей, и оленьей, и даже ослиной.
ВСЕМ ЧИТАТЕЛЯМ: Если вы оплатили подписку
начиная с текущего номера, ссылку на скачивание
электронной версии мы вышлем сразу же, как только получим подтверждение оплаты, но доставить в
ту же секунду бумажный номер не сможем — тут
все зависит от почты.
64
как это видел
Роберт Кёрл
есятилетиями считалось, что углерод имеет две аллотропные
модификации — графит и алмаз. Иногда добавляли — «и аморфный углерод в виде сажи». В середине 1960-х годов присоединился
лонсдейлит, гексагональный алмаз, названный в честь британского
кристаллографа Кэтлин Лонсдейл. Тогда же в ИНЭОСе АН СССР открыли
две формы углерода: полииновую (–С≡С–)n, или α-карбин, и поликумуленовую (=С=С=)n, или β-карбин. Предполагалось, что многообразие форм
углерода этим исчерпывается, поэтому открытие в 1985 году новой его
стабильной формы стало научной сенсацией.
Саму возможность существования соединений углерода с замкнутой
каркасной структурой предвидели и ранее. Первая публикация на эту
тему принадлежит британскому химику Дэвиду Джоунсу. В 1966 году в
своей традиционной «колонке Дедала» в «New Scientist» он предложил
довольно экзотический метод синтеза гигантских шаров-молекул из
углерода. Первым правильно изобразил структуру С60 в виде усеченного
икосаэдра в конце 60-х годов японский химик Эйдзи Осава. Он представил себе эту структуру, когда размышлял о строении кораннулена
С20Н10, в котором пятиугольник из атомов углерода в центре окружен
пятью шестиугольниками. Осава взглянул на футбольный мяч своего
сына и понял, что он имеет такую же форму. Еще раньше в ИНЭОСе
АН СССР Д.А.Бочвар и Е.Г.Гальперн провели расчет методом Хюккеля
этой π-электронной структуры и показали ее стабильность. Однако директор института академик А.Н.Несмеянов не разрешил опубликовать
эти результаты! Запрет был снят только после выхода статьи Осавы, и
тогда Бочвар и Гальперн опубликовали расчеты. В итоге исследователи
пришли к выводу, что молекула со строением усеченного икосаэдра С60
должна быть химически устойчивой и в случае синтеза этого соединения
с ним можно будет работать, как с обычным веществом. Так и случилось
после открытия в 1985 году фуллеренов, за что в 1996 году Роберт Кёрл,
Харольд Крото и Ричард Смоли получили Нобелевскую премию по химии.
Первым из награжденных получил золотую медаль из рук Густава VI
старший по возрасту Роберт Флойд Кёрл-младший. Он родился 23 августа 1933 года в небольшом американском городке Эллисе (штат Техас) с
населением в несколько тысяч человек. Отец Роберта был священником,
мать — домохозяйкой. В те годы священники методистской церкви часто
переезжали с места на место, поэтому Роберту пришлось поочередно жить
в большинстве маленьких городов на юге Техаса, и всюду его дразнили
«сыном проповедника». Отец подарил девятилетнему сыну химический набор, через неделю ребенок решил стать химиком и впоследствии никогда
не колебался в своем выборе. По мнению учителей, особых способностей
у Роберта не было, но он постоянно и упорно трудился, и с каждым годом
учеба давалась ему все легче. Интерес Роберта поощряла школьный
учитель химии Лорена Дэвис, которая давала ему специальные задания
исследовательского характера. Когда Роберт сделал электростатический
пылеуловитель, Дэвис, которая не курила, к большом удивлению учеников
зажгла сигарету и выпустила дым в прибор, чтобы показать всем, как он
работает.
Родители Роберта не могли оплачивать его учебу в университете, поэтому он выбрал бесплатный Институт Райса (позже — университет).
Там был жесткий отсев — студенты должны были доказать, что достойны
учиться бесплатно. Учился Роберт очень хорошо, хотя и питал, как он
говорил, к органической химии почти органическое отвращение, его
больше интересовала физическая химия. В Калифорнийском университете в Беркли, куда Кёрл перешел для продолжения учебы, существовало
неписаное правило, согласно которому аспиранты должны заниматься
и теорией, и экспериментом. Он успешно выполнил сложное задание:
изучить при азотных температурах ИК-спектр матрично изолированного
дисилоксана (SiH3)2O и выяснить, является
ли связь Si–O–Si линейной или изогнутой.
Затем была позиция постдока в Гарварде,
за которой последовало приглашение в родной Университет Райса, где он проработал
50 лет и провел исследования, завершившиеся Нобелевской премией. Эксперименты с углеродными кластерами были начаты
в лаборатории Кёрла в августе 1985 года.
Целью их было получение молекул, содержащих цепочки атомов углерода, например
молекул HC7N, обнаруженных радиоастрономами в межзвездном пространстве. В
результате опытов, проведенных всего за
два месяца, ученые пришли к предположению о том, что при конденсации углеродных
паров образуются молекулы С60 в форме
усеченного икосаэдра. Ключевой в этих
опытах была аппаратура, сконструированная коллегой Кёрла по университету
физиком Ричардом Смоли. Луч лазера
фокусировался на вращающемся графитовом диске, с его поверхности в поток
гелия переходило облачко углеродных
паров, которые конденсировались в кластеры. При сверхзвуковом расширении
потока через сопло в большую вакуумированную камеру температура частиц
падала до нескольких кельвинов, и струю
холодных кластеров исследовали массспектрометрически. Поначалу обнаружили только отдельные атомы или малые
молекулы С2 и С3. Но, варьируя условия
эксперимента, в спектре зафиксирова-
И.А.Леенсон
«Химия и жизнь», 2014, №10, www.hij.ru
Художник Е.Станикова
Прогулки по истории химии
ли ионы с магическими числами: 11, 15,
19, 60. Открытие фуллеренов началось,
когда выяснили, что при определенных
условиях ион С60+ начинает преобладать,
интенсивность его пика становится намного выше, чем у соседних. Был сделан
вывод о том, что пик кластера С60 принадлежит замкнутой высокосимметричной
каркасной структуре, имеющей форму
усеченного икосаэдра и очень устойчивой химически. Поскольку на мысль о
сферической каркасной структуре исследователей вдохновили геодезические купола, сконструированные американским
архитектором Ричардом Бакминстером
Фуллером, они назвали эту молекулу
«бакминстерфуллереном». Здание в
форме такого купола красовалось на
американской выставке в Москве в 1957
году и на Всемирной выставке 1967 года
в Монреале.
Но предположение о структуре молекулы С60 нуждалось в доказательстве.
Последующие несколько лет были посвящены экспериментальной проверке
«фуллереновой гипотезы», которая выдержала все испытания. В частности,
Кёрл с сотрудниками узнали о правиле
Эйлера, согласно которому многогранник с любым четным числом вершин n
(где n ≥ 24) можно построить из 12 пятиугольников и (n – 20)/2 шестиугольников.
Отсюда сразу же следовало объяснение
для преобладания четных кластеров,
проявляющихся в масс-спектрах при
числе атомов углерода в них более 30.
В таких каркасных молекулах нет выступающих связей, и потому они обладают
малой реакционной способностью.
Сфероидальные каркасные молекулы
из атомов углерода, состоящие только
из пяти- и шестиугольников, получили
общее название «фуллерены».
По правилам Нобелевского комитета, лауреаты представляют также
автобиографию. Кёрл закончил свою
сожалением о том, что премия досталась
только трем исследователям. «Я должен
подчеркнуть, — написал он, — что мы
не считаем себя единственными участниками этого открытия. Джеймс Хит и
Шон О’Брайан, которые тогда были аспирантами, имеют на него такие же права.
Они участвовали в научных дискуссиях,
которые определяли продвижение наших
исследований, и фактически проделали
значительную часть экспериментов.
Более ранние опыты провели Юань Лю
и Чжан Цинлин, еще раньше в работе
участвовал Фрэнк Титтел. Наконец,
Ф.Д.Вейсс и Дж.Л.Элкинд на последней
стадии исследований красиво «упаковали» все данные, получив одно из самых
сильных доказательств в пользу фуллереновой гипотезы». Эти слова характеризуют Кёрла и как ученого, и как человека.
конкурс ImScience
Наука и искусство, расставшись
у основания, встретятся на вершине.
Г.Флобер
Что такое ImScience?
ImScience – это «Образ науки» (Image of Science), «Впечатляющая наука» (Impressive Science), наука, которая внутри меня (I’m Science).
Цель ImScience – сделать науку интересной обществу, а значит – сделать ее понятной.
Людям нравится то, что они понимают. Но как быть понятым? Один из лучших инструментов
– образ. Порою удачно придуманный или подобранный образ может рассказать о
результатах научных исследований, фундаментальных научных знаниях, физических и
химических процессах больше, чем текст, дополнить его, сделать запоминающимся.
Конкурс ImScience
Центр популяризации научных знаний «НаукаПресс» и «Мастерские инноваций» РОСНАНО при поддержке Фонда инновационных образовательных программ объявляют конкурс ImScience на создание яркого и запоминающегося образа науки.
Приглашаем вас, дорогие читатели, принять участие в конкурсе. Еще есть время! Работы принимаем до 1 декабря 2014 года.
Спешите узнать подробности на www.hij.ru и www.imscience.ru
[email protected]
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа