Химия и жизнь №11 2016 by batmanzorro2000

Иногда корабль перестает тонуть, как только его покидают крысы.

ÕХимия и жизнь Ежемесячный научно-популярный журнал

Лешек Кумор 2016

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

Содержание Нобелевская премия дефекты плоского мира. С.М.Комаров ............................................................ 2 пути гибели и обновления. Е.Клещенко........................................................... 7 молекулярные машины. А.И.Курамшин............................................................... 10 Радости жизни Белок, который ходит. Е.Котина.........................................................................13

Редакторы и обозреватели Л.А.Ашкинази, В.В.Благутина, Ю.И.Зварич, С.М.Комаров, В.В.Лебедев Н.Л.Резник, О.В.Рындина

Элемент №... ванадий: факты и фактики. А.Мотыляев........................................................... 14 Хемоскоп химики о происхождении луны. клик-реакции становятся обратимыми. монетизация катализа. А.И.Курамшин.................................... 18 Технологии человек и rfid. И.Б.Вендик, И.В.Мунина.............................................................. 20 Проблемы и методы наукпи лазерная терапия: каков механизм? Д.А.Рогаткин......................................... 24

Подписано в печать 1.11.2016

Нанофантастика я — робот? Сергей Берестнев............................................................................... 27 Мысли о будущем альтернативы спутникам. Виктор Вагнер......................................................... 28

Адрес редакции 19991, Москва, Ленинский просп., 29, стр. 8 Телефон для справок:

Мемуары Игнобеля проклятая буква. С.М.Комаров........................................................................... 30

8 (495) 722-09-46 e-mail: redaktor@hij.ru

Проблемы и методы науки Если я заболею: есть или не есть? Н.Л.Резник................................................ 33

http://www.hij.ru При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь — XXI век» обязательна.

Лики Земли Жизнь на суше: расцвет, кризис, возрождение. С.А.Ястребов................... 36 Дневник наблюдений неправильные пчелы. Н.Анина........................................................................... 42 Гипотезы давай мириться. Н.Л.Резник............................................................................... 44 Радости жизни Варежки и перчатки. Святослав Логинов.............................................................47 Страницы истории Капитаны собственной судьбы. В.А.Острогорская......................................... 48 Что мы едим душистый мускатник. Н.Ручкина....................................................................... 54 Фантастика круговорот. Жаклин Де Гё.................................................................................... 56

На обложке — рисунок А.Кукушкина На второй странице обложки —

работа Беаты Чешиньской. Мы научились строить огромные сооружения, следующий шаг — конструирование из молекул и атомов. Читайте об этом в статьях, посвященных Нобелевским премиям.

В погоне за точностью медицина и точность. Л.Намер......................................................................... 64 в зарубежных лабораториях Информация

17 22, 60

короткие заметки

пишут, что...

Художник В.Камаев

Дефекты плоского мира Кандидат физико-математических наук

С.М.Комаров

Если себя назовешь, скажем, Маруки Хераки, К полке с романом твоим люди быстрей побегут. Вадим Степанцов. Авторы культовых книг

Нобелевскую премию по физике в 2016 году присудили трем исследователям из США: одна половина досталась Дэвиду

Таулесу из Вашингтонского университета в Сиэтле и его ученику Майклу Костерлицу из Университета Брауна в Провиденсе, вторая — тому же Таулесу и Дункану Холдейну из Принстонского университета. Поводом стали их теоретические работы, позволившие разобраться в том, что с легкой руки Таулеса — Костерлица получило название «топологический фазовый переход» применительно к физике твердого тела, а затем было обобщено в виде «топологических форм материи» на широкий круг явлений вплоть до космологии. Понятие это весьма многогранно, лауреаты разрабатывали проблему с разных сторон, но Таулес преуспел сразу в двух направлениях, что, видимо, и объясняет выбранный комитетом способ распределения премии.

Нобелевская премия

О пользе разочарования По крайней мере один из лауреатов — Майкл Костерлиц — получил свою премию в значительной мере благодаря случайности. Вот как он сам рассказывает об обстоятельствах, которые привели его в лабораторию учителя («Reports on Progress in Physics». 2016, 79, 026001; doi: 10.1088/0034-4885/79/2/026001). «1970 год застал меня в должности постдока туринского Института теоретической физики. Я всегда был и остаюсь человеком крайне неорганизованным, который откладывает до самого последнего момента и даже дольше для того, чтобы сделать что-то важное, например отправить свое резюме будущему работодателю. В результате в сентябре 1970 года я обнаружил себя на кафедре ма-

с новой концепцией топологических дефектов, таких, как вихри в гелии-4, и их ролью в разупорядочении системы. Поскольку я смотрел на проблему с позиции полного незнания, такой подход казался мне ничуть не более странным, чем любые другие идеи, касающиеся фазовых превращений. Фактически он был даже более обнадеживающим, чем многие другие, которые потерпели неудачу при столкновении с подобными слаборешаемыми проблемами. В одномерной модели Изинга топологический дефект очень легко представить — это доменная стенка, разделяющая области с противоположными направлениями спина расположенных в ней магнитов. Было совсем не трудно переписать уравнения для системы взаимодействующих стенок, которые живут на цепочке, сопряженной с исходной цепочкой элементарных магнитов. Дэвид дал мне пяток работ Андерсона и его коллег, предложив просмотреть их для моей же пользы. Я полгода только и делал, что читал и перечитывал эти статьи, пока наконец не понял, что они делают и что это весьма странный способ».

Двумерное несогласие Суть загадок, о которых пишет Костерлиц, такова. Давным-давно, в 1935—1937 годах, Л.Д.Ландау, а так же его друг Рудольф Пайерлс — а это прославленный британский физик, который приложил руку к созданию атомной бомбы, а потом боролся за мир в Пагоушском движении; в 1988 году его избрали иностранным членом АН СССР, — одним словом, два непререкаемых авторитета, отцы-основатели современной науки, математически показали, что двумерный кристалл невозможен. Позже многие теоретики обращались к этой проблеме и получали все тот же неизбежный результат: дальнего порядка в двумерном случае быть не может, поскольку флуктуации параметра порядка неограниченно возрастают с ростом размера двумерного объекта. Если речь идет просто о расположении атомов в пространстве, то они в тонкой пленке не могут сформировать кристаллическую решетку, поскольку тепловые колебания — фононы — с большой длиной волны этот порядок неизбежно разрушат. Если же взять другой важный

Порядок фаз Порядок — понятие разноплановое. Даже в кристалле можно найти несколько разных порядков. Например, все атомы кристалла находятся в узлах кристаллической решетки и образуют дальний порядок. То есть, зная параметры решетки, можно рассчитать координаты каждого атома идеального кристалла, сколь бы ни был велик его размер. Но на этом вполне материальном кристалле можно построить новый порядок. Представим, что у каждого атома есть магнитный момент — спин. Он может быть направлен в любую строну — тогда, несмотря на кристаллический порядок, никакого магнитного упорядочения не будет. Если же все спины атомов выстроятся в одну сторону, то получится магнитный порядок, ведущий к ферромагнетизму. Образование и разрушение порядка происходят во время фазовых превращений. В кристалле при изменении давления и температуры может пройти несколько фазовых переходов, во время которых одна кристаллическая решетка перестраивается в другую. Так же, изменяя температуру, можно создать или разрушить магнитный порядок. Управление структурой сплавов за счет проведения фазовых переходов — основа основ физического материаловедения, которое в XX веке дало огромное разнообразие материалов и, соответственно, обеспечило нашей технической цивилизации ее нынешнее могущество. Поэтому так важно знать, переходы между какими фазами, при каких значениях температур и давлений происходят в том или ином веществе. Материаловеды открыли множество фазовых переходов в твердом теле, суммировав их в виде диаграмм состояния. Не все найденные превращения реально используют в технике, но, глядя на эти диаграммы, специалист понимает, какие возможности для выбора у него существуют. Плавление — тоже фазовый переход. При плавлении дальний порядок разрушается и остается ближний — уже нет возможности посчитать координаты всех атомов, выявить какие-то характерные направления, где атомы лежат плотнее или реже, но можно определить, что соседний атом лежит на расстоянии, которое не сильно отличается от межатомного. Испарение же приведет к возникновению газа — в нем нет никакого порядка вообще. Дальнейший нагрев вызовет переход в новое состояние вещества — плазму, где многоатомные молекулы распадутся на отдельные ионы или атомы. Присмотримся к реальному кристаллу. Порядок в нем весьма условен. Атомы колеблются вокруг узлов кристаллической решетки, поэтому точно рассчитать их координаты не удастся никогда, разве что температура окажется в точности равна абсолютному нулю. А чем выше температура, тем больше размах колебаний, и вот решетка уже мало похожа на себя. Как определить, достаточно ли велик размах, чтобы считать: фазовое превращение прошло и кристалл стал, скажем, жидкостью? Для этого надо измерить какое-то зависящее от структуры свойство, скажем, теплоемкость. Свойство может меняться плавно — это называют превращением первого рода. Так плавится лед — в жидкой H2O довольно долго плавают льдинки.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

тематической физики Бирмингемского университета, тогда как думал оказаться в ЦЕРНе. За первый год я провел несколько сложных вычислений в рамках модели, которая была предшественницей теории струн, но коллеги из США всегда меня опережали. По крайней мере дважды во время написания статьи о своих результатах я обнаруживал эти результаты в свежем препринте, оказавшемся в нашей лаборатории. Разочарованный всем этим, я стал искать какую-нибудь другую область физики, способную дать наглядные, но при этом интересные результаты, и однажды разговорился с Дэвидом Таулесом о странных возбуждениях — вихрях в пленках сверхтекучего гелия-4 и доменных стенках в модели магнетизма Изинга. (В этой модели элементарные магниты расположены в узлах решетки, каждому приписано одно из двух направлений спина, а исследователь смотрит, при каких обстоятельствах возникнет порядок в расположении направлений спинов из исходного беспорядка, то есть пройдет фазовое превращение. Поскольку упорядочение начинается одновременно в разных участках, в одном все спины могут оказаться направлены, условно, «вверх», а в соседнем – «вниз». Между ними возникнет дефект — граница или доменная стенка, на протяжении которой спины ориентированы в промежуточных направлениях. — Примеч. ред.) Так мне открылся мир физики твердого тела, где, на мой неискушенный взгляд, имелось множество нерешенных физических проблем. В этом огромный контраст с физикой высоких энергий, где число интересных проблем можно пересчитать по пальцам и над каждой работает несколько совсем не глупых людей. Была одна сложность — мое полное незнание статистической механики, которую я по большому счету игнорировал, когда изучал физику высоких энергий. Меня предупреждали, что с Дэвидом мне будет нелегко, поскольку он не прощает глупостей. Так как про фазовые превращения я ничего, кроме глупостей, говорить не мог ввиду полного незнания, я сильно нервничал, выслушивая идеи Дэвида о проблемах низких размерностей в фазовых превращениях. А он объяснял мне, как обсуждал с Филом Андерсоном (который в это время занимался спиновыми стеклами, то есть состояниями магнитной системы со случайными спин-спиновыми взаимодействиями. — Примеч. ред.) фазовое превращение в одномерной изинговской цепочке с взаимодействием между спинами, спадающим как квадрат расстояния. Сам Дэвид как раз накануне показал, что в такой системе возможно фазовое превращение с необычными свойствами. Наши разговоры познакомили меня

случай — пленку из ферромагнетика, то в ней дальний порядок в ориентации спинов атомов разрушат спиновые волны и пленка не станет магнитом. Невозможна и сверхтекучесть в тонкой пленке, и сверхпроводимость. Поверить в этот вывод было невозможно, мысль, что переход от трехмерного мира к плоскому ведет к столь радикальным изменениям, противоречит здравому смыслу, но с математическими формулами не поспоришь. Кстати, когда Гейм и Новоселов получили-таки двумерный кристалл — знаменитый графен — пришлось немало потрудиться, чтобы объяснить удивительный факт наличия у него дальнего порядка. Выход нашли такой: на самом деле порядок не столь уж и дальний, кристалл графена разбит на фрагменты, в которых решетки несколько разориентированы относительно друг друга. Из-за этого возникают напряжения и лист графена вспучивается — он не плоский, а изогнутый, состоит из холмов и ложбин. Но еще задолго до графена некоторые экспериментаторы не смирились с приговором теоретиков и ставили прецизионные опыты с различными двумерными объектами, как реальными, так и виртуальными. И действительно стали находить в их поведении странности, противоречащие теореме Ландау — Пайерлса: при сверхнизких

температурах один за другим возникали признаки каких-то фазовых превращений в тонких пленках: то магнитные свойства менялись без видимых причин, то в компьютере математическая модель тонкой пленки из твердых дисков начинала плавиться. В 1969 году обнаружили и реальную сверхтекучесть в тонкой пленке гелия-4. Значит, какойто порядок в тонкой пленке обязан быть — но теоретики ее запрещают.

Парная сила Эта загадка твердого тела, казалось бы изученного вдоль и поперек, не давала спать многим теоретикам. И выход был найден. Статью об этом Таулес с Костерлицем опубликовали в 1973 году («Journal of Physics C: Solid State Physics», 1973, 6, 1181—1203). За основу в своих рассуждениях они взяли достаточно экзотическую дис-

Новый порядок Есть такие превращения, когда свойства меняются скачком — это превращение второго рода; таково, например, магнитное упорядочение, когда парамагнетик становится ферромагнетиком. Для облегчения расчетов во втором случае Л.Д.Ландау создал теорию фазовых переходов и ввел понятие параметра порядка. Введение этого параметра позволило обобщить понятие порядка на состояние, когда, казалось бы, никакого видимого порядка в расположении объектов нет. Например, охарактеризовать переход обычной жидкости в сверхтекучую — параметром порядка тут служит плотность сверхтекучей компоненты; собственно, для описания этого явления и была придумана теория Ландау. Анализ изменения параметра порядка – важный инструмент в руках теоретиков. Так мы подходим к сути работы нобелевских лауреатов 2016 года по физике, которые открыли топологический фазовый переход. Представить его весьма нелегко, поскольку он совершается среди объектов, материальность которых вызывает серьезные сомнения. В самом деле, атомы, которые упорядочиваются в кристалле, — объекты вполне материальные, а об упорядочении спинов этого сказать нельзя. В данном случае упорядочивается некое свойство атомов — направление спинов, которые, конечно, связаны с материальными носителями, но значительно менее представимы, чем атомы. Топологические дефекты, возникающие в упорядоченных системах, бывают еще менее конкретными. В самом деле, спиновый вихрь — это способ изменения направления спина в пространстве. И эти способы, оказывается, можно уподобить таким конкретным частицам, как сами атомы: такие вихри несут «заряд», могут объединяться в «молекулы», создавать «замороженный газ», «свободный газ» и даже образовывать плазму заряженных частиц при распаде молекул. Иначе говоря, системы топологических дефектов проявили способность к фазовым переходам, подобным плавлению и испарению вполне материальных твердых тел и жидкостей! Они формируют новый, топологический, порядок, который характеризуе6тся своим параметром порядка. Материальным же носителем, средой обитания этого порядка служит двумерная или одномерная система атомов — тонкая пленка, лист толщиной в один атом, его грань, одноатомная нить или просто поверхностный слой некоего объемного образования. Отсюда ясно, в какой области науки и технологии нужно обращать основное внимание на такого рода фазовые превращения, чтобы они ничего не испортили, а, напротив, улучшили или дали какие-то небывалые свойства, — в наноэлектронике.

На ферромагнитной нанотрубке доменная стенка очень стабильна — ее способны разрушить пары вихрь-антивихрь, но они появляются, если диаметр нанотрубки меньше критического. Стабильная стенка может двигаться со скоростью, превышающей скорость спиновых волн, из-за чего, вследствие эффекта Черенкова, начинает такие волны генерировать («Applied Physics Letters», 2011, 99, 122505)

локационную модель плавления твердого тела. Согласно ей между жидким и твердым состояниями имеется некое промежуточное, когда кристалл уже так испорчен дефектами, что найти в нем дальний порядок можно лишь при большой фантазии, но все-таки он еще сохраняет жесткость, и поэтому жидкостью его назвать нельзя. Главным действующим лицом здесь оказывается дислокация — линейный дефект кристаллического строения, нечто вроде вихря, пронизывающего кристалл: при обходе вокруг оси дислокации накапливается рассогласование кристаллических решеток на так называемый вектор Бюргерса (при обходе вихря накапливается изменение направления вектора скорости движения частиц). Дислокация, двигаясь под действием напряжения, и деформирует кристалл. В двумерном кристалле, впрочем, дислокация превращается в точечный дефект — никакой протяженной оси, перпендикулярной пленке, у нее нет. Согласно теории одиночная дислокация в протяженном кристалле сама собой возникнуть не может — энергия ее рождения растет с ростом размера кристалла и оказывается очень большой. В реальности дислокации получаются в кристалле при его образовании, а затем размножаются под действием напряжения. Таулес и Костерлиц предположили, что могут появляться и свободные дислокации, только не поодиночке, а парами, так, чтобы сумма их векторов Бюргерса равнялась нулю. Энергия такой пары оказывается конечной, и, стало быть, она может возникнуть в результате теплового возбуждения. В общем, получилось, что пленка наполнена газом из парных дислокаций, которые не могут сдвинуться с места, поскольку, имея противоположно направленные вектора Бюргерса, под действием напряжения должны бежать в разные стороны. Для них можно построить термодинамику: посчитать энергию связи в паре и зна-

Вихри в ху-модели создают сложную картину упорядочения («Frontiers in Physics», 17 января 2014 года; http://dx.doi.org/10.3389/fphy.2013.00035)

чение энтропии, а затем, приравняв их сумму к нулю, определить, при какой температуре энтропия разорвет связь в паре и по кристаллу пойдут гулять свободные дислокации, снижая его жесткость до состояния жидкости. То есть пройдет фазовое превращение в газе дислокаций. Аналогично поведет себя и двумерная система элементарных магнитов, спины которых расположены в плоскости пленки, — так называемая xyмодель. У них дефектом будет спиновый вихрь — направление спина при обходе его оси поворачивается на угол 2π или –2π. Соответственно можно составить пары из вихрей, наполнить пленку газом таких вихревых образований и построить аналогичную термодинамику; распад пар вихрей в результате фазового превращения здесь приведет к утрате магнетизма. В сверхтекучей жидкости вихри будут самыми настоящими, и она перестанет течь без сопротивления тогда, когда и в ней распадутся пары вихрей. Именно такое не учтенное ранее поведение дефектов и обеспечило тот фазовый переход, который был замечен экспериментаторами. Найденный переход назвали топологическим. Вот как это объясняли сами будущие лауреаты: «Мы имеем дело с необычным дальним порядком, который базируется на свойствах системы как единого целого и не выражается в виде корреляционной функции двух частиц. Во всех рассмотренных случаях обычная корреляционная функция, как, например, корреляция двух спинов, исчезает при любой отличной от нуля температуре. Этот же тип дальнего порядка, который мы называем топологическим дальним порядком, может существовать в двумерном твердом веществе, нейтральной сверхтекучей жидкости и для ху-модели, но не для сверхпроводника или изотропной модели Гейзенберга. В случае твердого вещества исчезновение топологического дальнего порядка связано

с переходом от упругой реакции на действие малого сдвигающего напряжения к тому, что свойственно жидкости, а для нейтральной сверхтекучей жидкости — с нестабильностью постоянных течений. Недавно Березинский (1971) выдвигал схожие аргументы, но наши результаты имеют важные отличия». Возможно, причиной того, что для обозначения дислокаций, которые все материаловеды называют просто «дефектами», выбрали словосочетание «топологический дефект», сформировавшее всю последующую терминологию в этой области физики твердого тела, было сотрудничество со знаменитым физиком Томом Скирмом, придумавшим топологический солитон, известный сегодня как квазичастица скирмион. Предназначенный для физики элементарных частиц, он прижился и в физике твердого тела и играет важную роль в спинтронике. Расшифровывается понятие топологического дефекта так: его нельзя получить никакими непрерывными деформациями исходной системы. Скажем, точечный дефект, вроде атома внедрения, деформацией получить можно, а дислокацию — только разрезав исходную решетку и изъяв из нее одну кристаллическую плоскость. Точно так же никакой деформацией нельзя получить вихрь.

Советский след В научной статье о Березинском говорится коротко, а вот в своем обзоре Костерлиц был менее лаконичен: «Мы с Дэвидом поздравили друг друга с открытием важной новой физики, но наша эйфория вскоре улетучилась. Нам сообщили, что Березинский годом ранее обсудил превращение в пленке сверхтекучей жидкости, вызванное вихрями. Поскольку никто из нас не знает русского языка (знание русского было необязательно: «Журнал экспериментальной и теоретической физики» переводился и переводится на английский. — Примеч. ред.), мы, к счастью, не подозревали об этой работе, когда создавали базовую теорию превращения, вызванного вих-

рями. По какой-то неизвестной причине наша работа нашла несравнимо больший отклик, чем работа Березинского». А что же писал Березинский? Он рассмотрел два случая двумерных систем: классический и квантовый («Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1970, 59, 907—920; 1971, 61, 1144—1156) и в обоих нашел признаки фазовых превращений. В квантовом случае он описал конкретный механизм примерно так. При рассмотрении квантовой двумерной системы мы можем обнаружить в ней вихри. Эти вихри можно представить как некий газ частиц, состояние которых определяется зарядом — показателем «вихреватости», который принимает целочисленные положительные и отрицательные значения. Нетрудно посчитать, что при низкой температуре частицы оказываются связанными в нейтральные молекулы — группы вихрей, у которых суммарное значение вихреватости равно нулю. Группы распадаются при повышении температуры, что и составляет суть фазового превращения в такой системе. Называть это топологическим переходом он, правда, не стал и красивую формулу для температуры перехода, подобную той, что вывели Таулес с Костерлицем, не показал. Зато отечественные коллеги спустя некоторое время назвали это БКТ-переходом. Иностранные же первую букву зачастую вычеркивают, как это сделано в пресс-релизе Нобелевского комитета: «Вадим Березинский также отметил важность возбуждения вихрей в ху-модели, но не пришел к выводу, что они могут вызвать фазовое превращение. Далее мы будем называть его КТпревращение» («Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2016»). К чести самих нобелевских лауреатов 2016 года, они используют правильное название. То, что В.Л.Березинский не оказался в их числе, не следствие злой воли Нобелевского комитета, поскольку умер в 1980 году, прожив всего 45 лет. За этот срок, однако, он сумел сделать очень много. Вот что написали коллеги Березинского в некрологе («Успехи физических наук», 1981, 133, 3, 553—554): «Его имя останется навсегда в мировой физической литературе прежде всего в

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Нобелевская премия

связи с решением двух фундаментальной важности проблем: теории фазовых переходов в двумерных системах и теории локализации в неупорядоченных одномерных проводниках. <…> В.Л.Березинский впервые показал, что <…> тонкая (порядка нескольких ангстрем) пленка жидкого гелия при низких температурах обладает свойством сверхтекучести. Двумерные кристаллы, не обладая далеким порядком, имеют конечный модуль сдвига. Двумерные магнетики оказывают сопротивление неоднородному повороту спинов. В.Л.Березинский понял общую природу всех этих явлений и дал им название поперечной жесткости, принятое ныне в мировой литературе. Он показал, что в системах, обладающих поперечной жесткостью, корреляции медленно (степенным образом) спадают с температурой, что и определяет фундаментальные свойства новой низкотемпературной фазы — фазы Березинского. В.Л.Березинский впервые обнаружил важную роль топологических дефектов в этой фазе: вихрей в пленке сверхтекучего Не4, дислокаций в двумерном кристалле, вихревых конфигураций в магнетиках. При низких температурах такие дефекты образуют молекулы. При некоторой определенной температуре начинается диссоциация таких молекул, приводящая к разрушению фазы Березинского. Количественный расчет диссоциации дефектных молекул выполнен двумя годами позднее в других работах. Эксперимент на пленке Не4 блестяще подтвердил предсказания теории».

Новые и новые фазы Фазовые переходы в двумерных системах вызвали немалый интерес физиков, и они стали находить их везде — в твердом теле, в трехмерных облаках сверххолодного газа, заключенных в двумерные ловушки, и даже в ранней Вселенной. Выяснились интересные нюансы. Так, мысль о невозможности топологического перехода в сверхпроводнике оказалась ошибочной; именно БКТ-переходу ныне приписывают превращение тонких пленок из сверхпроводящего в диэлектрическое состояние. Механизм тут такой. Тепловое движение вызывает генерацию пар абрикосовских вихрей — сверхпроводящих токов вокруг несверхпроводящего ядра. Собственно, такие вихри и ответственны за разрушение сверхпроводимости. Но при низкой температуре их пары локализованы. А куперовские пары электронов, обеспечивающие сверхпроводимость, — напротив, способны двигаться; это состояние называют стеклом вихрей. При фазовом переходе вихри освобождаются, а электронные

пары, застывают, образуя стекло куперовских пар. Между ними может быть промежуточное состояние, когда подвижность и вихрей и куперовских пар ограниченна — тогда получается металлическая проводимость. Такие эффекты наблюдали, например, в тонких пленках оксида индия («Успехи физических наук», 2003, 173, 8, 801—812). Другие разновидности топологических фаз дали исследования, отмеченные второй половиной Нобелевской премии. Работы того же Дэвида Таулеса и Дункана Холдейна были вызваны желанием объяснить удивительный квантовый эффект Холла (КЭХ): изменение проводимости двумерного электронного газа (он заключен в слоистой гетероструктуре), которое под влиянием магнитного поля идет не непрерывно, а ступеньками. Эффект этот проявляется при очень низкой температуре, и неудивительно, что в конце концов была использована идея о том, что газ электронов превращается в топологическую квантовую жидкость — фазу КЭХ. Она может существовать в нескольких квантовых состояниях, в которые последовательно перескакивает по мере роста магнитного поля. Холдейну удалось установить, что квантовый эффект Холла можно наблюдать и без внешнего магнитного поля, просто в силу внутреннего магнитного упорядочения. Никто ему не верил, да и сам он писал в статье 1988 года («Physical Review Letters», 61, 18, 2015—2018), что вряд ли когда это явление удастся наблюдать. Однако спустя четверть века, в 2013 году, в опытах на тонких пленках интерметаллида (Bi,Sb)2Te3 с добавками хрома отчетливая ступенька проявилась на зависимости проводимости от запирающего напряжения. Холдейну же принадлежит и честь открытия того, что названо фазой Холдейна. Она проявляется в цепочке элементарных магнитов, предложенной Гейзенбергом. При полуцелом спине в такой цепочке наблюдается сильная корреляции в направлениях спинов: они через один повернуты в противоположные стороны и получается антиферромагнитное упорядочение («анти» — потому что порядок есть, но, в отличие от ферромагнетика, магнетизма нет). А при целом спине порядка нет. Можно, однако, построить цепочку с целыми спинами хитрым образом — попарно объединив соседние частицы. И тогда фазовое превращение получается! Причина в том, что на концах оказываются частицы без соседей; никто их полуцелый спин не компенсирует, и это вызывает топологический фазовый переход, образование фазы Холдейна. Одно из интереснейших проявлений топологических фаз, подобных фазе

Холдейна или фазе КЭХ, — топологический изолятор. Это материал, который в норме не проводит ток, однако при охлаждении в его поверхности формируется двумерная топологическая фаза, в которой проводимость не просто возможна, а очень высока — электроны в ней могут двигаться практически без сопротивления, а некоторые физики говорят, что и вовсе без него, то есть, порождая сверхпроводимость. Более того, недавний расчет исследователей из США, КНР и ФРГ во главе с Чжан Шоучаном из Стэндфордского университета показал («Physical Review Letters», 2013, 111, 136804; doi: 10.1103/ PhysRevLett.111.136804), что на кромке листа станнана (это подобная графену двумерная сетка из атомов олова) топологическая фаза существует даже при нагреве до 100оС. Если предположения теоретиков подтвердятся, то человечество обретет вожделенную горячую сверхпроводимость — значение этого открытия сопоставимо с открытием электромагнитной индукции. Вообще, проявления топологических фаз очень многообразны. Вот что говорится по этому поводу в обзоре «Топологические фазы в квантовой механике и оптике» («Успехи физических наук», 1990, 160, 6, 1—49): «Что общего проявляется в поведении частиц со спином 1/2 в медленно вращающемся магнитном поле, в экспериментах по спиновому резонансу в слабомодулированном магнитном поле, в ядерных квадрупольных резонансных спектрах медленно вращающихся образцов, при прохождении фотонов через спектрально изогнутые оптические световоды, при классификации спектров диатомов и молекул по полуцелым угловым моментам и ротационных полос в последовательности нижайших состояний систем Яна Теллера, в атомах с нечетным числом электронов, находящихся в медленно вращающемся электрическом поле, в квантовом эффекте Холла, в дробном эффекте Холла, в дробной статистике и квантовом эффекте Холла, в статистике вихрей для двумерных суперполей? Что общего имеют все эти эффекты с аномалиями в киральных калибровочных полях и со скирмионами? Знакомство с цитируемыми статьями позволит убедиться читателю, что во всех этих конкретных разнородных работах речь идет о проявлении эффектов топологических фаз. В целом складывается впечатление, что будущие теории, которые могли бы претендовать на общность при описании физических явлений в большом интервале энергий, должны иметь топологический характер».

Пути гибели и обновления Е.Клещенко В 2016 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине присудили профессору Токийского технологического института Ёсинори Осуми за фундаментальные исследования аутофагии — ключевого процесса переработки и реутилизации клеточных компонентов.

Целительное самопоедание

Нобелевская премия Хрестоматийный ответ: живые объекты противостоят энтропии, получая энергию извне и употребляя ее для роста и развития, а также для замены и ремонта поврежденных структур. Один из механизмов клеточного ремонта исследовал нобелевский лауреат 2016 года. В середине Х Х века электронная микроскопия позволила ученым узнать много нового об устройстве клетки и ее повседневной жизни. Результаты, полученные в то время, имели огромное значение, им воздается должное до сих пор. Всего три года назад, в 2013-м, Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили за открытие везикулярного транспорта — точно срежиссированных «перевозок» различных веществ в мембранных пузырьках, как по маршрутам внутри клетки, так и за ее пределы (см. «Химию и жизнь», 2013, 11). А вот бельгийский ученый Кристиан Де Дюв получил свою Нобелевскую премию сравнительно рано, в 1974 году, вместе с Джорджем Паладе и Альбером Клодом «за открытия важнейших клеточных структур». Сам Де Дюв открыл лизосому — клеточный утилизатор, мембранный пузырек с

ферментами, расщепляющими биомолекулы. И уже в 50—60-е годы были пойманы интересные микроскопические кадры: лизосомы, внутри которых находятся цитоплазма, фрагменты клеточных структур, а иногда целые органеллы, например митохондрии. Был описан также своеобразный механизм доставки этих фрагментов к месту демонтажа: их затягивает в двухслойный мембранный пузырек — аутофагосому, который затем сливается с лизосомой. Название «аутофагия» — буквально «самопоедание» — предложил для этого механизма Кристиан Де Дюв. Иногда аутофагию наблюдали в тканях больных или отравленных токсическими агентами животных, но иногда и в норме — например, во время эмбрионального развития. Она обнаружилась у самых разных животных, от амебы и эвглены до позвоночных. Это означало, что механизм древний и, вероятно, очень важный. Вверху страницы: при острой нехватке питательных веществ утилизация не слишком нужных структур, например, хвоста — приемлемая альтернатива! На самом деле Уроборос — более глубокий символ: змей, пожирающий собственный хвост, означает обновление и вечность

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Слово «аутофагия» до этой премии слышали немногие, но «программируемая клеточная смерть» — не теряющий популярности хит. Цитируя профессора Б.Д.Животовского: «По моим подсчетам, каждые 24 минуты появляется новая публикация, включающая термины “апоптоз”, “некроз”, “аутофагия” или “программируемая гибель клеток”» (см. «Химию и жизнь», 2014, 5). Сейчас трудно вообразить, что еще полвека назад изучение программ, запускающих гибель ненужных или злокачественных клеток, кому-то казалось малоинтересным и что статью, в которой впервые был предложен термин «апоптоз», с трудом приняли к публикации. Однако апоптоз — лишь один из видов программируемой клеточной смерти. Есть еще программируемая форма некроза (некроптоз) — она играет важную роль в развитии многих серьезных заболеваний, в том числе инфаркта и инсульта. Ороговение, или корнификация, верхнего слоя кожи — оказывается, тоже особый путь клеточной гибели со своей специальной программой. (И в самом деле: почему упомянутый процесс протекает лишь на некоторых участках нашего тела, а на других отмершие клетки незаметно слущиваются?) А четвертый — как раз аутофагия. Хотя это путь не столько смерти, сколько возрождения. Когда спорят о том, обязательно ли все живое должно стареть и умирать, часто говорят: а вот клетка потенциально бессмертна, амеба или инфузория в благоприятных условиях не стареет и не умирает, а делится, и это происходит бесконечно, на протяжении сотен веков, значит... Не будем разбирать, что это значит для нас, многоклеточных, и чем отличается наше положение от положения амебы, а зададимся вопросом: почему она не стареет? Или для нее не писан второй закон термодинамики? Цепочки должны рваться, активные формы кислорода — окислять биомолекулы, и что делать, чтобы система не пришла в негодность?

Двойная мембрана

Аутофагосома

Расщепляющие ферменты

Аутолизосома

Схема аутофагии

К слову, в 70—80-е годы был исследован другой механизм демонтажа ненужных структур — специфическая деградация белков, к которым прикреплен маленький белок убиквитин, точнее, полимер из нескольких убиквитинов. Белки с убиквитиновой меткой направляются в протеасому (крупный, мультисубъединичный белковый комплекс), где расщепляются на аминокислоты. За это открытие Аарон Цихановер, Авраам Хершко и Ирвин Роуз получили Нобелевскую премию по химии 2004 года. Но протеасомная система утилизирует отдельные молекулы, аутофагия же — утилизация целых белковых комплексов и органелл. Как управляется этот потенциально опасный для клетки процесс? Что запускает образование аутофагосомы? Насколько важна аутофагия для нас и других существ, могут ли ее нарушения быть причиной болезней и если да, то каких? От первых наблюдений аутофагии до первых ответов на эти вопросы прошло несколько десятилетий. Вероятно, иначе и быть не могло: для этого необходимы были эффективные методы исследования генома.

Переполнение мусорного бака Ёсинори Осуми родился в 1945 году в городе Фукуока. Отец его был профессором инженерных дисциплин в университете Кюсю, но Осуми-младший больше интересовался естественными науками, чем техникой. Он поступил в Токийский университет, чтобы стать химиком, однако вскоре понял, что эта наука не так уж сильно его привлекает — в ней, как ему казалось, мало новизны. «Но, думаю, мне повезло, — говорил он в интервью «Journal of Cell Biology» 2012 года, — потому что начало 60-х было золотым веком молекулярной биологии. Я решил, что хочу заниматься ей». Во время диплома Осуми изучал синтез белков у кишечной палочки, но выдающихся результатов не получил. Молекулярно-биологических лабораторий в Японии того времени было не так много, найти работу казалось сложно. Получив степень в 1974 году, Осуми отправился в США — в Рокфеллеровский университет,

где стал постдоком у нобелевского лауреата Джеральда Эдельмана. Там ему пришлось переключиться на биологию развития млекопитающих, и он вспоминает об этом периоде без восторга. Но именно в лаборатории Эдельмана он приобрел опыт работы с дрожжами Saccharomyces cerevisiae, который пригодился ему впоследствии. Вернувшись в альма-матер, доктор Осуми выбрал темой исследований вакуоли дрожжей. «В то время многие изучали транспорт ионов и небольших молекул через плазматическую мембрану, но мало кто брался изучать транспорт через мембраны органелл. А вакуоль (функциональный аналог лизосомы многоклеточных. — Примеч. ред.) считали просто мусорным баком клетки, не очень-то много людей интересовались ее физиологией, и я подумал, что было бы неплохо исследовать транспорт в вакуоли, поскольку у меня будет мало конкурентов». Действительно, в этой области ему сопутствовала удача. В 1988 году 43-летний Осуми стал руководителем группы — не сказать чтобы звездная карьера. И он решил исследовать литическую функцию вакуоли, ее способность переваривать биомолекулы. Дрожжи — один из самых популярных экспериментальных объектов. С одной стороны, они эукариоты, имеют ядро и прочие органеллы, то есть гораздо больше похожи на нас, чем, например, бактерии. С другой стороны — они сравнительно просто устроены и быстро размножаются, их несложно культивировать, что подтверждает многовековой опыт человечества по приготовлению спиртных напитков. Неудобны дрожжи тем, что их клетки довольно малы: их типичный размер исчисляется микрометрами, крупнее кишечной палочки, но меньше большинства эукариотических клеток. Было даже не очень понятно, есть ли у них аутофагия. Осуми исходил из предположения, что есть и должна усилиться у голодающих клеток (они будут демонтировать наименее нужное, чтобы получить энергию для выживания). А если у этих клеток ферменты, отвечающие за деградацию молекул, будут повреждены мутацией, то процесс переваривания

застопорится и клеточное несварение должно стать заметным. Итак, штаммы дрожжей, не имеющие протеиназы А, протеиназы В и карбоксипептидазы, стали выращивать на среде, бедной питательными веществами. Рассматривать клетки под микроскопом Осуми нравилось, наблюдения он вел сам. «Через 30 минут голодания появилось множество пузырьков и они начали накапливаться в вакуоли. У меня был хороший знакомый — специалист по электронной микроскопии, и мне посчастливилось наблюдать образование аутофагосом и их слияние с вакуолью. Это стало отправной точкой моей работы...» Действительно, на фото хорошо видны мелкие пузырьки в вакуолях, которые не деградируют («Journal of Cell Biology», 1992, 119, 301—311). Таким образом, стало ясно, во-первых, что аутофагия у дрожжей имеет место, а во-вторых — как выглядит клетка, у которой аутофагия затормозилась на последнем этапе.

От микроскопии к генетике Почему важно это «во-вторых» — замечательно объяснил Юрий Лазебник в эссе 2002 года «Может ли биолог починить радио?». (Кстати, и он в свое время исследовал апоптоз в знаменитой лаборатории Колд-Спринг-Харбор.) Он предлагает читателям вообразить биологов, изучающих транзисторный радиоприемник теми же методами, которыми они изучают гены и белки живой клетки, причем допускает правдоподобное предположение, что физике и радиотехнике биологи не обучены. Для начала надо раздобыть денег и купить много одинаковых радиоприемников, научиться их вскрывать, затем описать и классифицировать найденные внутри компоненты — по форме, цвету, размеру и количеству ножек. «Более эффективным окажется подход, согласно которому компоненты поочередно удаляют, или вариант, когда в радио стреляют с

Мтх

«Nature Cell Biology», 2010, 12, 823—830

Лизосома

Аутофагия в фибробластах мыши, выращенных на бедной питательными веществами среде. Хорошо видна митохондрия (Мтх) внутри аутофагосомы

АФ

1 мкм

Дрожжевые клетки с дефектными ферментами, выращенные на голодной диете: в вакуолях (В) накапливаются пузырьки аутофагосом (АФ)

близкого расстояния металлическими частицами. В последнем случае те приемники, которые сломаются (произведут "фенотип"), будут отобраны, чтобы понять, поломка какой детали привела к такому фенотипу. Хотя удаление большинства компонентов будет давать лишь незначительный эффект, какой-нибудь везучий постдок случайно найдет проводок, отсутствие которого полностью прекратит музыку. Ликующий ученый назовет проводок Удачно Расшифрованным Компонентом (УРК), после чего узнает, что УРК является единственным связующим звеном между длинным выдвигающимся объектом и остальными частями приемника...» История борьбы биологов с радиоприемником длинна и забавна, а мораль ее в том, что биологам стоило бы позаимствовать кое-какие подходы и методы описания сложных систем у инженеров. Но пока биосистемы не стали для нас такими же ясными, как схемы электроприборов, остается полезным умение ломать радиоприемники. В особенности так, чтобы удавалось связать поломку (отошел контакт) с нарушением конкретной функции (искажаются высокие звуки). Вот почему дрожжевые клетки с вакуолями, набитыми пузырьками, были настоящим сокровищем. Дальше исследователи рассуждали так: если у штамма с дефектом переваривания аутофагосом появится еще одна мутация и при этом в условиях голодания прекратится появление вакуолей с пузырьками, значит, продукт мутантного гена задействован в аутофагии. (Мы видим, что будущий нобелевский лауреат использовал немного более хитрый способ, чем традиционный: нашел поломку, которая делала более заметными другие поломки.) Поиском этих генов и занялась в 90-е годы группа Осуми, на тот момент состоявшая из трех человек — самого доктора и двух студентов. Дрожжевые штаммы подвергали химическому мутагенезу, чтобы получить случайные мутации, а затем индуцировали в них аутофагию и смотрели, как изменится фенотип. Студентке Осуми Мики Цукада удалось

Истребление всего ненужного Сегодня мы знаем об аутофагии сравнительно много. Деградацию крупных порций цитоплазмы и клеточных органелл, то, что, собственно, наблюдал Осуми, называют макроаутофагией. Неселективная аутофагия в клетке происходит постоянно, обеспечивая обновление структур, и усиливается в ответ на стресс. Но бывает аутофагия и селективной — когда белковые агрегаты, органеллы, вирусы или бактерии, которых

Нобелевская премия надо уничтожить, несут специфическую метку. Уничтожение проникших в клетку бактерий и вирусов имеет отдельное название — ксенофагия, исследование этого процесса и того, как некоторые возбудители заболеваний научились с ним бороться, — особая тема. Есть также микроаутофагия (лизосома «заглатывает» маленькие порции цитоплазмы) и шаперон-опосредованная аутофагия отдельных белков — в отличие от убиквитиновой системы, которая утилизирует главным образом короткоживущие белки, более не нужные, аутофагия удаляет долгоживущие. Аутофагия участвует также в эмбриональном развитии и дифференциации клеток. Ее дефекты наблюдаются при болезни Паркинсона, различных нарушениях развития мозга, эпилепсии, диабете второго типа, некоторых видах рака (рак груди и яичников часто может быть связан с мутацией в гене BECN1, гомологе дрожжевого ATG6). Интересно, что среди противораковых препаратов есть как стимуляторы аутофагии, так и ее блокировщики. Первые предотвращают развитие опухоли, вторые применяются, если рак уже прогрессирует, чтобы раковые клетки не использовали аутофагию как механизм устойчивости к химиотерапии. С нарушениями в генах аутофагии связаны некоторые наследственные заболевания, например синдром Вици. Вместо заключения приведем рекомендацию Ёсинори Осуми для ученых, карьера которых складывается не слишком благоприятно, как у него самого поначалу (из того же интервью 2012 года, когда он еще не знал, что станет нобелевским лауреатом, но уже достиг значительных успехов): «К сожалению, сегодня, по крайней мере в Японии, молодые ученые хотят получить стабильную работу, поэтому боятся рисковать. Большинство предпочитает работать в самых популярных областях, думая, что это простейший способ опубликоваться. Но я сделал наоборот. Я не очень люблю конкурентную борьбу, поэтому всегда искал новые предметы для изучения, пусть даже не слишком популярные. Если вы начнете с базовых, новых наблюдений такого рода, у вас будет уйма работы».

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

«Journal of Cell Biology», 1992, 119, 2, 301—311

обнаружить первый ген аутофагии, который, естественно, назвали APG1 (autophagy gene; в настоящее время этим генам присвоена аббревиатура ATG). У дрожжей — носителей мутации не начиналась аутофагия во время голода, и они быстро теряли жизнеспособность, поскольку у них был перекрыт резервный источник энергии и строительного материала. Очень скоро Осуми с коллегами обнаружили у дрожжей целых 15 генов аутофагии («FEBS Letters», 1993, 333, 169—174), а также охарактеризовали их белки. Примерно в то же время был опубликован геном дрожжей, что сильно упростило работу. Прояснилось и с регуляцией. Так, белок Atg1 принадлежит к семейству киназ, то есть фосфорилирует белки (регуляция с помощью фосфатной метки широко распространена в природе). Он взаимодействует с продуктом ATG13, и это взаимодействие регулируется знаменитой киназой — мишенью рапамицина (TOR), которая участвует в контроле роста, старения и ответа на стрессы. Она активна в клетках, когда те хорошо питаются, и фосфорилирует Atg13, чем предотвращает его взаимодействие с Atg1. Голодание же инактивирует TOR, нефосфорилированный Atg13 связывается с Atg1, и запускается аутофагия. А потом выяснилось, что при этом образуется пентамерный комплекс, из пяти белков — Atg13, Atg1, Atg17, Atg29, Atg31... Все, о чем мы только что рассказали, — лишь первый шаг в каскаде событий, необходимых для формирования аутофагосомы, которая в итоге заключит в себя фрагмент клеточной структуры, назначенный к уничтожению. Конечно, всех интересовало, существуют ли аналогичные механизмы у других живых существ. Осуми с коллегами первыми нашли такие гены у млекопитающих (например, мыши, дефектные по ATG5, нормальны при рождении, но умирают в первый же день жизни, неспособные перетерпеть перерывы между кормлениями). Есть они и у человека, причем механизм очень похож на тот, что был открыт у дрожжей.

Молекулярные машины Кандидат химических наук

А.И.Курамшин Нобелевская премия 2016 года в области химии присуждена Жан-Пьеру Саважу, Фрейзеру Стоддарту и Бернарду Феринге «за проектирование и синтез молекулярных машин». Разработанные ими устройства, размеры которых в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса, действительно состоят из отдельных деталей, каждой из которых является молекула. Молекулярный мотор, молекулярный лифт и даже способная перемещаться машина-молекула с четырьмя колесами — звучит как фантастика, но все это реальные достижения, удостоенные высочайшей научной награды. Конечно же об этих крошечных механизмах стоит рассказать подробнее. Интересно, что эру молекулярных машин предсказал тот же человек, который за четверть века до этого в своей ставшей классикой лекции «Там, внизу, полно места!» предрек расцвет нанотехнологий, — лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года Ричард Филлипс Фейнман. В публичной лекции 1984 года Фейнман сказал, что рано или поздно появятся миниатюрные машины с подвижными элементами размерами в одну или несколько молекул, подобные жгутикам бактерий, но созданные в лаборатории гигантскими руками человека. Фейнман считал, что способные к совершению механической работы синтетические молекулярные системы появятся в 2010—2020 годах. Как видим, это предсказание блестяще подтвердилось.

Цепи и узлы Фейнман мог и не знать, что первые шаги к созданию молекулярных машин были сделаны еще за год до его предсказания. В 1983 году Жан-Пьер Саваж, работавший тогда в Университете Луи Пастера над диссертацией под руководством ЖанМари Лена, разработал практически выполнимый метод синтеза первого класса молекул без химических связей — катенанов («Journal of the American Chemical Society», 1960, 82, 16, 4433—4434). ЖанМари Лен, наставник Саважа и один из отцов-основателей супрамолекулярной химии, получит Нобелевскую премию по химии в 1987 году «за разработку и применение молекул со структурноспецифическими взаимодействиями с высокой селективностью». Катенаны — это системы из двух и более макроциклических соединений, сцепленных как звенья цепи, однако

Нобелевская премия не образующих при этом химической связи друг с другом (само название «катенан» происходит от латинского слова catena — цепь). Конечно, Саваж не первым получил катенаны — цепочку, состоящую из двух переплетенных макроциклов, впервые синтезировали еще в 1964 году («Angewandte Chemie Int. Ed.», 1964, 3, 8, 546—547), из трех — в 1967-м («Chemische Berichte», 1967, 100, 6, 2021—2037). Однако до работ Саважа получение молекулярных цепей было скорее любопытным курьезом органического синтеза — замыкание макроциклов и образование катенанов происходило случайным образом, и их выходы не превышали 2—3%. Саваж впервые предложил методологию направленного синтеза катенанов, даже в первых экспериментах увеличив их выход до 42%. Как это часто бывает в химии (и в других науках тоже), метод направленного синтеза появился благодаря счастливой случайности. Работа Саважа была связана с фотохимией и разработкой молекулярных комплексов, способных поглощать энергию солнечного света и использовать ее для инициирования химических реакций. Построив модель одного из таких комплексов, отличающихся фотохимической активностью, Саваж не-

1 Синтез катенанов методом Саважа

ожиданно понял, что этот комплекс похож на катенан — две молекулы, закрученные вокруг находящегося в центре иона меди. Это существенно изменило направление его исследований. Используя фотохимически активный комплекс с медью в качестве модели, Саваж и его коллеги синтезировали циклическую молекулу и молекулу в форме серпа, после чего обе молекулы присоединили к иону меди за счет координационной связи (рис. 1). Ион меди был не только «якорем», он выступал и в роли шаблона, предопределяющего форму. На следующем этапе синтеза серповидная молекула взаимодействовала с третьим строительным блоком, образуя второй макроцикл, который замыкался вокруг первого, и получались два первых звена молекулярной цепи, механически связанных друг с другом. На заключительном этапе удаляли выполнивший свою работу ион меди («Tetrahedron Letters», 1983, 24, 46, 5095—5098). Данный метод сделал возможным направленные исследования в области топологической химии — ионы металлов использовали в качестве строительных лесов для синтеза структур все более и более сложных, от длинных молекулярных цепей до молекулярных узлов причудливой формы. Вскоре Саваж и другой лауреат Нобелевской премии по химии 2016 года Фрейзер Стоддарт (в настоящее время профессор Северо-Западного университета США) стали признанными экспертами в области топологической химии. Они получили молекулярные версии многих известных в макромире узлов: трилистный узел (символ, встречающийся в кельтских орнаментах, скандинавских ритуальных изображениях, в христианстве он символизирует Святую Троицу — рис. 2а), кольца Борромео (изображение с герба

2 Системы механически связанных макроциклических молекул (пояснения в тексте)

Вал на оси Второй лауреат, Фрейзер Стоддарт, вписал себя в историю химии XXI века не только и не столько умением завязывать молекулярные узлы: как и его коллега Саваж, он оптимизировал методы синтеза и первым смог получать препаративные выходы другого типа молекул без химической связи — ротаксанов («Justus Liebigs Annalen der Chemie», 1969, 721, 1, 53—74). Ротаксаны — класс соединений, состоящих из молекулы гантелевидной формы и надетого на эту «гантель» макроцикла. Стоддарт тоже не был первооткрывателем ротаксанов — впервые их получили Иан Гаррисон и Шуэн Гаррисон еще в 1967 году («Journal of the American Chemical Society», 1967, 89, 22, 5723—5724). Но как и в случае их близких родственников катенанов, до работ Стоддарта ротаксаны синтезировали, уповая на удачу, которая

3 Синтез ротаксана

4 Ротаксановый лифт

не позволяла получать эти молекулы с выходом более пары процентов. В 1991 году исследователи из группы Стоддарта впервые осуществили направленный синтез ротаксана (рис. 3). Строительными блоками для синтеза стали молекула с положительно заряженными фрагментами, которой предстояло замкнуться в цикл, и ось ротаксана — длинный стержень, уже имеющий на концах фрагменты, которые должны препятствовать «соскальзыванию» макроцикла. Ось ротаксана, в свою очередь, была модифицирована фрагментами, несущими отрицательный заряд, — это позволяло оси ротаксана и заготовке для макроцикла, встретившись в реакционной смеси, образовать ионный мостик между разноименно заряженными фрагментами, что облегчало вдевание оси ротаксана в заготовку макроцикла. На следующем этапе синтеза исследователи замыкали макроцикл и получали ротаксан, опять же с выходом в десятки процентов («Journal of the American Chemical Society», 1991, 113, 13, 5131—5133). В первом ротаксане Стоддарта макроцикл мог свободно перемещаться вдоль оси. Однако, разработав принцип синтеза, он смог получить системы, в которых движение макроцикла удавалось регулировать за счет внешних воздействий (изменение кислотности среды, в которой растворен ротаксан, присутствие в ней определенных типов химических веществ или просто изменения температуры). Первая молекулярная машина на основе ротаксана, в которой макроцикл занимал строго определенные положения, реагируя на изменения окружающей среды, появилась в 1994 году («Nature», 1994, 369, 6476, 133—137). С этого момента в стенах лаборатории было синтезировано немало молекулярных машин, среди которых молекулярный лифт, способный подниматься на высоту 0,7 нм (рис. 4, «Science» 2004, 303, 5665, 1845—1849),

и искусственные мышцы из ротаксанов, сил которых хватало на сгибание тонкой фольги из золота («Journal of the American Chemical Society», 2005, 127, 27, 9745—9759). Сила, которую создает макроцикл одного ротаксана при перемещении, — около 30 пиконьютонов («Nature Nanotechnology», 2011, 6, 553—57), в то время как сила сокращения одной молекулы мышечного белка миозина колеблется от 5 до 60 пиконьютонов, так что синтетические молекулярные машины вполне конкурентоспособны по сравнению со своими аналогами, созданными эволюцией живых существ. В сотрудничестве с другими исследователями Стоддарт разработал состоящую из ротаксанов схему памяти емкостью 20 килобайт («Nature», 2007, 445, 7126, 414—417). Конечно, объемы молекулярных чипов для памяти еще не могут конкурировать с объемами существующих компьютерных чипов, к тому же их устойчивость (а следовательно, и сохранность записанной на них информации) оставляет желать много лучшего, но апологеты молекулярной электроники напоминают, что были в истории науки и техники времена, когда полупроводниковые схемы не могли составлять конкуренцию теплой ламповой технике.

Мотор Молекулярные машины, созданные Стоддартом и Саважем (в соавторстве и по отдельности), хорошо справлялись с одним типом движения составляющих их элементов — поступательным. Чтобы добавить разнообразия в мир молекулярных машин, исследователям хотелось получить молекулярные моторы, элементы которых могли бы непрерывно вращаться в одном направлении. В 1990-е годы многие ученые, воодушевленные успехами Саважа и Стоддарта, пытались создать молекулярную машину с вращающимися

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

итальянской семьи Борромео, которое можно встретить и на скандинавских ювелирных изделиях, и на христианских фресках, — рис. 2б), узел Соломона (рис. 2в). К лондонской Олимпиаде 2012 года Стоддарт синтезировал пятизвенный катенан, который в честь пяти олимпийских колец назвал олимпиаданом (рис. 2г). Конечно, все это вязание молекулярных узлов было привлекательным с точки зрения химической эстетики. Однако вовсе не усложнение структур катенанов принесло их создателям Нобелевскую премию.

УФ-излучение

Метильные группы препятствуют вращению элементов молекулы, оно идет только в одном направлении

Ультрафиолет вызывает поворот лопатки на 1800. Молекула подвергается напряжению

Напряжение снимается при повороте одной части молекулы относительно другой УФ-излучение

Ультрафиолет вызывает новый поворот на 1800 5 Машина Бернарда Феринги: молекулярный ротор вращается под действием УФ-излучения

деталями из отдельных молекул, но большинство потерпело неудачу — молекулы не вращались вообще либо меняли направление вращения случайным образом. Первым, кому удалось решить эту задачу, был голландский химик Бернард Феринга — третий лауреат Нобелевской премии по химии 2016 года. Молекулярную машину, созданную Ферингой, можно сравнить с двумя уменьшенными копиями лопаток ротора («Nature», 1999, 401, 6749, 152—155). Эта молекула состоит из двух плоских молекулярных фрагментов, соединенных двойной связью (рис. 5). С каждой из молекулярных лопаток была связана метильная группа, выполняющая ту же задачу, что элементы храпового механизма, — они заставляли детали макромеханизмов вращаться лишь в одном направлении. При облучении системы импульсом ультрафиолета один из роторов проворачивался на 180о вокруг центральной оси — двойной связи, а метильный «храповик» не давал молекуле провернуться обратно. Следующий импульс ультрафиолета обеспечивает следующий поворот на 180о, и так далее. Самый первый молекулярный мотор не отличался высокой скоростью, но после череды постоянных оптимизаций и модернизаций Феринге с коллегами удалось добиться от него скорости вращения 12 миллионов оборотов в секунду. В 2011 году его же исследовательская группа соорудила четырехколесный молекулярный автомобиль, в котором на молекулярной раме располагалось четыре молекулы, игравшие роль колес («Nature», 2011, 479, 7372, 208—211). Когда они начинали вращаться, молекулярный автомобиль поступательно двигался по поверхности (см. рис. на заставке).

В другом изящном эксперименте исследователи из группы Феринги показали, как с помощью молекулярных моторов раскрутить стеклянный цилиндр длиной в 28 микрометров (в 10 000 раз больше молекулярных моторов). Химики внедрили молекулярные моторы в жидкие кристаллы, причем модифицировали только 1% от всех макромолекул в их составе. Тем не менее активация работы молекулярных моторов заставляла двигаться все жидкие кристаллы. Стеклянный цилиндр, помещенный на их поверхность, вращался в том же направлении, что молекулярные моторы («Nature», 2006, 440, 7081, 163—163). Работы Жан-Пьера Саважа, Фрейзера Стоддарта и Бернарда Феринги не только вдохновили химиков всего мира на создание новых молекулярных машин и механизмов, но и снабдили их необходимым для этого инструментом. Одна из самых интересных молекулярных машин (ее разработали уже не нобелевские лауреаты этого года) — робот на основе ротаксанов, способный захватывать и связывать друг с другом аминокислоты, имитируя синтез белка на рибосоме («Nature», 2015, 525, 7567, 18—21).

В чем заслуга? Важное достижение Саважа, Стоддарта и Феринги состоит в том, что всем троим удалось получить молекулярные системы, выведенные из состояния равновесия. Химические системы, с которыми приходится иметь дело в лаборатории, стремятся к положению устойчивого химического равновесия, другими словами — к наиболее выгодному с точки зрения потенциальной энергии состоянию. Химические же системы, лежащие в основе процессов, которые протекают в живой ткани, работают именно в неравновесном режиме. Пока организм жив, он извлекает энергию из пищи, и эта энергия заставляет биологические молекулярные машины выходить из устойчивого равновесия, увеличивая свою потенциальную энергию. Для возвращения в равновесное состояние им приходится совершать механическую работу — и так до тех пор, пока происходит обмен веществ, то есть организм сохраняет жизнеспособность. Как и молекулярные машины живых организмов, системы, созданные Саважем, Стоддартом и Ферингой, могут выполнять множество задач, и это открывает химикам дверь, ведущую в новую страну

интересных идей. Как было сказано в официальном объявлении Нобелевского комитета от 5 октября 2016 года, ситуация с готовностью молекулярных машин к практическому применению в настоящее время напоминает ситуацию с созданием первых прототипов электродвигателей в век угля и пара — 20—30-е годы XIX века. Естествоиспытатели тех времен рассматривали их как бесполезные, хотя и весьма интересные установки, крутящие колеса и поднимающие грузы в лабораториях; никто и не подозревал, что настанет время, когда, говоря словами более поздней песни, «нам электричество пахать и сеять будет». Как считают многие химики, физики и биологи, нынешняя Нобелевская премия по химии — это триумф фундаментальной, академической науки, и ожидание компьютера на молекулярных чипах или механизма, приводимого в движение молекулярными машинами, может надолго затянуться. Более оптимистично настроенные эксперты говорят, что вручение премии Саважу, Стоддарту и Феринге вполне может ускорить этот процесс. Они приводят в пример ситуацию с Нобелевской премией по физике 2010 года, которая была присуждена за получение двумерной аллотропной модификации углерода — графена, в то время интересного, но непонятно для чего нужного материала. Однако премия Гейма и Новоселова резко увеличила интерес к графену и его аналогам, вовлекла множество людей в работу, что и привело в итоге к созданию в 2013 году европейской десятилетней программы по изучению графена и связанных с ним технологий с ежемесячным бюджетом в 54 миллиона евро (http:// graphene-flagship.eu/). Есть надежда, что Нобелевская премия 2016 года привлечет к делу создания молекулярных машин и новых исследователей, и новые инвестиции. Так это или не так, покажет время. Вместе с тем не следует забывать, что помимо пользы и эффектов, связанных с практической значимостью молекулярных машин, есть еще и то, что называется «научная значимость», а она заметна уже сегодня. Некоторые закономерности, выявленные при изучении движения и выполнения работы синтетическими молекулярными машинами, позволяют глубже понять принципы молекулярных машин, созданных эволюцией. Появляется возможность посмотреть под новым углом на молекулярную биологию, на неравновесные процессы с участием большого числа атомов и молекул. В любом случае каждая Нобелевская премия по химии — научное событие года, а нынешняя привлекательна еще и тем, что она отметила успехи наиболее важных разделов химии XXI века — химии синтетической и химии супрамолекулярной.

Белок, который ходит

АТФ

Саркомер

Миозин

Актин

Ca2+

4 АДФ

АТФ

2 АДФ Рi

3 Рi

На электронной микрофотографии миофибриллы хорошо видны саркомеры, состоящие из актиновых и миозиновых филаментов. Реакцию, которая обеспечивает сокращение мышцы, можно разделить на четыре этапа. 1. Головка миозина связывает молекулу АТФ, при этом разрывается связь между актином и миозином. Теперь миозин может взаимодействовать с новой актиновой субъединицей — сделать «шаг» вдоль нити. (Это взаимодействие пройдет до конца лишь в том случае, если нервный импульс повысит концентрацию ионов кальция в мышечном волокне.) 2. Миозин гидролизует АТФ до АДФ и фосфата и прочно связывается с актином. 3. Фосфат высвобождается, головка миозина сгибается, актиновые филаменты перемещаются относительно миозиновых. 4. Миозин высвобождает АДФ, но сам останется прочно привязанным к актину до появления новой молекулы АТФ.

АДФ

Прогулка миозина V по актиновой нити. Броуновское движение

Радости жизни

тельных единиц, имеющих одинаковую длину (почему под микроскопом и видна характерная для скелетных мышц поперечная полосатость). Миозин похож на две клюшки для гольфа, ручки которых скручены в одну Рi спираль, а головки цепляют актиновые филаменты и сдвигают их относительно миозиновых, тем самым сокращая мышцу. Каждая головка развивает усилия в считаные пиконьютоны, но в миозиновом филаменте сотни молекул миозина, в мышечном волокне много миофибрилл, а в мышце много волокон, так что суммарное усилие может быть значительным. Цикл повторяется, пока в цитоплазме есть ионы кальция и АТФ. Но миозины присутствуют не только в мышечных волокнах: в семействе миозинов 18 классов. Мышечные миозины (класс II) перебирают лапками по актину, как гусеница по травинке. Миозин V и похож на римскую пятерку или букву «лямбда»: короткий хвостик и две головки, или, скорее, две ноги, широко шагающие по актиновой нити (длина шага целых 36 нм) — а эти нити пронизывают каждую клетку, образуя цитоскелет. К хвостику могут прицепляться везикулы, РНК, митохондрии, и миозин их тащит куда надо. Сотрудники физического факультета токийского Университета Васэда в 2007 году приклеили к одной из «ног» миозина тубулиновую микротрубочку с флуоресцентной меткой, чтобы понаблюдать за прогулкой в реальном времени («Science», 2007, 316, 5828, 1208—1212, doi: 10.1126/science.1140468). С тех пор было сделано не одно подобное исследование, и ролики с анимированной реконструкцией гуляющих белков — не только миозина V, но и других, например кинезина, идущего по тубулину, — собирают сотни тысяч просмотров. Конечно, все понимают, что белок не наделен разумом и характером, что это просто биомашинка, но, глядя, как он шлепает вперед с апломбом и грацией диснеевского гнома, да еще тащит за собой огромный мешок везикулы, — невозможно не улыбнуться. Гуляющие белки в рисованных видеороликах так загребают ногами не смеха ради. Наиболее правдоподобные модели — именно те, где походка у них как у сильно пьяного или стукнутого по голове героя мультика. Когда та нога, что сзади, отрывается от актина, передняя наклоняется вперед под острым углом (на это расходуется энергия АТФ). А свободную ногу забрасывает вперед броуновское движение. Действием инерции и силы тяжести для белков в растворе можно пренебречь, а вот тепловое движение молекул учитывать необходимо. Оно и определяет изящество походки. Автор этой заметки не стремится умалить заслуги лауреатов 2016 года. Если у кого-то (тем более у самой эволюции!) результаты лучше наших, это не повод для огорчения, а новая цель. Кто знает, может быть, моторчик и машинка Бена Феринги — лишь первый шаг, а в конце пути — роботы, состоящие из маленьких механизмов, такие же сложные, как мы сами.

Е.Котина Видеоролики с гуляющими белками Миозин V (https://www.youtube.com/watch?v=KfEbuHCGIIo). Реальные видеокадры можно посмотреть в приложениях к статье «Video imaging of walking myosin V by high-speed atomic force microscopy» (Kodera et al, «Nature», 2010, 468, 7320, 72—76, doi:10.1038/nature09450). Кинезин (https://www.youtube.com/watch?v=y-uuk4Pr2i8).

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

обелевская премия, говорите? За молекулярное устройство, которое перемещается по плоской поверхности? Одноклеточные организмы тихо посмеиваются, крутя жгутиками, покачивая ресничками и ложноножками. Да и каждый из нас, многоклеточных, — такая сложная машина, сделанная из машин, сделанных из еще меньших, но все еще сложных машинок, какая Декарту не могла присниться. Молекулярные моторы (это не метафора, а официальный термин) отвечают за транспорт ионов через мембрану, транспорт пузырьков-везикул, органелл и хромосом внутри клетки, шевеления тех же ресничек и мышечные сокращения. Одни осуществляют движение по кругу (утверждение, что «природа не изобрела колеса», неверно: вращающихся наноколесиков у природы хватает), другие — линейное, туда и обратно. А третьи практикуют бипедальное движение. Кроме шуток, наши клетки густо населены двуногими шагающими наноботами. Всем известна роль актин-миозинового комплекса в мышечном сокращении. Мышечные клетки заполнены миофибриллами, а те состоят из белковых нитей — филаментов, актиновых и миозиновых; еще иногда вспоминают эластичный белок титин, фиксирующий концы миозиновых филаментов. В клетках скелетной мускулатуры филаменты аккуратно уложены в саркомеры — группы сократи-

Ванадий:

факты и фактики А.Мотыляев Откуда имя у ванадия? От скандинавской богини красоты Ванадис. Вообще-то ее зовут Фрейя, прозвище Ванадис, «Дева ванов», она получила потому, что ее отец Ньёрд был из племени богов ванов, которые отдали его в заложники своим противникам — богам асам. Как нетрудно догадаться, открыли ванадий в Скандинавии. Во время бурного развития европейской промышленности после наполеоновских войн сталь начали плавить во многих странах, например в Швеции, где были открыты месторождения железной руды и основано несколько металлургических производств. И почему-то в одних печах у шведов выходила прекрасная сталь — прочная, но ковкая, а в других хорошей стали не получалось. Металлурги обратились за помощью к химикам, и в 1830 году Нильс Габриэль Сефстрём нашел в шлаке тех печей, что давали качественную сталь, новый элемент. Его удалось выделить в виде черного порошка — это был оксид ванадия. А в металлическом виде его впервые получили спустя 39 лет сложной химической реакцией. Шанс открыть ванадий до Сефстрёма был у мексиканца Андреса Мануэля дель Рио-и-Фернандеса: он нашел новый элемент в свинцовой руде, но усомнился в своем открытии и согласился с предположением, что это был недавно открытый хром. Работая с той же мексиканской рудой, Фридрих Вёлер в свою очередь нашел нечто необычное, и, судя по записям в лабораторном журнале, это был ванадий; однако болезнь не позволила Вёлеру опередить шведского коллегу. Сколько ванадия на Земле? Много: это 20-й по распространенности элемент, правда, он сильно рассеян. Интересно, что в космическом пространстве его концентрация в тысячи раз меньше; им обогащены хвосты комет, атмосферы горячих юпитеров и красных карликов. Зачем ванадий металлургам? Это один из важнейших легирующих инструментов. На производство феррованадия — сплава, который добавляют в сталь, — идет большая часть добычи этого металла. Роль ванадия состоит в том, что он легко образует карбиды, которые выделяются в виде мелких частиц по границам зерен, причем карбиды весьма стойкие — они

растворяются при нагреве выше 550о. Это обеспечивает два эффекта. Вопервых, сами по себе твердые частицы на границе увеличивают ее прочность, а стало быть, и прочность материала. Вовторых, сталь приобретает прочность при термической обработке, но любой нагрев увеличивает размер зерна. Это плохо, ведь чем больше зерно — тем ниже прочность: при двукратном росте его размера она снижается на 50%. Карбиды держат границу и не дают зерну расти, структура при обработке прекрасно измельчается. Поэтому стали, в которые добавлено совсем немного, несколько десятых долей процента ванадия, отличаются не только повышенной прочностью, но также устойчивостью к износу и большой вязкостью разрушения. Скажем, деталь для опоры моста из такой стали можно сделать меньшего размера без потери надежности: так удается снизить вес конструкций на 20—30%, не слишком увеличив затраты. Стали с небольшими, в пределах одного процента, добавками хрома и ванадия служат для производства неплохого хромованадиевого инструмента; если его сделать без таких добавок, то губки гаечного ключа могут и разогнуться при откручивании особо упорной гайки, а ключу, сделанному из стали 40ХФА, это не грозит. Долго проработает и отвертка из стали 50ХФА, и автомобильная рессора из нее же. А из 60Х2ФА делают крупные пружины и рессоры. Что означают эти числа и буквы? Числа — содержание углерода в сотых долях процента: чем его больше, тем выше прочность и меньше пластичность, а обозначенные буквами небольшие добавки — хром и ванадий — хорошее влияние углерода усиливают, а плохое уменьшают. То, что ванадию приписали букву «Ф», скорее всего связано не с другим именем Ванадис, а с тем, что «В» занята вольфрамом. Буква «А» обозначает термообработку — улучшение стали: ее закаливают, а потом отогревают, возникшая при закалке структура разрушается, измельчается, и это дает оптимальный комплекс свойств. Используя все ту же способность ванадия образовывать в стали жаростойкие карбиды, можно делать и тяжело нагруженные подшипники, которые нагреваются порой до 500оС.

Важнейший сплав с ванадием для авиации — это ВТ6, титан с добавками 6% алюминия и 4,5% ванадия. Ванадий в нем регулирует фазовое превращение титана и позволяет создать с помощью термической обработки большое разнообразие структур, а стало быть, и разнообразные сочетания механических свойств. Этот сплав прочен, легок, хорошо сваривается и быстро кристаллизуется; из него делают элементы фюзеляжа самолета или литые детали, в том числе способные работать при нагреве до 300—450оС. Впрочем, материаловеды не сдерживают своих фантазий и создают новые титанованадиевые сплавы. Так, титановые сплавы с 8% ванадия позволяют создать легкие пружины, конкурирующие со стальными. Кованые изделия с 10% ванадия служат опорными конструкциями в фюзеляже «боинга-777», а холоднокатаные листы из титана с 15% ванадия — материал для авиационных воздуховодов. Зачем ванадий в термоядерном реакторе? У него низкий уровень наведенной радиации — в этом металле при нейтронном облучении образуется мало радиоактивных продуктов. Поскольку в термоядерном реакторе возникает огромный поток нейтронов, это важное качество. Сплавы на основе ванадия рассматривают в качестве перспективных для изготовления так называемых бланкетов — стенок реактора, в которых энергия термоядерного синтеза превращается в тепло, а затем теплоноситель отводит ее к электрогенератору. Альтернативой служит керамика на основе лития. Литий в этом контексте появляется не случайно: он должен превращаться в тритий, который отправляется назад, в реактор. Литиевый бланкет охлаждается гелием, а ванадиевый — жидким литием, циркулирующим по проложенным в металле каналам; тритий нарабатывается именно в этом теплоносителе. Для размножения нейтронов нужен еще и бериллий, но есть мнение, что при использовании ванадийлитиевой системы можно обойтись и без этого дефицитного элемента. Зачем ванадий химикам? Его пентоксид давно служит катализатором окисления диоксида серы при производстве серной кислоты. Работает он катализатором и в органическом синтезе. С помощью ванадия можно попытаться

Что такое ванадиевая проточная батарея? Это очень перспективный вид аккумуляторов электричества. В основе их работы лежит способность ванадия изменять свою степень окисления в широких пределах — от +2 до +5. Простейший аккумулятор состоит из трех сосудов, один из которых разделен проницаемой для протонов мембраной. Это реактор. Два других сосуда — резервуары, где хранятся растворы солей ванадия; в одном его степень окисления меняется от +2 до +3, в другом от +4 до +5. Насосы прокачивают эти растворы между резервуарами и реактором, где идет либо получение заряда, либо выработка электричества. Такое разделение мест хранения заряда и места его получения выгодно отличает этот аккумулятор от всех остальных: его емкость определяется только объемом резервуаров и ничем другим. Мощность же никак с емкостью не связана. Дополнительное преимущество ванадиевой батареи в том, что, если мембрана в реакторе прорвется, ничего страшного не произойдет: электролиты, содержащие один и тот же элемент в разных степенях окисления, лишь прореагируют, после чего надо будет долить недостающий раствор. Не только не будет взрыва, как это случается с литиевыми аккумуляторами, но и ничего отмывать не придется. Удельная плотность у такой батареи невелика, однако ее объем ограничен лишь фантазией создателя. Например, португальские инженеры из университета Минью («Energy», 2016, doi: 10.1016/j.energy.2016.02.118) придумали батарею для быстрой зарядки электромобилей и разместили ее в стандартном газгольдере на 20 тысяч литров. Обычно такие баллоны используют для автономной газификации: закапывают у дома и время от времени закачивают в них сжиженную пропан-бутановую смесь. Батарея получится, если разместить в газгольдере два полимерных сосуда для хранения электролитов, реактор, насосы и прочие необходимые принадлежности. Стоит она в ценах 2016 года 330 тысяч евро, может накапливать до 405 кВт.ч электричества с выходной мощность 100 кВ и заправлять 28 электромобилей в день. Заряжают саму батарею от источников альтернативной энергии либо от сети? ночью, когда электричество дешевое. При нынешних ценах установка, рассчитанная на 20 лет службы, окупается за 7—9 лет.

Зачем ванадий биотехнологам? У некоторых микробов он входит в состав двух важных ферментов, нитрогеназы и галопероксидазы. С помощью первого почвенные бактерии, например Azotobacter, живущий свободно, а не в клубеньках на корнях растений или цианобактерии из рода Anabaena, утилизируют атмосферный азот. Поскольку обычно это делает фермент с молибденом и железом, наличие альтернативного металла расширяет биотехнологам поле поиска эффективного биологического варианта реакции Габера — Боша, то есть фиксирования азота без нагрева и высокого давления. Та же нитрогеназа может превращать угарный газ в углеводороды — это аналог реакции Фишера — Тропша. Другой ванадийсодержащий фермент у красных, бурых и зеленых морских водорослей, а также у некоторых тропических грибов и лишайников производит галоген-углеводороды, в том числе летучие. Да-да, те самые, что разрушают озоновый слой. У гриба фермент с ванадием производит галогенсодержащие кислоты, разлагающие лигноцеллюлозу (древесину, говоря по-простому), а водорослям он помогает бороться с паразитами. Еще один предмет внимания биологов — организмы, способные накапливать ванадий. Например, в крови асцидий Phallusia nigra и Ascidia gemmata (это морские организмы из класса оболочечников, то есть, в сущности, мешочки для отцеживания пищи из воды) содержание ванадия составляет 45 и 350 мМ. Ванадий концентрируется у них в специальных клетках крови — ванадоцитах и связан с белками ванабинами. Другой морской накопитель ванадия — арктический многощетинковый червь Perkinsiana littoralis: в его щупальцах 10 мг ванадия на грамм сухого веса. Считается, что ванадий делает эти органы несъедобными, что очень важно, поскольку щупальца высовываются из убежища червя. Богат ванадием и красный мухомор. Нужен ли ванадий медикам? Неясно. Есть сведения, что неорганические и органические соединения, содержащие ванадий, проявляют очень серьезную биологическую активность. Например, регулируют аутофагию клеток, замедляют рост, как-то взаимодействуют с их наследственным аппаратом — словом, кажутся кандидатами в противораковые препараты («Coordination Chemistry Reviews», 2015, 301—302, 87—105; doi: 10.1016/j.ccr.2015.03.010). Однако таких препаратов пока нет. Есть подозрения, что соединения ванадия позволяют бороться и с вирусами, и с различными тропическими паразитами. Драматическая история связана с попытками лечить ванадием диабет II типа. При этой болезни поджелудочная железа вырабатывает инсулин, но клетки, перерабатывающие глюкозу, не воспринимают инсулиновый

Элемент №… сигнал. В начале XX века было замечено, что соединения ванадия снижают уровень глюкозы в крови. В 1985 году этот эффект надежно зафиксировали на крысах. Затем четверть века медики в разных клиниках ставили небольшие эксперименты, в каждом из которых участвовало от силы десять пациентов. В большинстве опытов им давали оксисульфат ванадия (то есть соединение четырехвалентного металла, ванадилоксисульфат) в количестве около 100 мг в день на протяжении нескольких недель. Как правило, фиксировали снижение глюкозы, но у отдельных участников случалось расстройство кишечника. Эффект сохранялся и через несколько недель после окончания приема. Был предложен механизм действия. Оксисульфат ванадия похож на фосфат. Стало быть, он может вкрасться в доверие к какому-нибудь важному белку, откликающемуся на действие соединений фосфора, и обманет его. В числе таких белков — тирозинфосфатаза PTP1B, которая выключает инсулиновый рецептор клеток. Выключив эту фосфатазу, ванадий и обеспечивает поглощение глюкозы из крови. Воодушевленная этими успехами, невадская компания «Akesis Pharmaceuticals» во главе с доктором Карлом Ле Белом решилась на клинические испытания препарата, содержащего органический комплекс ванадия, ди(этилмальтолато) оксиванадий. Первая фаза прошла успешно, вторая шла неплохо, но в январе 2009 года выяснилось, что прием препарата ведет к нарушениям в работе почек. Испытания прекратили, а компания доктора Ле Бела начала процедуру банкротства. Энтузиазм после этого уменьшился, но уже в 2014 году («American Journal of Epidemiology», 2014, 180, 378—384) группа китайских исследователей изучила анализы крови полутора тысяч китайцев, у которых только что был диагностирован диабет второго типа, и выяснила, что содержание ванадия у них несколько меньше, чем у здоровых людей. Видимо, этот элемент, поступая с пищей — петрушкой, черным перцем, укропным семенем, морепродуктами, грибами и шпинатом, — в некоторой степени способен регулировать уровень глюкозы в крови. Оппоненты же указывают («Food and Chemical Toxicology», 2016, 95, 137— 141; doi: 10.1016/j.fct.2016.07.005), что

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

очистить продукты горения органического топлива от оксидов азота и угарного газа, превратив их в безопасные азот и углекислый газ. А можно на основании супрамолекулярных соединений ванадия сделать дышащий полимер — способный обратимо поглощать или выделять какойто газ при деформации. Предполагается, что такие соединения пригодятся для селективной очистки газовых смесей.

В земной коре 96—230 мг/кг

при всей перспективности борьбы с диабетом с помощью ванадиевых таблеток совершенно неясны последствия приема этого, в общем-то, ядовитого металла. Ведь при диабете препарат придется принимать пожизненно, и ванадий станет накапливаться в организме. Данные о токсичности ванадия, впрочем, немногочисленны. Профессиональный справочник «Вредные вещества в промышленности» уделяет внимание главным образом пентоксиду, которым рабочие могут надышаться на производстве. Соответственно, нормируется содержание в пыли, а не в еде. С едой человек получает 2 мг ванадия в день. Зафиксировано его накопление в костях, печени и почках; через почки он главным образом и выводится. Считается, что безопасная доза в моче — 1 мкг/л. В крови ванадий живет не долго: в опытах с пациентами-дибетиками через две недели после окончания приема ванадилсультфата концентрация ванадия в крови упала с 73,3 до 9,5 мкг/л. Надо учитывать и то обстоятельство, что в организм из кишечника попадает очень мало ванадия. Опыты на животных дали больше информации. Так, когда крысам в желудок вводили раствор с пентоксидом ванадия, у них возникала рвота и гибли эритроциты. ЛД50 для белых крыс составил 23,4 мг/кг для V2O5, 130 мг/кг для V2O3. Хосе Доминго из каталонского Университета Ровира и Виргили, один из авторов упомянутого обзора, рассказывал об опытах на крысах-диабетиках, выявивших множество побочных эффектов от приема ванадилсульфата – страдали системы кроветворения, размножения, были найдены свидетельства канцерогенности. Он же отмечает, что вопрос о токсичности

В почве – 2—310, в среднем 90 мг/кг Растворено в речной воде – 0,71 мкг/л В морской воде 1,8 мг/л В океанических базальтах – 275 мг/кг В океанических хребтах – 400 мг/кг

соединений ванадия для человека и их метаболизме требует дальнейших исследований. Впрочем, пока медики спорят, культуристы спокойно запивают тренировку раствором соли ванадия. Так, на сайте body-zone.ru прямо написано: «Ванадилсульфат помогает мышечным клеткам быстрее усваивать глюкозу, что способствует быстрому восстановлению после тренировок. <...> Это высококачественная, популярная пищевая добавка, которая рассчитана на серьезную работу над мышечной массой». Видимо, эта категория людей не подозревает о возможной опасности длительного приема ванадиевой добавки. Что такое термохромное стекло? Это такое стекло, которое при нагреве до определенной температуры меняет свою прозрачность; оно защитит здание с большими окнами от сильного нагрева в летний день и в то же время позволит использовать солнечный нагрев зимой. Диоксид ванадия — самый лучший не-

О подписке

органический материал для этих целей. При температуре 68оС он испытывает фазовое превращение и из полупроводника становится проводником. В этом новом состоянии он отражает солнечные лучи в дальнем инфракрасном диапазоне, то есть пленка из диоксида уменьшит проникновение сквозь стекло инфракрасных солнечных лучей. Однако в чистом виде он не годится: слишком велика температура перехода и слишком ничтожна та часть спектра, где он работает. Материаловеды решают эти проблемы («Journal of Physics: Conference Series», 2014, 559, 012001; doi: 10.1088/1742-6596/559/1/012001). Так, добавки магния или вольфрама снижают температуру перехода до разумных 30—40оС. А добавки наночастиц диоксида ванадия позволяют захватить почти весь диапазон теплового излучения. Можно надеяться, что в недалеком будущем термохромные стекла с покрытием из диоксида ванадия появятся на рынке, и окна станут лучше защищать нас от жары и от холода.

Напоминаем, что на наш журнал с любого номера можно подписаться в редакции. Стоимость подписки на первое полугодие 2017 года: с доставкой по РФ — 1080 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: ПАО «Сбербанк», г.Москва, Номер счета: № 40703810938000000848, к/с 30101810400000000225, БИК 044525225 Назначение платежа: подписка на журнал «Химия и жизнь—XXI век»

Найден белок, затруднив синтез которого можно победить неуязвимую бактерию.

Агентство «AlphaGalileo», 5 октября 2016 года

Исследователи Женевского университета во главе с Карлом Перроном попытались выяснить, в чем причина такой устойчивости. Тщательные эксперименты показали, что антибиотик проникает в клетку через поры, созданные разновидностью белков-поринов. Ионы металла также входят в клетку через эти поры. Видимо, при его избытке бактерия защищается — снижает синтез поринов, в результате поры закрываются, и антибиотик не может проникнуть в клетку. Был найден и белок, который управляет этим процессом, так называемый шаперон Hfq (Host factor q): мутанты, лишенные этого белка, погибали от антибиотика даже в среде, богатой цинком. Значит, препарат, мишенью которого будет Hfq, способен покончить с устойчивостью бактерии к антибиотикам. Впрочем, есть и другой путь: поискать вещество, проникающее в клетку псевдомонады другим путем.

В Легкий разговор Программа, позволит беседовать людям, которые не видят или не слышат. Агентство «AlphaGalileo», 6 октября 2016 года, http://blappy.cesya.es/

Виноградная косточка повысит число антиоксидантов в кофе.

Агентство «NewsWise», 19 октября 2016 года

Раскаленный кремний может стать средством хранения солнечной энергии.

«Energy», 2016, 107, 542—549; doi: 10.1016/j.energy. 2016.04.048

л а б о р а т о р и я х

рисловье о «разговоре слепого с глухим» издавна было метафорой непреодолимых коммуникативных трудностей и полного взаимонепонимания. Инженеры из мадридского Университета Карлоса III увидели в этой поговорке интересную задачу и создали «Блаппи» — программное обеспечение для смартфонов на платформе «Андроид». Если эта программа стоит на смартфонах обоих собеседников, а сами они находятся на расстоянии до 10 метров, то есть там, где ловят сигнал устройства bluetooth, то они вполне могут общаться, и достаточно живо: звук превращается в текст, напечатанный на экране, а текст — в звук, исходящий из динамика смартфона. Незрячий пользователь может произносить свои реплики и слышать ответы, а неслышащий — набирать и читать. Сейчас программа работает на испанском, немецком, английском и французском языках, но с помощью службы переводов Google ее можно адаптировать к любому языку. Как утверждает руководитель исследовательской группы Белен Руис Месква, их работа — яркий пример того, как современные технологии помогают людям с ограниченными возможностями жить полноценной жизнью. А проблема немаловажная: в одной Испании миллион слепых и более миллиона глухих людей.

з а р у б е ж н ы х

л а б о р а т о р и я х

еловек рачительный давно мечтает куда-нибудь приспособить отход производства вина — выжимки, на которые приходится до 13% веса исходного винограда. Масла в них не так уж много — 6—8%, то есть вдвое — вчетверо меньше, чем в чистых косточках, поэтому извлекать его невыгодно. В то же время содержание антиоксидантов — фенолов, ненасыщенных жирных кислот, токоферолов — весьма велико. Жалко все это богатство выбрасывать. И способов утилизации придумано много, но переработать все отходы так и не удается. Исследователи из университета штата Вашингтон во главе с Каролин Росс предложили еще один способ: улучшить антиоксидантные свойства любимого утреннего напитка миллионов — кофе. В эксперименте добровольцы выпивали по пять чашечек кофе, черного или с сахаром, сливками, молоком, а потом рассказывали, как им понравился этот кофе. При изготовлении напитка же добавляли в кофе 6,25, 12,5, 18,75 или 25% виноградных выжимков (видимо, сушеных и размолотых). Вполне ожидаемо большие количества напиток не улучшили — кофе получался жидкий и невкусный. Но вот минимальная концентрация добавки вкус не испортила, а содержание антиоксидантов значительно выросло. Если специалисты пищевой промышленности заинтересуются этой находкой, они сумеют сочетать заботу о здоровье потребителей и об охране окружающей среды — отходы превратятся в доходы. Да и натурального кофе понадобится меньше. Наверное, хозяйственные граждане могут и сами собирать виноградные косточки, сушить их и добавлять в кофемолку, чтобы получить антиоксидантый кофе. Главное — соблюсти пропорцию, а она теперь известна: не более 6%.

В Кремниевое солнце

з а р у б е ж н ы х

В О выжимках и кофейной гуще

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

огда появились эффективные солнечные батареи и коллекторы солнечного тепла, стало ясно, что серьезнейшим препятствием для развития этого вида энергетики будет проблема хранения энергии, ведь пик ее выработки и пик использования разнесены во времени. Простейший способ — хранение в свинцовом аккумуляторе — настолько дорогой, что не позволяет солнечному электричеству стать дешевле электричества, получаемого от сжигания газа, даже несмотря на значительное снижение цены самих солнечных фотоэлементов. Проблема с солнечным теплом еще серьезнее: пока что его всего лишь накапливают в баках с водой и используют для горячего водоснабжения. Впрочем, отдельные энтузиасты придумывают смелые проекты вроде дома, посреди которого, от пола до крыши, стоит большой, метрового диаметра, столб-термостабилизатор из камней — летом он накапливает солнечное тепло, поступающее из коллектора на крыше, а зимой отдает его. Исследователи из Мадридского политехнического университета во главе с Алехандро Датасом творчески переработали такую идею и придумали, как совместить солнечные генераторы тепла и электричества. Для этого они решили конденсировать солнечный свет в кремниевом блоке: теплоемкость кремния очень велика, в одном кубометре можно накопить один мегаватт-час энергии. При этом кремний расплавится и нагреется до белого каления — станет излучать свет подобно Солнцу. Предполагается, что благодаря хорошей теплоизоляции это тепло можно будет удерживать достаточно долго, чтобы дождаться дневного пика энергопотребления. И тогда включится фототепловой элемент, преобразующий тепло в электричество. Такие элементы весьма эффективны — при выработке равного количества электричества их площадь в сто раз меньше, чем у солнечных элементов. А коэффициент конверсии превышает 50%.

Выпуск подготовил кандидат физико-математических наук С.М.Комаров

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Слабое место псевдомонады

з а р у б е ж н ы х

актерия Pseudomonas aeruginosa, или синегнойная палочка, весьма распространена и в почве, и в воде, где никому особенно не мешает. Но если она попадет, например, в открытую рану, то может наделать бед. Одна из ее особенностей — присутствие в окружающей среде повышенной концентрации металлов, прежде всего цинка, придает ей такие силы, что ни один антибиотик не действует. Цинк же бывает повышенным в двух случаях: при использовании металлических катетеров, из которых он попадает в окружающие ткани, и в слизистых оболочках у больных муковисцидозом.

Лидеры наноиндустрии обсудят «конвейер инноваций» на конгрессе в Москве 1 декабря Фонд инфраструктурных и образовательных программ и Межотраслевое объединение наноиндустрии (МОН) проведут в Москве пятый Конгресс предприятий наноиндустрии. Конгресс предприятий наноиндустрии проводится с 2012 года и за это время стал ключевой коммуникационной бизнес-площадкой для обсуждения и формирования консолидированной позиции предприятий отрасли по актуальным вопросам развития. В рамках мероприятия пройдут дискуссии, посвященные развитию бизнеса в сфере новых материалов, биотехнологий, генерации и хранении энергии, электроники и фотоники. Будут обсуждаться вопросы создания инновационной инфраструктуры и расширения сбыта отечественной нанотехнологической продукции, в том числе на зарубежных рынках. «Предприятия наноиндустрии работают в самых разных сферах – от новых материалов и строительства до медицины и энергетики. Наша задача – создать конвейер инноваций от лаборатории до массового производства конкурентоспособной продукции в сфере нанотехнологий. В этом году мы намерены обсудить, как этот конвейер должен быть устроен, как содействовать технологическому предпринимательству, поддерживать инфраструктурные центры, развивать рынок труда и высокотехнологичный экспорт», – говорит генеральный директор Фонда инфраструктурных и образовательных программ Андрей Свинаренко. На открытии Конгресса с приветственной речью выступит Председатель Правления УК «РОСНАНО» Анатолий Чубайс. В работе конгресса примут участие Председатель совета директоров «Российского технологического фонда» Доминик Фаш, генеральный директор Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технологической сфере Сергей Поляков, генеральный директор «Российского экспортного центра» Петр Фрадков, Вице-президент Нанополиса Сучжоу, Фень Чжан и генеральный директор Drukka Startup Studio, Аттила Сигети. В рамках Конгресса пройдет выставка предприятий наноиндустрии, состоится церемония награждения лауреатов Российской молодежной премии в области наноиндустрии с презентациями лучших проектов, церемония вручения дипломов и знака «Российская нанотехнологическая продукция». Пятый Конгресс предприятий наноиндустрии состоится 1 декабря 2016 года в Международном мультимедийном пресс-центре МИА «Россия сегодня» по адресу: Москва, Зубовский бульвар, дом 4. Регистрация для участников и аккредитация для СМИ – на сайте www.congressnano.ru. Партнерами V Конгресса предприятий наноиндустрии в 2016 году выступили АО Российский экспортный центр, Фонд содействия инновациям, Общероссийская общественная организация «Деловая Россия», Общероссийская общественная организация «ОПОРА РОССИИ» и Агентство по технологическому развитию.

Программа V Конгресса предприятий наноиндустрии 1 декабря 2016 года 8:00—10:00 Приветственный кофе, регистрация участников 10:00—12:00 Пленарная сессия Эволюция технологического предпринимательства: от героев-одиночек до конвейерного производства стартапов Со-ведущие сессии: Петр Щедровицкий, член правления Центра стратегических разработок «СевероЗапад», зав. кафедрой стратегического планирования и методологии управления НИЯУ МИФИ, член экспертного совета Правительства РФ Анатолий Чубайс, Председатель правления ООО «УК Роснано» Приглашенные докладчики: Paul Van Dun, General Manager, KU Leuven Research&Development, Belgium. Лидер рейтинга Reuters Top 100 - самый инновационный университет Европы 2016

Feng Zhang, Vice-president, Nanopolis Suzhou Co., China. Один из крупнейших технопарков мира Attila Szigeti, co-founder & СEO, Drukka Startup Studio, author of the book “Anatomy of Startup Studios: a Behind the Scenes look at how successful venture builders operate”, Hungary. Самая быстрорастущая стартапстудия Восточной Европы Денис Ковалевич, со-основатель и генеральный директор Троицкого нанотехнологического центра «ТехноСпарк», соавтор статьи «Конвейер инноваций». Самая крупная венчуростроительная компания России Дмитрий Песков, директор направления «Молодые профессионалы» Агенства стратегических инициатив, Россия. Инициатор проектов Worldskills Russia и Национальная технологическая инициатива 11:45–12:00 Торжественная церемония вручения дипломов и знака «Российская нанотехнологическая продукция»12:00–12:30 Кофе-брейк, осмотр экспозиции

Параллельные рабочие сессии 12:30–14:00 Пленарная дискуссия «Высокотехнологичный бизнес в глобальном масштабе» совместно с Российским экспортным центром Поддержка несырьевого сектора экономики сегодня является одним из экономических приоритетов России. Российский экспортный центр (РЭЦ) создан для консолидации усилий профильных министерств, ведомств, организаций и представителей корпоративного и финансового секторов

для укрепления государственной системы поддержки ориентированных на экспорт предприятий. Молодым высокотехнологичным компаниям, обладающим конкурентоспособным продуктом, но не имеющим опыта выхода на зарубежные рынки, не всегда просто сориентироваться в действующих и планируемых к реализации мерах и инструментах поддержки экспорта, учитывая количество и масштабы барьеров на пути ВЭД. В рамках круглого стола планируется рассмотреть наиболее актуальные направления поддержки высокотехнологичного экспорта.

Панельная дискуссия «Материалы будущего» Как новые материалы вписываются в существующие индустрии, барьеры, ограничения. Окна возможностей для экспериментов с новыми материалами для архитекторов, дизайнеров, проектировщиков. Перспективы новых материалов войти в обиход градостроителей в горизонте 20 лет. Панельная дискуссия «Электроника и фотовольтаика» Дискуссия: индустрии 1.0, что делать, в условиях появления индустрии 2.0 в электронике вне пространства традиционной. Новая индустрия складывается из новых компаний. Панельная дискуссия «Инвестиции в фармацевтические инновации: путь к прибыли» Дискуссию предполагается построить вокруг темы R&D в России как бизнеса и продвижения российской продукции на внешних рынках, а также инструментов расширения международной кооперации на этапе исследований, этапе перехода от доклинических исследований к выпуску продукции на рынок. Темы для обсуждения: •R&D в фарминдустрии как бизнес: есть ли ему место в России и каковы препятствия на пути его развития возникают? •Есть ли возможность выхода со своим R&D на глобальный рынки и как это делать? •Российский R&D и глобальные игроки фармрынка: где точки соприкосновения интересов? •Цифры и факты российской фарминдустрии: откуда берётся прибыль? •Плюсы и минусы локализации R&D и производства медикаментов в России Питч-сессии финалистов Российской молодежной премии в области наноиндустрии

14:00–14:30 Церемония награждения лауреатов Российской молодежной премии в области наноиндустрии 14:00–15:00 Обед Параллельные рабочие сессии (продолжение) 15:00–16:30 Панельная дискуссия «Создание бизнес-архитектуры отрасли новой возобновляемой электроэнергетики» В рамках дискуссии представители министерств, отраслевых ассоциаций, фондов, производителей оборудования обсудят мировые тренды децентрализации системы генерации энергии, нанотехнологий в развитии систем хранения и производстве накопителей энергии, суперконденсаторов, других типов накопителей. Участники обсудят перспективные технологии для альтернативной и развития умных сетей. Другим блоком вопросов станет обсуждение технологий для ветрогенерации и использования в производстве ветряных мельниц аддитивных технологий и новых материалов в целях повышения эксплуатационных характеристик, облегчения сервисного обслуживания. Круглый стол «Особый рынок труда: сложный труд – сложные квалификации» Скорость сборки системы оценки квалификаций как социального и профессионального института. С 2017 года законодательный ориентир при принятии кадровых решений и построении кадровых политики. Необходимость синхронизации методов и технологий оценки трудовых функций, квалификаций и компетенций с изменениями в видах деятельности и трудовой деятельности. Использование современных технологий сбора и обработки данных. Модели переноса содержательного инструментария из одного предприятия/проекта в другой, в том числе связанных с разнообразием бизнес-процессов предприятий высокотехнологичных отраслей, что требует вариативности инструментов оценки и гибкостью полученной матрицы оценивания. Сложный труд и сложные трудовые

Информация функции наноиндустрии, которые сложно стандартизировать и оценивать.Следующий этап работы системы - увеличение скорости обратной связи и роста качества, в том числе через автоматизацию процессов стандартизации и оценивания. Модели организации трудовой деятельности с учетом ее профессионализации и повышения эффективности. Недостаточность и отсутствие 2.0 формата экспертных площадок для обмена опытом по методам и инструментам оценивания. Формирование позиции эксперта от наноиндустрии или высокотехнологичной отрасли, учет профиля эксперта и создание условий или технологий погружения эксперта, формирование экспертных группировок по направлениям проекта. Усиленный блок требований к качественным характеристикам системы управления системой профессиональных квалификаций. Система управления и её скорость должны соответствовать скорости отрасли и ее продуктов. Темы для обсуждения: •Ценности развития человеческого ресурса в высокотехнологичных отраслях; •Формирование нового языка (культуры) управления высокотехнологичным персоналом; •Что такое высокотехнологичные кадры и как этим управлять? Круглый стол «Контрактная инфраструктура для предприятий наноиндустрии» 16:30–17:00 Кофе-брейк 17:00–18:30 Закрывающее мероприятие Конгресса 18:30–19:30 Фуршет, неформальное общение

Фонд инфраструктурных и образовательных программ создан в 2010 году в соответствии с Федеральным законом № 211-ФЗ «О реорганизации Российской корпорации нанотехнологий». Целью деятельности Фонда является развитие инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, включая реализацию уже начатых РОСНАНО образовательных и инфраструктурных программ. Высшим коллегиальным органом управления Фонда является наблюдательный совет. Согласно уставу Фонда, к компетенции совета, в частности, относятся вопросы определения приоритетных направлений деятельности Фонда, его стратегии и бюджета. Председателем Правления Фонда, являющегося коллегиальным органом управления, является Председатель Правления ООО «УК «РОСНАНО» Анатолий Чубайс, генеральным директором Фонда — Андрей Свинаренко. НП «Межотраслевое объединение наноиндустрии» создано в 2012 году по решению предприятий наноиндустрии - участников I Конгресса предприятий наноиндустрии. В него входит более 140 представителей отечественных предприятий и организаций наноиндустрии. Миссия Объединения - представление интересов предприятий отечественной наноиндустрии в органах государственной власти и общественных организациях, формирование коллективных механизмов защиты прав и интересов, продвижение продукции отрасли. На базе Объединения функционирует постоянно-действующая профессиональная экспертная площадка наноиндустрии и Совет по профессиональным квалификациям в наноиндустрии. Объединение содействует развитию сети деловых контактов предприятий наноиндустрии, в том числе за рубежом, реализации совместных проектов предприятиями наноиндустрии, организует на постоянной основе семинары, конференции и иные тематические события для предприятий наноиндустрии.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Сессия пройдет с участием представителей иностранных бизнес-миссий и ассоциаций в России, нацеленных на выстраивание эффективного диалога между российскими и зарубежными предпринимателями, представителей профильных министерств, отвечающих за поддержку внеэкономической деятельности. К участию приглашаются все компании высокотехнологичного сектора экономики, заинтересованные в выходе на зарубежные рынки, поиске партнеров, желающие ознакомиться с финансовыми и нефинансовыми инструментами поддержки экспорта продукции и возможностями, которые открываются на глобальных рынках в текущей экономической ситуации.

Химики о происхождении Луны Новые результаты анализа лунных и земных скальных пород помогли уточнить основную гипотезу образования Луны («Nature», 2016, doi: 10.1038/ nature19341). В 1975 году Уильям Хартман и Дональд Дэвис разработали гипотезу, согласно которой Луна образовалась миллиарды лет назад в результате столкновения молодой Земли с протопланетой. Гипотетическую протопланету (она, как и Земля, находилась в стадии формирования) назвали Тейя. В соответствии с этой гипотезой гигантского столкновения удар Тейи пришелся почти по касательной. В результате большая часть ее вещества была выброшена на околоземную орбиту, из них собралась прото-Луна, которая впоследствии и стала нашим любимым естественным спутником. Чуть позже гипотезу модифицировали — стали считать, что на образование Луны пошли не только осколки Тейи, но и часть вещества земной мантии. Гипотеза гигантского столкновения по-прежнему остается основным научным предположением, описывающим образование Луны. Однако увеличение точности измерений изотопного состава в последние два десятилетия позволило выявить некоторые изъяны в существующей модели. Если Луна образовалась главным образом из вещества Тейи, то ее породы должны отличаться по изотопному составу от земных. Однако в 2001 году обнаружили, что и в земных, и в лунных скальных породах содержатся одинаковые количества трех изотопов кислорода, что позволяет

говорить о формировании Луны главным образом из материала мантии Земли, а не Тейи. Химикам также не удавалось найти различий в изотопном составе полулетучего элемента калия для земных и лунных пород. Поэтому в начале 2000-х годов исследователи предложили сценарий относительно низкого по энергии удара Тейи о Землю, после чего образовалась общая для двух небесных тел силикатная атмосфера, которая успела перемешаться и выровнять концентрации изотопов в обоих небесных телах еще до формирования Луны. Новые исследования, которые провели Кун Вон из Университета Вашингтона в Сент-Луисе и Штейн Якобсен из Гарварда, указывают на то, что изотопные составы калия в породах земного и лунного происхождения незначительно различаются. Эти результаты не укладывается в классическую трактовку гипотезы гигантского столкновения, согласно которой Луна в основном сформировалась из осколков Тейи, а компоненты мантии Земли внесли в образование нашего спутника меньший вклад. Кун Вон считает маловероятным и низкоэнергетическое столкновение, подчеркивая, что эффективное смешение элементов прото-Земли и Тейи в любом случае не могло произойти из-за низкой скорости — поднявшаяся в результате столкновения пыль гораздо быстрее просто осела бы на Землю. С помощью новой высокоточной методики измерения содержания изотопов калия Вон и Якобсен обнаружили, что семь образцов лунного грунта, доставленных на Землю «Аполлонами», содержат больше

Клик-реакции становятся обратимыми В результате так называемых клик-реакций можно быстро и избирательно получать новые вещества за счет взаимодействия строительных блоков небольшого размера. Они очень популярны не только у химиков, но также у биологов: с их помощью, например, удобно «метить» биомолекулы. До настоящего времени все такие превращения были необратимы, однако и этот недостаток удалось преодолеть. Исследователи из группы Эрика Энслина из Университета Техаса (Остин) разработали клик-систему, в которой биомолекулы полностью очищаются от введенных меток при добавлении специального вещества («Nature Chemistry», 2016, 8, 968—973, doi: 10.1038/nchem.2601).

Хемоскоп

Луна

Земля

–0,2

0,2

d41Kbse(0/00)

0,4

0,6

0,8

Содержание нуклида 41К в образцах пород земного и лунного происхождения

тяжелых изотопов калия по сравнению с земными образцами. Таким образом, хотя идентичное изотопное распределение кислорода в образцах с Земли и Луны однозначно говорит о смешении Земли и Тейи в результате столкновения, даже незначительные различия в составе калиевых изотопов позволяют предположить механизм этого смешения. По словам Вона и Якобсена, единственный процесс, который мог вызвать такую картину, — столкновение, приведшее к выделению большого количества энергии с последующим избирательным осаждением более тяжелых изотопов калия в формировавшейся Луне. Изотопное распределение калия оказалось существенным аргументом для корректировки астрономической гипотезы.

Хемоскоп

Амины и тиолы легко взаимодействуют с молекулой-акцептором. Аминовый фрагмент можно легко удалить с помощью дитиотреитола (DTT)

Новая система позволяет «пришивать» метки к изучаемым молекулам и «отпарывать» их, не повреждая объект исследования и не оставляя на нем следов. Демонстрируя возможности новой систе-

мы, исследователи из Остина показали, как белки обратимо связываются с полиэтиленгликолевыми цепочками, которые обычно применяются для увеличения биологической доступности белковых

лекарственных препаратов. Как и многие другие процессы клик-химии, новая реакция протекает в воде, что не только делает ее «зеленой», но и позволяет надеяться на то, что она не будет мешать естественным биохимическим процессам. Первоначально исследователи из Остина пытались синтезировать большие рецепторы, обратимо распознающие низкомолекулярные соединения за счет обратимых реакций. В поисках таких рецепторов они перепробовали большое количество реагентов, могущих быть платформой для обратимого связывания. Из них отобрали те, чья реакционная способность отвечала требованиям клик-химии, то есть способные вступать в быстрые однозначно протекающие реакции, целевые продукты которых не приходилось

бы долго отделять от образующихся продуктов. Предполагалась следующая схема превращений: амин взаимодействует с макромолекулярной платформой-акцептором, после чего продукт этого превращения вступает в реакцию с тиолом. После того как весь синтез был сделан, Энслин с соавторами обнаружили, что добавление к конечному продукту дитиотреитола (DTT) высвобождает исходные амин и тиол — то есть запускает реакцию, обратную «кликпроцессам». Тем не менее для того, чтобы процесс был обратимым, условия его проведения должны соответствовать определенным требованиям, несколько отличающимся от привычных для классических кликреакций. Так, реакции необходимо проводить в воде, чтобы к макромолекуле

Монетизация катализа

не могли присоединиться две молекулы амина, — соответственно в процессе может участвовать не любое макромолекулярное соединение. Обратимая версия клик-процесса протекает медленно: для некоторых аминов и тиолов при комнатной температуре ждать образования целевого продукта приходится несколько дней (нагревание ускоряет процесс, но приводит к образованию нежелательных побочных продуктов). Исследователи признают, что главный результат новой работы — принципиальная возможность существования обратимых клик-реакций. До окончательной разработки полноценно обратимого клик-процесса необходимо решить еще много проблем.

Хемоскоп

Британские и турецкие ученые установили, что британская монета достоинством в один пенс (пенни) катализирует полимеризацию, приводящую к получению акрилопластов («Polymer Chemistry», 2016, doi: 10.1039/C6PY01295G). Неожиданно обнаруженный «монетарный» катализ уступает по эффективности катализаторам на основе медной проволоки, которую используют в промышленности. Однако медная монетка позволяет получить до 50 граммов полимера за один цикл синтеза.

ле. Но Бешер и его коллеги показали, что после полимеризации монетка остается неповрежденной и ее можно использовать по прямому назначению (если, конечно, на одно пенни можно что-то купить). Поэтому при определенной фантазии можно считать, что катализатор-монета вообще бесплатный. Химики из группы Бешера не только обнаружили, что могут провести реакцию полимеризации различных акриловых мономеров с помощью медной монетки, но и сравнили эффективность «однопенсового» катализатора с эффективностью классической медной проволоки, имеющей такую же площадь поверхности. Очевидный плюс новой методики в том, что у реакции нет индукционного периода: медная монета сразу тонет в реакционной смеси и начинает ускорять образование полимеров, тогда как медная проволока плавает на поверхности. Одинаковую каталитическую

Механизм получения полимеров с монетарными катализаторами. «Бросьте монету, чтобы начать» — так подписали схему реакций авторы статьи

эффективность демонстрируют монетки, отчеканенные из сплава, содержащего 97% меди, 2,5% цинка и 0,5% олова (такие монетки выпускались в Великобритании до 1992 года), и современные стальные однопенсовики Королевства с покрытием из чистой меди, нанесенной электрохимическим методом. Бешер надеется, что медные монеты могут катализировать и другие типы полимеризации. Он говорит, что его мечта — получить килограммовые количества полимеров, бросив в реакционную смесь одну монетку.

Выпуск подготовил кандидат химических наук

А.И.Курамшин

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Живая радикальная полимеризация одноэлектронного переноса — один из самых распространенных процессов, применяющихся для промышленного получения полимеров, которые окружают нас в повседневной жизни (например, полистирола и акрилопластов). Чтобы ускорить полимеризацию, ее проводят в присутствии катализаторов. Наиболее распространенный катализатор такого типа — вытянутая в проволоку медь, однако высокая стоимость чистой меди ограничивает возможности ее масштабного применения или значительно увеличивает стоимость полимеров. В новой работе группа исследователей под руководством Ремзи Бешера, работающего в Университете Королевы Марии (Лондон), получила полиакрилаты, заменив медную проволоку медной монеткой, и, как они уверяют, замена не стоила им ни единого пенни. Эксперт по медь-катализируемым процессам полимеризации Саймон Харрисон из Университета Тулузы III (Университет Поля Сабатье) возражает британским коллегам, что монетарная медь стоит около 40 центов за грамм, поэтому нельзя говорить о монетах как об очень дешевом материа-

Человек и RFID Доктор физико-математических наук И.Б.Вендик, кандидат технических наук

И.В.Мунина Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)

Зачем три пилота и их корабль, вернувшись из рейса ЕН101— ЕН2657, сделались источниками радиоволн с длиной волны шесть и восемьдесят три тысячных? Нас исследовали врачи. Нас исследовали физики. Все пришли к единственному выводу: это невозможно. Можно было умереть от смеха, глядя на их удивленные лица. А. и Б.Стругацкие. Полдень, XXII век

Постановка задачи «Химия и жизнь» уже писала (2009, 2) о системах радиочастотной идентификации, RFID (Radio Frequency Identification). На любой объект, хоть на контейнер для морских перевозок, хоть на галстук-бабочку в магазине, можно наклеить метку — микросхемку, приемопередатчик с антенной, которая по запросу сообщает информацию. Например, что в контейнере лежит и кто изготовитель этой тряпочки. С другой стороны, медики используют системы так называемого мониторирования чтобы отслеживать, скажем, в течение суток параметры человека — температуру тела, пульс, давление крови и др. Эти системы пишут информацию на флешку, с которой ее потом можно и скачать, и просмотреть. А что делать, если надо не через сутки, а сразу? Установить радиометку и устройство для регистрации параметра на человека или внутрь него и принимать сигнал с некоторого расстояния. На словах-то все просто... Возникающим при этом проблемам посвящена данная статья; проблемы эти понемногу решаются, и системы дистанционного контроля и оценки состояния биологических объектов находят все больше потребителей. Вот лишь несколько потенциальных областей их применения. В больницах можно ввести систему контроля разнообразных нарушений в работе

организма человека, где информация от радиометок передается с помощью сотовой, Wi-Fi или других видов связи. Если пациент находится дома, а метка умеет передавать информацию через Интернет, врач может связаться с пациентом и определить проблему, исходя из его слов (где и как болит) и данных, собранных системой. Особо важное применение — контроль состояния организма в чрезвычайных ситуациях: пожар, природная или техногенная катастрофа, военные действия и т. п. А метка на упаковке лекарства пригодится в фармацевтике: для хранения информации о препаратах, имеющихся в фондах лечебного заведения или аптеки, для того, чтобы вовремя напомнить об окончании срока хранения данной упаковки.

Из чего состоит Система радиочастотной идентификации состоит из радиометки и считывателя, тому и другому нужны антенны и системы обработки информации. В радиометке имеется датчик — устройство, которое реагирует на измеряемую величину, например температуру, химсостав, пульс и т. д. Главные особенности радиометки для «человеческих» применений — миниатюрность, совместимость с организмом и возможность считывания с нее информации. Напомним, что метка может находиться и в глубине тканей, а их свойства — высокая диэлектрическая проницаемость и значительное поглощение электромагнитного сигнала — представляют проблему с точки зрения радиотехники. Принято выделять два вида систем радиоидентификации: работающие в ближнем поле и использующие излучение в дальней зоне. Системы ближнего поля используют магнитную связь между антеннами, на нее не влияют диэлектрические свойства человека, а магнитных у нас с вами почти нет. Однако такая связь возможна только на малых расстояниях. Системы дальнего поля позволяют, кроме собственно передачи информации, обнаружить объект и определить, где он находит-

ся, — это необходимо во всякого рода чрезвычайных ситуациях. Но при этом способе передачи диэлектрические свойства человека играют принципиальную роль. Сами радиометки бывают носимыми (на поверхности тела или одежде) и имплантируемыми — их вводят в организм путем хирургического вмешательства. И те, и другие могут передавать сигнал непосредственно тому устройству, которое его обрабатывает и «понимает», а могут по цепочке, через ретрансляторы. Конкретное решение зависит от того, далеко ли надо его передавать. При этом носимый прибор может просто его усиливать и транслировать, а может и делать что-то свое, например контролировать состояние кожного покрова, и опять же передавать эти данные. Связь между всеми элементами цепочки обеспечивается электромагнитными волнами, распространяющимися внутри или по поверхности тела пациента. Посмотрим, как они это делают и от чего это зависит.

Волна в человеке Распространение электромагнитной волны в среде определяется в основном двумя параметрами — диэлектрической проницаемостью ε и «потерями», превращением мощности волны в тепло. Потери, в свою очередь, определяются самой обычной проводимостью, той, которая в законе Ома, и так называемыми «диэлектрическими потерями» — теми, благодаря которым греет СВЧ-печь. Попутно — если у вас физика была не только в школе, но и в институте, вы помните, что там вводилось понятие «комплексной диэлектрической проницаемости», — так вот, мнимая ее часть как раз и характеризует эти самые потери. Диэлектрическая проницаемость биологической ткани велика на низких частотах, в первую очередь потому, что мы состоим в среднем на 70% из воды. У молекул воды очень большой дипольный момент и соответственно диэлектрическая проницаемость на низких частотах. В книжках пишут, что

ε = 55

ε=5

ε = 15

Биологическая ткань

ψ, град

Электрическое поле Дб (500 В/м) 0 0

Имплантированная антенна

Технологии

θ, град

1 Под таким углом выходит излучение из ткани с различной диэлектрической проницаемостью, в зависимости от угла, под которым оно приходит к поверхности. При ε = 55 (это значение соответствует мышечной ткани) даже отклонение в 10о от перпендикуляра не позволит волне выйти во внешнюю среду. Зато она будет распространяться по поверхности тела!

она равна 81, и иногда добавляют, что это рекордная величина; второе утверждение — ошибка: у H2SO4 — 101, у HCN 115. Первое правильно, но только на низкой частоте, с ростом частоты диэлектрическая проницаемость убывает, и на частотах, на которых работают медицинские радиометки (примерно 1 ГГц, или 109 Гц, длина волны в вакууме 30 см), она составляет от примерно 10 (легкие и жир — в них мало воды) до 40—50 (мозг, мускулы). Из-за высокой диэлектрической проницаемости тканей длина волны, распространяющейся внутри биологического объекта, существенно меньше, чем длина волны в воздухе: в ε1/2, то есть в 3—7 раз. Высокой проводимостью и большими диэлектрическими потерями как раз и объясняется быстрое затухание электромагнитных волн при распространении внутри человеческого тела. Что касается неизбежного при этом перехода энергии в тепло, то на этот счет есть нормы и ограничения. В соответствии с последним стандартом Международного комитета электромагнитной безопасности, предельно допустимый уровень поглощения мощности в человеке в диапазоне частот 0,1—3 ГГц, усредненный по всему телу, составляет 0,08 Вт/кг, а локальный 2 Вт/кг. Радиометки работают при намного меньших мощностях, в частности, потому, что неоткуда им взять столько энергии, чтобы достичь опасного уровня и тем более превысить его.

Волна и граница Если датчик находится внутри биообъекта, то электромагнитная волна, несущая информацию, должна пройти через ткани со значительным затуханием, дойти до границы, разделяющей ткань

– 100

2 Так распределяется напряженность поля при выходе сигнала из тела

и воздух, и выйти за пределы биообъекта, где она будет принята антенной считывателя и передана в регистрирующее устройство. Что же происходит на границе раздела двух сред, у которых радикально различаются диэлектрические проницаемости, с падающей, отраженной и преломленной волнами? На рис. 1 приведена зависимость угла преломления ψ от угла падения θ при различных значениях диэлектрической проницаемости среды, в которой находится излучатель. При высоких значениях диэлектрической проницаемости угол преломления электромагнитной волны при выходе во внешнюю среду резко возрастает с увеличением угла падения. Например, при ε = 55 (мышечная ткань) отклонение падающей волны от перпендикуляра к граничной поверхности более чем на 8° приводит к отклонению преломленной волны к нормали на 90°. Это означает, что в этих условиях преломленная волна в воздух не выходит, а переходит в поверхностную волну, распространяющуюся вдоль границы раздела и затухающую по мере удаления от нее. Угол падения, при котором преломленная волна перестает распространяться во внешней среде, называется углом полного внутреннего отражения, он упоминается в школьном курсе физики. Таким образом, электромагнитная волна от антенны, связанной с имплантированным датчиком, выходит в свободное пространство только в пределах относительно небольшого участка. Картина распространения волны для источника, расположенного в 10 мм от поверхности тела, показана на рис. 2. Видно, что значительная часть волны отражается и затухает внутри ткани. Напряженность поля в 30 мм над поверхностью ослаблена относительно максимума более чем в 200 раз. Поэто-

му амплитуда волны, которая дойдет до внешнего регистратора, оказывается весьма малой и приходится использовать приемные устройства с высокой чувствительностью. Но в некоторых ситуациях волне и не надо выбираться из глубин организма.

Волна бежит по поверхности Как мы только что выяснили, наличие границы раздела между поверхностью тела и воздухом приводит к появлению волн, распространяющихся вдоль поверхности. Поэтому можно установить датчики на коже и использовать их для передачи информации. Такая «беспроводная сеть» на человеческом теле включает датчики, передающие и приемные антенны и устройства сбора данных. Ситуация осложняется тем, что волны распространяются разными путями и могут отражаться от близлежащих предметов за пределами объекта (от того, что лежит в карманах, от украшений), и все эти волны начинают взаимодействовать — например, гася друг друга. Для расчета распространения поверхностной волны мы использовали модель человеческого торса в виде прямого эллиптического цилиндра (просим читателей не обижаться) с диэлектрической проницаемостью 43 и проводимостью 1,5 1/Ом·м. Если источник излучения расположен вблизи поверхности, то волна, распространяющаяся внутрь цилиндра, сильно затухает. Основная часть энергии переносится вдоль его поверхности, хотя при этом есть и излучение в свободное пространство. Поэтому если расположить датчики на поверхности тела, то можно считывать информацию в любом месте и собирать ее одним коллектором. Важно, что поверхностные волны могут распространяться не только вдоль плоской поверхности, но и вдоль криволинейной — человек, к счастью, сложен криволинейными плоскостями. Экспериментальные исследования проводились на реальном объекте. Две антенны, приемная и передаю-

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

щая, располагались на расстоянии 5 мм от поверхности тела, на разных участках тела и на различных расстояниях. Оказалось, что на сравнительно плоских участках, например на спине, при удалении от источника излучения на 10 см напряженность поля уменьшается примерно в три раза, а на криволинейных, например при переходе с груди на спину через плечо, — еще сильнее, приблизительно в шесть раз. Это много, но все же позволяет создать систему мониторинга состояния человека, которая использовала бы электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль поверхности тела, для передачи информации от датчиков к коллектору — где бы ни находились датчики.

Применения и проекты Некоторые подобные системы уже существуют. Для удобства рассказа будем использовать классификацию систем по способу их размещения на теле человека. К самым распространенным относятся носимые системы, начиная от фитнес-браслетов (см. «Химию и жизнь», 2015, 7), следящих за уровнем активности человека, до медицинских систем, контролирующих деятельность сердца через ЭКГ или уровень глюкозы в крови. Подобные носимые системы часто используют спортсмены. Им необходимо постоянно отслеживать параметры своего организма, чтобы составлять индивидуальные программы подготовки, основываясь на полученных данных. Это позволило бы впоследствии улучшать спортивные результаты и предотвращать несчастные случаи — например, внезапную смерть, которая довольно часто случается с профессиональными спортсменами. Например, носимая система «Smart Vest» («умный жилет») следит за ЭКГ, ФПГ (фотоплетизмограмма — регистрация кровотока), частотой сердечных сокращений, артериальным давлением, температурой тела и кожно-гальванической реакцией. Футболка с интегрированными беспроводными датчиками передает сигнал на базовую станцию, а та — на персональный компьютер (www. omsignal.com/pages/how-it-works). Система контроля частоты сердечных сокращений для людей, страдающих сердечной недостаточностью, состоит из носимого на теле датчика, передающего ЭКГ пациента на мобильный телефон и далее на сервер, где результаты обрабатываются и хранятся. Такие системы позволяют предотвращать сердечные приступы (www.medicalexpo. com/medical-manufacturer/wearablepatient-monitor-15208.html).

Полезно бывает отслеживать на расстоянии двигательную активность пожилых или детей. Такие датчики можно закрепить на одежде или установить в помещении. Комплексный подход к заботе о здоровье пожилых людей, живущих отдельно от родных, предлагает компания «CarePredict» (www. carepredict.com). Это устройство выглядит как браслет. Оно следит за давлением, пульсом и другими параметрами организма, а также за двигательной активностью и продолжительностью сна. При отклонениях показателей от нормальных оно посылает сигнал родственникам или в больницу, информирует о падении пожилого человека и даже может напомнить, что его, устройство, забыли надеть. Врачей всегда интересует, как пациент спит, поэтому создаются устройства для мониторинга сна, которые собирают данные о периодах беспокойства, о пробуждениях, о длительности сна и т. д. Иногда это позволяет обнаружить первые признаки расстройства сна и вовремя предупредить его. Некоторые исследования посвящены поиску соотношений между положением тела и качеством сна. Наблюдать, в какой позе человек спит, позволяют специальные браслеты, метки на матрасе или даже «умные простыни» (www.eightsleep. com). Заметим, что существуют также системы с обратной связью, которые не только следят за сном, но и будят человека в оптимальный по определенному критерию момент (см. «Химию и жизнь», 2015, 7), а умная простыня может и кофеварку включить. Актуальная проблема для людей, страдающих диабетом, — измерение уровня глюкозы в крови. Имеющиеся в продаже приборы основаны на использовании тест-полоски, на которую наносят каплю крови пациента. Но есть альтернативные методы, позволяющие бесконтактно измерять электрические свойства крови. Например, устройство, которое оценивает уровень глюкозы в крови по изменению параметров радиосигнала при прохождении через кожу (www.gluco-wise.com). Сигнал пропускают через «перепонку» между указательным и большим пальцем или через мочку уха. Ведутся научные исследования по измерению уровня глюкозы с помощью импедансной спектроскопии («13th International Conference on Electrical Bioimpedance and the 8th Conference on Electrical Impedance Tomography», «IFMBE Proceedings» 2007, 17, 636—639, doi: 10.1007/978-3-54073841-1_164), но до рабочего прототипа дело пока не дошло. Помимо внешних носимых существуют и подкожные датчики для контроля уровня сахара в крови (www.

medtronicdiabetes.ca/minimed-system/ minimed-veo-system). Принцип их работы основан на том, что изменение концентрации глюкозы в крови влияет на электрические свойства мембран эритроцитов, в результате изменяется электролитный баланс кожи и подкожной клетчатки. Теперь от носимых приборов перейдем к имплантируемым. Радиометку можно вмонтировать в какой-либо имплантат или протез. О зубных имплантатах речи вроде бы пока нет, но в искусственную кость вставить радиометку уже предлагалось, в этом случае легче решаются проблемы габаритов и совместимости с организмом. Таким способом можно получать данные о состоянии тканей вокруг имплантата, например о температуре. Ведь по малейшему ее изменению можно судить о начале воспалительного процесса и оперативно предпринимать превентивные меры. Медики уже применяют системы дистанционного мониторинга желудочнокишечного тракта — капсулы с видеокамерой и системы для измерения pH и электрического сопротивления стенок пищевода. Впрочем, всем этим системам составляют сильную конкуренцию обычные зонды, которые позволяют проводить и лечение (например, с их помощью можно удалять полипы). До этого момента речь шла о простых системах и устройствах, которые измеряют параметры организма и передают их на внешнее устройство. Однако существуют и системы, которые дают отклик (обратную связь) на полученные от датчика параметры.

Системы с обратной связью Именно они — наиболее сложные. Например, кардиостимуляторы, автоматически регулирующие частоту сердечных сокращений в соответствии с физической активностью человека. Они не получают сигнал снаружи, но влияют на организм. Фирма «Cochlear Limited» создала систему «Nucleus Freedom» — устройство для людей с нарушениями слуха, включающее звуковой процессор, который носят за ухом, и кохлеарный имплантат под кожей. Звуковой процессор фиксирует звуки, оцифровывает их и посылает цифровой код имплантату. Имплантат преобразует кодированный звук в электрические импульсы и посылает их вдоль электродной решетки для стимулирования слухового нерва. В итоге пациент обретает возможность слышать, дети, родившиеся глухими, могут учиться говорить, что облегчает им социальную адаптацию, снимает ограничения в обучении и выборе будущей профессии.

Беспроводная передача сигналов мозга

6,5 мм

Гибкая платформа

Микрочип

Технологии

Электроды

Имплантированная антенна с решеткой электродов Трансляция сигналов в мозг

Сигнал мозга

Передающая антенна Воздух

5 мм Кожа 2 мм Жир 2 мм Кость 7 мм Мозг Имплантированная антенна

Управление техническим устройством

Обратная связь – сигналы сенсоров устройства

3 Интерфейс «мозг-компьютер»

Имплантируемые системы можно использовать и для восстановления зрения. Группа из университета Южной Каролины предложила концепцию искусственной сетчатки глаза — внешний сигнал принимается видеокамерой, обрабатывается и посылается по зрительному нерву. Протез сетчатки имплантирован в глаз полностью слепого испытуемого, у которого частично восстановилось зрение. На начальных этапах исследований речь шла о том, чтобы незрячий человек мог реагировать на потоки света и различать световые пятна. Следующим шагом стала передача информации с видеокамер, вмонтированных, например, в очки, передача их в цифровом виде на сенсор, расположенный на сетчатке глаза, и дальнейшая передача в головной мозг

уже в аналоговом виде — в виде электрических импульсов. (M. Humayun, et. al. Vision Research, 2003, 43, 2573—2581, doi: 10.1016/s0042-6989(03)00457-7). Связь между мозгом и системой обработки полученной информации в компьютере — относительно новая междисциплинарная область исследований, которая привлекает много внимания в последнее десятилетие. Разработка интерфейса «мозг-компьютер» имеет огромное значение для людей, потерявших из-за болезни или травмы способность управлять своим телом. Связь между мозгом и системой обработки также важна для создания протезов, управляемых мыслью пациента. Управлять можно не только протезом, но и инвалидной коляской и даже автомобилем или самолетом (см. «Химию и жизнь», 2014, 11, 2016, 4).

На рис. 3 показаны система связи между мозгом и компьютерной системой и отдельные ее компоненты («IEEE Antennas and Propagation Magazine», 2014, 56, 1, 271—291, doi: 10.1109/ MAP.2014.6821799). Объем системы — около 1 см3. Информация с 64 электродов собирается микросхемой, которая ее обрабатывает и формирует сигнал для квадратной рамочной антенны. Антенна передает сигнал сквозь ткани головы, на расстояние около 16 мм, к внешнему устройству, оно усиливает сигнал и направляет в другую антенну, которая транслирует его уже на удаленное устройство. Возможна также передача сигнала в обратном направлении: от компьютера к мозгу. Если не говорить о фантастических применениях, то такие устройства дают возможность с высокой точностью предсказывать время эпилептического припадка и оказывать больному своевременную помощь, а в некоторых случаях и принимать превентивные меры. Системы радиочастотной идентификации для биомедицинских применений становятся с каждым годом все более популярными. Некоторые вещи, казавшиеся фантастическими 15—20 лет назад, к примеру фитнес-браслеты, уже выпускаются в промышленных масштабах. Устройства, возвращающие людям слух, применяются массово, на очереди управление протезами и восстановление зрения. Когда-нибудь и такие устройства станут общедоступными.

Литература И.Б.Вендик и др. Беспроводной мониторинг параметров состояния биологических объектов в микроволновом диапазоне. «Журнал технической физики». 2016, 86, 1, 15—26.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Передающая антенна

Лазерная терапия: каков механизм? Доктор технических наук

Д.А.Рогаткин

История вопроса У человека есть кровеносные сосуды, а в них циркулирует кровь. И есть очень мелкие сосуды и капилляры, а в них — микроциркуляция. Когда она ослаблена, нарушена, это плохо по многим причинам; надо бы найти способ ее улучшить, стимулировать. Судя по многочисленным медицинским публикациям, стимуляция микроциркуляции крови (далее просто микроциркуляция) — давно доказанный и

понятный для врачей эффект действия низкоинтенсивного лазерного излучения. Подразумевается, что нагрев тканей при этом не превышает 0,1оС, а эффект реализуется за счет каких-то иных механизмов. Большинство физиотерапевтов воспринимает низкоинтенсивную лазерную терапию как современное развитие методов гелиотерапии и светолечения. Хотя на заре развития физиотерапии о микроциркуляции как таковой еще не говорили (да и сам термин появился позже, в середине 50-х), тем не менее улучшение кровообращения в руководствах по физиотерапии упоминалось. Приборов для регистрации эффекта не было, о

процессах усиления циркуляции крови судили по видимому покраснению кожи. Однако большинство указанных физиологических последствий связывалось с тепловым действием света. О влиянии на циркуляцию крови при облучении светом вновь заговорили с середины 1980-х годов, когда в медицину пришли лазеры. С ними были связаны большие надежды, и вообще это было модно. Особенно активно этой темой интересовались в СССР. Было опубликовано много работ по изучению воздействия лазерного облучения: обсуждались анальгезирующий, иммуномодулирующий эффекты, ускорение рубцевания ран, улучшение трофики и метаболизма тканей. Предлагали

Методы и приборы Первым мы опробовали очевидное — измерение коэффициента отражения поверхности кожи. На разработку метода было потрачено немало сил, но стабильных, повторяющихся результатов получить не удалось. Иногда во время процедур регистрировалось изменение коэффициентов отражения, иногда нет, даже несмотря на то, что доза варьировалась в очень широких пределах. В некоторых случаях коэффициент отражения менялся разнонаправленно несколько раз за время облучения. Ни к чему не привела и попытка использовать реовазографию, измерение электрического сопротивления. Идея метода в том, что кровь имеет

Расследование меньшее сопротивление, чем прочие среды организма, и от наполнения кровью капилляров должно зависеть общее сопротивление. Однако и этот метод в данном случае оказался неточным, а результаты не воспроизводились. Вдобавок и корреляции между этими двумя методами не обнаружилось. Следующим методом контроля стала фотоплетизмография — оптическими средствами регистрировали в коже (на отражение или на просвет) пульсовые колебания крови в мелких сосудах. При этом определяли параметры именно кровотока — прослеживали пульсовые волны, которые легко сопоставить с данными электрокардиографии. Метод оказался настолько прост, что со временем стал стандартным — в виде пульсоксиметрии. Теперь он повсеместно используется в мировой медицине, датчики пульсоксиметров сегодня встроены во все модели прикроватных мониторов. Но и он не смог продемонстрировать влияние лазерного облучения на микроциркуляцию. Сегодня у нас есть два новых метода — лазерная доплеровская флоуметрия и оптическая тканевая оксиметрия. Первый основан на эффекте Доплера при отражении излучения от движущихся эритроцитов. Он позволяет регистрировать показатель микроциркуляции (ПМ), пропорциональный произведению объема крови на скорость ее движения как функцию времени. Второй метод использует тот факт, что полосы поглощения излучения различаются для оксигенированной и восстановленной фракции гемоглобина в крови. Это позволяет определять общее содержание гемоглобина крови в коже в зоне обследования и процент содержания оксигемоглобина в крови (тканевую сатурацию крови). Опять же, при расширении сосудов общее содержание гемоглобина увеличится, артериальная кровь с повышенным содержанием кислорода будет прибывать. Эти два метода настолько чувствительны, что позволяют регистрировать (причем воспроизводимо и достовер-

но) реакцию мелких сосудов на глубокий вдох-выдох, подъем и опускание конечностей и т. д., не говоря уже про нагрев ткани или действие сосудорасширяющих препаратов. Появились и неплохие аппараты для цифровой инфракрасной термографии, которые регистрируют температуру поверхности тела с точностью до ±0,05оС. А значит, теперь мы можем проверить, как именно влияет на микроциркуляцию лазерное излучение, не вызывающее нагрева.

Эксперимент Мы попытались поймать обсуждаемый эффект, используя сразу три вышеназванные технологии. Облучали кожу и слизистые оболочки полости рта, а также проводили внутривенное лазерное облучение крови (через оптоволокно, введенное в вену). Использовали непрерывный и импульсный режимы облучения; длина волны 632 нм (красный) и 890 нм (инфракрасный), плотность мощности для наружных процедур 5—50 мВт/см2, время облучения — до 20 мин, диаметры пятна облучения — 3 мм, 15 мм и 30 мм. При внутривенном облучении мощность составляла 2 мВт. Для контроля измеряли параметры циркуляции при обычном нагреве и в плацебо-эксперименте (десять испытуемых). В эксперименте участвовали пациенты разных клиник МОНИКИ (отделение радиологии, профпатологии, хирургии и др.) с различными заболеваниями и травмами, приводящими к локальным расстройствам системы микроциркуляции, а также условно здоровые испытуемые (без расстройств микроциркуляции), в том числе и автор данной статьи. В общей сложности было проведено около 300 экспериментов. Оказалось, что реакция системы микроциркуляции на облучение не различается у больных и условно здоровых; значение имеют плотность мощности и время облучения, но не его способ (накожное или внутривенное лазерное облучение, непрерывное или импульсное и тому подобное).

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

возможные механизмы действия, от простейших фотохимических до самых экзотических — например, предполагалось существование у человека фоточувствительной системы, подобной фитохромной системе растений. Иногда какой-то эффект действительно наблюдали, но механизм был непонятным. Остается он таким и сегодня. Если отвлечься от экзотики, то наиболее полная и детализированная гипотеза такова. Основные хромофоры в тканях человека в наиболее часто используемом спектральном диапазоне проведения терапии 0,6—1 мкм — эндогенные порфирины, например протопорфирин IX. (Другие спектральные диапазоны малоприменимы, так как свет с другими длинами волн активно поглощается меланином поверхностных слоев кожи и не проникает глубоко.) Содержание порфиринов увеличивается при многих заболеваниях. Лейкоциты, содержащие эти вещества, становятся мишенями для действия излучения: порфирины, поглощая энергию света, индуцируют свободнорадикальные реакции, приводящие к окислению липидов в мембранах лейкоцитов. Накопление продуктов окисления увеличивает ионную проницаемость, в том числе для ионов кальция; рост их концентрации в цитозоле лейкоцитов запускает процессы, повышающие продукцию различных биологически активных соединений, в частности окиси азота NO. А дальше понятно: оксид азота способствует вазодилатации, расширению сосудов (кстати, именно за счет NO действует нитроглицерин). Расширение сосудов, естественно, улучшает микроциркуляцию. Гипотезы — дело хорошее, но данных, подтверждающих ее, не было. И со временем началась разработка приборов для исследования эффекта.

Расследование Результаты можно разделить на три группы. Первая — отсутствие изменений любых показателей микроциркуляции более ±10% и температуры кожи либо слизистой более ±0,5 °С в течение всего времени эксперимента, независимо от того, было или нет внешнее воздействие. Случайные колебания укладывались в указанные пределы. Вторая группа ситуаций — изменения показателей в пределах ±10—15% от среднего, реже до ±25—30%, и в пределах ±0,5—0,8°С для температуры в течение всего времени эксперимента, также вне зависимости от внешнего воздействия. Параметры циркуляции в этом случае не зависели друг от друга и от температуры, подобно обычным физиологическим флюктуациям, характерным для любой теплокровной живой системы. Наконец, в третьей группе наблюдался уверенный и одновременный рост всех показателей микроциркуляции и температуры поверхности ткани при облучении или нагреве, а также латентный период и постепенный спад после окончания воздействия. Значения параметров увеличивались однократно и плавно более чем на 20% от среднего первоначального значения каждого, а температура поверхности так же плавно возрастала более чем на 0,8°С. К двум первым типам относились примерно 80% всех случаев, реакция последнего типа наблюдалась при длительном наружном облучении (более 5 мин) и при плотности мощности 50 мВт/см 2, а также при облучении слизистых оболочек полости рта и кожи в местах с повышенной термочувствительностью — например, кожи внутренней стороны лучезапястного сустава. Единичные случаи реакции последнего типа наблюдались для кожи и при более низких плотностях мощности, но это были считаные проценты от общего числа экспериментов, и эффект не воспроизводился; поэтому они, скорее всего, должны быть интерпретированы как случайная психофизическая реакция испытуемого. Таким образом, получается, что воспроизводимо регистрируемая

стимуляция микроциркуляции крови происходит только при нагреве ткани лазерным излучением более чем на 0,8°С. При этом все параметры изменяются так же, как и при обычной тепловой пробе с контактным нагревом. А что в других экспериментах? Анализ многочисленных публикаций по этой теме показывает, что авторы отмечали влияние облучения на микроциркуляцию в двух ситуациях. Первый случай — мощность облучения обеспечивает заметно больший нагрев ткани, причем поведение параметров в этом случае такое же, как если бы вы нагрели ткань другим способом. Второй случай — наблюдения проводились в течение малого промежутка времени, и за эффект были приняты флуктуации или тренд, подобный отмеченному нами и естественный для теплокровных организмов. Иначе говоря, прямых бесспорных свидетельств нетеплового воздействия лазера на микроциркуляцию крови пока не найдено. Если допустить, что такое воздействие все же существует, то это неминуемо должно означать, что в этих тканях есть реагирующие на свет рецепторы. Не просто акцепторы, то есть поглотители энергии, а именно рецепторы, вызывающие в ответ на внешний световой стимул пропорциональную этому стимулу рефлекторную реакцию системного уровня — изменение микрогемодинамики. В начале 2000-х мы пытались обнаружить и нервно-рефлекторный отклик центральной нервной системы при накожном облучении методом вызванных потенциалов при записи электроэнцефалограмм. Эксперименты проводились в двух независимых центрах — в ожоговом центре Института хирургии им. А.В.Вишневского (совместно с доктором медицинских наук, профессором В.Л.Виноградовым) и в НИИ нейрохирургии им. Н.Н.Бурденко (совместно с доктором медицинских наук, профессором Г.А.Щекутьевым). Рефлекторной реакции при накожном облучении мы не наблюдали, результаты этих исследований не публиковались, поскольку оказались тривиальными: в

коже нет специфических к свету фоторецепторов. По крайней мере, никаких объективных аргументов в пользу существования таких рецепторов никем, и нами в том числе, не обнаружено. Но смысл упомянуть об этих экспериментах есть. Тот самый случай, когда отрицательный результат — тоже результат. Итак, на протяжении последних трех десятилетий сотрудники МОНИКИ не раз пытались зарегистрировать реакцию систем микроциркуляции на режимы облучения, обычно применяющиеся для низкоинтенсивной лазерной терапии; облучали кожу и слизистые оболочки, исследовали эффекты внутривенного облучения. Наш вывод об отсутствии влияния до порога теплового нагрева хорошо согласуется с последними данными других авторов. Однако, стараясь поймать эффект, в последние 20 лет мы создали новые уникальные методы и приборы, а также сформулировали ключевые проблемы технологии и метрологии таких измерений. Эти методы позволяют изучать индивидуальные и групповые физиологические особенности микрогемодинамики в разных клинических ситуациях, регистрировать многие тонкие физиологические процессы, что само по себе ценно. Литература Rogatkin D., Dunaev A. Stimulation of Blood Microcirculation at Low Level Laser Therapy: Monitoring Tools and Preliminary Data. «Journal of Medical Research and Development». 2014; 3 (1): 100—106. Rogatkin D., Dunaev A. Is there a stimulation of blood microcirculation at Low Level Laser therapy? «Proceedings of SPIE». 2014; 9129: 912922. Рогаткин Д.А., Дунаев А.В. Стимуляция микроциркуляции крови при низкоинтенсивной лазерной терапии. «Врач». 2015; 7: 18—23; 8: 16—23.

Сергей Берестнев

Нанофантастика

Вылезая из флаера, я с огорчением обнаружил, что мое левое колено разгибается с подозрительным хрустом. Вот напасть! Чуть не грохнувшись на крышу, я переадресовал управление летательным аппаратом киберпаркуну и заковылял к лифту. У самых дверей мне удалось брыкательным движением отбиться от навязчивого внимания робота-лоточника, предлагавшего немедленно продегустировать котлеты с добавлением натурального мяса. Спустившись в квартиру, я схватил старенький транклевизор и зашел на сайт медпомощи. В открывшемся окне возникло лицо с правильными чертами, и приятный баритон сообщил, что для пользования данным ресурсом мне придется доказать, что я не робот. Ну вот, опять! И, что унизительно, разбираться в моей «человечности» будет примитивная компьютерная программа. Понимая, что моя физиономия транслируется на серверы колл-центра, я постарался подавить гримасу недовольства. — Вы определились с вашей половой принадлежностью? — поинтересовался мой киберсобеседник. — Да, мой пол – мужской. — Посмотрите на экран и охарактеризуйте демонстрируемое изображение, — потребовал кибер, воспроизведя на экране пышнотелую особу в бикини. — Я вижу очень красивую девушку, у нее пышная грудь... — начал я вымучивать комплимент. — Ваши слова неискренни, — перебил меня собеседник, — тембр голоса и мимика выдают полное равнодушие. — Ну не в моем вкусе она, — начал оправдываться я, — я ведь имею право сменить картинку. — Имеете, до трех раз... Вы имеете право дать краткую характеристику объекта, способного вызвать ваше возбуждение. — Ну, я люблю поспортивнее как-то... — Тогда охарактеризуйте эту картинку, — потребовал кибер, предъявляя мне фотку гимнастки, выделывающей немыслимый пируэт на брусьях.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Художник Н.Рысс

Я — робот?

— Клевая телка, приятно посмотреть, а лучше бы не только посмотреть... — Ваш интерес классифицируется как искренний. Переходим ко второму тесту, на чувство юмора. Слушайте анекдот... — А тему анекдота я выбрать могу? А то бывает узкопрофессиональный юмор. — Назовите желаемую тематику, — предложил кибер. — Что-нибудь связанное с компами, с гаджетами… — Итак, анекдот. Приходит мужик домой, садится за комп, начинает в «Космофлай» играть, а жена подходит и говорит: «Милый, прости, я тебе изменила…» Он ей: «Да я чувствую, что изменила, признавайся уж, с кем изменила-то?» Она отвечает: «С соседом». А потом жена спрашивает: «Как ты догадался, что я изменила не сама, а с кем-то?» А мужик ей: «Сама ты не то что настройки игры, а и шрифт изменить не смогла бы, ты ж ламер в компах, ясно, что кто-то еще помогал». Анекдот закончен. — Хи-хи, — среагировал я, пытаясь натянуть на лицо улыбку. — Ваши эмоции неискренни, — вынес приговор кибер. — Дыхание осталось ровным, мышцы лица двигались не рефлекторно. — Ну не понравился мне анекдот, не смешной какой-то. — Все анекдоты, используемые в тестах, сертифицированы, — уверенно заявил кибер. — Все-таки давайте другой анекдот. — Приходит блондинка в сервисный пункт и говорит: «Мой транклевизор в режиме трасфуренции все время глюкемирует». Ей сотрудник: «Подсоедините к разъему эй-три-пса тестерикатр, сразу увидим, в чем дело». А блондинка отвечает: «Я к разъему эй-три-пса ничего подсоединить не могу, у меня туда сепулькатор подключен». Анекдот закончен. Тут я расхохотался от души. Вот прикол, сепулькатор — в эй-три-пса-разъем! — Тест пройден, — сообщил кибер,— можете делать заказ. Я заказал массажиста и реабилофон. Корректировка программ домашней киберобслуги заняла около четверти часа. Когда уборщик и готовщик приступили к работе, я решил, что пора позвонить своему куратору в «Киберхелпер». — Вы идентифицированы, приступайте к обмену информацией, — прозвучал голос куратора. — Опять тут меня проверяли на «человечность». Со скрипом прошел, — сообщил я. — А в чем напряг-то был? — Хорошо бы сексуальное влечение увеличить, а то я на фотки дам в купальниках слабо реагирую. — Да нельзя этого, — ответил куратор, — в модели РА-бисбета попытались увеличить сексуальность, так модели стали к девушкам на пляжах приставать. — Может, можно чувство юмора усилить, тогда за счет реакции на анекдоты будет легче идентифицироваться как человеку. — Это исключено. В модели РА-бис-альфа увеличили чувство юмора. Эти модели как услышат законодательные инициативы депутатов Парлемита, так ржут. Большинство уже под колпаком у ментаконтроля. Ведь чувство юмора, оно в основе своей имеет острое восприятие всяких несуразностей, нельзя это в нашей стране увеличивать. — Значит, ничего подрегулировать нельзя? — Нельзя. Терпи, выкручивайся. Зато, представляешь, сто пятый, какой эффект будет, когда мы через месяц объявим, что модели роботов-андроидов РА-бис полгода жили среди людей и были неотличимы от людей не только внешне, но и по поведению. Я ожидаю просто ажиотажный спрос. — Ладно, понял, до связи, — попрощался я и приступил к регламентному тестированию своего тела.

Если вы скачали этот номер журнала Химия и жизнь с бесплатного сайта, то

оплатить труд журналистов, редакторов, художников и корректоров вы можете по адресу: http://www.hij.ru/buy_subscribe/ kiosk_onpayvznos.php

Если вам надоело скачивать случайные номера журнала Химия и жизнь с бесплатного сайта, то

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

с любого номера вы можете подписаться на бумажную или электронную версию журнала по адресу http://www.hij.ru/buy_subscribe/

Художник П.Перевезенцев

Альтернативы спутникам

оследние годы мы постоянно пользуемся плодами космических технологий. Мы смотрим спутниковое телевидение, почти в каждой машине, а теперь и в каждом смартфоне есть приемник спутниковой системы навигации, мы всегда можем взглянуть на свой дом из космоса с помощью Google Maps или Яндекс.Карт. А профессионалы — метеорологи, геологи, лесники, агрономы — извлекают из космических снимков куда более полезную информацию. Но так ли необходимы для этого спутники? Когда мы смотрим телевизор через геостационарный спутник, нам нужна параболическая антенна-тарелка метрового диаметра, установленная на наружной стене и точно нацеленная на спутник. А сигнал с телевышки мы ловим на комнатную штыревую антенну, ориентированную как попало. Потому что до вышки от нашего телевизора несколько десятков километров, а до геостационарного спутника — 36 тысяч. Cпутниковые телевизоры ставят себе многие, а вот пользователей спутникового Интернета среди ваших знакомых может и не оказаться, если вы не живете в какой-то совершенной глуши. Почему? Вовсе не потому, что передатчик, способный дотянуться до спутника, стоит так дорого или трудно получить на него лицензию. Просто если вы попробуете, вам, скорее всего, не понравится.

Радиосигнал должен добраться от вашего спутникового модема до спутника, от спутника до наземной станции, а потом вернуться обратно. То есть прежде чем вы увидите реакцию на ваши действия, пакет должен преодолеть расстояние до геостационарной орбиты четырежды. А это полсекунды. Может быть, при просмотре веб-страниц такие задержки несущественны, но в интерактивных компьютерных играх, включая самую азартную из изобретенных человечеством игр — биржевые торги, они смерти подобны. Поэтому затеваются дорогостоящие проекты по прокладке прямых оптоволоконных линий от Англии до Японии через Северный Ледовитый океан или по строительству нового оптоволоконного кабеля через Тихий океан1, возрождаются наземные радиорелейные линии. Ретрансляторы связи норовят спуститься поближе к пользователю. Крупнейшие

IT-фирмы, такие, как Google и Facebook, разрабатывают проекты использования высотных аэростатов или беспилотных самолетов на солнечных батареях 2 в качестве интернет-ретрансляторов для слабозаселенных регионов. Ретрансляторы на высоте 20—30 километров, выше уровня пассажирских самолетных трасс, с одной стороны, многократно дешевле спутников, с другой — обеспечивают намного меньшие задержки сигналов. Кроме того, абонентский терминал, необходимый для связи с таким аэростатом

или дроном, по стоимости будет сравним с обычным смартфоном или модемом, а терминал спутниковой сети Iridium или Thuraya — намного дороже. Наконец, количество абонентов, которых может обслужить спутник, поддерживающий каналы двусторонней связи, ограниченно. Пока речь идет об относительно небольшом количестве людей, бороздящих моря или бродящих где-то в глуши и готовых тратить на связь заметные деньги, спутники хоть как-то справляются. А в городах лучше полагать-

модрома на мысе Канаверал, созданного в годы холодной войны государственным агентством NASA. Средства дистанционного зондирования Земли со спутников тоже долгое время развивались в основном для военной разведки. Особенности небесной механики заставляют космические державы мириться с тем, что спутники других космических держав проходят над их территорией. Поэтому в начале 60-х годов разведывательные спутники стали очень выгодной заменой для высотных, тогда еще пилотируемых самолетов-шпионов — можно совершенно официально летать над вражеской территорией и ее фотографировать. Но если нет военного противостояния, то беспилотники, летающие в атмосфере, оказываются намного дешевле и оперативнее спутников. С наземными системами связи спутники тоже конкурируют с трудом, в основном потому, что используют готовую инфраструктуру, созданную для военных целей. Вне конкуренции пока только спутниковые навигационные системы. Но если исчезнут сотнями стоящие на боевом дежурстве баллистические ракеты и десятки спутников связи и дистанционного зондирования, то содержать целую отрасль промышленности ради группировки из 24 спутников, которой достаточно для обеспечения навигационных нужд всей Земли, явно окажется невыгодным. Придется и в области навигации переходить к системам на базе наземных станций. В принципе наши смартфоны уже сейчас пытаются в дополнение к GPS определяться по координатам известных сетей Wi-Fi. Для кораблей в океане и самолетов в небе придется возродить радионавигационные системы наземного базирования, подобные Лоран5. В общем, человечество вполне может обойтись без космических технологий. Все имеющиеся сейчас коммерчески выгодные применения спутников — наследство холодной войны, противостояния ядерных держав. И если действительно случится всеобщее разоружение и воцарится мир во всем мире, те задачи, которые сейчас решаются с помощью спутников, будет выгоднее решать с помощью более низко летящих аппаратов.

Виктор Вагнер 1.https://techcrunch.com/2016/10/12/ google-and-facebook-are-building-thefastest-trans-pacific-cable-yet/ 2.http://europe.newsweek.com/ g o o g l e - t e s t s - s o l a r - p o w e re d - i n t e r net-drones-421561 3.http://www.computerra.ru/154911/pss/ 4.https://www.yahoo.com/news/exclusive-iran-hijacked-us-drone-says-iranian-engineer-164100415.html 5.https://ru.wikipedia.org/wiki/LORAN

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Мысли о будущем

ся на смонтированные на специальных вышках базовые станции сотовой связи — их можно расставить тем чаще, чем больше абонентов в округе. Примерно так же дело обстоит и со спутниками, ведущими съемку Земли. Чтобы разглядеть что-то с расстояния в 400—500 километров, требуется очень большой телеобъектив, целый телескоп. Поэтому, например, спутники серии «Ресурс-П» весят по 6 тонн и размерами примерно с автобус. С другой стороны, использование аппаратуры высокого разрешения приводит к тому, что ширина снимаемой полосы оказывается не так уж велика, километров 25. При этом спутник летает так, как того требуют законы небесной механики: способностями к активному маневрированию спутники дистанционного зондирования обычно не обладают. Поэтому над заданным участком территории он будет проходить далеко не каждый день. А если учесть, что пролет может прийтись на ночь или территорию именно в этот момент закроют облака, получается, что для регулярного наблюдения, необходимого, например, для контроля развития сельскохозяйственных культур, нужно очень много спутников, — столько, сколько нет у всех космических держав, вместе взятых. А маленькая авиамодель с простеньким цифровым фотоаппаратом и аккумуляторным электродвигателем по карману любому фермеру, она будет летать там, где надо заказчику, и тогда, когда надо, и даже облачность ей не помеха, если нижняя кромка облаков достаточно высока, чтобы можно было летать под ней. Уже существуют фирмы, которые предлагают услуги непрерывного слежения за территорией с помощью обычных летающих кругами самолетов3. Спутниковым технологиям такое пока не под силу. Некоторым заказчикам, конечно, хочется окинуть одним взглядом целый континент, например, при составлении прогнозов погоды. Но прогнозы погоды научились составлять задолго до того, как у человечества появились спутники. Достаточно нанести на карту результаты одновременных наблюдений в разных точках. Сейчас все обитаемые континенты покрыты сетью базовых станций сотовой связи, и в принципе ничто не мешает превратить их все в автоматические метеостанции. Поэтому даже военные в технически развитых странах все чаще используют беспилотники-дроны в дополнение к спутниковым снимкам. Правда, это приносит и сложности, например, американский дрон над ирано-афганской границей был захвачен в иранскую «электронную ловушку»4. Спутниковые технологии оказываются выгодными, только если у нас уже есть сеть космодромов, станций слежения, промышленность, изготавливающая космические ракеты. Даже частные «Фальконы» Илона Маска стартуют с кос-

роклятая буква

мемуары Игнобеля

Кандидат физико-математических наук

C.М.Комаров

В каждой культуре есть методы защиты родного языка от искажений. Во Франции, например, действует целый закон, запрещающий использовать иноязычные слова при наличии французских аналогов. В Соединенном Королевстве таких законов нет, более того, время от времени радикалы хотят кардинально изменить язык: скажем, почему бы не привести правописание слов в соответствие с произношением? А то ведь, как утверждают острословы, если по-английски написано «Манчестер», то надо читать «Ливерпуль», и это неудобно для многочисленных приезжих, пытающихся интегрироваться в британское общество. Не всем нравятся подобные

идеи, и, в рамках британской традиции организовывать по самым пустячным поводам клубы, стали появляться общества охраны грамотности. В частности, Общество защиты апострофа — его председатель и основатель Джон Ричардс из английского Бостона за свою полезную деятельность по защите и пропаганде различия между множественным числом и притяжательным падежом удостоился Игнобелевской премии 2001 года по литературе. Основную задачу по защите этой даже не то чтобы буквы, а так, синтаксического знака Ричардс решает, пополняя свой сайт (www.apostrophe.org.uk) все новыми и новыми примерами наплевательского отношения к этому важному знаку. Примеры присылают рядовые члены общества, которые фотографируют всевозможные вывески, объявления и прочие тексты, предназначенные для массового чтения. А важен апостроф для английского правописания тем, что

Художник С.Тюнин

и множественное число, и форма существительного, отвечающая на вопрос «чей?», образуются прибавлением в конец слова буквы «s». В первом случае ее пишут слитно со словом, а во втором — отделяют апострофом. В результате фраза «Banana’s for sale» смысла лишена, а «Bananas for sale» означает, что это бананы на продажу. Фраза «Joneses bakeries» дает странное перечисление Джонсов и пекарен, а вот «Joneses’ bakeries» — это сетевые пекарни каких-то Джонсов (поскольку Джонсов несколько, апостроф переехал в конец слова и встал уже после буквы, обозначившей множественное число; «пекарня Джонса» будет Jones’s bakery). Когда речь идет о местоимении «его» по отношению к неодушевленному объекту, будь то стол или собака, то апостроф не требуется: dog ate its bone — собака ела свою косточку. Если написать it’s, то фраза потеряет смысл, ведь это сокращение от it is — оно есть. Да-да, в английском апострофы

ставят еще и для обозначения пропущенных букв. Например: I can’t — это сокращение от I cannot, I don’t — I do not, I’ve — I have. Понять все это нельзя, надо запомнить, что, судя по количеству вывесок и объявлений, собранных Робертсом за пятнадцать лет, удается не каждому. В отечественной словесности подобные казусы также имелись. Сложнейшим делом было запомнить, в каких случаях требуется писать букву «ижица» — «Ѵ ѵ». Она происходит от греческой буквы «ипсилон» и обозначает звук «и» или, как это ни удивительно, «в». В дореволюционной орфографии «ижицу» употребляли в словах, заимствованных главным образом из греческого языка, но опознать их получалось отнюдь не всегда. Тем более что для различения на письме схожих слов, помимо «ижицы», звук «и» могли обозначать еще две буквы: «i» и «иже» — от последней произошла современная «и». Сведений об открытых обществах в защиту «ижицы» история не сохранила, но существование тайного общества вполне можно допустить, ведь эта буква два столетия боролась за право быть в составе азбуки. Так, Петр I отменил ее в 1708 году во время реформы азбуки: «ижицу» заменили на «в» или «i» в зависимости от произношения. Спустя два года «ижицу» восстановили, но в 1735 году при Анне Иоанновне опять отменили. Далее было восстановление 1758 года и отмена 1799-го, восстановление 1802-го и отмена 1857-го. С 1870-го «ижицу» в азбуке указывали в скобках как редкую букву. Последняя реформа орфографии, 1917—1918 годов, отлучила «ижицу» от азбуки уже на столетие. Нынешние школьники не мучаются c этой буквой, как гимназисты времен, скажем, Александра III: лишь специалисты теперь знают, где нужно было использовать «ижицу». С «фитой» — «Ө ө» история была проще. Эта буква происходит от греческой «теты», но, в отличие от своего предка, в русском языке обозначала звук «ф» в заимствованных греческих словах, прежде всего именах. В этой роли она конкурировала с буквой «ферт». Однако у южных славян «фита» обозначала букву «т», и, похоже, не только у них. Так, написанное через «фиту» имя Феодор можно прочитать и как Теодор, а в странах с латинским алфавитом это и будет Theodor. Видимо, «фита» все-таки обозначала какой-то отсутствующий в современном русском языке звук, промежуточный между «т» и «ф», как в новогреческом языке, где фита обозначает звук, сходный с английским глухим «th» В защиту этой буквы, похоже, не создавалось никаких обществ: Петр вычеркнул конкурента — «ферт». Спустя два года «ферт» в правах восстановили, ну а большевики искоренили именно «фиту». Теперь мы, в частности, не знаем, как правильно читать церковнославянское слово «скiөъ» — «скит» или «скиф». Вообще, слово в процессе орфографических преобразований способно измениться до неузнаваемости. Так, со времен Гая Юлия Цезаря правитель римской империи брал себе имя Цезарь для обозначения принадлежности к роду отца-основателя. Потом цезарь, кайзер, цесарь и другие вариации стали уже обозначением высшей должности. Но для экономии пергамента во многих языках, в частности и в

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

мемуары игнобеля

мемуары игнобеля русском, гласные не писали, оставляя огласовки, да и некоторые согласные становились порой малозаметными, а потом исчезали. В самом деле, зачем писать то, что и так каждому грамотному человеку известно? Так «цесарь» превратился в «цсрь», а потом и в «црь». Затем, при восстановлении гласных, слово обратилось в «царь» и в совершенно не похожее на исходное «caesar» слово «tzar» в английском языке. Однако самая большая беда в русском языка постигла букву «ё», день которой адепты ее использования отмечают 29 ноября. Именно в этот (точнее, 18 ноября старого стиля) день 1783 года княгиня Екатерина Романовна Дашкова поставила перед академиками важный вопрос о новых буквах. Вот как эта история, по данным главного ёфикатора страны В.Т.Чумакова, описана в протоколах заседания академии: «Ея Сиятельство княгиня Екатерина Романовна предлага<ет> собранию в разсуждении букв, что нетокмо не надлежит сокращать азбуки; но еще непременно нужно ввести две новыя буквы. <…> 2-е. iо или iот для выражения словъ и выговоров с сего согласия начинающихся; как матiорый; iолка, iожъ, iолъ и пр.: ибо выговоры сии уже введены обычаем; которому, когда он не противоречит здравому разсудку, всячески последовать надлежит и господа Котельников и Протасов утверждали, что сии буквы некоторыми писателями вводимы были: почему Ея Сиятельства предложение и принято Академиею». Академики возражений не нашли, но их недоумение понятно: согласно идеям теоретической фонетики никакого самостоятельного звука «ё» нет – это сложный звук, составленные из краткого и, к которому добавлен звук е. Тогда передавать такой, йотированный, звук двумя буквами вполне логично. И вот 25 ноября 1784 года буква «ё» решением академии была узаконена. Однако при изучении этой буквы возникает мысль, что над ее судьбой сразу же нависло необъяснимое проклятье и, возможно, где-то действует до сих пор тайное общество противодействия букве «ё». Так, впервые она появляется в печатном тексте лишь в 1795 году! Оппозиция новой букве вот уже на протяжении двух с половиной веков отмечает, что звук этот слишком простонароден и раз церковнославянский язык обходится без буквы ё, значит, так и надо. Что сам по

Хорошо бы создать Общество борьбы за равноправие знаков препинания. Точку, запятую, восклицательный знак — их человек отмечает интонацией, и всем этого достаточно. А вот кавычки начали показывать движениями пальцев, что заставляет собеседника задуматься, не считают ли его недоразвитым. Равноправие знаков означает, что их либо все обозначают интонацией, либо прямо произносят «тчк», «зпт», «тире» и т. д. Тогда недоумения не возникнет.

заметки фенолога

себе вид этой буквы с двумя точками, возвышающимися над строкой, выпадает из общего строя русских букв. Что грамотный человек и так знает, как правильно произносить слова, поэтому не надо ему лишний раз напоминать. Сторонники же отмечают, что человек ныне сызмальства расширяет словарный запас благодаря чтению, а не разговорами и, если в каком-то слове звук [йо] или ударное [о] после мягкой согласной передан буквой «е», он привыкнет говорить неправильно и через некоторое время правильное произношение совсем исчезнет. Действительно, когда слово используют редко, такое случается. Например, 90% любителей грибов не подозревают, что лежащий на полках магазинов или растущий в лесу гриб Pleurotus ostreatus — это вёшенка, а вовсе не вешенка; об этом знает лишь орфографический словарь. А вот про то, что колышек, который вставляют в отверстие оси и крепят таким образом колесо у телеги, называется чёка, уже и он не знает — об этом сообщают лишь некоторые дореволюционные издания по механическому делу. Поскольку советские инженеры учились по учебникам, изустная традиция прервалась, и теперь из гранаты выдергивают чеку. Не исключено, что резервуарами хранения слов с буквой «ё» служат сообщества узких специалистов. Так, военные часто называют защитный головной убор шлёмом. Может быть, это жаргон, а может быть — след превращения древнерусского шелома в более современную форму, шлем же получился из него при нарушении изустной традиции в среде непрофессионалов. Совершенно точно нельзя обойтись без буквы «ё» в именах и географических названиях, о звучании которых невозможно догадаться, его нужно знать. В результате за какую-то сотню лет многие французские и немецкие фамилии – Ришельё, Монтескьё, Фёт, Депардьё — в русском произношении не только лишились буквы «ё», но и (Рёнтген) изменились до неузнаваемости из-за переноса ударения. Пренебрежение буквой «ё» в именах собственных ведет не к курьезам, а к разбирательствам в судах, когда речь заходит об установлении родства или о наследстве. Проблема столь серьезна, что в 2012 году Минобразования РФ выпустило специальное письмо о том, как надо в судебных спорах решать эту проблему. Законодательно закрепить букву «ё» в печатных текстах пытались неоднократно. Согласно легенде, в декабре 1942 года И.В.Сталин расстроился из-за путаницы в фамилиях военачальников и названиях населенных пунктов из-за отсутствия буквы «ё»; результатом стало постановление наркома просвещения РСФСР В.П.Потёмкина от 24 декабря 1942 года об обязательном использовании буквы «ё» в школьных учебниках. В 1956 году Правила русской орфографии рекомендовали использовать «ё» в учебниках для младших классов, книгах для детей до 12 лет и там, где могут возникнуть разночтения. В 2007 году Минобразования РФ попыталось изменить эту практику, прямо указав, что имена собственные, в том числе имена и фамилии людей, — именно тот случай, когда буква «ё» обязательна, ибо возможны разночтения. Видимо, это не смогло преодолеть многолетнюю оборону противников буквы, поскольку в 2012 году вышло еще одно постановление и разъяснительное письмо о том, что граждане страны имеют право пользования государственным языком в полном объеме и, значит, применение буквы «ё» в именах собственных — обязательно. В защиту буквы «ё» в стране создано по крайней мере одно интернет-сообщество, но, в отличие от английского Общества защиты апострофа, оно бездействует. Видимо, отечественным борцам за равноправие букв алфавита Игнобелевская премия с ее нанограммом золота пока что не грозит.

Если я заболею: есть или не есть? Кандидат биологических наук

Н.Л.Резник

Задача больного — победить свой недуг. Если болезнь инфекционная, большая нагрузка ложится на иммунную систему. Ее клетки делятся и активно синтезируют белки, что требует энергии (подробнее об этом см. «Химию и жизнь», 2014, 8, «Хроники гипертонии»). Значит, больной должен есть. Однако, предоставленный сам себе, он ищет уединения, много спит и почти ничего не ест, потому что не хочет. Полное отсутствие аппетита при объективной потребности организма в питании называется анорексией, это очень консервативный признак, свойственный всем больным животным, от мухи до человека. Раз так, анорексия, очевидно, должна иметь какой-то биологический смысл, но какой? Специалисты спорят об этом десятилетиями. Возможно, нежелание есть представляет собой древний защитный механизм, благодаря которому больное животное спокойно лежит, а не бродит в поисках пищи, подвергая себя опасности, а собратьев по виду — риску заразиться. Но нельзя исключить, что анорексия способствует скорейшему выздоровлению. Недаром многие врачи рекомендуют диету или полное голодание для борьбы с инфекцией. В последнее время проблема анорексии при инфекционных заболеваниях стала особенно актуальной, поскольку для их лечения широко используют нестероидные противовоспалительные препараты. Ежегодно их принимают

более 30 млн человек во всем мире, в том числе 20% стационарных больных. Эти средства популярны, потому что обладают противовоспалительным, обезболивающим и жаропонижающим действием и облегчают состояние пациентов с воспалением, болью и лихорадкой, а такие симптомы характерны для многих недугов. Однако нестероидные противовоспалительные препараты подавляют характерные симптомы больного поведения: вялость, сонливость и отсутствие аппетита. Хорошо ли это? Вторая причина, по которой анорексия привлекла внимание медиков, — сепсис, системная воспалительная реакция в ответ на локальную инфекцию. Он развивается, когда возбудитель или его токсины попадают из очага инфекции в кровяное русло. Сепсис приводит к высокой смертности даже в современных лечебных учреждениях. Больные умирают от гемодинамического шока (значительного уменьшения кровоснабжения тканей организма), множественного повреждения органов и длительной иммуносупрессии. Сепсис может быть вызван бактериями, грибками и вирусами — не всегда удается быстро определить возбудитель, и медики надеялись, что анорексия может стать универсальным лекарством или хотя бы помочь организму справиться с болезнью.

В 1979 году специалисты из университета Миннесоты заразили мышей внутриклеточными бактериями Listeria monocytogenes, часть животных предоставили их собственной участи, других же принудительно кормили. Мыши, которым давали пищу, умирали от сепсиса чаще, чем голодавшие. Исследователи назвали свою статью «Анорексия при инфекции как механизм защиты хозяина». Эти результаты взяли за основу иммунологи Йельского университета под руководством Руслана Меджитова (он учился в Ташкенте и Москве, позже переехал в США, подробнее о нем см. «Химию и жизнь», 2011, 11, «Новые тайны древнего иммунитета»). Ученые исследовали влияние анорексии на мышей, зараженных листериями или вирусом гриппа A/WSN/33 — широко распространенными возбудителями инфекции («Cell», 2016, 166, 1512—1525, doi: 10.1016/j.cell.2016.07.026). Больные животные, как и положено, постепенно теряли аппетит. Мыши, зараженные листериями, на третий день совсем перестали есть, на пятый день аппетит вернулся к тем, кто выжил. У гриппующих мышей анорексия выражена не так резко, как при бактериальной инфекции, Вверху страницы: картина «Больное дитя» Артуро Мичилены (1886). Что так взволновало женщину? Может быть, больной ребенок ничего не ест?

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Анорексия и глюкоза

Доля выживших мышей

Голодание

Питание

Глюкоза

2ДГ

Питание + 2ДГ

1 Голодание и кормление по-разному влияют на исход болезни мышей. При бактериальной инфекции голодание полезно, при вирусной лучше поесть (2ДГ — 2-деокси-D-глюкоза)

полностью они аппетит не теряют. А что будет, если их насильно покормить? И больным животным в желудок принудительно вводили корм, примерно пятую часть суточной нормы здоровой мыши. Оказалось, что мышам с бактериальной инфекцией от еды становилось настолько хуже, что они все погибли. А при вирусной инфекции кормление, напротив, пошло на пользу (рис. 1). Тогда исследователи проверили, как действуют на мышей разные компоненты рациона. Оказалось, что ни белки, ни жиры (оливковое масло и казеин) на их выживаемость не влияют. В случае как бактериальной, так и вирусной инфекции за эффект кормления ответственна глюкоза, которую вводили мышам в желудок в количестве, равном по калорийности порции корма. Этот факт ученые подтвердили, давая животным 2-деоксиD-глюкозу (2ДГ), которая препятствует утилизации глюкозы (рис. 2). При вирусной инфекции 2ДГ сводила на нет эффект кормления, при бактериальной исцеляла мышей лучше голодания (рис. 1) Таким образом, человек, который во время болезни ничего не ест, только

Глюкоза

2-Деоксиглюкоза

2 2-деокси-D-глюкоза гликолизу не подвергается и глюкозе не позволяет

пьет чай с медом или вареньем, не может утверждать, что лечится голодом, потому что поглощает глюкозу.

Глюкоза и толерантность Когда в организм проникает патоген, иммунная система бросается на защиту. Ее задача — уничтожить возбудителей инфекции, успех этой деятельности определяет устойчивость (резистентность) к болезни. Активность иммунной системы сопровождается многими побочными эффектами, в том числе воспалительными реакциями, образованием активных форм кислорода (АФК), изменением метаболических путей, клеточным стрессом. Эти реакции повреждают клетки. Способность организма адаптироваться к стрессовым изменениям, уберечь клетки и ткани от повреждений и восстанавливать их последствия называется толерантностью. Для защиты организма от инфекции жизненно необходимы и резистентность, и толерантность. Сбой в любой из оборонительных систем может оказаться смертельным. Сепсис — чрезвычайно сильное воспаление — представляет собой результат сбоя системы толерантности. Анорексия влияет именно на толерантность. Исследователи выяснили это, проанализировав, как под влиянием голодания или глюкозы изменяются численность инфекционных агентов, концентрация интерферонов, интерлейкинов и некоторых других цитокинов в плазме крови. Взаимодействие глюкозы с системой толерантности можно проверить, если вводить мышам не сами патогены, а те их компоненты, которые вызывают воспалительные ре-

Научный комментатор акции. Это бактериальные липополисахариды (ЛПС) или синтетический аналог двунитевой вирусной РНК poly(I:C)— полиинозиновая: полицитидиловая кислота. (У вируса гриппа РНК-геном.) ЛПС и poly(I:C) вызывали у мышей сильный сепсис, а животные реагировали на голодание, введение глюкозы или 2ДГ так же, как и мыши, зараженные бактериями или вирусами. Итак, глюкоза (при вирусной инфекции) или голодание (при бактериальной) защищают ткани от повреждений, вызванных воспалением. Что же это за ткани и что за повреждения? Оказалось, что в обоих случаях гибель мышей сопровождается дисфункцией нейронов. Заражение листериями и отравление ЛПС вызывают сильные конвульсии, напоминающие эпилепсию. Некоторые противоэпилептические препараты могут спасти больных животных. Смерть от гриппа часто связана с пневмонией. Можно было ожидать, что 2ДГ, убивающая мышей с вирусным воспалением, ухудшит состояние их легких, но этого не произошло. Зато у мышей возрастала температура тела, частота дыхания и сердечных сокращений. Это говорит о нарушении системы автономного контроля. Кроме того, исследователи обнаружили, что у больных мышей изменяется потребление глюкозы в нейронах: при бактериальном воспалении — в гипоталамусе, при вирусном — в клетках заднего мозга.

Анорексия и бактериальная инфекция Бактериальное воспаление сопровождается взрывным образованием АФК, которые повреждают нейроны, вызывая их дисфункцию и апоптоз. На срезах мозга видно, что многие нейроны мышиного мозга потемнели и сморщились. Глюкоза способствует образованию АФК. В этом случае может помочь голодание, потому что нехватка глюкозы переводит клетку на альтернативный энергетический путь: окисление кетонов и свободных жирных кислот. Такой метаболизм подавляет образование АФК и помогает нейронам пережить стрессовую ситуацию (рис. 3) .

чувствительность тканей к развивающемуся воспалению, а потребление глюкозы их защищает.

Вирусное воспаление

Простуду корми, лихорадку мори голодом

Интерферон

ЭР-стресс

АФК

2ДГ

Глюкоза Кетоны

Кетоны

Глюкоза

2ДГ

↓

АФК

Адаптация нейронов

↑

АФК

Дисфункциянейронов

3 Роль глюкозы и голодания при разных типах воспаления.

Мы уже говорили, что воспаление, вызванное ЛПС, провоцирует у мышей судороги, напоминающие эпилептический припадок. Известно, что кетоны облегчают состояние больных при эпилепсии, а нарушенный кетогенез делает животных особенно чувствительными к бактериальной инфекции. В экспериментах Руслана Меджитова и его коллег кетогенная диета повышала толерантность мышей к действию ЛПС. Глюкоза блокирует кетогенный путь, а 2ДГ блокирует действие глюкозы. У мышей, получавших 2ДГ, количество поврежденных нейронов значительно меньше. Таким образом, анорексия как элемент поведения больных животных необходима для поддержания толерантности к окислительному стрессу при бактериальном воспалении. Более того, исследователи обнаружили, что для спасения инфицированных мышей время голодания должно быть выбрано правильно. Если оно не скоординировано с бактериальным воспалением и происходит до заражения, мыши от инфекции погибнут.

Анорексия и вирусная инфекция При вирусных заболеваниях все иначе. Проникновение вируса стимулирует синтез интерферонов, которые взаимодействуют с рецепторами еще не за-

↓

ЭР-стресс

Адаптация нейронов

↑

ЭР-стресс

Дисфункциянейронов

раженных клеток, обеспечивая их устойчивость. Сигнальный путь интерферона влияет на активность многих генов, что приводит к различным изменениям в клетке, в частности вызывает стресс эндоплазматического ретикулюма (ЭРстресс). Он развивается, когда синтезирующиеся в клетке белки по какой-то причине не складываются в правильную трехмерную структуру. Клетка реагирует на стресс, изменяя активность генов, которые регулируют в том числе процессы воспаления, метаболизма и апоптоза (см. «Химию и жизнь», 2015, 7, «Целастрол — надежда худеющих»). Нейроны, страдающие от ЭР-стресса, могут погибнуть, следовательно, необходимо их защитить. Сделать это может глюкоза, которая смягчает последствия ЭР-стресса и предохраняет клетки от апоптоза (рис. 3). Соответственно 2ДГ, которая мешает усвоению глюкозы, оставит клетки беззащитными и погубит. Ученые даже установили ген, который отвечает за апоптоз, вызванный ЭРстрессом, это фактор транскрипции СНОР. При вирусном воспалении или введении 2ДГ экспрессия этого гена в клетках заднего мозга усиливается, а мыши, лишенные СНОР, защищены от летального действия обоих агентов. Интерферон усиливает потребление глюкозы в нейронах, точный механизм его действия пока неизвестен, однако это изменение важно для антивирусного ответа. Таким образом, при вирусной инфекции анорексию нельзя считать адаптивным поведением: она усиливает

Эту пословицу вспоминают и авторы работы, и ее многочисленные комментаторы. Но сами исследователи призывают не понимать ее буквально. Да, анорексия по-разному влияет на толерантность тканей при разных типах инфекции. Эту разницу можно объяснить различиями в иммунном ответе. Бактерии и вирусы вызывают разные типы воспаления, поэтому голодание либо помогает телу, либо разрушает его. Однако нельзя исключить, что эффект исследования зависит от конкретного возбудителя, а группа Руслана Меджитова использовала только один вид бактерий и один штамм вирусов. Да и лабораторное животное было одноединственное: мышь, причем опять-таки единственная линия. Так что влияние генотипа и среды на эффект анорексии остается неясным. Кроме того, данные получены в неестественных для животных условиях, и не исключено, что в природе все протекало бы иначе. Предстоит выяснить еще многое. Интересно, например, какие свойства нейронов делают их восприимчивыми к повреждениям, зависящим от воспаления и доступности источников энергии. За долгие годы совместной эволюции микробы, несомненно, выработали какие-то механизмы для борьбы с анорексией и другими болезненными состояниями. Хотелось бы узнать какие. Тем не менее ученые отмечают, что полученные ими результаты уже могут быть полезны медикам, поскольку программы клеточной адаптации у мышей и людей консервативны. Данные пригодятся для создания пищевых добавок, обладающих клиническим действием, и при выборе диеты для пациентов в отделениях интенсивной терапии, в том числе больных сепсисом. Миллионы лет эволюции ушли на то, чтобы выработать адаптивное поведение животных на все случаи жизни. Пищевые предпочтения — это способ, которым организм сообщает о своих потребностях и о том, как его лучше поддержать в болезни. А если так, то почему анорексия — общий консервативный ответ всех животных на любой тип воспаления — оказывается смертельной при вирусной инфекции? Почему зараженные вирусом животные не хотят есть? Это, пожалуй, самый интригующий вопрос.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Бактериальное воспаление

Художник Андрей Белов

Жизнь на суше:

Карбоновый лес

расцвет, кризис, возрождение С.А.Ястребов

Первопроходцы суши Выход жизни на сушу — событие, настолько сильно растянутое во времени, что его просто невозможно рассматривать как четкий порог. Более того, сама постановка вопроса о выходе на сушу на самом деле спорна. Утверждение «море — колыбель жизни» вовсе не такое само собой разумеющееся, как может показаться.

Например, в последние годы стала популярной гипотеза, согласно которой жизнь возникла не в океане, а в мелких наземных водоемах («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2012, 109, 14, E821—E830, doi: 10.1073/ pnas.1117774109). В пользу этой гипотезы есть несколько биохимических доводов, самый простой и наглядный из которых следующий. Известно, что в цитоплазме всех живых клеток ионов калия K+ гораздо больше, чем ионов натрия Na+. Между тем бросается в глаза, что почти во всех природных водоемах соотношение концентраций этих ионов в точности обратное. В морской воде в 40 раз больше натрия, чем калия, а в живой клетке, наоборот, калия в 10—20 раз больше. Внутриклеточный избыток калия важен для работы многих ферментов, и в том числе для системы синтеза белка. Причем анализ генных

Лики Земли рого является почва) образовалась примерно 3,5 миллиарда лет назад, и есть исследователи, которые допускают существование наземной жизни еще с тех пор («Ecological Processes», 2013, 2, 1, doi: 10.1186/2192-1709-2-1). Это не выглядит невозможным, но пока не имеет строгих доказательств. В чем мы можем быть уверены, так это в том, что наземная жизнь, причем многоклеточная, существовала еще до позднепротерозойской эпохи «Земли-снежка». Неудивительно, что сразу после «Земли-снежка», то есть в эдиакарском периоде, она возродилась. И как возродилась! Есть гипотеза, что именно активностью наземной биоты объясняется «вторая кислородная революция», то есть происходивший в эдиакарии рост содержания кислорода в атмосфере. Причинно-следственная цепочка тут вот какая. Важный фактор, влияющий на концентрацию кислорода, — присутствие в той же среде мертвого органического вещества. Если такого вещества много, то значительная часть кислорода тратится на его окисление, превращаясь в итоге в углекислоту и воду. Если же любым способом вывести из оборота мертвую органику, свободного кислорода при прочих равных условиях станет больше; именно это произошло, когда кембрийский зоопланктон освоил пеллетную транспортировку мелкой взвеси на дно (см. «Химию и жизнь», 2016, 10. 28—32). В эдиакарии главный механизм, приводивший к тому же эффекту, был несколько другим. Мертвая органика связывалась частицами глины, которые поступали в океан с континентальным стоком, и оседала на дно вместе с этими частицами. А источником такого количества глины может быть только биогенная кора выветривания, то есть почва («Science», 2006, 311, 5766, 1446—1449, doi: 10.1126/science.1118929). Получается, что эдиакарская наземная биота, предположительно состоявшая из водорослей и грибов, запустила уже довольно мощное почвообразование. Есть данные, что в эдиакарии были и лишайники («Science», 2005, 308, 5724, 1017—1020, doi: 10.1126/science.1111347). В палеонтологии довольно широко распространена идея, что эволюция многоклеточных животных зависела от содержания кислорода в атмосфере (гипотеза «кислородного контроля»). Высокая концентрация кислорода облегчила переход к «настоящей» животной многоклеточности, требующей много энергии. Если же подъем этой концентрации произошел в конечном счете из-за активности наземных организмов — значит, выход жизни на сушу не только предшествовал появлению настоящих многоклеточных животных, но и был его причиной.

Леса и насекомые В первые четыре периода палеозойской эры — кембрий (542—485 млн лет назад), ордовик (485—443 млн лет назад), силур (443—419 млн лет назад) и девон (419—359 млн лет назад) — наземная биота постепенно, но неуклонно усложняется. Высшие споровые растения, относящиеся примерно к тому же уровню организации, что и современные мхи, со-

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

последовательностей показывает, что эти калий-зависимые ферменты — очень древние; скорее всего, они были уже у общего предка всех современных живых организмов. Значит, первые клетки жили в среде, где калия было намного больше, чем натрия. Океан такой средой быть не мог. Гораздо вероятнее, что это были горячие источники на суше, вода в которых как раз может иметь подходящий химический состав. Но даже если живые клетки возникли на суше, после этого они довольно быстро заселили море. По большинству параметров морская среда намного комфортнее наземной: в ней всегда хватает воды и в нее почти не проникают опасные для клеток ультрафиолетовые лучи. Сейчас ультрафиолетовый компонент солнечного света экранируется слоем атмосферы, обогащенным озоном, который постоянно образуется в небольшом количестве из атмосферного кислорода. До кислородной революции на Земле не было никакого озонового слоя, поэтому защищать клетки от ультрафиолетовых лучей могла только вода. Получается, что океан был не колыбелью жизни, а ее убежищем на первые несколько миллиардов лет эволюции. Первые признаки жизни на суше относятся еще к раннему докембрию («Biological Soil Crusts: An Organizing Principle in Drylands», 2016, Part II, 226, 37—54, doi: 10.1007/978-3319-30214-0_3). В основном это палеопочвы, обогащенные «легким» изотопом углерода 12C, — именно это обогащение отличает биогенный углерод, прошедший по биохимическим путям живых клеток, от абиогенного (см. «Химию и жизнь», 2016, 8, 28—30). Первые такие палеопочвы имеют возраст примерно 2,7 миллиарда лет, однако не исключено, что они существовали и раньше. Это — архейская эпоха, когда на Земле жили только прокариоты. Зная, насколько огромны экологические возможности прокариот, нетрудно допустить, что кто-то из них прижился и в таком негостеприимном месте, как архейская суша. Первое прямое свидетельство наземной жизни — остатки нитчатых синезеленых водорослей в ископаемой пещере возрастом 1,2 миллиарда лет («Science», 1994, 263, 5146, 494—498, doi: 10.1126/science.263.5146.494). Этот момент времени относится к эпохе «скучного миллиарда лет», когда синезеленые водоросли, они же цианобактерии, уже не только были многочисленны, но и мало чем отличались от современных (см. «Химию и жизнь», 2016, 9. 28—32). А о современных синезеленых водорослях известно, что они часто живут вне воды, например на почве или на скалах. Так что никаких серьезных причин сомневаться в этой находке нет. Несколько позже — 1,0 миллиарда лет назад — появляются остатки наземных водорослей, предположительно относящихся уже к эукариотам («Nature», 2011, 473, 7348, 505—509, doi: 10.1038/nature09943). Они образуют пластинчатые колонии, а также цисты, то есть покоящиеся стадии с толстой сложно структурированной клеточной стенкой. Тут надо сказать, что проникновение эукариотных водорослей в наземную среду — опять же не такая уж и редкость. Например, современная зеленая водоросль трентеполия не просто выдерживает наземные условия, а специализирована к ним и ведет полностью наземный образ жизни. У нее есть набор приспособлений к жизни на воздухе — очень толстые клеточные стенки, обилие запасных веществ. Колонии трентеполии обычно выглядят как кирпично-красный или желтый налет на коре деревьев (зеленый цвет, присущий большинству растений, тут маскируется дополнительными красными пигментами, защищающими водоросль от «световых перегрузок» в слишком хорошо освещенной среде). В том, что водоросли с похожим образом жизни существовали миллиард лет назад, нет ровным счетом ничего невероятного. Оценки, которые мы сейчас приводим, — не самые смелые, а, наоборот, самые скептические. Например, древнейшая известная кора выветривания (понятие, частным случаем кото-

«Palaeontology», 2003, 46, 3, 467—509

вершенно достоверно появились в ордовике («Science», 2009, 324, 5925, 353, doi: 10.1126/science.1169659). Наземные зеленые водоросли, от которых они, скорее всего, произошли, известны из кембрия («Photosynthesis in Bryophytes and Early Land Plants», 2014, 37, 9—28, doi: 10.1007/978-94-007-69885_2). Ну а в конце ордовика появляются первые сосудистые растения, со специальными проводящими тканями для транспорта воды и питательных веществ (к ним относятся все современные высшие растения, кроме мхов). Начиная с силура именно сосудистые растения преобладают в растительном покрове Земли («New Phytologist», 2014, 202, 1, 1—3, doi: 10.1111/nph.12670). Животные тоже выходят на сушу. В первую очередь это членистоногие — тип, который в наземных условиях достиг колоссального расцвета. В силуре появляются многоножки и скорпионы, в девоне — сенокосцы, клещи, ложноскорпионы и насекомые («Philosophical Transactions of the Royal Society B», 2012, 367, 519—536, doi: 10.1098/rstb.2011.0271). Правда, насчет скорпионов есть серьезная оговорка: в палеозойскую эру они еще дышали жабрами и наземными животными, по сути, не были. Зато все остальные перечисленные членистоногие — однозначно наземные. Причем на сушу они начали выходить довольно рано: ископаемые следы, наверняка принадлежащие наземным многоножкам, известны еще из ордовика («Journal of Paleontology», 2006, 80, 4, 638—649, doi: 10.1666/0022-3360(2006)80[638:JMFTLD]2.0.CO;2). В начале девона появились хищные губоногие многоножки, которые могли питаться только другими членистоногими; у ископаемых экземпляров сохранились даже ногочелюсти с крючками, сквозь которые в тело жертвы впрыскивался яд из ядовитых желез, — этот механизм у них одинаков с современными губоногими многоножками («Palaeontology», 2003, 46, 3, 467—509, doi: 10.1111/1475-4983.00308). Это означает, что к началу девона сообщество наземных членистоногих было уже достаточно сложным, чтобы хищник всегда мог выбрать себе добычу. Что касается позвоночных, то они вышли на сушу едва ли не последними. Наземные позвоночные появляются в палеонтологической летописи только во второй половине девона, причем их первые известные представители, скорее всего, еще вели в основном водный образ жизни («Nature», 2006, 440, 7085, 747—749, doi: 10.1038/440747a). Расцвет их начался в следующем периоде — карбоне (359—299 млн лет назад). Освоившись на суше, наземные позвоночные заняли в сообществе место «суперхищников», способных съесть любое членистоногое, и приступили к собственной бурной эволюции. В сложившемся пазле наземной фауны явно не хватает двух привычных нам фрагментов. Во-первых, там нет пауков. Их ископаемые родичи, еще не умевшие плести паутину, вышли на сушу в силуре, но настоящие пауки, и то очень примитивные, появились только в конце карбона («Biological Reviews», 2010, 85, 171—206, doi:10.1111/j.1469-185X.2009.00099.x). А во-вторых, мы пока еще ничего не сказали о летающих насекомых. Упомянутые девонские насекомые были первичнобескрылыми, то есть относились к группам, у которых крыльев никогда не было. Такие насекомые есть и сейчас: например, встречающаяся в домах сахарная чешуйница. Но подавляющее большинство современных насекомых — крылатые (включая сюда и тех, кто потерял крылья вторично). И вот этой группы в девоне еще нет. Первый бескрылый родственник крылатых насекомых, похожий на них строением ротового аппарата, обнаружен в конце девона («Nature» 2012, 488, 7409, 82—85, doi:10.1038/nature11281). Первое насекомое с крыльями — в начале карбона («Geobios», 2005, 38, 3, 383—387, doi: 10.1016/j.geobios.2003.11.006). С этого момента в истории жизни на Земле началась новая эпоха, хотя поначалу, вероятно, это было не особенно заметно.

б в

Фауна раннего девона Шотландии: паукообразное Palaeocharinus (a), многоножка Crussolum (б), многоножка Leverhulmia (в), ракообразное Heterocrania (г), ракообразное Lepidocaris (д)

Дело в том, что крылатые насекомые во многом уникальны. Достаточно сказать, что к этой группе относится примерно две трети всех современных видов животных, при необычайно широком наборе способов питания. Последнее наглядно выражено многообразием ротовых аппаратов: грызущий, лижущий, трубчато-сосущий, колюще-сосущий и другие, вплоть до таких необычных, как хватательная маска стрекозы или гигантские жвалы жука-оленя. Крылатые насекомые встречаются везде, где только могут жить многоклеточные существа, за исключением морских глубин. Они бывают хищниками, растительноядными, паразитами, поедателями грибов или разрушителями мертвой органики и во всех этих ролях могут вырабатывать тончайшие пищевые специализации. Кроме того, они образуют множество других, непищевых связей с соседями по сообществам: например, насекомые-опылители сильно повлияли на эволюцию цветковых растений. В общем, биосферную роль крылатых насекомых переоценить трудно. Растительный мир на рубеже девона и карбона тоже меняется. В середине девона сразу несколько неродственных групп наземных растений выработали жизненную форму дерева, с мощной корневой системой и вертикальным ветвящимся стволом высотой до 8 метров («Geological Society, London. Special Publications», 2010, 339, 59—70, doi: 10.1144/SP339.6). А в позднем девоне появились первые леса, состоявшие в основном из древовидного папоротника археоптериса («Nature», 1999, 398, 6729, 700—701, doi: 10.1038/19516). И хотя археоптерисовые леса конца девона не пережили, другие древесные породы тут же пришли им на смену. Началось великое «облесение суши» (afforestation of the land; «Soils of the Past 1990, 399—421 doi: 10.1007/978-94-0117902-7_19). Лес открыл множество новых экологических ниш, которые не замедлили занять животные, питавшиеся как растениями, так и друг другом. И тот же лес выбрасывал в атмосферу огромное количество кислорода, тем самым облегчая животным всевозможные эксперименты с формой и размером. В карбоне достигли своего расцвета амфибии и появились рептилии — несомненно, в связи с ростом разнообразия насекомых, которыми эти позвоночные могли питаться. Так пошло и дальше. Крылатые насекомые и леса — два фактора, вот уже примерно 350 миллионов лет определяющих лик Земли.

Парк пермского периода Последний период палеозойской эры — пермский — продолжался 46 миллионов лет (298—252 млн лет назад). Пермский мир был уже во многом близок к нынешнему. Сушу населяли многообразные наземные позвоночные, среди которых были и хищники, и растительноядные. Процветал мир насекомых;

Пять великих рубежей Еще палеонтологи XIX века прекрасно знали, что рубежи периодов, а тем более эр обычно характеризуются спадами разнообразия живых организмов, то есть попросту вымираниями. Это естественно: одни животные и растения вымирают, другие приходят им на смену. Границы периодов как раз и проводятся по моментам, когда смены флор и фаун особенно заметны. Конец пермского периода одновременно является концом всей палеозойской эры — не приходится удивляться, что некоторая часть биоты на этом рубеже исчезла. А что, если оценить это явление количественно? В 1979 году палеонтолог Дэвид Рауп, много занимавшийся статистическим анализом разнообразия древних фаун, опубликовал статью со следующим выводом: есть основания считать, что в конце перми вымерло, не оставив потомков, примерно 96% всех видов морских животных на Земле («Science», 1979, 206, 4415, 217—218, doi: 10.1126/science.206.4415.217). Получалось, что биота, по крайней мере морская, прошла в этот момент через настоящее «бутылочное горлышко». Подсчеты Раупа были основаны на огромном материале. И хотя его результаты касались только морской фауны, они не оставляли сомнений, что в конце перми действительно случилось крупнейшее вымирание. Другой известный палеонтолог, Дуглас Эрвин, решил определить скорость этого процесса. Анализируя вместе с коллегами распределение остатков животных в осадочных толщах, он постепенно пришел к выводу, что пермское вымирание произошло за очень короткий срок — меньше одного миллиона лет («Science», 1998, 15, 280, 5366, 1039—1045). Коротким этот срок, конечно, можно назвать только по меркам истории Земли, но для событий такого масштаба он действительно очень мал.

Лики Земли Итак, на границе палеозоя и мезозоя произошло нечто большее, чем рядовая смена ископаемых фаун. Рауп и Эрвин столкнулись с явлением, относящимся к категории массовых вымираний (mass extinctions). Что же это, собственно, такое? Массовые вымирания, они же биосферные кризисы, случались в истории Земли довольно регулярно. Принято считать, что в фанерозое крупнейших вымираний было пять («Science», 1982, 215, 4539, 1501—1503). Пермское — одно из них. Из остальных четырех два произошли внутри палеозоя (в конце ордовика и в конце девона), одно — внутри мезозоя (на рубеже триасового и юрского периодов), и еще одно отделяет мезозой от кайнозоя (именно тогда исчезли, например, динозавры). Некоторые из этих событий вполне могли иметь внешние причины. Например, вымирание на границе мезозоя и кайнозоя, несомненно, было как минимум спровоцировано падением на Землю десятикилометрового астероида, кратер от которого сейчас находится на побережье полуострова Юкатан (http://elementy.ru/novosti_nauki/432586). Но похоже, что это исключительный случай: большинство вымираний объяснить подобными разовыми катастрофами не удается. Тут стоит учитывать, что кризисов, лишь немного уступающих пяти «главным» вымираниям, а то и сравнимых с ними, в фанерозое было еще больше десятка («Annual Review of Earth and Planetary Sciences», 2006, 34, 127—155, doi: 10.1146/annurev. earth.33.092203.122654). Космических катастроф просто не хватит на них на все. Некоторые палеонтологи считают, что кризис, сопровождающийся массовым вымиранием, есть совершенно нормальная стадия развития природного сообщества размером с земную биосферу. Известный палеоботаник Валентин Абрамович Красилов так и писал: кризис — это естественный механизм эволюции сообществ (Красилов В. А. Нерешенные проблемы теории эволюции. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986). Под этим углом зрения становится понятно, почему некоторые кризисы (например, ордовикский) не удается толком связать ни с какими внешними воздействиями на живую природу. Но также понятно, что само по себе признание кризиса нормальным явлением еще ничего не объясняет. В основе любого исторического события, и биосферного кризиса в том числе, лежат вполне реальные причинно-следственные связи; наша задача — их раскрыть. Если нет внешних причин, значит, есть внутренние, и наоборот. В этом плане вымирание на границе палеозоя и мезозоя особенно интересно. Чтобы понять почему, его можно бегло сравнить с вымиранием на границе мезозоя и кайнозоя, тем самым, которое погубило динозавров. Тут надо уточнить названия; последний период мезозоя называется меловым, первый период кайнозоя — палеогеновым, поэтому «динозавровый» кризис мы будем называть мел-палеогеновым, как это обычно и делают. Кризис на рубеже палеозоя и мезозоя по тому же принципу называют пермо-триасовым. Разница между этими кризисами следующая. Во-первых, пермо-триасовое вымирание было намного мощнее. Аккуратный подсчет по одной и той же методике показывает, что мел-палеогеновый кризис уничтожил примерно 15% всех существовавших тогда биоло-

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

именно в перми появился отряд, оказавшийся самым эволюционно успешным в этом классе, — жесткокрылые, или жуки. На континентах росли леса, состоявшие в Северном полушарии из древних хвойных, а в Южном — из лиственных голосеменных, отдаленно родственных современному гинкго. Водная жизнь тоже бурно развивалась: пермские моря полны моллюсков, иглокожих, брахиопод, ракообразных, кораллов и других беспозвоночных, не говоря уже о рыбах. Современного наблюдателя (если бы он не слишком всматривался) в перми поразило бы прежде всего отсутствие птиц, млекопитающих и цветковых растений, а если бы он мог увидеть Землю из космоса — то еще и совершенно другое расположение материков. В конце карбона — начале перми произошло так называемое гондванское оледенение, охватившее в основном часть суши Южного полушария. Очень вероятно, что его главной причиной было распространение лесов. Деревья карбонового периода связывали огромное количество углерода в биомассе своих стволов, разлагать которую было некому: эффективные разрушители древесины еще не возникли. В результате деревья падали и захоранивались как есть, создавая залежи каменного угля. Переход углерода из атмосферного углекислого газа в эти залежи сильно ослабил парниковый эффект — вот этого, по-видимому, и хватило для запуска очередного оледенения. И в самом деле, достоверно показано, что атмосферная концентрация CO2 в тот момент сильно снизилась («Special Paper of the Geological Society of America», 2008, 441, 343—354, doi: 10.1130/2008.2441(24)). Гондванское оледенение создало холодный климат на значительной части земной суши, однако никаких биосферных переворотов, насколько можно судить, не вызвало. Все крупные группы организмов его спокойно пережили. События конца перми были гораздо драматичнее. Но чтобы к ним перейти, нам потребуется небольшое вступление.

Художник Дмитрий Богданов

Листрозавр (Lystrosaurus murray)

гических видов, а пермо-триасовый — примерно 60% («Science», 1995, 268, 5207, 52—58). Эти цифры несколько меньше тех, которые обычно приводятся, но зато уж в них можно не сомневаться. Во-вторых, в отличие от мел-палеогенового кризиса, пермо-триасовый кризис не был вызван никаким внешним ударом вроде астероидного импакта (гипотеза, что такой импакт был и тут, высказывалась, но не подтвердилась). В-третьих, после пермо-триасового кризиса разрушенная биосфера вступила в очень долгий — растянувшийся на десятки миллионов лет — период постепенного восстановления, чего после мел-палеогенового кризиса не было вообще: там сообщества восстановились сразу («Proceeding of the Royal Society B», 2008, 275, 759—765, doi: 10.1098/rspb.2007.1370). Недавно детальные геологические исследования показали, что пермское вымирание заняло гораздо более короткий срок, чем думали раньше, — всего 60 тысяч лет («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2014, 111, 9, 3316—3321, doi: 10.1073/pnas.1317692111). Шестьдесят тысяч лет — это 0,06 миллиона лет, срок по меркам планетной истории просто невероятно маленький. Что же там произошло?

Механизм катастрофы Большинство ученых сейчас думает, что пермскую катастрофу запустили вулканы. Показано, что точно в момент биосферного кризиса (то есть 252 миллиона лет назад) на территории, которая сейчас называется Западной и Средней Сибирью, образовалась трапповая провинция — система действующих вулканов, не ограниченных точечными кратерами, а занимающих сплошное протяженное поле. Выглядело это, должно быть, грандиозно. Расколотая во многих местах земная кора извергла море расплавленного базальта, залившее 1,6 миллиона квадратных километров — это площадь современного Ирана. Текущий базальт затопил огромную территорию и постепенно застывал, создавая абсолютно плоскую безжизненную равнину, по которой текли новые базальтовые волны от новых извержений. Но все это было только прологом к кризису. Трапповые вулканы неизбежно выбрасывали в атмосферу колоссальные объемы вулканических газов — углекислого газа, хлороводорода, сероводорода, сернистого ангидрида и других. Это имело много последствий. Во-первых, углекислый газ усилил парниковый эффект, вызвав мощное глобальное потепление. Во-вторых, вулканические газы повысили кислотность морской воды, а это по чисто химическим причи-

нам затруднило жизнь кораллов и иглокожих: карбонаты, из которых состоят твердые скелеты этих животных, в слишком кислой воде просто растворяются. В-третьих, сероводород ядовит для большинства живых организмов, особенно при концентрации, в тысячи раз превышающей нынешнюю атмосферную, — а именно такой уровень сероводорода создавали трапповые вулканы («Geology», 2005, 33, 5, 397—400; doi: 10.1130/G21295.1). Более того, показано, что существует концентрация сероводорода, которая еще не мешает росту фитопланктона (то есть одноклеточных водорослей), но уже мгновенно убивает зоопланктон (например, веслоногих рачков). Если такое случится в реальном водоеме, он тут же «зацветет»: одноклеточные водоросли, численность которых больше никто не регулирует, стремительно размножатся, потратят на свое дыхание весь наличный кислород, погибнут и обратятся в мертвую органику, на окисление которой последние остатки кислорода и уйдут (Питер Уорд, Джо Киршвинк. Новая история происхождения жизни на Земле. ИД «Питер», 2016). Если этим водоемом будет Мировой океан, его глубины станут практически бескислородными, что, собственно, в момент пермского кризиса и наблюдается («Trends in Ecology and Evolution», 2003, 18, 7, 358—365, doi: 10.1016/ S0169-5347(03)00093-4). Называя вещи своими именами, там случился глобальный замор. А в бескислородной среде, богатой соединениями серы, должны прекрасно себя чувствовать анаэробные бактерии, в том числе и сульфатредуцирующие, выделяющие в качестве побочного продукта обмена опять же сероводород («Earth and Planetary Science Letters», 2007, 256, 295—313, doi: 10.1016/j.epsl.2007.02.018). Готово — петля положительной обратной связи замкнулась. И практически наверняка таких петель было несколько. Вулканических газов могло и не хватить, чтобы убить все живое, но их хватило, чтобы запустить серию обратных связей, сделавших процесс саморазвивающимся.

Пустынная планета Сразу после пермского кризиса Земля представляла собой довольно унылое место. Ничем не сдерживаемый парниковый эффект привел к разогреву Мирового океана до 38—40оС («Science», 2012, 338, 6105, 366—370, doi: 10.1126/ science.1224126). Это близко к заведомо смертельной для большинства животных и растений температуре денатурации белков (примерно 45оС). К тому же при высокой температуре падает растворимость кислорода в воде, так что существо-

вание водной фауны практически исключается. Палеонтологические данные показывают, что рыбы в эту эпоху остались только в приполярных областях океана. Суша, скорее всего, прогревалась еще сильнее, поэтому тропические и субтропические широты были непригодны для жизни крупных наземных животных. Авторы, опубликовавшие эти данные, делают твердый вывод: в раннем триасе температура стала дополнительной причиной массового вымирания. Не блестяще обстояло дело и с кислородом. В перми его концентрация в атмосфере поднялась почти до 30%, а после пермского кризиса она упала до 10—15% и оставалась такой большую часть триаса («Science», 2005, 308, 5720, 398—401, doi: 10.1126/science.1108019). Это сильно ограничивало физиологические возможности оставшихся позвоночных, не давая им достичь крупных размеров. Полностью исчезли леса — деревьев, способных их образовать, просто не осталось нигде на Земле; соответственно вымерли и животные, занимавшие специфически лесные экологические ниши («Gondwana Research», 2014, 25, 4, 1308—1337, doi: 10.1016/j. gr.2012.12.010). Самым крупным и многочисленным наземным позвоночным этой эпохи был листрозавр — всеядная зверообразная рептилия размером со среднюю собаку. Впрочем, еще чаще листрозавра сравнивают со свиньей, подразумевая, что он вел похожий образ жизни и питался чем попало. Когда английский палеонтолог Майкл Бентон участвовал в подготовке телепередачи о листрозавре, он назвал ее «Когда свиньи правили Землей». В целом можно утверждать, что больше всего от пермотриасового кризиса пострадали морские беспозвоночные, а меньше всего — насекомые («Природа», 2012, 9, 39—48). У последних вообще все «провалы» разнообразия, вызванные массовыми вымираниями, сглажены по сравнению с другими группами животных. Частично это связано с их удачной анатомией и физиологией (дыхательная система насекомых состоит из микроскопических трубочек — трахей, — которые пронизывают тело, доставляя воздух прямо к клеткам без

всякого переноса кровью; как бы мало кислорода в этом воздухе ни было, животное его получит), а частично — с тем, что наземная среда, к которой они приспособлены, гораздо более разнообразна и расчленена, чем водная. Если вы жук, то уж какое-нибудь приемлемое микроместообитание всегда найдете.

Триасовое возрождение В течение триаса структура сообществ постепенно восстанавливается. Более того, в ней возникают принципиально новые жизненные формы — например, морские рептилии. В середине триаса появляются двукрылые насекомые (то есть комары и мухи), а в конце — черепахи, крокодилы, динозавры, летающие ящеры (птерозавры) и млекопитающие. Это уже почти современная биота. Из групп, представителей которых мы привыкли каждый день видеть, не хватает только птиц (появляются в юре) и цветковых растений (появляются в мелу). Никаких переворотов, сравнимых с кембрийским взрывом или пермским кризисом, в истории Земли больше не будет, по крайней мере, до появления человека. Тут уместно привести интереснейший чисто эмпирический результат, который получил американский палеонтолог Джон Сепкоски. Он собрал данные по морским животным за все времена от кембрия до современности и построил график, где по горизонтали было отложено время, а по вертикали — разнообразие, измеренное числом родов и семейств. Оказалось, что в течение всего палеозоя (не считая начального периода роста сразу после кембрийского взрыва) разнообразие остается стабильным. После кризисов оно просто возвращается к прежнему уровню. На границе перми и триаса, естественно, виден глубокий провал. И что же дальше? За пермо-триасовым провалом следует не возвращение к прежнему устойчивому уровню, а непрерывный подъем, который иногда притормаживается очередными кризисами, но неуклонно длится вот уже почти 250 миллионов лет. На графике Сепкоски очень наглядно видно, что вся эволюция как бы делится на две части: до пермского кризиса, когда разнообразие было по большому счету стабильно, и после него, когда оно непрерывно растет. Никакого общепринятого объяснения этому до сих пор нет, но сам факт сомнений не вызывает («Journal of Paleontology», 1997, 71, 4, 533—539). И получается, что пермский кризис изменил весь режим развития жизни на Земле. Перефразируя знаменитого английского историка Арнольда Тойнби, можно сказать: эволюция — это ответ на вызов.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

https://geoheritagescience.wordpress.com/tag/sepkoski/

График Сепкоски, изображающий динамику разнообразия морских животных в фанерозое. Обозначения: V — венд (или эдиакарий), Cm — кембрий, O — ордовик, S — силур, D — девон, C — карбон, P — пермь, Tr — триас, J — юра, K — мел, T — третичный период, Cz — кайнозой. Цифрами с 1 по 5 обозначены пять главных массовых вымираний (ордовикское, девонское, пермское, триасовое и меловое), 0 — кембрийский взрыв

Лики Земли

Неправильные пчелы Для чего на свете пчелы? Ответ на этот вопрос знает каждый ребенок, только пчелы рода Anthophora вряд ли с ним согласятся, потому что мед они не делают, хотя растения опыляют. Это одиночные насекомые, каждая самка роет в земле норки, куда откладывает яйца. Однако если подходящих для строительства участков мало, гнезда располагаются очень тесно. Впрочем, для Anthophora понятие «подходящий» нередко отличается от общепринятого. «Главное дело в том, чтобы пчелы тебя не заметили». Anthophora pueblo не агрессивны, но могут и ужалить

Это «жжжжжж» неспроста! Около 40 лет назад американский энтомолог Фрэнк Паркер обнаружил в пустыне Сан-Рафаэль в штате Юта гнезда пчел Anthophora pueblo. Пчелы выгрызали норки в мягком песчанике. Представьте себе скалу, испещренную дырочками, из которой доносится негромкое, но отчетливое поскребывание. Это работают челюстями пчелы A. pueblo. Кстати, свое видовое название они получили в честь индейцев пуэбло, исконных жителей этих мест, чьи предки много веков назад строили здесь пещерные города. Одно из первых обнаруженных поселений пчелы устроили как раз в стенах пещерного жилища. Фрэнк Паркер отколол несколько кусков песчаника с гнездами и личинками и отнес в лабораторию. Там он дождался появления взрослых пчел, а затем все образцы отправились в музей, где и пролежали благополучно до 2015 года, когда на них наткнулся аспирант Университета штата Юта Майкл Ор. Он разыскал Паркера, и вместе с коллегами они продолжили исследование («Current Biology», 2016, 26, R779—R793, doi: 10.1016/j. cub.2016.08.001).

Майкл Ор лезет на скалу, источенную Anthophora pueblo

Пчела Anthophora pueblo выглядывает из каменной норки

Ученые нашли еще пять поселений A. pueblo в пустыне Мохаве на плато Колорадо и теперь точно знают, что пчелы гнездятся в песчанике не потому, что больше им некуда податься. Им это нравится. Они выбирают склон, обращенный на юг или восток, чтобы с утра туда приходило солнце. Практически во всех местах рядом с песчаником можно было отыскать более мягкие породы — илистые отложения или глину, однако пчелы неизменно предпочитают песчаник, если, конечно, он не слишком тверд и они в состоянии его прогрызть. Но поскольку песчаник все-таки тверже обычной почвы, на строительство требуется больше времени и сил. Верхние челюсти (мандибулы) у старых пчел совсем истерты. Тем не менее A. pueblo мирятся с этими трудностями. Почему? Оказывается, жизнь в камне имеет свои преимущества, которые перевешивают все неудобства. Прежде всего песчаник прочный. Проделанные в нем норки сохраняются десятилетиями, ими пользуются многие поколения A. pueblo. Пчелиные поселения, обнаруженные Паркером, существуют до сих пор. A. pueblo живут в пустыне. Засушливая весна с малым количеством цветов там не редкость, и пчелы могут переждать голодный год в личиночной стадии, пересидеть его в норке. При необходимости можно задержаться в ней до четырех лет,

не опасаясь, что песчаник разрушится от эрозии или сильного дождя, если он вдруг пойдет. Поскольку песчаник доступной мягкости встречается не везде, подходящие участки изрыты норками очень густо. Такие скопления пчел должны привлечь паразитов, в том числе клещей. Однако пчелы научились с этими сложностями бороться. В их поселениях паразитов почти нет. Самки регулярно вычищают гнезда, кроме того, жизнь в песчанике паразитам не благоприятствует. Мелкие паразиты Xeromelecta californica — пчелы-кукушки. Они убивают яйца роющих пчел и подкладывают вместо них свои. В каменных норках личинки X. californica развиваются медленно, а нарушение сроков развития для них губительно — они должны подстраиваться под ритм жизни хозяина. Личинка другого паразита, жука-нарывника Tricrania stansburii, поджидает пчелу на цветке, прикрепляется к ней и так попадает в гнездо. Там она убивает хозяйское яйцо или молодую личинку и съедает ее. Но когда T. stansburii превращается во взрослого жука, норка пчелы запечатана, и каменную стенку он пробить не может. Замурованные нарывники обычно погибают, поэтому в городах A. pueblo их совсем немного. А еще в песчанике мало органических веществ и соответственно патогенных микроорганизмов. Там преобладают фотосинтезирующие бактерии, безопасные для пчел. Таким образом, в обмен на тяжкий труд и стертые мандибулы пчелы получили безопасность и здоровье. Майкл Ор планирует изучать их и дальше. В частности, его интересует, почему мандибулы, которыми пчелы грызут камень, не поражают своими размерами. Возможно, у A. pueblo сильно развита мускулатура, которая позволяет обходиться челюстями стандартной величины.

Кратер Сантьяго. Место поселения пчел обозначено белым овалом

Жизнь в пустыне трудна, особенно в каменной толще. Однако не спешите назвать A. pueblo экстремалами, пока не узнаете, где поселился другой вид антрофоры, A. squammulosa.

Разве знаешь, что пчелам в голову придет! В Никарагуа находится огромный вулканический комплекс Масая, стены его кальдеры образуют границы одноименного Национального парка площадью 5400 га. Вулкан действующий, его активный кратер Сантьяго всего несколько месяцев назад своей активностью перепугал местных жителей. Он ежедневно выбрасывает в воздух тучи пепла и тефры — кусочков вулканических пород, а также сернистый газ. Совсем рядом с кратером расположена щель, откуда SO2 выделяется постоянно. Буквально в нескольких метрах от этой щели находится крупное поселение A. squammulosa. Из всей громадной территории парка они облюбовали именно это место, нигде больше их нет, разве что отдельные норки встречаются. Пчелиное поселение занимает площадь около 2800 м2, на квадратном метре от одной до четырнадцати норок. Питаются вулканические пчелы исключительно пыльцой и некта-

Пчела на цветке мелантеры белоснежной

ром мелантеры белоснежной Melanthera nivea — больше ничего в таком месте не растет, а мелантера даже кислотные дожди выдерживает. Этих пчел Майкл Ор исследовал вместе с коллегами из Великобритании, Никарагуа и Соединенных Штатов («The Pan-Pacific Entomologist», 2016, 92, 1—12). A. squammulosa населяют и другие места Центральной Америки, где посещают многие виды растений, в основном семейства астровых. A. squammulosa очень быстро летает, при этом ее крылья издают пронзительный визг, по которому пчелу и узнают, когда она проносится мимо. К сожалению, вид находится под угрозой исчезновения, поскольку площадь тропических и субтропических лесов, где живут эти пчелы, постоянно сокращается. По-видимому, угроза сильнее, чем принято было думать, потому что вулкан в любой момент может уничтожить существенную часть популяции. Первая проблема, с которой сталкиваются пчелы на вулкане, — высокая концентрация сернистого газа. В районе пчелиных гнезд она на порядок выше, чем в самом загрязненном промышленном регионе Европы, содержание серы в одном кубическом метре превышает 3500 мкг. Известно, что сернистый газ подавляет активность пчел, их личинки медленнее развиваются и чаще погибают, Anthophora squammulosa у себя дома. В рыхлой, сухой, свободной от растительности земле удобно рыть норки

взрослые насекомые живут меньше. Но эти данные получены для концентрации SO2, в десять раз меньшей, чем у кратера Сантьяго. Как там себя чувствуют пчелы, еще предстоит выяснить. Вторая проблема — вулканический пепел. Он каждый день сыплется насекомым на головы, истончает покровы и, проглатываемый вместе с кормом, отравляет пчел изнутри. Самки A. squammulosa значительную часть дня проводят, очищая вход в гнездо щеточками на задних лапках. Эти щеточки есть у всех представителей рода, поэтому назвать их специальным приспособлением для уборки пепла нельзя. А еще там сильные ветра, которые мешают летать, и сезонные ливни, а земля покрыта тонкой плотной корочкой и горячая. Самое обидное, что и в этом безотрадном месте пчелы не избавлены от хищников и паразитов. Ученые видели представителей двух видов паразитических ос рода Dasymutilla, которые откладывают яйца в пчелиные личинки (они прогуливались по пеплу, разыскивая вход в гнездо), и крупную хищную муху Efferia anomala, которая охотится на взрослых пчел. Единственное, чем способно, по мнению исследователей, привлекать пчел привулканье, — почва. Она рыхлая, сухая, а самое главное — рядом с кратером ничего не растет. Трава мешает пчелам, поскольку ее корни в любой момент могут прорасти прямо в гнездо. Открытое теплое место и относительно покатый склон без растительности и с мягким субстратом представляют собой идеальное место для устройства норки, а сернистую атмосферу пчелы как-нибудь перетерпят. Не исключено к тому же, что сернистый газ снижает численность и активность паразитов и хищников. Все эти предположения ученые еще будут проверять, однако они допускают и то, что облюбованное пчелами местечко у кратера для них не самое лучшее. Просто судьба их туда забросила, и они прижились.

Н. Анина 1 см

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Дневник наблюдений

Давай мириться Кандидат биологических наук

Н.Л.Резник

Многие дамы жалуются что им, таким умным, образованным, энергичным и талантливым, мужчины не дают занимать ответственные и престижные должности, опасаясь конкуренции. Эти обвинения справедливы, конечно, но лишь отчасти. Дело в том, что женщины, при всех своих достоинствах, зачастую ведут себя «не по-мужски» — они не умеют мириться.

Залог стабильности Там, где есть общество — коллектив, семья, компания, несколько малышей в одной песочнице, — неизбежны конфликты. Возможность их разрешать — основное условие социальной жизни и великое благо. «Мирись, мирись и больше не дерись», — приговаривают мамы и бабушки, заставляя своих обиженных карапузов трясти сцепленными мизинцами (специальный примирительный жест). Но традиция активно улаживать конфликт, не оставляя это дело на самотек, не людьми выдумана, у нее давняя эволюционная история. Социальные животные тоже конфликтуют и мирятся, демонстрируя повышенное дружелюбие друг к другу. Такое поведение свойственно даже особям, которые не связаны родством. Необходимость примирения понятна: рассорившиеся особи утрачивают преимущества общественной жизни, в том числе взаимопомощь, защиту и доступ к общим ресурсам. Поэтому нужны механизмы, которые предотвращают конфликт или помогают погасить уже разгоревшийся. Лучше всего подобные отношения описаны для шимпанзе Pan troglodytes. Решающий шаг в развитии конфликтологии животных сделали нидерландские приматологи Франс де Вааль и Анжелина ван Русмален, которые перешли от простого описания дружелюбного поведения обезьян к его количественному анализу («Behavioral Ecology and Sociobiology», 1979, 5, 55—66, doi: 10.1007/BF00302695). Наблюдая за проявлениями постконфликтного дружелюбия в группе шимпанзе, живущей в зоопарке Арнема (Нидерланды), ученые обнаружили, что бывшие оппоненты,

урегулировав конфликт, подобно людям, ведут себя определенным образом: целуются, прикасаются друг к другу, обнимаются, издают звуки, символизирующие покорность (см. рисунок в начале статьи). Собственно, термин «примирение» (reconciliation) для описания такого поведения ввели именно де Вааль и ван Русмален. Новаторская работа нидерландских приматологов побудила и других исследователей заняться систематическим изучением разрешения конфликтов у животных. Последующие четверть века показали, что примиряющее поведение характерно практически для всех приматов, не только человекообразных, а также для дельфинов, коз, пятнистых гиен, лошадей, волков и собак. Исключение составляют краснобрюхие тамарины, кольцехвостые и черные лемуры, у которых дружественные привязанности столь прочны, что никакие конфликты их не разрушат. Примирение с бывшим оппонентом происходит в первые же минуты после ссоры, как правило, с помощью тактильных контактов и звуков. Это действенный ритуал: помирившиеся особи дней десять ссорятся друг с другом реже, чем с другими членами группы. Что подталкивает животных к скорейшему примирению, почему они не могут просто разойтись и переждать некоторое время, пока обида не уляжется, а потом встретиться как ни в чем не бывало? Многие люди именно так и поступают. За прошедшие годы исследователи предложили несколько гипотез, объясняющих смысл примирения, большая их часть принадлежит Франсу де Ваалю с соавторами (Arnold K., Aureli F., Postconflict reconciliation. In «Primates in Perspective», 2007, Oxford University Press). По их мнению, примирение восстанавливает нарушенную конфликтом иерархию, поддерживает единство

Примирение шимпанзе

группы перед лицом внешней агрессии или не дает угаснуть партнерским отношениям между животными. Каждая из этих гипотез получала экспериментальное подтверждение, однако было достаточно случаев, которые ее не подтверждали, иначе гипотезы не сменяли бы одна другую с такой частотой. В конце концов один из соавторов де Вааля — Филиппо Аурели, профессор Ливерпульского университета Джона Мурса, сформулировал на основе нескольких предыдущих предположений гипотезу, названную им интегрированной. Согласно этой гипотезе, конфликт разрушает отношения его участников и неизвестно, как они сложатся в дальнейшем. Неопределенность порождает тревогу, которая и подталкивает стороны к примирению. Чем сильнее неопределенность, тем выше уровень тревоги и стремление восстановить отношения. Чем лучше отношения между теми, кто поссорился, тем быстрее они примиряются, поскольку в случае конфликта они много теряют и у них есть серьезные основания беспокоиться о будущем. В пользу этой гипотезы также свидетельствуют многочисленные наблюдения. Например, японские макаки мирятся преимущественно с теми особями, с которыми чаще всего занимаются грумингом, и делают это в первые две минуты, следующие за конфликтом

Хочешь сражаться — научись мириться Исход конфликта зависит от многих факторов, в том числе от пола участников. У шимпанзе, например, чаще всего ритуальным примирением заканчиваются ссоры между самцом и самкой, причем именно самка старается восстановить отношения. А поссорившиеся самцы мирятся значительно чаще самок, при-

продукт долгой конкуренции между соседними группами. Обосновывая это положение, ван Вюгт и его коллеги провели несколько экспериментов с участием студентов и студенток Саутгемптонского университета. Молодых людей снабдили деньгами и разделили на группы. Участник эксперимента мог вложить свои деньги (целиком или частично) в общегрупповой фонд или взять себе. Как поступят другие игроки, он не знал. Если фонд набирал определенную сумму, каждый ее член получал дивиденды, если нет — вкладчики теряли свои деньги. Оказалось, что мужчины в этих играх вкладывали больше, когда узнавали, что их группа соревнуется с командами других британских университетов, то есть внешняя угроза подталкивала их к кооперации. Женщины предпочитают придерживать денежки, и результаты состязания университетов им безразличны («Psychological Science», 2007, 18, 19—23, doi: 10.1111/j.1467-9280.2007.01842.x). В цивилизованном обществе набеги не в чести, однако люди продолжают делить окружающих на своих и чужих. Разделение может происходить по разным признакам: университету, который человек окончил, фирме, где он работает, вероисповеданию, любимой спортивной команде. О преступных группировках говорить не будем. Если гипотеза воинственного самца справедлива в современных условиях, члены одной группы должны чувствовать солидарность, и за конфликтом последует немедленное примирение, причем мужчины, как более склонные к кооперации, проявят значительно больше дружелюбия, чем женщины.

О, спорт, ты — мир Гипотезу взялись проверять британский приматолог Ричард Рэнгем (сейчас он профессор Гарвардского университета, но учился в Кембридже) и профессор психологии бостонского колледжа Эммануэль Джойс Бененсон («Current Biology», 2016, 26, 2208—2212, doi: 10.1016/j. cub.2016.06.024). Исследователи не стали проводить лабораторные эксперименты, а просмотрели несколько десятков видеозаписей спортивных матчей. Принадлежность к спортивному сообществу подразумевает членство в определенной группе, а спортивный матч представляет собой модель агрессивного внутригруппового столкновения. В нем присутствует и эмоциональная, и физическая конфронтация, при этом, что очень важно для исследователя, матчи проходят по правилам, обязательным для спортсменов любой национальности, так что позволяют сравнить культурные особенности пове-

Гипотезы дения. После матча соперники пожимают друг другу руки, так принято, однако спортсмены часто не ограничиваются этим формальным жестом. Они похлопывают друг друга по плечу, улыбаются, иногда обнимаются, в общем, всячески демонстрируют дружелюбие. Ученые проанализировали поведение участников одиночных матчей по теннису, настольному теннису и бадминтону, а также боксерских поединков. В этом исследовании приняли участие спортсмены из 44 стран: среди теннисистов и боксеров преобладали представители западных государств, среди игроков в бадминтон — жители Восточной Азии, в настольный теннис играли преимущественно китайцы и японцы. Рейтинг состязаний тоже был разным: от финальных игр турнира Большого шлема до боксерских матчей в США. Соответственно различалось и количество зрителей, наблюдавших за спортсменами. Однако ни рейтинг, ни национальность, ни накал и длительность матча не повлияли на дружелюбное поведение спортсменов после встречи. Имел значение только пол участников. Во всех видах спорта итог был примерно одинаков. Женщины чаще ограничивались формальным рукопожатием, мужчины пожимали друг другу руки существенно дольше и сердечнее, плотно обхватывая кисть, иногда трясли ее двумя руками. Разница составляет несколько секунд, но она заметна. Кроме того, мужские рукопожатия чаще сопровождались похлопыванием по плечу, дружескими прикосновениями, иногда даже объятиями и поцелуями. Особенно заметны различия в боксе. Хотя «бокс — не драка, это спорт отважных и т. д.», соперники бьют друг друга по-настоящему, и мужчины наносят друг другу более серьезные повреждения, чем женщины. При этом, окончив бой, они гораздо активнее демонстрируют дружелюбие, то есть сила конфликта не уменьшает желания его загладить. Исследователи честно рассмотрели все возможные объяснения подчеркнутого мужского дружелюбия на фоне женской сдержанности. Можно предположить, что женщины меньше

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

чем демонстрируют большее дружелюбие. Эта закономерность справедлива и для других видов, которые практикуют примирение, за исключением гиен, но у них женское сообщество, и самцы существенной роли не играют. Разумеется, этот феномен не остался без внимания. Итак, встречайте очередную «гипотезу воинственного самца» (the Male Warrior Hypothesis). Ее разрабатывают психологи под руководством профессора Марка ван Вюгта, который работает в университетах Нидерландов и Великобритании («Philosophical Transactions of the Royal Society B», 2012, 367, 670—679, doi: 10.1098/rstb.2011.0301). Проверяли ее опять-таки на шимпанзе. Исследователи отмечают, что P. troglodytes, как и многие другие виды, живущие группами, регулярно нападают на соседей или отражают их атаки. Чтобы военные действия проходили успешно, бойцы должны действовать сплоченно. Примирение участников внутригруппового конфликта как раз и должно обеспечить сплоченность. Как вы понимаете, все это время мы говорим об эволюционных предпосылках поведения людей. Марк ван Вюгт и его коллеги полагают, что гипотеза воинственного самца применима и к человеку, поскольку изначально перед ним стояли те же проблемы, что и перед шимпанзе. Люди издавна делились на племена, группы и общины, друг с другом конфликтовавшие. Набеги случались часто, археологам известны древние захоронения, содержащие останки множества убитых мужчин. И в наше время межплеменные войны продолжаются там, где есть племена. Исследователи опираются на данные о 31 современном сообществе охотников-собирателей, из которых более половины воюет как минимум раз в два года, около четверти — несколько реже, и только три сообщества тревожат соседей крайне редко или никогда. У женщин другая роль, они не бойцы, а потенциальная добыча, им угрожает насилие со стороны агрессора и убийство детей. Психологические исследования показывают, что женщины могут проявлять лояльность к захватчику при условии, что он не причинит вреда детям. Межгрупповые конфликты выгодны многим самцам (мужчинам), поскольку открывают доступ к ресурсам, которых они лишены в своей группе, например к женщинам. Гипотеза воинственного самца применительно к человеку предполагает, что мужской менталитет в ходе эволюции сформировался таким образом, чтобы эти конфликты поддерживать. Внешняя агрессия требует внутренней сплоченности. Таким образом, кооперация людей представляет собой

Гипотезы поглощены спортивной карьерой, их гонорары не столь высоки, они не стремятся удержаться в этой области любой ценой и потому не особенно заинтересованы в примирении. Однако в других видах деятельности женщины также не проявляют командной солидарности. В любом однополом коллективе, где в том или ином виде происходит соревнование сотрудников, женщины чаще мужчин кляузничают на коллег, независимо от степени знакомства и невзирая на то, что доносы портят отношения в коллективе. Мужчины вообще лучше ладят друг с другом, чем женщины. После развода они легче и чаще устанавливают хорошие отношения с новыми мужьями своих бывших жен, чем те с их новыми супругами. В общежитиях мужчины, занимающие одну комнату, реже конфликтуют с соседями до такой степени, что приходится разъезжаться. В детских и подростковых коллективах ситуация схожая. Мальчики открыто ссорятся чаще девочек, но они и чаще расширяют компанию, принимая новых членов, а девочки предпочитают дружить небольшими группами, нередко парами. В отличие от девочек, мальчики редко считают, что ссора с другом может разрушить их отношения. Конечно, они помирятся! Не исключено, что соперницы, окончив поединок, выразили дружелюбие не прикосновениями, а словами. Однако камеры не зафиксировали обмена репликами, кроме того, физический контакт имеет преимущества над всеми остальными. Так что вряд ли дамы на

людях обменялись протокольным рукопожатием, а затем без свидетелей тепло друг с другом побеседовали. А вдруг связи между женщинами крепче, чем между мужчинами, и им, как кольцехвостым лемурам, нет необходимости подкреплять их ритуальными проявлениями дружелюбия? Не похоже, поскольку, по данным других исследователей, женщины испытывают больше сложностей при заглаживании конфликта с незнакомыми дамами, чем мужчины с незнакомцами. Остается последнее объяснение: мужчины просто более склонны поддерживать добрые отношения с другими мужчинами, то есть гипотеза воинственного самца справедлива для людей. Можно сказать, что люди разрешают конфликты, пользуясь принципами шимпанзе. Однако связи между людьми крепче обезьяньих. Спортсмены не принадлежат к одной общине, их объединяет только занятие, а не родство, место проживания или экономические интересы. Очевидно, мужчины расширили понятие «свои» на всех, кто живет по тем же правилам. Усиленное стремление к объединению (аффилиации) после конфликта стало, таким образом, более общей характеристикой пола. Стремление не раздувать конфликт, а поскорее примириться облегчает мужскую кооперацию во многих сферах деятельности, таких, как политика, бизнес, религиозные институты. Женщинам подобное поведение несвойственно, они не вписываются в традиционную схему, потому и сталкиваются с неудо-

После матча. Мужчины демонстрируют дружелюбное отношение к сопернику, женщины ограничиваются формальными рукопожатиями

вольствием мужчин, пытаясь проникнуть в их сплоченные ряды. Как же так? Ведь женщины и девочки во многих случаях выглядят более сплоченными, чем мужчины и мальчики, и поддерживают своих друзей более эмоционально. Они чаще прикасаются друг к другу, чем мужчины, поэтому удивительно их упорное нежелание демонстрировать дружелюбие на теннисном корте. Однако между полами есть существенная разница: мальчики и мужчины объединяются в компании, а девочки предпочитают дружить парами, в них и обнимаются, и переживают друг за друга. Их поведение также подтверждает гипотезу воинственного самца (назовем его наконец мужчиной-воином), согласно которой мужчины, вне зависимости от национальности и культурных традиций, обладают повышенной склонностью к аффилиации. Итак, примирение после конфликта — не культурная традиция, а биологическая основа поведения, присущая не только людям. Дружелюбие прошло долгий эволюционный путь, но формировалось оно во имя войны.

Варежки и перчатки

ёплые рукавички, связанные бабушкой, а хоть бы и просто купленные, есть ли что более русское? А между тем предки какую-то тысячу лет назад ничего подобного не знали. Не было на Руси рукавиц, в морозы русский человек грел руки, пряча их в рукавах. По этой причине рукава у шуб, армяков и тулупов делались длинными, чтобы в зимнюю пору не отморозить рук. Ходить в шубе с такими рукавами удобно, а вот работать — не очень. Князьям и боярам трудиться своими руками и не приходилось, потому боярские шубы иной раз имели рукава на аршин длиннее, чем надо, а вот рабочему люду приходилось выкручиваться. Взявшись за дело, мужик или ремесленник прежде всего должен был засучить рукава. А там уж труд руки греет. Ну а кто будет лениться, ручки беречь, тот без рук остаться может. Засучил рукава, так работай, не отлынивая. Отсюда родилось крылатое выражение: «засучить рукава», то есть взяться за дело всерьёз. Есть и другое крылатое выражение: «работать спустя рукава», то есть кое-как, бездельно. Нынешние рукава работе не помеха, а в прежние времена дело обстояло иначе.

Время шло, и из Западной Европы пришла к нам латная рукавица — железный доспех, прикрывающий в бою кисть руки. Тут уже никакой рукав от мороза спасти не мог, и под латную рукавицу стали надевать рукавицу тёплую, без которой кисть руки будет очень быстро обморожена. Спросите кого угодно, хоть самого малого малыша, сколько у человека пальцев на руке, и он скажет: «Пять». А прадеды считали иначе. У каждого человека на руке четыре перста и один палец, тот, что сегодня зовётся большим. А мизинец, безымянный, средний и указательный — это не пальцы, а персты. Недаром именно на них носят перстни. И указательный палец в те времена назывался «указующим перстом». Выражение «указующий перст» дожило до наших дней и означает повеление, которое нельзя не выполнить. Как распевали ещё во время Крымской войны: «Вот в воинственном азарте воевода Пальмерстон поражает Русь на карте указующим перстом». Говорят «знать, как свои пять пальцев», а оказывается, о пальцах можно разузнать много интересного и прежде неизвестного. Однако вернёмся к рукавицам. Рукавица, у которой не только палец, но и каждый перст был упрятан в отдельном мешочке, стали называться «рукавицы перстаты». Ну, конечно, это то, что нынче называется перчатками! А ведь с ходу и не скажешь, откуда произошло знакомое слово. Рукавицы перстаты были удобны в качестве поддёвки под стальную латную рукавицу, какие были только у знатных воинов, и потому перчатки впоследствии стали принадлежностью высшего общества, дворянства и вообще богатых людей, ведь мужикам латная рукавица ни к чему. «Бросить перчатку» — значит вызвать противника на поединок, а простые люди на дуэли не дрались. К тому же для крестьян и мастеровых перчатки не подходили. Они были дороги, быстро рвались, их трудно чинить. Да и руку от мороза они спасали не слишком хорошо. Рабочему люду требовалась иная рукавица, и она пришла из стран Северной Европы: из Швеции и Норвегии, где морозы не слабей наших. У этой рукавицы все четыре перста прятались в одном общем мешочке, а наособицу был только палец. Жителей Скандинавии на Руси звали варягами, и рукавица стала называться варяжской, или, попросту, варежкой. Варежки сразу полюбились народу, стали своими, так что трудно поверить, что перед нами иностранное слово и одёжка. И под конец, раз уж речь зашла о крылатых словах, ещё одно устойчивое выражение, не слишком вежливое, но мимо которого не пройти, рассказывая о варежках. «Захлопни варежку», – говорят, когда грубо просят кого-нибудь замолчать. Так вот эта варежка не имеет никакого отношения к нашим тёплым рукавичкам. Те читатели, кто любят фэнтези Джона Толкина, наверняка помнят ужасных варгов, что преследовали героев «Хоббита» на их пути. В скандинавской мифологии варги — чудовищные волки, дети Фенрира. К нам это слово пришло через старофинский язык, где слово «варга» означает «пасть». Так что выражение «захлопни варежку» переводится как «закрой пасть» — не больше и не меньше.

Святослав Логинов

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Йос ван Клеве. Портрет Йориса Везелера

Радости жизни

Капитаны собственной судьбы В.А.Острогорская «Любопытство. С него все и началось. Ничто не мешает нам предположить, что среди самых первых вопросов, которые задал себе первобытный человек, были и те, что относились к свойствам окружающей его природной среды... Любопытство толкало его на поиск, порождало стремление разузнать, что же находится за ближайшей грядой холмов, ограничивающих его горизонт» («Все возможные миры». Престон Джеймс, Джеффри Мартин). С первобытных времен и до наших дней люди идут по свету, изучают его, ищут и находят то, что может быть интересным и полезным. Их открытия — содержание многих наук: географии, геологии, ботаники, этнографии. Почему именно сейчас мы обратились в нашей постоянной рубрике к истории географических открытий на российском Крайнем Севере? Первым документом, определяющим статус земель и островов, расположенных в российской арктической зоне, была нота МИД Российской империи, опубликованная 20 сентября 1916 года — сто лет назад. В ней содержалось положение о включении в состав территории Российской империи всех земель, составляющих продолжение на север Сибирского континентального плоскогорья. То, что было известно об этих землях, — стало известным благодаря Толлю, Русанову, Седову и их сподвижникам.

Заболеть Севером «Приеду в Архангельск, стану на базарной площади, шапку сниму и скажу: люди добрые и почтенные, не ходите на Новую Землю и детям своим закажите. Нет там ничего, кроме льдов и ветров невиданных! А на зверя и птицу не льститесь — своей жизни лишиться можете... — Платон, зачем же ты-то сам пошел? — Из-за интересу. Вот и теперь сосет в груди: какая такая Земля Франца-Иосифа? Даже во сне сколько раз видал! — Тянет. Жизни не жалко». Так говорил один из матросов экспедиции Георгия Седова.

Северный морской путь

Памятник в Тромсё

Медицина не знает такого диагноза: «заболеть Севером», а болели многие. Болезнь начиналась в детстве, с прочитанной книги о полярных путешествиях, и продолжалась всю жизнь. Заболевшие оставались на всю жизнь неисправимыми романтиками. Из норвежского города Тромсё, что уже за Полярным кругом, стартовала не одна полярная экспедиция. Перед роскошным отелем замечательная деревянная скульптура: обнаженный человек стоит так, будто смотрит на фьорд и горы со снежниками на другом берегу. Он выглядит совершенно беззащитным и, кажется, хочет сказать: «Я знаю, что природа Севера неизмеримо сильнее меня, но все равно я иду и надеюсь выстоять». Кто не читал в детстве биографию Руаля Амундсена из серии «Жизнь замечательных людей»? Или книгу Вениамина Каверина «Два капитана»? Ее герой, Саня Григорьев, в детстве нашел письма славного капитана Татаринова, пропавшего в Арктике вместе со своей шхуной «Святая Мария»,— письма, адресованные его жене и не доставленные по назначению. И долгие годы искал следы погибшей полярной экспедиции, чтобы узнать, кто виноват в гибели полярников, кто продал им некачественные продукты и простых дворняжек вместо настоящих ездовых собак. В основе истории литературной «Святой Марии» два реальных арктических плавания — Владимира Русанова и Георгия Седова, которые закончились трагически, но остались яркими событиями в истории освоения Арктики. «Бороться и искать, найти и не сдаваться» — строчка из стихотворения Теннисона «Улисс» выгравирована на кресте, поставленном в память погибшей экспедиции Роберта Скотта на одном из холмов Антарктиды. Эти слова стали жизненным девизом мальчишек из книги Каверина.

Эдуард Толль

Страницы истории него вошли крупнейшие океанологи того времени, в том числе Фритьоф Нансен и Степан Осипович Макаров. С этого времени ученые разных государств могли проводить кооперативные исследования северных морей по стандартным методикам, обмениваться результатами, координировать планы. В начале XX века в арктических морях одновременно находилось несколько полярных экспедиций разных стран. Корабли уходили в плавание, имея на борту кроме научной аппаратуры запас продуктов на несколько лет — с учетом возможных зимовок во льдах, шлюпки, нарты с ездовыми собаками для экскурсий по льду или на случай, если придется добираться до жилых поселков по берегу. Полярники часто совершали короткие и длительные экспедиции с целью изучения и описания неизвестных земель, особенно во время зимовок. С некоторыми экспедициями годами не было никакой связи. Поэтому неудивительно, что жена капитана Татаринова из романа Каверина шесть лет спустя еще надеялась, что «Святая Мария» вернется. На поиски пропавших экспедиций посылали другие корабли — полярной авиации не было. И поисковые экспедиции, в свою очередь, надолго исчезали на просторах арктических морей.

Экспедиция Толля на судне «Заря» (1900—1903) Эдуард Васильевич Толль участвовал в нескольких арктических экспедициях как геолог. В экспедиции Академии наук под начальством Александра Андреевича Бунге он ясно увидел контуры неизвестной до того земли, которую нанесли на карту и назвали Землей Санникова. Назвал он ее так по имени Якова Санникова, купца и путешественника, сообщившего еще в 1810 году о том, что видел ее. Спутником Толля в этой экспедиции был эвенк Джергели. Он не раз бывал на Новосибирских островах и не сомневался в существовании этой земли. На вопрос Толля, хотел бы Джергели побывать на ней, эвенк ответил: «Раз наступить ногой — и умереть!» Побывать на Земле Санникова стало заветной мечтой самого Толля, она определила его дальнейшую судьбу. Толлю удалось организовать свою экспедицию к Земле Санникова, которую назвали Русской полярной экспедицией. Ее целью было продолжить исследование и описание Новосибирских островов, обследовать Землю Санникова, а потом пройти в Тихий океан Северным морским путем. Фритьоф Нансен помог Толлю приобрести для экспедиции норвежское китобойное судно, которое назвали «Заря». Командиром корабля был назначен опытный моряк Н.Н.Коломейцев. «Заря» была, также с помощью Нансена, укомплектована научной аппаратурой. На борт погрузили запас провизии на три года и 20 отличных ездовых собак. В экспедиции в качестве гидролога участвовал лейтенант А.В.Колчак, в будущем адмирал, верховный правитель России времен Гражданской войны. Ледовая обстановка была неблагоприятной. Уже через полгода плавания недалеко от острова Диксон «Заре» пришлось встать на зимовку. Во время зимовки провели съемки местности, несколько санных экспедиций по льду.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Арктика. Кому и зачем она была нужна? И сегодня много говорят о том, как нам нужна Арктика. Тем более что она вроде бы всегда была «нашей». На самом деле Арктика с давних времен принадлежала в равной степени всем народам, в основном северных стран, которые могли до нее добраться. Капитаны кораблей, доплывших до арктических островов, устанавливали на мерзлых, обледенелых землях знаки своих государств, не зная о том, что на другой стороне того же острова или на другом берегу полуострова уже стоит другой флаг. На берегах северных морей Америки, Европы и Азии жилипоживали коренные народы. Они хорошо переносили морозы, охотились на белых медведей, пушного зверя, оленей. В море ловили рыбу и занимались китобойным промыслом, добывали моржей и тюленей. При этом, хоть и боролись за общие природные ресурсы, помогали друг другу и нередко спасали жизни. Еще в давние времена началась дружба и взаимопомощь русских поморов и норвежских рыбаков. Об этом хорошо написал Михаил Пришвин в своих книгах о русском Севере: «Что-то есть такое, почему Норвегия нам дорога и почему можно найти для нее уголок в сердце, помимо рассудка. То же, но иными словами мне много говорили об этом русские поморы: “А мы, господин, не от России дышим... в Норвегии только и обучаемся, посмотрим на правду да на порядки, на вежливость”». Перенимали опыт. Обратите внимание, если попадете на русский Север, хотя бы и в Кенозерье: там не прямые русские заборы стоят около домов, а норвежского образца, «косые загороды». В давние времена норвежские рыбаки не раз укрывались от холода, а то и от голода в избушках, построенных русскими поморами из разбитых лодок и плавника, а русских промышленников и рыбаков, бывало, норвежцы спасали после кораблекрушений. Российские полярники делали на диких необитаемых землях продовольственные склады для норвежских экспедиций (Эдуард Толль), а норвежские (Фритьоф Нансен) — для наших. В 1973 году экспедиция «Комсомольской правды» откопала продовольственные склады Толля — крупы и консервы до сих пор годятся в пищу. В 1899 году в Стокгольме специальная конференция создала Международный совет по изучению морей. Задачами совета стали изучение и охрана природных богатств моря. В

Когда «Заря» освободилась из ледового плена, ей удалось пройти в поисках Земли Санникова морем Лаптева. Толль предполагал встать на новую зимовку у острова Беннета. Однако сделать это из-за тяжелой ледовой обстановки не смогли, пришлось остановиться на вторую зимовку у острова Котельный. Полярники снова совершили несколько санных экскурсий. Сам Толль вместе с Колчаком по льду переправлялся на материк, чтобы отправить почту. Поездка длилась несколько месяцев и была очень тяжелой из-за погоды. К тому же путешественники не смогли откопать продовольственные склады, которые собирались использовать на обратном пути. Продукты оказались засыпанными смерзшимся снегом, люди и собаки голодали. Почти месяц ушел у полярников на восстановление сил. Двадцать третьего мая 1903 года Толль с тремя товарищами отправился на остров Беннета, чтобы описать его и, возможно, найти все-таки Землю Санникова. Предполагалось, что после вскрытия льдов судно зайдет за ними. Но «Заря» пробиться туда не смогла, дошла только до бухты Тикси, где и осталась навсегда. На поиски Толля с товарищами было послано несколько спасательных партий. На острове Беннета в избушке, которую полярники построили из плавника, нашли геологические коллекции и донесения Толля Академии наук. Из этих записок известно, что они не голодали, а питались мясом убитых оленей и медведей. Шили себе одежду из оленьих шкур. Почему-то Толль со спутниками решили отправиться на материк по еще не замерзшему морю и к тому же в условиях полярной ночи, что их, вероятно, и погубило. А Землю Санникова так никому найти не удалось. В 1938 году авиация сказала свое слово: легендарной земли не существует. А жаль.

Открытие Северной Земли. Плавание ледоколов «Таймыр» и «Вайгач» (1910—1915) При благоприятной ледовой обстановке нескольким судам — это были «Вега» экспедиции Норденшельда (Шведская полярная экспедиция), «Фрам» Нансена, «Заря» Толля (правда, с одной зимовкой) — удалось пройти с запада на восток, обогнув мыс Челюскин. В Морском ведомстве разрабатывали план исследований для освоения Северного морского пути. На берегах и островах Северного Ледовитого океана предполагалось построить 16 гидрометеорологических станций и исследовать Северный морской путь в течение нескольких лет, посылая не отдельные корабли, а отряды из нескольких судов. Обширную программу в дальнейшем сильно сократили. Для исследования Северного морского пути послали только два специально для этой цели построенных ледокольных парохода: «Таймыр» и «Вайгач». Они уже имели для связи между собой и с берегом радиостанцию, правда, с небольшим радиусом действия. Кораблям предстояло пройти с востока на запад Беринговым проливом и подойти к устьям рек Колымы и Лены, чтобы наладить бесперебойное снабжение этой области товарами, а кроме того, попытаться контролировать меновую торговлю американцев с местным населением Чукотки и Северо-Восточной Сибири. Поэтому базой экспедиции был выбран Владивосток.

В В ТВ Т В

В В «Таймыр» и «Вайгач» в 1913 г. «Таймыр» и «Вайгач» в 1914 — 1915 гг. На карте даны сокращения: Т — «Таймыр» В — «Вайгач»

Экспедиции на «Таймыре» и «Вайгаче»

Первый поход в 1910 году не удался — из-за неблагоприятной погоды корабли повернули обратно от Берингова пролива. В 1911 году суда снова вышли в море, прошли Берингов пролив и дошли до устья Колымы. На обратном пути они проводили океанографические работы, устанавливали навигационные знаки и благополучно вернулись во Владивосток. В 1912 году основной задачей плавания было дальнейшее описание северных берегов Сибири до устья Лены, островов и глубин до бухты Тикси, где у берега обнаружили лежащую на мели «Зарю», судно экспедиции Толля. Поставленная в этом году задача была выполнена, а так как ледовая обстановка и погода оказались благоприятными, суда отправились дальше — к полуострову Таймыр. Однако там их встретили тяжелые льды, и пришлось снова вернуться во Владивосток. В 1913 году «Таймыр» и «Вайгач» отправились в новое плавание, в котором намеревались обогнуть с севера Новосибирские острова, чтобы увидеть Землю Санникова. Преодолевая водные пространства моря с большим или меньшим количеством льдов и айсбергов, суда нашли новый, неизвестный то того архипелаг, в дальнейшем названный Северной Землей. Представьте себе, что еще в конце XIX века Петр Кропоткин (не только князь и революционер-анархист, но также известный географ) предсказал существование этого архипелага, входящего вместе с Землей Франца-Иосифа, Новой Землей и Шпицбергеном в группу островов, преграждающую тяжелым льдам доступ из Арктики к материку. Позже гидрограф полярной экспедиции Седова Визе по дневникам наблюдений экспедиции Брусилова, спасенным штурманом Альбановым, подтвердил это предположение и назвал эту группу островов «Барьером Кропоткина». А в 1930 году Визе сам попал на остров этого архипелага, названный его именем, в составе уже советской экспедиции на ледокольном пароходе «Георгий Седов» под руководством знаменитого полярника О.Ю. Шмидта. Плавание «Таймыра» и «Вайгача» было трудным. Корабли не однажды садились на мель, пробивались через льды, но при этом члены экспедиции открывали новые острова, описывали берега, проводили гидрографические исследования (глубина, течения, соленость морей, ледовая обстановка). Именно экипаж «Вайгача» нашел геологические коллекции Толля на острове Беннета. На этот раз они совершили много географических открытий и приобрели большой опыт плаваний в арктических морях. В очередной рейс «Таймыр» и «Вайгач» ушли в 1914 году, уже с целью пройти весь Северный морской путь с востока на запад. Теперь у них имелся гидросамолет для ледовой разведки, правда, он почти сразу сломался. Корабли снова

Экспедиция Седова к Северному полюсу (1912—1914) Георгий Яковлевич Седов родился в бедной семье, детство его прошло на берегу Азовского моря. Он мечтал стать моряком. Скопив немного денег на слишком тяжелой для мальчика работе, он сбежал от родителей, чтобы поступить в мореходные классы, потом вольноопределяющимся в военно-морской флот. Так на- Георгий Седов чалась его карьера военного моряка. Но он мечтал об экспедиционной деятельности и после окончания курса Морского корпуса поступил на службу в Главное гидрографическое управление. Еще в 1902 году Седова направили в гидрографическую экспедицию Северного Ледовитого океана. Наверное, тогда он и заболел Севером. Многие романтики в то время пытались добраться до Северного полюса. В 1909 и 1910 годах Седов работал в Арктике и тоже мечтал о его покорении. В то время на полюсе уже побывали американцы Фредерик Кук (1908) и Роберт Пири (1909). Но Седов стремился тоже попасть туда, причем ему обязательно хотелось опередить в этом Амундсена. (На самом деле Амундсен планировал свой поход к полюсу только на 1918 год.) Седов явно хотел приурочить свое открытие полюса к 300-летию дома Романовых в 1913 году, просьба о финансировании изобиловала патриотической риторикой. Комиссия же Главного гидрографического управления сочла фантастичным и нерациональным его план похода к полюсу от Земли Франца-Иосифа, не учитывавший отрицательный опыт предшествующих экспедиций, и в финансировании отказала; от Государственной думы он также получил отказ. В газетных

Страницы истории фельетонах ядовито вопрошали, сколько раз можно открывать один и тот же полюс. Однако при активном содействии газеты Суворина «Новое время» была собрана большая сумма денег для организации экспедиции, и даже Николай II сделал немалый частный взнос. Поговаривали, правда, что часть собранных денег не попала к Седову, а осталась в газете. В 1912 году Седов в большой спешке арендовал старую парусно-паровую шхуну «Святой Фока» норвежской постройки. Она была в плохом состоянии, но на серьезный ремонт времени не оставалось. Комплектование экспедиции оборудованием и командой тоже совершалось наскоро, купили радиостанцию, но не удалось нанять радиста, вместо судового врача взяли ветеринара. Из 85 ездовых собак только 35 были настоящими сибирскими ездовыми лайками, остальные оказались бездомными дворняжками, пойманными на улицах Архангельска; часть продовольствия оказалась негодной. Грузоподъемность шхуны не позволила взять даже самые необходимые вещи, примусы например. Не были запасены топливо и питьевая вода в достаточном количестве, походное снаряжение. Видя плохую организацию, часть нанятых опытных полярников и моряков уволилась, в срочно набранной команде присутствовали совсем случайные люди. Но были и удивительные личности, такие как Николай Васильевич Пинегин — художник, фотограф, кинодокументалист. Благодаря его замечательным запискам, рисункам и фотографиям мы так много знаем об этой экспедиции. «Святой Фока» вышел в море 28 августа 1912 года и сразу попал в жестокий шторм, у него снесло две шлюпки и некоторые палубные грузы. Но «Фока» продолжал путь к Земле Франца-Иосифа. По плану экспедиция должна была выгрузить там привезенный в разобранном виде дом для зимовки и оставить зимовщиков, после этого вернуться в Архангельск. Однако судно зажало льдами у Новой Земли, пришлось остановиться на зимовку, а теплую одежду для команды не взяли. Пришлось кормить людей и собак продуктами, которые предназначались для похода к Северному полюсу. Трех членов экипажа во главе с капитаном Захаровым послали на материк, чтобы доставить донесение Седова о положении экспедиции и просьбу прислать уголь и провизию. Запрошенных грузов Седов не получил, на остатках топлива «Святой Фока», освободившись от льдов, дошел до Земли Франца-Иосифа и встал на новую зимовку. Она проходила в крайне тяжелых условиях. Топливом служили моржовые шкуры, звериное сало, угольная пыль, пустые ящики и бочки, переборки между каютами. Питание было крайне скудным и однообразным. Больше половины собак погибло. Матросы болели цингой, заболел и сам Седов. Ветеринар, выполнявший обязанности врача команды, неправильно определил заболевание Седова и лечил его от ревматизма большими дозами салицилатов; естественно, лечение не помогало. Но, несмотря на болезнь, Седов с двумя матросами Линником и Пустошиным на трех нартах, запряженных каждая восемью собаками, отправился к Северному полюсу. Провизии, которую они взяли с собой, не могло хва-

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

обогнули Новосибирские острова в поисках Земли Санникова. К сожалению, оба судна были зажаты льдами у мыса Челюскин и остановились на зимовку в 16 милях один от другого. Продовольственные запасы заканчивались, питание было очень однообразным, появились случаи цинги. Не хватало угля для отопления. Неожиданно радио поймало сигнал с судна «Эклипс», которое послали под командованием Отто Свердрупа, в прошлом капитана нансеновского «Фрама», на поиски сразу трех пропавших экспедиций: Седова, Русанова и Брусилова. Через «Эклипс» установили связь с Главным гидрографическим управлением Морского ведомства. Его руководство отправило сани с оленьими упряжками для эвакуации части экипажа зазимовавших кораблей. Когда льды ослабли, «Таймыр» и «Вайгач» пришли в Архангельск. Так впервые удалось сквозное плавание с востока на запад по Северному морскому пути. В результате этой полярной экспедиции были описаны большие участки морского побережья и многих островов. На карту нанесли острова, до того неизвестные; исследовали морские глубины, течения, ледовый и биологический режим северных морей. Стало ясно: одновременная посылка в плавание нескольких, хотя бы двух судов полностью себя оправдывает. В этой экспедиции впервые в Арктике заработал радиотелеграф, хоть и с небольшим радиусом действия. Была сделана попытка использовать гидросамолет для ледовой разведки. С этого времени наладилось регулярное морское сообщение из Владивостока в устья Лены и Колымы. Пароходы ежегодно стали привозить туда разные грузы и вывозить местные товары, в основном меха.

Шхуна «Святой Фока»

тить на обратную дорогу. Седов был болен. Еще на корабле у него случались дни чрезвычайно плохого самочувствия, вынуждавшего его проводить весь день в постели: его мучали боли в суставах, слабость — это была цинга. На седьмой день пути Седов уже не вставал с нарт, но упрямо приказывал спутникам везти себя на север. Из дневника Седова: «У меня опять заболели ноги и усилился бронхит. Идти очень трудно, дышать еще труднее, но тем не менее прошли около 15 верст и в 4 ч. остановились на ночевку у мыса Эрмитаж. Идем тихо, но что же делать, зато идем вперед. Я совсем болен, но духом не падаю». Дорога сегодня была ужасно мучительная: ропаки (отдельные льдины, стоящие вертикально среди относительно ровной поверхности. — Примеч. ред.) и рыхлый глубокий снег, откуда он взялся, неизвестно; да и плюс к этому — 35° мороза и ветер в правую скулу. Страшно тяжело было идти, а в особенности мне, больному». Двадцатого февраля 1914 года Седов скончался. Матросы похоронили своего командира на мысе Аук острова Рудольфа. С огромным трудом они вернулись к кораблю. В июле судно освободилось от ледового плена и в разрушенном состоянии на жалких остатках «топлива» добралось до становища Рында на Мурмане. По дороге они неожиданно встретили последних двух оставшихся в живых участников экспедиции Брусилова. Лейтенант Г.Л.Брусилов — опытный полярник, плававший на «Вайгаче» в навигацию 1910 и 1911 годов. В 1912-м он организовал экспедицию для прохода Северным морским путем на судне «Святая Анна». Они шли с запада на восток, вероятно надеясь встретить ледокольные пароходы «Таймыр» и «Вайгач», которые двигались навстречу с востока на запад примерно в это же время. Но после двух тяжелых зимовок и дрейфа в Карском море почти все члены экспедиции, в том числе сам Брусилов, переболели цингой и погибли. До того с разрешения Брусилова часть команды покинула судно и направилась к мысу Флора на Земле Франца-Иосифа в надежде найти там продовольствие на месте бывшей зимовки нескольких полярных экспедиций. Из дневника Пинегина, участника экспедиции Седова: «Кто-то крикнул с бака: человек на берегу!.. Неизвестный столкнул на воду каяк, ловко сел и поплыл к “Фоке”. Каяк подошел к борту, сидящий в нем заговорил на чистейшем русском языке. Слабо звучал голос. Донеслось: “Я штурман парохода “Святая Анна”... Я пришел с 83 градуса северной широты. Со мной один человек, четверо на мысе Гранта. Мы шли по плавучему льду...” (...) Он был среднего роста, плотен. Бледное, усталое и слегка одутловатое лицо сильно заросло русой бородой. Одет в изрядно поношенный и выцветший морской китель.

— Альбанов, штурман парохода «Святая Анна» экспедиции Брусилова, — назвал себя приехавший». Именно Альбанов стал прототипом штурмана Климова из романа Каверина. «Кто мог предполагать, — пишет далее Пинегин, — что, уходя почти одновременно в противоположные стороны, мы можем встретиться на дальнем Севере с членами этой экспедиции! Как “Анна” попала на 83 градус?» Причиной был неблагоприятный дрейф в Карском море. Люди Альбанова гибли от цинги, тонули, пропадали, заблудившись в пурге. Альбанов сохранил на груди толстый пакет с копиями всех наблюдений над состоянием льда и воздуха за все время плавания. Визе, гидрограф экспедиции Седова, позже проанализировал эти записи и теоретически подтвердил теорию Петра Кропоткина. Итак, каковы же итоги экспедиции Г.Я.Седова, одного из прототипов героя повести Каверина? Метеорологические наблюдения, опись северо-западного берега Новой Земли, геологические находки на Земле Франца-Иосифа и Новой Земле. Кроме того, на мысах Медвежьем и Желания были обнаружены старинные русские кресты, свидетельствовавшие о посещении этих мест русскими промысловиками. В дневнике Пинегина замечательно описано, какое потрясение пережили вернувшиеся полярники, когда узнали, как изменился мир за время их плавания. Мало того, что их считали погибшими. Появились телефонная и телеграфная связь, радио, летали самолеты, уже два года шла мировая война. Из дневника Пинегина: «Под вечер мы сидели в чистенькой, уютной горнице Соболева и слушали новости мира. О сражениях миллионных армий, о городах, снесенных с лица земли, о боях аэропланов, о всем ужасе борьбы людей с людьми, которая для нас, занятых всецело борьбой с природой, стала так далека и чужда. Совсем не укладывались в мозг цели войны. Легче воспринимались известия о завоеваниях людей в области науки и культуры. Мы слушали рассказы о телефонах, записывающих слова собеседника, об успехах радиотелеграфа, о цветном кинематографе, об открытии новых земель к северу от мыса Челюскина... Только голодавший или сидевший года в одиночном заключении может понять испытанное, когда мы, обложенные грудами газет, втягивались в жизнь мира. Узнали о поздней популярности нашей экспедиции, — мы не забыты: в это лето три корабля отправились на помощь нам, Брусилову и Русанову. Нашлись средства снарядить поисковые экспедиции значительно богаче, чем некогда нас. Теперь “Фоку” ищут корабли, вооруженные радиотелеграфом, на их борту аэропланы. Отрываясь от газет, мы спрашивали Соболева о непонятном, о лицах известных всему миру, но имена которых мы прочитывали в первый раз. Разговор заводил опять в неизвестное и затягивался, а тут под рукой пачка газет еще так толста!»

Экспедиция Русанова на шхуне «Геркулес» (1912—1914) Еще один прототип капитана Татаринова, В.А.Русанов, родился в городе Орле, в купеческой семье. Большую роль в его образовании и воспитании сыграл отчим, преподаватель древних языков местной духовной семинарии. Поскольку пасынок по два года учился на каждом В.А.Русанов курсе, он с большим терпением поддерживал его и помогал удовлетворить тягу к знаниям. За годы учебы в семинарии Володя Русанов прочитал неимоверное количество книг по самым разным отраслям науки. В то время он любил рассказы о путешествиях и природе, а в не-

Парусно-моторный кеч «Геркулес»

малой личной библиотеке на полке стояла и книга Фритьофа Нансена о дрейфе на «Фраме». Среди семинаристов и товарищей Русанова были молодые люди, участвовавшие в революционном движении. Он тоже не раз побывал под арестом и в ссылках, что мешало продолжить образование. А ссылали в то время обычно на Север... В 1901 году Русанов уже с молодой женой оказался в Вологде. Оттуда он отправился в свою первую экспедицию для проведения социологических исследований в УстьСысольске, где ему пришлось плыть местными пароходиками по Вычегде и Северной Двине, ходить пешком по болотам и лесам. Впечатления от знакомства с этой землей оказались не радужными: «Редкие селения, отсутствие пристаней, месиво грязи на берегу, унылая природа». По окончании ссылки Русанов хотел продолжить образование, но ему не разрешили проживать в крупных городах России. Осенью 1903 года Русанов с женой выехал в Париж, где они оба поступили в Сорбонну. Русанов учился на естественном отделении, специализировался преимущественно по геологии. Темой докторской диссертации он избрал геологическое описание и полезные ископаемые Новой Земли. Русанов вернулся в Россию без жены — она скончалась, оставив ему маленького сына. Ребенок рос на попечении матери Русанова, а молодой ученый путешествовал на корабле «Королева Ольга Константиновна», потом на ненецком баркасе у побережья Новой Земли. Затем пересек Новую Землю по суше. Обработкой собранных материалов Русанов занимался в Париже. В Сорбонне его считали талантливым ученымгеологом и смелым путешественником. Сам Русанов был уверен, что для России крайне важно проложить и использовать Северный морской путь для торговли и облегчения жизни коренных народов Сибири, для связи северо-запада России и Дальнего Востока. В нескольких морских экспедициях ученому удалось обогнуть с севера Новую Землю, что обнадеживало, несмотря на сложную ледовую обстановку в Карском и Баренцевом морях. Русанов писал о своем опыте плавания в арктических морях, выступал с докладами. Наконец, он был назначен начальником морской экспедиции на Шпицберген на зверобойном судне «Геркулес», приспособленном для плавания во льдах. С ним на корабле в Арктику отправилась его невеста, соученица по Сорбонне, геолог и студентка медицинского факультета, Жюльетта Жан-Сессин. Всего в экспедиции участвовало 14 человек. Плавание планировалось на полгода, однако на борт погрузили продовольственный запас на полтора года, а обилие по-

лярного снаряжения свидетельствовало о том, что, возможно, Русанов хотел все-таки пройти Северным морским путем. Начало экспедиции было вполне удачным. Русанову с двумя матросами удалось исследовать Западный Шпицберген, найти там богатые месторождения угля и поставить заявочные столбы: 28 заявочных знаков закрепляли за Россией право на разработку этих угольных месторождений. Кроме того, собрали богатые ботанические и палеонтологические коллекции, а в прибрежных водах Шпицбергена провели океанографические исследования. Геологические изыскания проходили в горной местности, и Русанов однажды чуть не погиб, провалившись в глубокую трещину. Ученый был очень доволен результатами своей работы. Но вот какую загадочную телеграмму он оставил в самоедской колонии на Новой Земле для отправки на материк с попутным норвежским пароходом: «Юг Шпицбергена, остров Надежды. Окружены льдами, занимались гидрографией. Штормом отнесены южнее Маточкина Шара. Иду к северо-западной оконечности Новой Земли, оттуда на восток. Если погибнет судно, направлюсь к ближайшим по пути островам: Уединения, Новосибирским, Врангеля. Запасов на год. Все здоровы. Русанов». До сих пор гадают: может быть, Русанов ошибся? На самом деле хотел написать «если НЕ погибнет судно»? Это было последнее известие, полученное с «Геркулеса». Поисковые экспедиции 1914—1915 годов результатов не дали. При каких обстоятельствах пропало судно и погибли участники плавания, выяснить не удалось. Только в 1934 году на безымянном островке (сейчас остров Геркулес), близ Берега Харитона Лаптева, обнаружили столб с вырубленной надписью: «ГЕРКУЛЕС. 1913», неподалеку нашли сломанные нарты и цинковую крышку от патронного ящика. В том же году на другом островке (ныне остров Попова-Чухчина, по имени участников экспедиции Русанова), расположенном неподалеку, после тщательных поисков, неподалеку от этих предметов была найдена мореходная книжка матроса «Геркулеса» А.С. Чухчина и серебряные часы с инициалами другого матроса, В.Г.Попова, а также справка, выданная на его имя. Есть предположение, что их послали на материк сообщить о зимовке «Геркулеса». Они погибли, а сам «Геркулес« был раздавлен льдами после короткого дрейфа. В наши дни планируется продолжить хозяйственное освоение Арктики — построить новые дороги, активно добывать углеводороды. Возможно, при этом будут найдены еще какие-то следы пропавших экспедиций. И снова люди будут думать о том, что же все-таки заставляло полярных исследователей давно прошедших лет совершать такие опасные и сверхъестественно трудные путешествия? Безусловно, это свойственное человеку любопытство, стремление открывать неизвестное. Но это и желание испытать себя, победить трудности и опасности пути. Доказать, что Человек сильнее Природы. А в следующем номере мы расскажем о врачах — участниках арктических экспедиций, прославивших свою профессию.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Страницы истории

Душистый мускатник Плоды и семена. Ноябрь — время сбора плодов мускатника душистого Myristica fragrans. Это вечнозеленое тропическое дерево высотой 10—15 м, не больше. Название Myristica происходит от греческого слова «μύρον», что означает «душистая смола». Растение и впрямь ароматное: приятно пахнут и мелкие желтоватые цветки, и плод — абрикосового цвета мясистая костянка размером с куриное яйцо. Когда плод созревает, его сочная оболочка лопается, расходится на две половинки и обнажает темное семя, покрытое ярко-красной пленкой — присемянником. По-латыни эта пленка называется «ариллус». Его главная задача заключается в том, чтобы привлекать птиц, которые глотают семена и таким образом их распространяют. Действительно, желтые плоды и яркий ариллус, через который просвечивает темное семя, хорошо заметны на фоне зеленой листвы. Оболочка у плода сочная, толщиной более сантиметра, кисловатая на вкус, местные жители используют ее в пищу. Но главную ценность представляют семя и ариллус — мускатный орех и мускатный цвет, всемирно известные пряности. Как это часто бывает, названия совершенно не отражают их ботанической сути, потому что мускатный орех не орех вовсе, а семя костянки, покрытое плотной кожурой, мускатный же цвет не имеет отношения к цветкам. Историческая география мускатного ореха. Родина мускатника душистого — Молуккские острова в Индонезии. Там он до сих пор встречается в диком виде. Некоторые исследователи называют даже вполне определенный остров — Банду. В Европе эти пряности были известны c XII века. Арабские моряки привозили их в Басру и там продавали за большие деньги венецианским купцам. До начала XVI века европейцы не могли найти источник этих пряностей, но затем Молуккские острова захватили португальцы, а потом голландцы. Они приложили невероятные усилия, чтобы мускатник душистый рос только на плантациях Банды, но безуспешно: его семена глотают и распространяют птицы, в основном дикие голуби. После наполеоновских войн британцы на короткое время получили контроль над Молуккскими островами и вывезли саженцы на Цейлон, в Пенанг (Малайзия), в Бенкулен на Западной Суматре и в Сингапур. Оттуда они попали в другие тропические районы, главным образом в Занзибар и Гренаду, на флаге которой красуется стилизованное изображение раскрытого плода мускатника. Как получают пряности. Прежде всего необходимо разделить мускатный цвет (его еще называют мацис) и мускатный орех. Мацис ценится яркий и целый, поэтому семя аккуратно выдавливают из оболочки, чтобы не повредить ее. Свежий мускатный цвет — красный благодаря пигменту ликопину, который окрашивает также помидоры и арбузы. Когда оболочку подсушивают на солнце, она становится вялой и оранжевой. Тогда ей придают прямоугольную форму и продолжают сушить. Готовый мацис тонкий и очень хрупкий, светло-оранжевый или темножелтый. Считается, что лучший мускатный цвет получают в Пенанге. Высушивание мускатного цвета занимает два-три дня, орех обрабатывают не менее полутора месяцев в специальных сушилках над небольшим огнем. Высохшие орехи освобождают от оболочки, а ядра вымачивают в известковом растворе, чтобы предохранить от плесени и вредителей, и снова сушат. Чем пахнут мускатные пряности. Мускатный орех содержит около 10% эфирного масла, состоящего главным образом из терпеновых углеводов, основной из которых — мирцен, терпеновых производных и фенилпропанов (миристицина, элемицина и сафлора). В масле мускатного цвета присутствуют те же ароматические компоненты, но в немного иных пропорциях, поэтому вкус и запах у этих пряностей разный. Основной компонент эфирных масел — миристицин (4—6%). Это токсичное вещество, оно ингибирует фермент моноаминоксидазу, который расщепляет нейромедиаторы центральной нервной системы — норадреналин, адреналин, серотонин и дофамин — в синаптической щели. Поэтому в больших дозах, существенно превышающих кулинарные, свежий мускатный орех вызывает судороги, сердцебиение, тошноту, обезвоживание, боль во всем теле. Кроме того, миристицин — предшественник 3-метокси-4,5-метилендиоксиамфетамина, а элемицин и сафрол — 3,4,5-триметоксиамфетамина и 3,4-метилендиоксиамфетамина. Все это психотропные, психоделические средства. По этой причине мускатный орех не импортируют в Саудовскую Аравию, там его можно попробовать только в составе пряной смеси. Миристицин действует на нервную систему некоторых домашних животных, особенно собак, причем в дозах, безопасных для человека. Поэтому не давайте им со своего стола лакомства, приправленные

мускатным орехом, например гоголь-моголь. К сожалению, пряный мускатный аромат привлекает животных, они могут и сами стащить что-нибудь. В защиту мускатного ореха скажем, что миристицин содержится и в других растениях: укропе, сельдерее, петрушке и черном перце. Как используют мускатные пряности? Поскольку мускатный орех и мускатный цвет отличаются вкусом и запахом, это две разные пряности, и используют их по-разному. Мацис из-за его яркого цвета добавляют в пикантные блюда, маринады и кетчупы, а также в супы, соусы, выпечку и рисовый пудинг. Мускатный орех несколько слаще мускатного цвета и имеет более деликатный вкус. Его измельчают или натирают на терке и, нередко в комбинации с мацисом, сдабривают им мясные, картофельные, грибные и рыбные блюда, кондитерские изделия из теста и сладости. В Голландии мускатный орех могут добавить даже в капусту и бобы. Его также используют для ароматизации подогретого сидра, глинтвейна и гоголь-моголя. В конце XVII века в Европе стал популярен пунш, его полагалось готовить с мускатным орехом. У джентльменов было принято носить с собой на случай дружеской пирушки орех и специальную терочку-шкатулочку. Под крышкой у нее находилась горизонтальная терка, а измельченная пряность падала на дно. Надо ли говорить, что эти вещицы отличались большим изяществом. А в Индии молотый мускатный орех курят.

что мы едим

Мускатные масла. Хороший мускатный орех должен быть целым. Измельчить его перед использованием — дело повара. Из поврежденных орехов получают эфирное и жирное масла. Эфирное масло используют в парфюмерии и фармацевтической промышленности, а также для ароматизации выпечки и кондитерских изделий. Жирное масло тоже имеет вкус и запах мускатного ореха. Значительную его часть составляет триглицирид тримиристин, который при расщеплении образует жирную миристиновую кислоту. Ее используют в косметической промышленности как замену масла какао и смешивают с другими жирами, например хлопковым или пальмовым маслом. Миристиновая кислота благотворно действует на кожу и волосы. Целебные свойства мускатного ореха. Мускатный орех издавна считали целебным средством. В Средние века европейцы верили, что он помогает от чумы, поэтому во время эпидемий его стоимость резко возрастала. Современная наука доказала фармакологическую ценность мускатного ореха. Его эфирное масло подавляет жизнедеятельность нескольких видов бацилл, кишечной палочки, патогенных стафилококков, шигелл (возбудителей дизентерии), пекарских дрожжей и некоторых других микроорганизмов. Масло мускатного цвета борется с золотистым стафилококком и кандидами. Мускатный цвет содержит дегидро-ди-изоевгенол, который помогает предотвратить кариес, вызванный бактериями Streptococcus mutans. Масло также замедляет агрегацию тромбоцитов, обладает антиоксидантным и противовоспалительным действием и гепатопротекторным эффектом. Кисловатая мясистая оболочка. Как бы ни был хорош мускатный орех, не забудем про его оболочку. Она содержит жиры, фосфор и железо, каротин и пектин — желеобразующее вещество. Местные жители делают из нее маринады, джемы и желе. В Индонезии, на родине мускатника, из свежих или сушеных плодов готовят сладости. В Пенанге из них делают свежий сок с острым привкусом, зеленоватый или белый. Если сок прокипятить, он становится слаще и приобретает коричневый цвет. Что нам заменит мускатный орех? Одно дерево мускатника душистого дает в среднем 2000 плодов в год, из них получают 8 кг мускатного ореха и 1,6 кг мускатного цвета. Если пряность дорогая, всегда найдутся желающие заменить ее чем-нибудь или подделать. Мускатный орех не исключение, благо возможности такие есть. В качестве эрзаца используют папуасский мускатник M. argentea, растущий в Новой Гвинее, и M. malabarica из Южной Индии. В тропической Африке растет монодора мускатная (Monodora myristica), или ямайский мускатный орех. У него большие листья и крупные душистые цветки. Плод монодоры похож на тыкву, а многочисленные семена, погруженные в его сочную мякоть, по вкусу и аромату напоминают мускатный орех. Их используют как пряность. Простейшее блюдо с экзотической пряностью. Растопите в большой сковороде 15 г сливочного масла, добавьте 250 г порезанной капусты и столовую ложку воды. Немного посолите, закройте крышкой и готовьте на среднем огне три-четыре минуты, переворачивая раз-другой, пока капуста не станет мягкой. Тогда ее надо приправить свеженатертым мускатным орехом, добавить соли и черного перца и немедленно подавать на стол.

«Химия и жизнь», 2016,№ 10, www.hij.ru

Н.Ручкина

56 Художник С.Дергачев

Круговорот Жаклин де Гё

фантастика

— разве парням это нужно? Уродина не станет желанной оттого, что увешала халат амулетами. Лучше бы посматривала не на ровесников, а на старых вдовцов. Они и некрасивую могут в жены взять, лишь бы молоденькая. Женился же мой отец на ее матери». Но четырнадцатилетняя Байныс даже слышать не хочет о том, чтобы идти в дом к старику, — каждый раз начинает плакать так горько и жалобно, что мать ее не выдерживает и плачет вместе с ней. А потом поворачивается к отцу и начинает визгливо упрекать — дескать, он и ее молодость загубил, и дочери такой же судьбы хочет. Отец машет рукой и уходит к коновязи — пожаловаться лошадям на крикливых баб. Туруш сидит на поваленной бурей сосне, щурится от сверкающих на реке солнечных бликов. Над головой качает кроны майский ветер. С гулким шумом бьется о валуны порогов речная вода. Снег давно сошел, подлесок зазеленел. Кое-где на солнцепеке уже и ранние цветы распускаться начали. Пахнет смолой, хвоей, нагретой землей, свежей травой. Хорошо! Над порогами висит радужной дымкой мелкая водяная пыль — игривый дух там поселился, своевольный. Люди из аила Туруша считают это место священным. Подносят хозяину порога угощение, поят самодельным ячменным пивом и покупной водкой. Потому и рыба хорошо идет в снасти, и люди в реке не тонут. На другом берегу появляются двое, мужчина и женщина. Не соплеменники Туруша, а Чтущие Чужой Закон. Люди их рода пришли в землю долин и утесов давно. Раньше жили сами по себе, в дела аила не мешались. Приезжал иногда пышноусый мужчина в богатом наряде, на хорошем коне — становой пристав. Собирал дань. Важного гостя принимали с почетом, старались, чтобы уехал довольным. Он тоже был частью установленного миропорядка — дед Уктабай говорил, что даже в подземном царстве есть свои духи-становые. Они собирают для Эрлиха мясо жертвенных животных. А если не принести жертв — гневаются, уводят взамен в рабство души людей. Вот и Чужому Закону надо приносить жертвы, тогда он не тронет. И Чужой Закон не трогал. А потом случилось неожиданное — Чтущие поменяли Закон. Вместо важного станового приехал худой человек в черной тужурке и картузе с красной звездой, а при нем — стриженая девка в штанах и с наганом. Дань брать не захотели, говорили много странного, непонятного. Старики долго потом обсуждали их речи, да так и не решили, чему верить, а чему нет. Сошлись в одном — раз новая власть побрезговала подношениями, жди беды. А спустя несколько лет на лесистом склоне над рекой стала расти круговая каменная стена. Все поняли — началось. На землю рода пришло что-то чужое, враждебное разумному и привычному вековому порядку.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

ир устроен хорошо и правильно — в нем есть все, что нужно, и все на своих местах. Гряды утесов охраняют речную долину. Растущие на их склонах сосны дают приют птицам и белкам. Река бежит по каменистому ложу, шумит на перекатах, поит чистой водой людей и животных. Это видимый мир. А еще есть невидимый, и там тоже все на своих местах. Извечные светлые духи живут на небесах, а извечные темные — в подземном царстве. Там тоже река, но вместо воды в ней слезы, a единственный мост тонок, как волос, и вход на него охраняют два страшных голопузых чудовища с огромными прожорливыми ртами — Мор и Болезнь. За мостом стоит дворец владыки темных — чернокудрого и черноусого Эрлиха. Те из людей, кто жил не по правде, после смерти навечно становятся его рабами. Только шаман может избежать рабства, даже если ступил при жизни на дорогу зла. Он сам станет темным духом, будет свободно покидать царство мрака, преследовать тех, кто не угодил ему при жизни. Хотя никогда бывший смертный не достигнет могущества извечных. Мелки и слабосильны такие духи. Владыка Эрлих их не жалует — не зовет пировать во дворце, не делится жертвенными подношениями. Вечно голодны души темных шаманов, вечно рыщут вокруг аилов в поисках добычи. Зато те, кто чтил установленные от начала мира порядки, становятся свободными и счастливыми светлыми духами. Остаются жить среди сосновых лесов и зеленых долин, радоваться свежему ветру, яркому солнцу, чистому небу, быстрой реке. И охраняют своих потомков от хворей и бед. Невидимый мир Турушу недоступен, хотя в роду его деда по матери многие были шаманами. Старый Уктабай все надеется, что и у внука наконец проснется дар видеть незримое. Очень уж ему хочется передать бубен прямому потомку. Только Туруш давно перестал ждать чуда — двадцать вторую весну встречает, какой там дар... Да, может, и к лучшему, что духи и видения его не беспокоят — жутко смотреть на деда во время камланий, а еще страшнее слушать потом его рассказы о странствиях между мирами. Несколько раз, пытаясь нагнать ускользнувшую из тела больного душу, доходил Уктабай до самого волосяного моста. Видел и чудищ, и стаи темных слуг Эрлиха, и его чешуйчатых дочерей, которые мнят себя красотками и заманивают шаманов сладкими речами. Горе тому, кто поддастся на их уговоры, — не вернуться ему обратно. Но Уктабая с пути не собьешь. Он знает, как отогнать ведьм, — стучит в бубен, поет заклинания, обещает бесстыдницам, что пожалуется на них отцу. Нет уж, не нужны Турушу такие опасные испытания. Ему и так неплохо живется. А вот сестра, косоглазая Байныс, очень хотела бы стать шаманкой. Видать, думает, что тогда парни начнут ею восхищаться, а другие девчонки — завидовать. «Глупая Байныс, — думает Туруш, сидя у реки,

Эти двое — оттуда, из-за стены. Туруш видел их раньше, знает, кто они такие. Мужчину зовут Ынжынер, ему подчиняются те, кто прокладывает дорогу через долину. О женщине говорят, что она «жена Большого Человека», сбежавшая от мужа. Она не похожа на женщин аила — высокая, широкоплечая, светловолосая. Ынжынер тоже высокий и статный. Он рассказывает что-то, оживленно размахивает руками. Ветер доносит до Туруша обрывки фраз, всплески смеха. Вдруг женщина начинает жестикулировать, хватает Ынжынера за тужурку, тянет прочь от реки. Он отмахивается, смеется все громче. «Куда же он лезет, глупый!» — Туруш, замерев, смотрит на ненормального Чтущего. Тот уже скинул и тужурку, и рубаху, проворно сбрасывает с ног сапоги, избавляется от штанов. Приплясывая на холодном, не прогревшемся еще под весенним солнцем глинистом берегу, быстро добегает до воды. Мгновение — и он уже по пояс в реке. Приседает, окунается чуть ли не с головой, кричит женщине что-то победно-торжествующее. — Ну, вылезай же, — умоляюще шепчет Туруш. — Вылезай, пока он тебя не заметил... Лед сошел не так давно, река еще по-весеннему полноводна, и духу пока не приносили обычной жертвы. А раз так — в воду лучше не заходить. С голодным хозяином порога шутки плохи. — Уходи! — машет руками Туруш. Ынжынер оборачивается. Он не понимает, что кричит парень. Приветственно машет в ответ, делает шаг, другой… Туруш тоскливо смотрит, как проваливается под воду внезапно схваченный за ноги коварным донным течением человек, как закручивается воронкой река над местом его исчезновения. Вот взметнулись еще раз руки, вынырнула голова с выпученными от ужаса глазами — пловец отчаянно борется с невидимым противником, рвется к свету и воздуху... Но дух-озорник опять тянет добычу вниз, играет с пленником, как кот с пойманной мышью. Тащит бьющееся в агонии тело к острым уступам и валунам. Женщина истошно кричит, бежит вниз по берегу. Еще надеется на что-то? Или просто не успела понять, что произошло? Туруш качает головой. Крик да беготня уже ничего не изменят. Хозяин порога забрал свою жертву.

ветлый брат темного Эрлиха — мудрый Юлген — водит солнце по небесному своду, режет время окровавленным лезвием заката, делит его на дни и ночи. Отрезанные дни падают на землю, оборачиваются то набухшими почками, то душистыми цветами, то сочными ягодами. А к осени — жухлыми листьями, серыми тучами и кричащими над головой стаями птиц. Осень совсем скоро. Байныс радуется — отец согласился отдать ее в школу. Она уже не хочет быть шаманкой — ведь всем известно, что Чтущие запретили своим шаманам камлать и разрушили их молельни. — Ольга говорит, скоро и нашим запретят, — уверенно повторяет чужие речи Байныс. Ольгой зовут стриженую девку. Она теперь учительствует, штаны поменяла на платье. Байныс слушает Ольгу, раскрыв рот, каждому слову верит. Туруш пожимает плечами — как можно запретить говорить с духами? Они не всегда ждут, пока их позовут. Если им надо, сами являются. Большие Люди Чтущих могут сколько угодно

переписывать свой Закон, духам он не указ. Ох уж эти Большие Люди. Собственных жен в узде держать не могут, а берутся невидимым миром управлять... При мысли о чужих женах и невидимом мире Туруш поеживается. Вспоминает солнечный майский день, ледяной поток, захлебывающегося пловца. Чтущие тогда так и не нашли тело. Старый Уктабай, ничего никому не сказав, позже спустился с внуком далеко вниз по течению, выловил то, что осталось от Ынжынера. Схоронил в пещере над той излучиной, где его прибило к берегу. Провел обряд, странный, зловещий, и настоял, чтобы внук при нем присутствовал. После этого у парня и открылся наконец семейный дар. Стали являться ему во сне то дух утопленника, то хозяин порога, то оба сразу. Манили за собой. Малая душа Туруша — та, что может оставлять тело, когда человек спит или без сознания, — с трудом противилась их настойчивому зову. Много раз была готова последовать за ними, но каждый раз Туруш вовремя просыпался и потом до рассвета не мог сомкнуть глаз. Жена Большого Человека все еще живет в поселке за высокой стеной. После гибели Ынжынера муж приезжал за ней, упрашивал вернуться. Туруш видел его мельком в мчавшейся по дороге открытой повозке. Большой человек разочаровал его — оказался не богатырем-великаном, а совсем невидным мужчиной, низкорослым, худым и сутулым. Да и старым к тому же, почти как отец Туруша, — голова и борода будто солью посыпаны. Неудивительно, что не послушалась его светловолосая, не вернулась. Но слух прошел, что и не отказала наотрез, а поставила мужу условие. Велела подарить ей маленькое солнце, чтобы светило темными вечерами в горнице, разгоняло мрак. Тогда, мол, вернется. Узнав об этом, люди в аиле только руками развели. Ишь чего захотела, усмехались старики. Не иначе, женой самого Юлгена себя возомнила. Однако скоро стало не до усмешек. Оказалось, что за невзрачным обличьем Большого Человека и впрямь таились могучие, послушные его приказам силы. Загрохотали по новым дорогам самодвижущиеся повозки, повезли на деревянных спинах укутанные в мешковину ящики — прямо к тому месту, где утонул Ынжынер. Ольга пришла на сходку аила, много говорила. По речам ее выходило, что и в самом деле есть способ исполнить желание капризной женщины. Надо только построить на порогах колдовскую мельницу. Будет падающая вода крутить волшебные жернова, молоть в мелкую крупу солнечные лучи, а Чтущие станут щедрой мерой раздавать намолот всем, кто боится ночной темноты. Дед Уктабай после сходки объяснил соплеменникам то, о чем промолчала Ольга. Достойным врагом речному духу оказалась светловолосая. Не смирилась, не простила. Не бабья причуда заставила ее просить у мужа солнце с неба, а месть. Решила колдовской мельницей извести хозяина порога. Но разве сдастся без борьбы бессмертный? Разве уступит? Страшно Турушу, ох как страшно...

изко висят тяжелые тучи. Падают на прихваченную ранним заморозком землю редкие снежинки. Гулко гремит бубен, далеко разносится его стук. Заунывно звучит надтреснутый старческий голос — дед Уктабай советуется с предками. Духи умерших слетаются на зов.

айныс все-таки глупая. Глаза и так косые, а она над книжками сидит, еще больше их портит. — Зачем тебе книжки, Байныс? Какая польза от твоего чтения? — Чтение — учение! — гордо объясняет сводная сестра. — Ольга говорит, я способная! Буду хорошо учиться — поможет в город перебраться, в училище поступить. Тогда учительницей стану, как она, буду в школе работать! Комнату дадут, деньги каждый месяц платить будут — вот какая польза! Никакой старый муж мне тогда не нужен! Сама себе хозяйка. Захочу — платье куплю, захочу — бусы. А захочу — на трамвае поеду! Вот! Все, не мешай! У меня завтра диктант! Туруш изумленно смотрит на девчонку. На трамвае?! Вот же придумала... Изменилась Байныс. Чужая женщина из чужого рода стала ей ближе родителей, ближе соплеменников. И не одну ее заворожили книги Чтущих, есть и другие, что хотят уехать в город, жить по Чужому Закону. Не зря все печальней поет ветер над аилом, все тревожней шумят сосны на склонах гор, все злее ворчит на порогах рассерженный дух. Почему, думает Туруш, так странно и не к добру стала меняться вдруг жизнь? Вот и реку никак не хотят оставить в покое. Не поверила светловолосая вещим снам, не отослала повозки. Чтущие по-прежнему строят колдовскую мельницу — пригнали откуда-то много людей с лопатами, заставили рыть котлован, ставить перемычки. Дед сказал, нельзя допустить, чтобы разрушили жилище хозяина порога. Озлится извечный — много народу погубит. И еще сказал дед — раз Чтущие не хотят слушать светлых, придется звать на помощь темных. И велел внуку к ночи быть готовым.

фантастика

Совсем не по душе это Турушу. Он знает, куда придется идти — в пещеру, где лежит под грудой плавника то, чем стал после обряда Ынжынер.

ум. Бум. Звук бьется в висках, колотится тупой болью в затылке. Противно зудят от ритмичного стука суставы. Зуд заставляет их двигаться. Ох как не хочется шевелиться. Как трудно открыть глаза, поднять налитые неодолимой тяжестью веки. Но назойливый звук не дает забыться, не позволяет провалиться обратно в небытие. «Вставай, — приказывает бубен, — вставай, принимайся за дело». Мутная мгла. Ничего не разглядеть. Туруш медленно садится, опираясь на непослушные руки. Пытается оглядеться. Мир потерял почти все краски, звуки, ароматы. Только желтое пятно костра в серой пелене. Только резкие удары бубна. Только один запах. Кровь! Вслепую, на четвереньках он подползает к валунужертвеннику. Углубление в камне полно до краев темной густой жидкостью. Лакать трудно, глотать тоже — такое чувство, что и губы, и гортань свело судорогой. Но свежая, горячая кровь согревает онемевшие мышцы, возвращает телу силу и энергию. Выпив все до капли, он встает наконец на ноги и, пошатываясь, идет туда, куда приказывает бубен. Недалеко от выхода из пещеры замечает лежащее на спине тело. Молодой парень. Знакомое, очень знакомое лицо. Некогда останавливаться, некогда вспоминать. Бубен грохочет. Надо идти. Ноги вязнут в раскисшей прибрежной глине. Серая пелена так и не рассеялась до конца, не хочет показывать мир во всей его полноте. Хорошо различим лишь яркий круг висящей над котлованом луны. Ее холодный, мертвенно-белый свет блестит на поверхности реки, на островках подтаявшего снега, на штыке часового... Запах! Он снова зовет, раздирает ноздри! Часовой оборачивается. В лунном свете видны белки его выпученных от ужаса глаз. На бледном лице — черный провал разинутого в неслышном крике рта. Сдергивает с плеча винтовку, целится. Искристая вспышка. Толчок в грудь. Ни боли, ни даже простой щекотки. Нет причин замедлять шаг. Вперед, только вперед. Ведь именно этот человек с винтовкой — источник одуряюще вкусного запаха. Еще одна вспышка. И еще... Часовой роняет бесполезное оружие, пятится к грохочущему потоку. Оскальзывается на влажной глине, падает навзничь. Теперь он никуда не денется. Остается только сделать последний шаг вперед. Рывком броситься на лежащего. Прижать его к земле. С наслаждением

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

Туруш теперь тоже может их видеть. Безглазые тени, легкие, как снежинки, и такие же белые, кружат в холодном воздухе, жадно втягивают ноздрями хмельной запах пива и вкусный пар, идущий от ячменной похлебки. Среди даров нет свежего мяса — старый шаман пока не хочет помощи темных, потому не принес кровавой жертвы. А светлые не требуют крови. Хоть и любят полакомиться, настоящий голод никогда их не мучает. Светлые — добрые духи. Уктабай обращается к прабабке, шаманке Айлу. Знаменита была Айлу, до сих пор вспоминают о ней в аиле. Умела договориться с извечными, знала, что и как попросить. Правнук-шаман напоминает старухе, как качала она его на коленях, как радовалась первым шагам и первым словам. С почтением отзывается о ее мудрости. Рассказывает о плохих новостях. Объясняет, как помочь. «Ты все знаешь, все понимаешь, бабушка Айлу. Тебе ведомы и жизнь аила, и дела Чтущих, и тайны извечных, и секреты женского сердца. Прими обличье Ынжынера, явись светловолосой в ее снах, поговори с ней по-хорошему. Попроси отослать прочь и повозки и ящики, оставить в покое речного духа, забыть о мести. Пообещай, что за это укажешь, где спрятано тело». Крепко пахнет ароматное пиво, радует благосклонную светлую тень. Айлу кивает, манит за собой остальных. Ветер все сильнее. Турушу холодно. Стынет тело, немеют щеки и пальцы. Медленно, кругами, поднимаются к серому небу довольные духи. Белой спиралью закручивается их хоровод, растворяется в вечернем небе. Камлание окончено.

вгрызться в хрипящее горло, рвать зубами податливую горячую плоть... И только потом, оторвавшись от изъеденного трупа, увидеть в его непомерно расширенных застывших зрачках свое отражение — разбитое о камни порога жуткое лицо утопленника. Бум. Бум. Снова стучит в ушах бубен. Луна щерится с небес, заливает котлован призрачным светом. Серая пелена наконец исчезла. Теперь ясно видны бараки, стоящие вдалеке. Он шагает, таща за собой тело часового. Старается попадать в ритм, заданный бубном. На ходу отрывает кусок еще теплого мяса, запихивает в рот. Жует медленно, не глотает — так коровы перетирают челюстями травяную жвачку. Голод исчез. Запах больше не терзает. Бубен зовет. В бараке темно, только в самом конце прохода между нарами светит под потолком тусклая, вставленная в решетчатый колпак лампочка. «Пометь каждого», — подсказывает бубен. Утопленник бредет от одного спящего к другому, мажет лбы кровавой, пропитанной ядовитой слюной смесью. «Быстрее, — удары все чаще, ритм все отрывистей. — Быстрее!» Стук заглушает все остальные звуки, не дает слышать крики проснувшихся за спиной, топот их ног. Он поворачивается, только когда чья-то рука хватает его за плечо. Успевает сбить с ног троих, перепугать остальных. Но противников гораздо больше. Те, что оказались у самой стены, догадываются вооружиться составленными в углу лопатами. Острые лезвия легко разрубают гнилую плоть мертвеца. И через несколько минут все кончено. Малая душа Туруша, освободившись, взмывает вверх, смотрит с высоты на узкие прямоугольники бараков, зияющий провал котлована, тусклую ленту реки, лесистые холмы вдоль ее берегов... Белая тень выплывает из лунных лучей навстречу Турушу, смотрит ласково, кивает приветливо. — Мама?! Мать осторожно берет его за руку. Такое доброе, такое родное, давно позабытое прикосновение. — Если бы ты знала, как я не хочу обратно, — жалуется Туруш. — Стать бы снова маленьким, играть на лугу с жеребенком. И чтобы ты сидела на траве, и плела венок из полевых цветов, и улыбалась, глядя на меня... совсем, как раньше... Но она только качает головой, прижимает палец к губам. Рядом возникает еще одна тень. Туруш узнает прабабушку Айлу. Старая шаманка властно манит за собой, указывает на излучину реки, на темнеющую над берегом пещеру. Юноше, спящему на каменном полу, пора просыпаться. Малой душе надо возвращаться на свое место.

опата с усилием входит в темную глину, подхватывает тяжелые комья, плюхает на носилки. Тонкий первый снег растаял давно, день сырой и хмурый. Турушу жарко, пот ручейками сбегает по спине. Он старается не думать ни о чем, кроме работы, отмахнуться от непрошеных мыслей. А они, как мелкая лесная мошка, назойливо мельтешат, донимают, не отстают. Почти две недели прошло с той ночи. Туруш помнит, как шел за Уктабаем в пещеру, нес связанного козленка и топливо для костра. Помнит, как трещали в пламени принесенные дедом сухие травы, наполняя воздух горьковатым дымом. А дальше — жуткий, тяжелый,

мутный сон. Или не сон? Туруша мучают страхи, терзают кошмары... Деда спрашивать боязно, а кроме него, кто знает правду? Наверняка известно только, что часового задрал то ли медведь, то ли волк. И что в одном из бараков все легли спать здоровыми, а к утру метались в горячке и вопили так, словно стаи темных духов пожирали заживо их истощенные работой тела. Сначала думали — гнилая лихорадка людей подкосила, а то и тиф. Однако к исходу третьего дня болезнь пошла на убыль так же стремительно и непонятно, как началась. Люди очнулись, пришли в себя. Снова застучали кирки и лопаты, заурчали машины. Не было ни слухов, ни разговоров о зарубленном ночью ходячем мертвеце. Но пережитый ужас никуда не ушел — рваными клочьями серой пелены плавал над головами, заслонял солнечный свет. Жена Большого Человека, говорят, недовольна отсрочками — требует поскорее поставить над рекой волшебную мельницу. Видно, не по душе ей сидеть вечерами одной в темноте, чувствовать, как бродит вокруг бесприютная тень Ынжынера. Ольга опять приходила в аил, уговаривала людей поработать на стройке. Сказала, Чтущие дадут за это денег. Деньги всегда нужны, но мало кто согласился. Туруш сам не пошел бы — отец велел. Вот и приходится копать сырую глину да искать ответы на вопросы. Можно, конечно, сходить проверить, лежит ли еще утопленник под гнилыми ветками плавника. Но Туруш никогда на это не осмелится. Страшно ему, ох как страшно...

се чаще выгоняет Юлген на небо стада тяжелых туч — вот-вот укроет землю снегом по-настоящему. Туруш поглядывает на тучи, гадает, успеют ли Чтущие закончить работу до зимы. Народу вокруг прибавилось — Ольга и сама пришла помогать, и учеников привела из тех, что постарше. Байныс тоже среди них. Все заняты делом, по сторонам не смотрят. Глухой, ритмичный стук бубна заставляет людей оторваться от работы, распрямиться, повернуть головы. На дальнем краю котлована пляшет и выкрикивает заклинания старый Уктабай. Туруш видит целый рой духов, собирающихся вокруг щуплой, согнутой прожитыми годами фигуры деда. Темные, стремительные, летят они на призыв, выстраиваются за его спиной в неровную, колеблющуюся в такт ударам цепь. Уктабай начинает быстро выбивать одному ему ведомый сигнал. При первых же звуках нового ритма работающие на дне котлована недавние больные застывают на месте. Их малые души вылетают из тел, послушно мчатся на стук. А темные тени, призванные шаманом, бросаются на обездушенных людей, усаживаются им на плечи, плотно обхватывают ладонями глаза. Кровь! Они пришли за свежей кровью! Туруш хватает за руку Байныс, тянет прочь — лишь бы отошла от края, лишь бы не увидела, как там, внизу, оседланные духами слепцы разбивают кирками и лопатами головы в панике карабкающихся вверх часовых. — Ну что же вы?! — кричит Ольга тем охранникам, что стоят наверху. — Стреляйте! Те смотрят растерянно — там, на дне, все смешались в одну хрипящую, окровавленную массу. — Да не в них! Ольга выхватывает наган. Навскидку, почти не целясь, палит в Уктабая. Старик складывается пополам, роняет

бубен в котлован. В наступившей тишине люди и духи, замерев, следят за его падением...

фантастика

И вдруг из задних рядов, оттуда, где стоят рядом с Ольгой работавшие на стройке школьники, звонко кричит Байныс: — Это Туруш всем сказал, что надо уходить! Беда, сказал, близко! Страх в голосе Байныс. Но не мести извечных боится она и не гнева предков, а того, что из-за родства с внуком шамана рухнут все ее планы, не сбудутся мечты. Не будет ни города, ни училища, и без нее уедут трамваи. И опять не останется в жизни другой дороги, кроме замужества с противным стариком. Потому и торопится Байныс выкрикнуть все, что знает, пока кто-то другой не опередил. Ей очень жалко себя и совсем не жалко Туруша. А слепленные когда-то глиняные свистульки, выструганные из деревяшек куклы, принесенные с базара леденцы давно забылись. Кто же помнит такие мелочи? Чтущие переглядываются, переговариваются между собой. Кто-то произносит еще одно непонятное слово — «диверсия». Туруша окружают, уводят из аила. От резкого ветра на глаза наворачиваются слезы. Гнутся к земле голые прутья кустов, летят вдоль троп клочья сухой травы. В воде затопленного котлована отражаются рваные тучи, быстро бегущие по серому небу. Плавает среди сора шаманский бубен. Снова, как той страшной ночью, смотрит на Туруша винтовочный глаз. И все повторяется. Искристая вспышка. Толчок в грудь. И на этот раз обе души — и большая, и малая, — слившись в одну светлую, невидимую живым тень, взмывают над утесами, летят все выше, выше — туда, где на зеленых лугах Юлгена можно вечно играть с жеребенком и смотреть, как мать плетет венки из полевых цветов. Лишь иногда пробьется к небу тоскливо-протяжный зов Уктабая, заставит взглянуть вниз. Там по скрипучим половицам старой школы бродит дряхлая Байныс. Зажигает маленькое солнце в горнице со стеклянными ящиками и портретами на стенах. На портретах — Большой Человек, и Ынжынер, и Ольга. В ящике под стеклом — старый шаманский бубен и Ольгин наган. На реке шумит колдовская мельница, мелет в мелкую крупу солнечные лучи. Над нею кружат светлые и темные духи. Новые шаманы камлают у старых святилищ. А на дне бывшего котлована, ставшего хранилищем речной воды, притаился укрощенный хозяин порога. Ждет своего часа.

тром в аил приходят Чтущие, приказывают собирать сходку. Велят позвать всех, кто работал на стройке, — даже женщин, даже юнцов. Пытаются дознаться, почему люди вдруг среди ночи ушли от реки. Часто звучит новое, непонятное слово — «авария». Все молчат.

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

бить шамана — к беде. После смерти он будет мстить до тех пор, пока не погубит всех в роду обидчика. Только сам повелитель Эрлих может справиться с одержимым духом, запереть его в подземном царстве, не пускать на землю. Но мало кто из ныне живущих умеет вызвать Эрлиха и остаться при этом в живых. А уж упросить его помочь и вовсе никто не способен. Потому-то дух застреленного Уктабая бродит без помех по берегам почти замерзшей реки. Еще один отрезанный день упал за горизонт. Вместо круглого диска луны висит над утесами тонкий, истаявший месяц. На дне котлована, под слоем земли, лежат убитые. Там лежит тело старого шамана. Туруш очень устал, но не может спать. По ночам является во сне разгневанный дед. Требует найти бубен, завершить начатое. Малая душа Туруша хранит память о том, как гремел-рокотал бубен той страшной ночью, когда утопленник загрыз часового. Дед подскажет заклинания, ладони сами отстучат нужный ритм — и земля зашевелится, полезут из нее слепые, безглазые трупы, готовые на все ради глотка свежей крови. Вскарабкаются по утесу, обрушат стену вокруг поселка Чтущих. Убьют всех чужаков, убьют светловолосую. Тогда исполнится месть Уктабая, и некому будет достроить колдовскую мельницу, и вернется установленный веками порядок. И все будет по-старому. Туруш смотрит на блестящий в небесах серп. Каждый месяц ночная тьма поедает луну, и каждый месяц та вновь отращивает сияющую плоть на своих круглых боках. Что было раньше, свет или тьма? Осенью снег укрывает траву, весной трава пробивается из-под снега. Что было раньше, весна или осень? Что, если и старые порядки, и новые законы на самом деле не стары и не новы, а подобны временам года, ночи и дню? Вечно бегут по кругу, сменяя друг друга и возвращаясь опять на тот же круг? И нужна ли им для этого помощь людей, нужны ли кровавые жертвы? Туруш вспоминает рассказы деда о подземном царстве. Что ж, может, Эрлиху жертвы и нужны. Тогда пусть возьмет их сам. Пусть мироздание само решит, что должно уйти, а что — остаться. А Туруш не хочет мстить. Не хочет никого убивать. Он отказывает деду. Однако Уктабай не хочет отступаться — тень его скользит над речным льдом, швыряет в промоины горсти злых мыслей, втолковывает водяному духу, как ответить оскорблением на оскорбление. Не нужна теперь старику помощь Туруша. Новый союзник — хозяин порога — сам прогонит непрошеных гостей. «Уходи! — велит бывший шаман внуку. — Возвращайся обратно в аил!» Туруш поворачивается, бежит к времянкам, где ночуют его соплеменники, — негоже спасаться одному, надо и их разбудить, увести подальше. За спиной сердитый поток все громче бьется хребтом о ледяную кору. Трещат перемычки...

Художник Рон Морган

Пишут,что...

Короткие заметки

Кометный разогрев Был анекдот о профессоре физики, во время доклада с легкостью объясняющем график, который ассистент случайно повесил вверх ногами, а после исправления ошибки столь же свободно трактующем его поновому. Нечто подобное, похоже, намечается в палеоклиматологии. До сих пор с ударами космических тел все было ясно. В Землю попадает астероид или комета, при ударе в атмосферу вылетает огромное количество пыли, и наступает то, что академик Н.Н.Моисеев называл «ядерной зимой» — резкое падение прозрачности атмосферы, как следствие, длительное похолодание и массовое вымирание. Самый известный пример — вымирание динозавров, а самый близкий к нам по времени — вымирание гигантских плейстоценовых млекопитающих из-за предполагаемой кометной бомбардировки позднего дриаса. О факте последней свидетельствуют микротектиты — оплавленные частицы вещества, возникающие при ударе космического тела; дриасовые тектиты извлекают из североамериканской земли и гренландских ледников. В позднем дриасе средняя температура упала на 8 градусов. Доцент Морган Щаллер из Ренсселаеровского политехнического института (агентство «NewsWise», 13 октября 2016 года) проводил раскопки слоев не холодного, а теплого периода, так называемого палеоцен-эоценового теплового максимума, имевшего место 56 млн лет назад, — в то время температура за полторы сотни тысячелетий выросла на 6—8 градусов. Он изучал фораминифер — микроскопические морские организмы; после них остаются раковины, очень любимые палеонтологами и геологами, — это источник разнообразной информации о древних временах. Обычно собранный грунт просеивают, а затем светлые ракушки отмывают и отделяют. Но Щаллер случайно стал промывать пробу без просеивания и обнаружил там более мелкие темные частицы — микротектиты; раньше никто их не видел, потому что они проходили сквозь сито. Заинтересовавшись, исследователь стал искать их систематически и нашел в пробах из трех известных мест этого периода. Чтобы убедится, что частицы не артефакт, не продукт сверления породы, проверили образцы из еще одного места, где породы времен эоцена лежат на поверхности. Находка подтвердилась. Выходит, что при потеплении Земля тоже столкнулась с другим небесным телом. Анализ же содержания изотопов углерода в раковинах фораминифер показал, что и в атмосфере все было неспокойно: если до события соотношение изотопов было стабильным, то при потеплении оно стало резко меняться, причем случались эпизоды существенного обогащения стабильным углеродом-12. Это может означать, что в нашу планету врезалась комета, а то и не одна: именно в их замороженных газах стабильного углерода должно быть больше, ведь глубины комет недоступны для лучей Солнца, производящих радиоактивный углерод-13. Одними кометами рост углекислого газа в атмосфере — а именно его объявили причиной древнего потепления — объяснить не удается, для этого понадобилось бы слишком много комет. Поэтому климатологам придется искать механизм, включенный упавшей кометой, который вызвал прилив углекислого газа в атмосферу, превратив ядерную зиму в лето.

С.Анофелес

..современный небольшой фазовый сдвиг между циклами активности в Северном и Южном полушариях Солнца, о котором свидетельствуют данные о числе и площадях солнечных пятен, существенно отличается от того, что наблюдался в XVII—XIX вв. («Астрономический журнал», 2016, 93, 10, 918)... ...транснационализация мировой экономики и возникновение мощного созвездия международных компаний диктует необходимость создания нового научного направления — корпоративной географии («Известия РАН. Серия географическая», 2016, 5, 38—45)... ...халцедоновая печать из Нижнелубянского катакомбного могильника VIII—X вв. на берегу реки Оскол отражала распространенную в сасанидском искусстве зороастрийскую идею оси мира — дерево жизни, которое опирается на парные крылья, символ победы, удачи, благополучия и божественного покровительства, и служила защитой обладателю («Российская археология», 2016, 3, 121—135)... ...получен набор уравнений для определения расстояния от поверхности грудной клетки до источников свистящих звуков в легких («Акустический журнал», 2016, 62, 5, 600—608)... ...максимальная продолжительность человеческой жизни не возрастала с 1990 года, и это может означать, что она определяется не внешними условиями, а внутренними видоспецифическими причинами («Nature», 2016, 538, 7624, 257—259, doi: 10.1038/nature19793)... ...в Великобритании впервые найден окаменевший мозг динозавра; хозяин мозга принадлежал к роду игуанодонов и жил 133 млн лет («Geological Society of London. Special Publication», 2016, 448, doi:10.1144/SP448.3)... ...многие мутации, считавшиеся опасными или даже летальными, были обнаружены у здоровых людей («Nature», 2016, 538, 7624, 154—157, doi: 10.1038/538154a)... ...способы редактирования генома, подобные CRISPR-Cas9, позволят выращивать химерных животных с человеческими органами для трансплантации — можно заблокировать развитие органа в эмбрионе животного и вырастить этот орган из подсаженных клеток человека («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2016, 113, 43, 11984–11985, doi: 10.1073/pnas.1615787113)... ...предложена гипотеза о возникновении азотфиксирующих симбионтов растений из

Пишут, что...

...фоторецептор растений фитохром В реагирует не только на свет, но также на колебания температуры («Science», 2016, doi: 10.1126/ science.aaf5656)... ...переливчатый синий цвет листьев павлиньей бегонии Begonia pavonina связан с особой структурной организацией хлоропластов, которая многократно увеличивает интенсивность фотосинтеза («Nature Plants», 2016, 2, 16162, doi: 10.1038/nplants.2016.162)... ... темно-синие блестящие крылья самцов стрекоз рода Calopteryx, или красотка-девушка, существенно ярче, чем у самок, и это делает их более заметными не только для противоположного пола, но и для птиц («Functional Ecology», 2016; doi: 10.1111/13652435.12769)... ...плотоядные слизни семейства Arionidae наносят смертельные травмы птенцам мелких птиц; родители их не защищают, а славка была замечена даже за попыткой высиживать слизня, убившего ее потомство («Journal of Avian Biology», 2016, doi: 10.1111/jav.01189)... ...просмотр новостных сюжетов в СМИ приводит к повышению ситуативной тревожности, а также к изменению отдельных параметров представлений об опасности, что может искажать эти представления в целом; эффект больше выражен у женской аудитории, чем у мужской («Психологический журнал», 2016, 37, 4, 5—20)... ...анализ карикатур, выполненных известными зоологами — сотрудниками Московского университета начала ХХ века, дает ценную информацию о настроениях и нравственных принципах научного сообщества того времени («Вопросы истории естествознания и техники», 2016, 37, 1, 27—49)...

КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ

Химикат в теле моем Современное производство неизбежно порождает и рассеивает в окружающей среде опасные, долгоживущие органические вещества, в первую очередь содержащие хлор и бром. В конце концов они оказываются в организме человека и там из-за своей устойчивости также могут существовать длительное время. Обычно их исследуют по отдельности в разных опытах, поэтому картина выходит вполне благостная: уровень загрязнения весьма невелик. А вот каталонские исследователи из Госпиталя дель Мар и Барселонского университета во главе с Хосе Пумарегой и Мигелем Портой решили измерять содержание сразу многих веществ («PLoS One», 10 августа 2016 года; doi: 10.1371/journal. pone.0160432). И получили удивительные результаты. При обследовании они использовали анализы проб крови более четырех с половиной тысяч американцев, которые участвовали в Национальной программе США по анализу здоровья и питания (NHANES). У 68% ее участников содержание хотя бы одного опасного вещества было очень высоким — в пределах 10% наиболее высоких значений от всей выборке. Но еще интереснее, что у 13%, фактически у каждого десятого американца, высокими оказались содержания десяти и более опасных веществ. Была обнаружена и зависимость этих значений от этнического происхождения участников. Так, вероятность найти несколько опасных веществ в высоких концентрациях у чернокожих в девять раз выше, чем у белых. Однако и среди последних разброс велик: у выходцев из Мексики вероятность оказалась в четыре раза меньше, чем у прочих. Предрасположенность к накоплению ядохимикатов выявили также у бедных, пожилых и толстых людей. В какой степени эти результаты связаны с особенностями питания, исследователи не уточняют. Казалось бы, различие между белыми и чернокожими можно объяснить так: последние, не имея много денег, едят дешевую нездоровую пищу, а первые покупают в дорогих магазинах органические продукты. Но вот неожиданно малое содержание опасных веществ у мексиканцев, особым богатством не отличающихся, намекает, что все не так однозначно.

А.Мотыляев

«Химия и жизнь», 2016, № 11, www.hij.ru

..у мышей удалось вызвать «иллюзию резинового хвоста», аналогичную «иллюзии резиновой руки» у людей, — если подопытный не видит своей руки, но видит резиновую руку, которую поглаживают синхронно с реальной рукой, он начинает воспринимать резиновую руку как свою; это значит, что мозг грызуна также создает образ его тела («Journal of Neuroscience», 2016, 36, 43, 11133—11137, doi: 10.1523/JNEUROSCI.3006-15.2016)...

Художник Крис Мэдден

двух источников — почвенных диазотрофов и бактерий-сателлитов грибов-гломеромицетов, что могло произойти при объединении древнейших наземных растений с консорциумами грибов и бактерий («Журнал общей биологии», 2016, 77, 5, 329—345)...

Медицина и точность Врач, впервые приступая к лечению своего пациента, должен делать это изящно, весело и с приятностью для больного; и никогда хмурый врач не преуспеет в своем ремесле. Мишель де Монтень

Л.А.ГОЛУБЕВОЙ, Томск: Стойкие краски для волос, как естественных оттенков, так и зеленые с фиолетовыми, содержат первичные интермедиаты (п-диамины или п-аминофенолы) и красящие агенты, взаимодействующие с ними в присутствии окислителя (перекиси), — так, русый цвет дает м-аминофенол. С.В.СЕМЕНОВУ, Санкт-Петербург: Когда-то мы советовали опрыскивать карандашные рисунки лаком для волос, чтобы защитить от размазывания, но теперь-то не ХХ век, существуют специальные акриловые лаки в баллончиках, вдобавок предотвращающие выгорание на свету. Э.С., Москва: Карбонат натрия Na2CO3 не содержит кальция, а называется кальцинированной содой потому, что его получали из кристаллогидрата Na2CO3·10H2O путем нагревания до высокой температуры — в старину этот процесс называли кальцинированием; насколько нам известно, это вещество свободно продается в хозяйственных магазинах. Ирине А., электронная почта: Действительно, витамин D3 (точнее, его предшественник 7-дегидрохолестерин) получают в том числе из ланолина овечьей шерсти. Н.А.ЕВСЕЕВУ, электронная почта: Ваш вопрос по определению конкретных веществ в воде очень специальный, экспертов по этой теме у нас нет; попробуйте обратиться на форум химиков-аналитиков портала www.anchem.ru. С.И.ИВАНОВУ, Сочи: Пятна от еды хорошо удаляет желчное мыло; если не помогло — купите в аптеке препарат, содержащий панкреатин (например, мезим), 1 г разведите в половине чайной ложки глицерина и чайной ложке воды, этим составом намажьте пятно и оставьте на час-два, затем прополощите в теплой воде с добавкой 5—10 капель нашатырного спирта. В.В.ДОРОШЕНКО, Тольятти: Астральная лампа — гордое название разновидности масляной лампы, изобретенной швейцарцем Франсуа Пьером Ами Аргантом в начале 1780-х годов; более полное сгорание паров масла обеспечивало удивительно яркий по тем временам свет. Ф.Г.КОЛЕСНИКОВОЙ, Клин: Кожуру фейхоа, если ее жалко выбрасывать ввиду большой пользы, но невкусно есть, можно высушить и заваривать кипятком; любители травяных чаев так делают, мы, правда, в редакции еще не пробовали.

В медицине измеряют множество разных величин — например, концентрации каких-либо веществ в каких-либо средах, механические величины (вес, линейные размеры, перемещение, скорость, давление, силу, объем выдыхаемого воздуха), частоты (пульса, дыхания), электрические величины (потенциалы). С точки зрения метрологии эти измерения в большинстве случаев не представляют сложности — требования к точности и скорости измерений обычно вполне умеренны. Потому что люди, даже совершенно здоровые, — они разные, и разброс параметров таков, что точное измерение ничего не даст: «норма» сама определена не слишком точно. А вот чувствительность может потребоваться очень высокая, причем под этим понимают три разные вещи: собственно чувствительность и две разрешающие способности — по времени и по пространству. Временно́е разрешение — это способность заметить малое изменение контролируемой величины в ходе времени, пространственное разрешение — заметить изменение от точки к точке. И в этом случае результатом измерения часто бывает некая картинка, карта распределения того или иного параметра на поверхности пациента или внутри у него. Общая проблема медицинской метрологии — сильная зависимость значения измеряемых параметров от прочих параметров объекта. В некоторых случаях применяется принудительная стабилизация параметров («а этот анализ, голубчик, только натощак»), в иных — измерения с усреднением. Если параметры объекта существенно изменяются со временем суток, состоянием сна-бодрствования и родом занятия, именно эти изменения становятся информативны. В таком случае применяется длительное (на протяжении суток) наблюдение значений этих параметров. Его называют «мониторирование», потому что слово «мониторинг» медики используют как синоним наблюдения вообще, а для этого наблюдения им захотелось иметь отдельное слово. Чаще всего применяется мониторирование ЭКГ (электрокардиограммы) и АД (артериального давления), реже — внутричерепного давления, концентрации сахара в крови, температуры тела. Цель — получение данных в реальных условиях, при всех обычных для данного человека жизненных факторах, с выявлением нормальной суточной периодичности, с экономией времени, в отсутствие пугающего некоторых белого халата. (Подробнее о современных средствах мониторирования см. статью «Человек и RFID» в этом же номере.) Измерение температуры человека — существенно более интересная с точки зрения метрологии задача, причем в разнообразных ситуациях. Во-первых, если это не грубая оценка, то желательна погрешность не более 0,1—0,2оС. Во-вторых, часто бывает нужно измерить быстро: при контроле большого количества пациентов, в экстренной ситуации, при измерении у маленького ребенка или плохо контролируемого пациента. В-третьих, иногда требуется иметь метод оценки пусть с меньшей точностью, но оперативный и совсем простой. Поэтому медицинские термометры бывают разными. Самые простые — контактные на жидких кристаллах. Это либо лента, опускаемая в воду для измерения температуры ванны, где будут купать младенца, или прикладываемая ко лбу — при совсем грубой оценке, либо наклейка детенышу под мышку с «точками», изменяющими цвет при различных температурах. Погрешность оценки с помощью прикладываемой ко лбу ленты определяется нестабильным тепловым контактом с кожей и тем, что кожа вообще холоднее внутренней среды. Точность измерения наклейкой под мышкой может быть достаточна, если рука прижата к туловищу в течение нескольких минут — кожа догревается до внутренней температуры, а поскольку тело оказывается с двух сторон, то и влияние качества теплового контакта ослабевает. Традиционные термометры с ртутью общеизвестны. Прослужив человечеству верой и правдой два с половиной века, породив изощренные конструкции и достигнув высокой степени совершенства (химики поймут), они сейчас уступают место электронным — безопасным и ударопрочным. При измерении в подмышке электронный термометр надо держать примерно то же время, что и ртутный, чтобы поверхностный слой тела прогрелся. Но электронный сам измеряет скорость нарастания своих показаний и подает сигнал, когда можно его вынимать. При пероральном или перанальном измерении время установления показаний существенно меньше, поскольку прибор сразу по-

Художник Е.Станикова

падает в теплое место. Сам прибор слабо влияет на объект ввиду относительно большой массы объекта. Бесконтактно могут измерять температуру инфракрасные пирометры — бесконтактные и квазиконтактные, датчик которых нужно прижимать к коже. Первые предназначены для измерения температуры во рту или в ушном канале. Во втором случае пирометр определяет, принимает ли он сигнал именно из канала или со стенки (видимо, по величине сигнала), и подает команду на фиксацию данных. Пирометр, датчик которого надо прижимать к коже, принимает сигнал с глубины нескольких миллиметров. Поэтому его следует использовать в области, где близко к поверхности подходят сосуды (висок, сгиб локтя), причем он имеет большее время срабатывания. Инфракрасная термометрия с высоким пространственным разрешением (ИК-тепловидение) весьма перспективна — при пространственном разрешении в тысячные доли градуса оказалось возможным быстро и не травмируя пациента диагностировать более ста болезней (Г.Р.Иваницкий. Современное матричное тепловидение в биомедицине. «Успехи физических наук», 2006, 12). Локально измерить температуру человека можно не только по излучению в ИК-диапазоне, но и контактно (термопарой), и по излучению в радиодиапазоне, причем у всех методов есть свои достоинства и недостатки. Рассмотрим один медицинский пример чуть подробнее — тонометр для измерения давления крови. С точки зрения Мосводоканала человек — замкнутая система с сердцем в качестве помпы периодического действия. Поэтому давление вообще максимально на выходе помпы (в аорте), почти не изменяется вдоль крупных артерий, немного уменьшается вдоль более мелких сосудов, уменьшается по ходу капилляров, поскольку они создают основ-

ное гидродинамическое сопротивление, и опять слабо снижается вдоль вен. Значит, если мы собираемся измерять это давление, надо оговаривать, где именно. Стандартное место — на левой руке выше локтя. Давление должно изменяться периодически, в такт с работой помпы, то есть биением сердца, и важно, в какой фазе сердечного сокращения его измерять. Медики измеряют два значения — максимальное, в момент сжатия сердечной мышцы и выталкивания крови в артерии, и минимальное, в момент расслабления сердечной мышцы. Максимальное они определяют по давлению воздуха в манжете, при котором прекращается кровоток, а минимальное — по исчезновению характерных шумов при протекании крови через суженную внешним давлением артерию. Таким образом, минимальное давление — это довольно условная величина, но так уж договорились его определять. Медики называют эти давления «верхним» и «нижним». При последовательных измерениях получаемые значения будут различны, причем кроме дрейфа, кроме систематических и случайных погрешностей есть две причины закономерных периодических изменений. Во-первых, в такт с дыханием — на вдохе давление понижается, на выдохе возрастает. Во-вторых, иногда наблюдаются более медленные повышения и понижения давления, каждое из которых охватывает несколько циклов дыхания. На давление влияют физическая активность, еда, некоторые лекарства. Поэтому бороться за высокую точность отдельного измерения бесполезно, но имеет смысл тренировкой измерителя уменьшить часть систематической погрешности, стабилизацией условий измерения уменьшить часть посторонних влияний, а измерив несколько раз, уменьшить случайную погрешность.

Л.Намер

«Химия и жизнь», 2016, №11, www.hij.ru

В погоне за точностью