himiaizh_052022 by borov665

Химия и жизнь

Ежемесячный научно-популярный журнал

/ 2022

Тут, кстати, есть над чем подумать, но, к сожаленью, нету чем. Владимир Поляков

Зарегистрирован в Комитете РФ по печати 19 ноября 2003 года, рег. ЭЛ № 77-8479

ISSN 1727-5903 НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ: Главный редактор Л.Н. Стрельникова Художники А. Астрин, С. Дергачев, А. Кук, Н. Колпакова П. Перевезенцев, Е. Станикова, С. Тюнин Редакторы и обозреватели Л.А. Ашкинази, В.В. Благутина, Ю.И. Зварич, Е.В. Клещенко, С.М. Комаров, В.В. Лебедев, Н.Л. Резник, О.В. Рындина Ответственный за соцсети Д.А. Васильев Подписано в печать 27.05.2022 Типография «Офсет Принт М.» 123001, Москва, 1-й Красногвардейский пр-д, д. 1

Содержание Проблемы и методы науки ДНК ВОКРУГ НАС. Е. Клещенко ............................................................2

Технологии и природа ЦЕЛЬ  НЕЙРОМОРФ. С.М. Комаров ................................................ 16

Проблемы и методы науки ИНОПЛАНЕТЯНЕ? Л. Жеуч..................................................................26

Гипотезы

Адрес для переписки 119071, Москва, а/я 57 Телефон для справок:

ЛИШНИЙ ВЕС  ПОИСК ВИНОВНОГО. Н.Л. Резник ...........................30

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

Панацейка

Соцсети: https://www.facebook.com/khimiyaizhizn https://vk.com/khimiya_i_zhizn https://ok.ru/group/53459104891087 https://twitter.com/hij_redaktor https://www.instagram.com/khimiya_i_zhizn/

ГОРЕЦ  В КАЖДОМ МЕСТЕ СВОЙ. Н. Ручкина .................................34

Земля и ее обитатели ВРЕМЯ ГНЕЗД. О.Н. Нестеренко ........................................................40

При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь» обязательна

Радости жизни

На журнал можно подписаться в агентствах «Роспечать» — каталог «Роспечать», индексы 72231 и 72232

ГЛЯДЯ В ГЛАЗА БОГОМОЛУ. С. Анофелес ..........................................46

Наши подписные агентства «Арзи», индекс 88763 в Объединенном каталог «Пресса России» (тел. «Арзи» (495) 443-61-60) «Почта России», индексы в каталоге П2021 и П2017 НПО «Информ-система», (495) 121-01-16, (499) 789-45-55 «Урал-Пресс», (495) 789-86-36

Спросите учителя НАУКИ: СРАВНЕНИЕ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ. Л.А. Ашкинази .................50

«Руспресса», тел. +7 (495) 369-11-22

Фантастика

«Прессинформ», +7(812) 786-58-29, +7(812) 337-16-26 г. С-Петербург

ФОРМУЛА УСПЕХА. В. Гон ..................................................................58

Генеральный спонсор журнала Компания «БИОАМИД»

НА ПЕРВОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ рисунок Александра Кука НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ работа Владимира Татлина «Кумерская Венера». Так хочется добиться идеала, что даже божественная красота кажется несовершенной. Об этом читайте в статье «Лишний вес – поиск виновного»

Нанофантастика ОЖИВИЛИ ШВЕЙКА. В. Прудков ........................................................64 Разные разности

Результаты: нейрофизиология

Результаты: физхимия

Результаты: физика

Книги

Короткие заметки

Пишут, что…

Фото: Пресс-релиз университета Кертин (Австралия)

Технологии и природа Австралийские росянки выглядят непривычно для нас: у них длинные листья, а не круглые. Но принцип охоты тот же. Кого она съела, подскажут ДНК-баркоды

Е. Клещенко

ДНК вокруг нас Мы думали, что знаем все о возможностях анализа ДНК. А как вам такое: выделяем ДНК из образцов почвы, воды и даже воздуха и узнаем, кто тут плавал, летал и ходил?

Перемешаны наши дыханья, перепутаны наши следы… «В покое от человека каждую минуту отрывается до 300 тысяч частиц, сопоставимых по количеству ДНК с древними образцами. При движении — до трех миллионов», — сказал на конференции «Молекулярная диагностика — 2021» Харис Харрасович Мустафин, руководитель лаборатории исторической генетики, радиоуглеродного анализа и прикладной физики Московского физико-технического института. В МФТИ уже десять лет работает геномный центр, где занимаются исследованиями археологической ДНК, а значит — решают проблему контаминации. Трудно анализировать следовые количества ДНК скифов или жителей Ярославля времен монгольского ига, когда

все вокруг загрязнено нуклеиновыми кислотами современных людей! Кстати, геномный центр МФТИ нашел остроумное решение. Вместо того чтобы создавать чистые комнаты, как делают во многих других центрах исследования древней ДНК, лабораторию оборудовали замкнутой системой относительно небольших боксов, в которые экспериментатор засовывает руки через «встроенные» перчатки, не нарушая герметичности. Такие камеры можно вакуумировать или заполнить сверхчистым азотом, чтобы гарантированно избавиться от летающей ДНК самих исследователей. Но то, что стало головной болью для археологической генетики и палеогенетики, — ДНК-след, который оставляет за собой человек и другие животные, — создало новое направление в экологии. В воздухе, воде и земле присутствует ДНК живых существ, которые здесь

Как это делается Если смотреть с точки зрения молекулярной генетики и биоинформатики, исследование эДНК почти синонимично метагеномике, то есть исследованию суммарного генетического материала из образца. Почти, потому что к эДНК обычно не относят изучение образцов, взятых с кожи человека или из фильтра кондиционера. Как правило, эДНК — это то, что содержится в образцах «из природы», причем взятых без прямого контакта с самими хозяевами геномов. Короче говоря, молекулярные методы идентификации живых существ на службе у традиционной полевой экологии. Рутиной метагеномики стало изучение образцов почвы или кишечного микробиома. Научные журналы заполнены историями о том, как бактериальное сообщество кишечника влияет на метаболизм лекарств, течение хронических заболеваний, похудение и продолжительность жизни и как самые разнообразные факторы, в свою очередь, влияют на состав бактерий кишечника. В почве обитает множество бактерий, которых трудно или невозможно содержать в культуре, а между тем они

могут продуцировать антибиотики или другие полезные вещества — например, ферменты, разлагающие пластик (см. «Химию и жизнь», 2022, 4). Можно выделить гены этих ферментов и даже не поинтересоваться, кому именно они принадлежат. Но можно и охарактеризовать все биоразнообразие бактерий в образце. Для идентификации видов необязательно читать все геномы целиком. Обычно для этого используют баркоды (или штрихкоды, если по-русски) — участки генома, обладающие несколькими важными качествами. Во-первых, они должны быть достаточно сходными у всех видов, которые мы надеемся обнаружить, чтобы их можно было выловить с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), — проще говоря, у них должны быть одинаковые начала и концы. (О том, как перевернула молекулярную биологию ПЦР — реакция, которая позволяет делать множество копий выбранного участка ДНК, — см. «Химию и жизнь», 2019, 9.) Во-вторых, фрагменты между этими участками должны хотя бы немного различаться у разных видов, но быть одинаковыми в пределах одного вида. Строго дозированное разнообразие, межвидовое, но не внутривидовое. В случае бактерий на роль баркода хорошо подходит ген рибосомной РНК. Рибосома — машина белкового синтеза, она есть у всех, и важная ее составляющая — молекулы РНК. (Это косвенно говорит о ее древности — другие полезные вещи в клетке сделаны из белков;

Другое название зеленой черепахи Chelonia mydas — суповая черепаха, и это объясняет, почему она оказалась под угрозой исчезновения

Фото: Brocken Inaglory, WikiCommons

побывали, и, если ее выделить и прочитать фрагменты геномов, — это сколько же информации мы получим! Звучит фантастично, однако анализ ДНК из окружающей среды уже становится инструментом биомониторинга видов и экологических исследований. «ДНК из окружающей среды» — точный перевод английского environmental DNA (eDNA), но в русской научной литературе прижился термин «экологическая ДНК», который дает похожую аббревиатуру — эДНК.

«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: Пресс-релиз «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

Одна из самых интересных и малоизученных рыб-вселенцев в Волге – звёздчатая пуголовка. Рыб семейства бычковых трудно отличать визуально, особенно молодь, и ДНК-анализ тут очень помогает

в рибосоме белки тоже есть, но РНК в ней особенно важны.) Но могут, конечно, использоваться и участки других геномов, лишь бы они обладали перечисленными свойствами. Существуют базы данных, где представлены эти фрагменты для разных видов. Таким образом, исследователь берет образец почвы или чего-то еще; если нет возможности исследовать его немедленно, консервирует тем или иным способом (сушка, замораживание, этиловый спирт и др.). Затем выделяет и очищает ДНК, нарабатывает с помощью ПЦР множественные копии участка-мишени в разных геномах, содержащихся в образце, секвенирует их (то есть определяет нуклеотидную последовательность). Полученный набор участков сверяет с базой данных — и получает перечень видов. Исследование баркодов метагенома для краткости называют метабаркодированием.

От бактерий к многоклеточным Бактериальная метагеномика — модное и успешное направление, но амбиции исследователей эДНК обычно идут дальше: искать генетический материал эукариот, многоклеточных растений и животных. Всех, кто здесь ходил, ставил метки на кустах, ронял шерстинки или капли крови. И здесь становится важным

третье требование к баркоду: он не должен быть очень длинным, желательно не более 100 пар нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты вне родного организма подвержены деградации, и следует ожидать, что геном будет фрагментирован, поэтому слишком длинный баркод может дать ложноотрицательный результат. Впрочем, бывает и наоборот, особенно в холодном климате: из-за «слишком хорошей» сохранности ДНК не всегда удается понять, давно ли животное тут побывало. Выбор участков-баркодов для животных и растений подчиняется тем же принципам: что-то достаточно важное, что есть у всех и не слишком изменчиво, и желательно в большом количестве. Помимо рибосомных генов, это могут быть, например, гены митохондрий, то есть клеточных органелл, отвечающих за получение энергии, — без митохондрий никто не может существовать. Кстати, у митохондрий есть и собственные рибосомные гены, и собственная система белкового синтеза; митохондрии — потомки бактерий-симбионтов древних клеток. Участки рибосомных генов митохондрий часто используются в качестве баркодов. Какую информацию дает эДНК? Прежде всего это измерение и мониторинг биоразнообразия. С помощью эДНК можно отслеживать изменение видового состава при антропогенных воздействиях, таких как разливы нефти, химическое загрязнение, коммерческое рыболовство. Можно обнаруживать вторжение инвазивных видов или собирать информацию о естественном состоянии биотопа. Сбор ДНК практически не влияет на экосистему и при этом информативен. Даже если животное сложно наблюдать — оно живет

Кого съели? Область зоологии, которая шокирует многих небиологов, — исследование фекалий, содержимого желудков и кишечников, а также погадок (непереваренных остатков пищи, которые отрыгивают, например, совы). Интересно же, чем животное питается! В этой области эДНК дает блестящие результаты. Баркоды пищи зачастую позволяют идентифицировать ее точнее, чем микроскопия. А ДНК в составе фекалий, найденных на участке обитания тигра или леопарда, в широком смысле может считаться эДНК. Удобно, что эти образцы содержат и ДНК того, кто ел, и тех, кого ели. Таким способом можно определить, какие растения ест травоядное животное, а можно и наоборот — каких животных предпочитает плотоядное растение. Недавно с помощью ДНК-метабаркодирования изучили рацион австралийских росянок, который включает, как выяс-

нилось, почти сто семейств членистоногих («Scientific Reports» опубликовал результаты этого исследования в 2022 году). На рацион влияет местообитание, например, мелких бабочек чаще добывают росянки, которые растут у водоема. Исследование содержимого желудков и кишечников тоже можно рассматривать как анализ ДНК из окружающей среды, особенно если у нас мало информации о среде, в которой обитало животное. Так бывает, например, когда речь идет о древних видах. С помощью метабаркодирования проанализировали рацион вымершей новозеландской птицы моа. Очень интересные исследования — метабаркодирование растений в копролитах (окаменевших фекалиях) и кишечниках мамонтов и шерстистых носорогов, современных им бизонов и лошадей. Это, можно сказать, не фекалии, а драгоценные капсулы времени, послание современным ботаникам с перечнем растений (по крайней мере, съедобных), типичных для древних плейстоценовых тундростепей. Сюда же можно отнести и метабаркодирование совсем иного продукта жизнедеятельности животных — мёда. В нем хорошо сохраняется ДНК растений, и это позволяет, с одной стороны, узнать много нового о взаимоотношениях цветов и опылителей, а с другой стороны — уличить недобросовестных продавцов, которые уверяют, что их мед стопроцентно липовый.

Голый землекоп (Heterocephalus glaber) не красавец, но живет необыкновенно долго для своего размера, за это ученые его любят

Roman Klementschitz, WikiCommons

в труднодоступном месте, или очень редкое, или осторожное и маленькое, или, наоборот, большое и недружественное к зоологам, — ДНК оно оставляет. Конечно, есть и недостатки. Например, метабаркодирование не сообщит о структуре популяции — мы узнаем, что в данной точке степи побывали хомяки, но не узнаем, сколько их было, не получим данных о соотношении полов. (Такую информацию может дать полногеномное исследование, но это пока еще слишком дорого: проще посадить студентов полевого отделения с биноклями считать хомяков.) О возрасте, состоянии и поведении животных тоже придется узнавать традиционными методами экологии.

«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Ballista, WikiCommons

Муляж Несси, сделанный для ТВ-шоу. Мы столько знаем о ней, что она почти материальна, — но ДНК древней рептилии в озере нет

Рыбы, черепахи и Несси Фекалии — это прекрасно, но они у биологов есть не всегда. Другие типичные образцы для поиска эДНК — почва, осадок со дна водоемов, образцы воды, пресной или морской, проточной речной или образцов из «вертикального столба», взятых на разной глубине. Кстати, если говорить о пресных водоемах, в них можно обнаружить ДНК не только водных животных, но и тех, кто обитает вблизи водоема или приходит на водопой. В морских осадках находят баркоды тысяч таксономических групп. Изучение разнообразия рыб по образцам воды многие ихтиологи называют более эффективным, чем традиционные методы отбора проб для этой цели (электролов). И уж конечно, он менее инвазивен. Понятно, что больше ДНК удается найти, если пропустить через фильтры большие количества воды и сконцентрировать образец.

Есть любопытные работы, связанные с зеленой черепахой Chelonia mydas, — это прекрасное животное находится под угрозой исчезновения. Авторы одной из работ выполнили метабаркодирование и микроскопический анализ биопленки, содержащей диатомовые водоросли, которая растет на черепахе. Получив данные о видовом разнообразии водорослей, попытались вычислить поведенческие особенности конкретной черепахи. Какую соленость воды она предпочитает, с какой скоростью плавает (одни диатомовые водоросли прикрепляются прочнее других, следовательно, на быстрой черепахе будут преобладать они). Идея красивая, хотя, по честному признанию авторов, микроскопия оказалось более информативной. Возможно, больше пользы зеленым черепахам принесет другая работа, в которой исследовали опасный для них герпесвирус в образцах морской воды. Результаты были опубликованы в 2021 году. Авторы сопоставили свою работу с широко известными технологиями анализа городских сточных вод на коронавирус SARSCoV-2, которые поставляют оперативные данные о росте либо спаде зараженности в том или ином квартале. Правда, тут разница не только между морской водой и содержимым канализационных стоков: у герпесвируса

Сбор образцов почвы для поисков ДНК древних людей в Чагырской пещере на Алтае (вверху) и в Испании Галерея статуй названа так из-за кальцитовых колонн причудливой формы. Неандертальцы скульпторами не были Пресс-релиз Общества Макса Планка

геном состоит из ДНК, у коронавирусов — из РНК, и это влияет на методику. Но принципы сходны. Есть и российские работы по ДНК-идентификации чужеродных видов рыб в Волго-Камском бассейне. Как известно, на Волге много водохранилищ, плотин, усилиями гидростроителей она оказалась связанной с другими водными бассейнами. Отсюда появление видов, ранее для Волги нехарактерных, которые могут нарушить равновесие экосистемы. Но когда провели первый анализ эДНК в образцах воды из Волжского бассейна, удалось идентифицировать всего 23 вида рыб. Несмотря на все угрозы биоразнообразию, должно быть раза в два больше. Очевидно, проблема в неоптимальном выборе баркодов. Более эффективную систему для поиска видов-вселенцев в Волге уже в этом году представили сотрудники Института биологии внутренних вод РАН и Института проблем экологии и эволюции РАН. Они как раз использовали фрагменты генов рибосомной РНК. Правда, пока они опробовали свою технологию на пойманных рыбах, а не на образцах воды, но результаты, опубликованные в журнале «Water» в этом году, представляются удовлетворительными. И в любом случае определение рыб настолько непростая задача, что ихтиологи рады помощи от молекулярных биологов Все работы по определению в воде эДНК рыб и земноводных перечислить трудно. Однако, говоря об эДНК водоемов, невозможно обойти вниманием озеро Лох-Несс. Озеро большое, но и плезиозавр не маленький, и если он там есть, то ДНК-содержащих частиц от него отрывается, наверное, много. Нил Геммелл из Университета Отаго в Новой Зеландии и его коллеги собрали образцы лох-несской воды для анализа эДНК. Основная цель была вполне разумная — составить каталог обитающих в озере видов. Геммелл говорил журналистам, что не хочет войти в историю как парень, который ловит Несси, но в то же время заявить о поиске ее ДНК — хороший способ заставить людей больше узнать о современных методах экологических исследований. Ученые выявили ДНК примерно 3000 видов, в том числе свиней, оленей и людей. Ничего, что могло бы сойти за палеорептилию, не нашли, не было также ни крокодилов, ни осетров, ни морских котиков. Зато в образцах содержалось неожиданно много ДНК угря. Как прокомментировал Геммелл, это может быть большое количество угрей или, возможно, один очень, очень большой угорь.

ДНК из пещер В образцах почвы исследуют эДНК почвенных сообществ бактерий, сообщества грибов и микроорганизмов, ассоциированные с корневой системой. А как насчет ДНК многоклеточных? Если снова не возвращаться к фекалиям, а говорить именно об образцах почвы, то самые удивительные работы связаны с древней эДНК. Например, появление

ДНК овец вокруг поселений древних людей говорит о том, когда охотники-собиратели стали животноводами. Поразительные результаты дает анализ ДНК из грунта пещер, где жили древние люди. Каждый зуб неандертальца или денисовца — ценность для науки, и палеоантропологи не очень охотно отдают палеогенетикам для разрушающего анализа даже маленький кусочек. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Nilfanion, WikiCommons

Мунтжак — китайский иммигрант

И вот, оказывается, материал, который отбрасывали если не лопатой, то совочком и кистью, тоже можно анализировать. Древние проводили много времени в пещерах: ели, спали, грелись, дожидались рассвета. А миллионы невидимых частиц ДНК сыпались и сыпались, оседали на полу и захоранивались в грунте вместе с косточками и орудиями труда. Одна из таких работ опубликована в апреле 2021 года в журнале «Science». Международная команда ученых секвенировала митохондриальную и ядерную ДНК неандертальцев и денисовцев из образцов почвы, которые собрали в Чагырской пещере и Денисовой пещере на Алтае, а также в Сьерра-де-Атапуэрка на севере Испании, из так называемой Галереи статуй. Вдумайтесь: митохондриальная и ядерная! ДНК митохондрий (мтДНК) дает интересную информацию, в частности, позволяет прослеживать дальнее родство по материнской линии. Но ее анализировать проще, митохондрий в каждой клетке много, а ядерный геном — основной объем генетических данных человека — один на клетку (хорошо, два, если считать материнскую и отцовскую копии). Трудные задачи начинают решать с того, что полегче, и результаты анализа мтДНК неандертальцев и денисовцев из отложений эпохи плейстоцена были опубликованы еще в 2017 году. Теперь в немецком Институте эволюционной антропологии

Макса Планка (группа под руководством Сванте Паабо, хорошо известная всем, кто следит за исследованиями палеоДНК) разработали методы обогащения и анализа ядерной ДНК человека из почвы. Проблемы создает не только преобладание микробной ДНК, но и присутствие ДНК других млекопитающих. Короткие куски деградированной ДНК человека и медведя не так-то просто различить. Поэтому авторы статьи разработали специальные методы отсева ДНК других видов и «диагностики гоминин» — нашли характерные сайты, по которым мы, приматы, отличаемся от других животных. «Мы хотели быть уверены, что не изучаем по случайности какой-то неизвестный вид гиены», — сказал первый автор работы Берджамин Верно. Авторы работы установили, что пещеру в Испании неандертальцы заселяли минимум дважды, а также идентифицировали два события активного расселения неандертальцев в Евразии. ДНК из Чагырской пещеры оказалась похожей на ДНК из костного образца, найденного там ранее. Митохондриальные геномы из испанской пещеры были сходными с мтДНК неандертальцев, найденных на территории Германии. Ядерная ДНК из образцов Денисовой пещеры принадлежала или неандертальцам, или денисовцам, смешанных образцов не было, на что все надеялись (мы помним, что в Денисовой пещере однажды нашли косточку дочери неандерталки и денисовца, см. «Химию и жизнь», 2018, 9). Образцы из двух других локаций ожидаемо оказались неандертальскими. Для некоторых образцов

удалось установить пол. Но самое интригующее — авторы заявляют, что ДНК из образцов грунта может быть индивидуальной, характеризовать не популяцию в целом, а конкретного древнего человека. Звучит даже немного пугающе: вертится на языке что-то про «восстать из праха».

Ветер перемен Подавляющее большинство работ по ДНК-метабаркодированию выполняется на водных образцах (хотя есть и другие примеры — скажем, следы на снегу). А можно ли секвенировать воздух, такую подвижную и непостоянную среду, и получать полезную информацию? Можно, если понимать ограничения метода. Естественно, исследуют микробиом воздуха, то есть совокупность микроорганизмов в образце, — как на больших высотах, отправляясь за пробами на самолете, так и ближе к земле, например в госпиталях, детских учреждениях, домах престарелых. Коронавирусная пандемия с переполненными больничными палатами в очередной раз напомнила всем, что такое внутрибольничные инфекции и чем они страшны. Важно понять, какими путями пневмококк может перелететь от пациента к пациенту и как это предотвратить. Что касается многоклеточных — уже не менее трех лет в Великобритании секвенируют пыльцу злаков в воздухе: собирают пробы, фильтруют и исследуют ДНК. Чтобы давать точный прогноз для аллергиков и астматиков, мало знать, какие растения цветут именно сейчас в данном районе, потому что пыльцу носит ветер. Метагеномное секвенирование в сочетании с математическим моделированием описывают распространение пыльцы над Великобританией и континентальной Европой. А что с млекопитающими? Можно ли уловить в воздухе частички, которые текут с каждого из нас — с человека, собаки, кота и мышки? Это кажется невероятным, но попытки делаются. Год назад ученые из Лондонского университета королевы Марии выделили из воздуха, секвенировали и идентифицировали ДНК двух видов млекопитающих — голого землекопа и человека. Правда, полигоном для исследования было не чистое поле, а лаборатория. Пробы воздуха брали из искусственных нор, где жили 225 голых землекопов, в комнате размером три на четыре метра. Туда часто заходили сотрудники, лаборанты, которые ухаживали за животными, поэтому исследователи были готовы к тому, что найдут ДНК минимум двух видов. Воздух из нор выкачивали с помощью шланга, подсоединенного к насосу. Насос питался от аккумулятора и работал тихо — как особо отметили авторы, не громче, чем сами землекопы грызут. (Это важно для полевых исследований: чем меньше беспокойства для зверей, тем лучше.) Насос качал воздух 5—20 мин, при этом ДНК оседала на фильтре, который обычно используют для отбора проб морской эДНК. Таким же образом фильтровали воздух

из комнаты. Фильтры хранили в морозилке в пакетах, а затем выделяли ДНК, амплифицировали баркоды (гены митохондриальной РНК) и проводили секвенирование. Как в образцах из норы, так и в образцах воздуха из комнаты обнаружили ДНК обоих видов. Эта технология анализа, для которой авторы предложили название eDNAir, может найти широкое применение не только в экологии, но и в криминалистике. Даже если в помещении, где было совершено преступление, не осталось ни крови, ни волос преступника, не терять ДНК он не мог. В статье о голых землекопах авторы писали, что исследовать таким образом можно закрытые пространства — дупла, норы и тому подобное. На открытых пространствах получается «бессмысленный суп из ДНК» — ветер ее носит, в результате все находится везде. Но в дальнейшем и они сами, и другие ученые все равно стали пробовать. Сотрудники Лундского университета (Швеция) обнаружили в пробах воздуха, взятого вне помещения, ДНК 85 видов насекомых, а также ДНК растений, водорослей, грибов, вальдшнепа, дрозда-рябинника, ежа, белки, полевки, курицы, коровы и собаки. Две группы ученых, одна из Дании, другая из Великобритании (те самые, что проверили метод eDNAir на землекопе), — отбирали эДНК из воздуха в двух зоопарках. Результаты были опубликованы в феврале 2022 года в «Current Biology». Датская команда идентифицировала 49 видов, британская — 25. Среди них были экспонаты зоопарка, свободноживущие обитатели окрестностей, вроде белок и уток, а также те, кого в зоопарке едят (коровы и куры). Шансы на положительный результат зависели от расстояния до животного и его массы: мощным источником эДНК оказался носорог. Британские ученые сообщили, что обнаружили инвазивный вид, хотя открытием это назвать трудно: о вторжении известно давно. Мунтжаки (Muntiacus reevesi), маленькие олени, завезенные из Китая, отлично прижились в Англии. Исследователи воздушной ДНК считают, что ее вполне реально применять для пассивного мониторинга состава видов в окружающей среде. Если пофантазировать, можно представить себе автоматическое устройство, установленное где-то в лесу и постоянно генерирующее информацию о биоразнообразии, только меняй картриджи с реагентами. Актуальны и другие возможные применения — раннее обнаружение чужеродных видов или поиск редких видов, находящихся под угрозой. Наряду с автоматизацией перспективным выглядит привлечение гражданской науки. Если по всему миру любители природы будут собирать пробы, класть в холодильник и заливать спиртом, а потом отправлять в лаборатории на анализ, мы узнаем о биоразнообразии нашей планеты намного больше, чем знали до сих пор. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Разные разности

Звуковой туннель в атмосфере ВОЗМОЖНО, многие из вас б вали в комнате с акусти еским секретом: стои в одном углу и етко сл и разговор л дей в другом, дал нем углу, даже если они говор т тихо. Такие необ н е комнат ест во многих старинн х двор ах и постройках, например — в Нев нской ба не, фамил ной ба не знаменит х Демидов х, котору построили на Урале 300 лет назад. В физике даже ест термин — « ффект еп у ей галереи». Это когда в помеении епот распростран етс тол ко вдол стен и не сл ен в остал ной асти поме ени . Об но у таких поме ений кругла или ллипти еска форма. В круглом поме ении епот сто его у стен еловека будет сл ен вдол стен, но не в ентре комнат . Часто, тоб усилит тот акусти еский ффект, в стен встраивали амфор . Тогда звук е е и резонировал, усиливалс . А в поме ени х ллипти еской форм звук распростран етс нескол ко ина е. Если встат в один из фокусов ллипса, а их, напомн , два, и то-то сказат епотом, то вас усл ит тол ко тот, кто стоит во втором фокусе, даже если то бол ое поме ение. Эффект еп у ей галереи можно набл дат во многих истори еских здани х -- в храме Гроба Господн в Иерусалиме, в Тадж-Махале в Индии, в храме Неба в Китае, в соборе Св того Петра в

Разные разности

Ватикане, в Санта-Мари -дел -Ф оре во Флорен ии, в Арке вл бленн х в Казани, в Минском главпо тамте, на стан ии метро «Ма ковска », в лек ионном зале в полукруглом корпусе Одесской на ионал ной академии св зи имени Попова и др. Вперв е ффект еп у ей галереи исследовал британский физик Уил м Р лей, лауреат нобелевской премии по физике 1904 года. Об ектом его исследовани б ла Галере вздохов под куполом собора Св того Павла в Лондоне. В снилос , то ффект еп у ей галереи в кругл х поме ени х св зан с распространением вдол стен акустиеской волн , исп т ва ей многократное полное внутреннее отражение. Оказ ваетс , такие звуков е туннели су еству т и в природе. Примерно в одном километре под водой находитс туннел , котор й переносит звуки на огромн е рассто ни . Он расположен между сло ми вод разной плотности, более теплой и более холодной. Звук, попав в тот слой, оказ ваетс как б в лову ке. Он отражаетс от грани слоев и несетс вперед. Его испол зу т кит дл своих разговоров. Кит уме т об ат с с помо инфразвука, у которого низка астота и бол а длина волн . М тот звук не сл им, а кит его воспринима т. И правил но — не его подслу иват ужие разговор . Об ение китов с помо инфразвука вполне об снимо: именно инфразвук прекрасно распростран етс в плотной морской воде, не рассеиваетс и уходит на бол ие рассто ни . С помо инфразвуков стада китов могут об ат с за сотни километров. А биологи с помо инфразвуков х дат иков могут определит , где наход тс кит , даже если то о ен далеко. Вооб е, инфразвук в природе — не редкост . Он возникает при землетр сени х, ударах молний, при сил ном ветре во врем бур и ураганов. И кстати, нарастание инфразвукового фона дает сигнал морским и прибрежн м животн м, то приближаетс торм и надо б зале на дно. Звуков е туннели в океане откр л геофизик Морис Юинг в разгар Второй мировой войн , в 1944 году. Тогда ходи-

ла гипотеза, то низко астотн й звук может путе ествоват на бол ие рассто ни в тол е вод . Американские физики ре или проверит . С одного исследовател ского судна спустили гидрофон, с другого — два килограмма взр в атки на рас етну глубину. Подорвали, и звук прекрасно долетел до гидрофона на рассто нии 900 мил , от одного корабл к другому. И тут возник логи н й вопрос — если ест звуковой туннел в океане, то по ему б ему не б т в атмосфере? Например — в тропопаузе на в соте 10–20 километров. Она как раз находитс между двум сло ми — тропосферой, низкой атмосферой, где формируетс погода, и в сокой, о ен холодной стратосферой. Здес интерес б л не стол ко фундаментал н й, скол ко практи еский. Юинг с итал, то акусти еский волновод в атмосфере позволил б ВВС США прослу иват исп тани дерного оружи Советским Со зом. По его ини иативе возду н е ар , осна енн е инфразвуков ми микрофонами, отправилис в небо. Это б л сверхсекретн й ксперимент середин XX века. Но прибор асто в ходили из стро , конструк и ломалас при сил ном ветре, и вскоре военн е закр ли проект. Хот мисси не б ла рассекреена в те ение по ти 50 лет. Сей ас физики вернулис к той идее. Вернулис , потому то по вилис возду н е ар нового поколени на солне н х батаре х, котор е могут пассивно плават на стабил н х в сотах и непрер вно передават данн е на бол ие рассто ни с помо беспроводн х технологий. И вот 14 апрел про лого года состо лс перв й ксперимент. Момент в брали уда н й — тестов й суборбитал н й запуск ракет New Shepard с исп тател ной пусковой пло адки Blue Origin в Ван-Хорне ( тат Техас). В тот же ден на рассто нии 400 километров физики запустили возду н й ар с соответству ей аппаратурой. Возду н й ар плавал в пределах предполагаемого звукового канала и фиксировал звуков е соб ти . Он уловил три етких сигнала от ракет — один при запуске и е е два при под еме и спуске ерез тропопаузу.

Разные разности

н з ьз ь ин з нн и з м ь и мни ж и я ь и з ь и и и и мн н , я, н ж н м нии м ин м и и жи и з ь и ь з и и з и и н изм ни я , н н н жи и н м и н з н з нн ь Х я н, ж , н и н ж н, н и н ижн и изм н и , ж ьн я им н н н ь н , н и ж н из ь изи и и ни м н жи и, ь ин з ия н из н и , и я н ьз ни н м ж я ни ь, м ь н н и

, и ни

Маленькая блоха злее кусает КАК-ТО з м

мя

з ьн и ж н мн я я , з им и з и и м ин н ь нн н я и я , я ями и и нь и ь з и

и , -

Разные разности

н и н

я м

, з

ин

и ь иин м н н н я н м и и з , н и ьи н

ин и и ь м м м, м ж н м, я н з ни , ,и н н з м и, м н м нн з м и ьн зн н ь н з и ьм ь и им ьм м , н ь зм , н мн нн , им зн ни , и н ь зн и ж и и н из ни и ин н м н « и м ия и ь я и н ми, ьм нь и , н ь и » и н ж я ми и н и и я н ж н зн , и ни и , м м и и я ь, и ь и и н ь я м и ин я м и и н ьн м нии н ии и и н н и и нн зм и н , м и , ж и н и м жн ь и из 2500 и и н ни н изи и и , и мм , м и н и н зм м и ьн и н , я ь з ь и н жи и, я ьн и н , н и , н ж мя и з жи ь, н я и н м и и з ж и н н ими и м ими нями ж м н н , м н ми нями н и , и нн м ми н и ьн жи , м нь и м и я н ни ими, ии иж и я ни и , я , ьз я им ня н , и н м ,и ня н н и я н ж и н н

и, н ии ь и ж з и ь и

ж , ж и н и н и, н м нь и я и н н н , я и ж з

и я

ии

м м и

я, м и м ми ь м ин , м м ня, и н м з ь зм ин я н я « я з ж, м им ним и и н м

Игуана и диабет НЕИСТРЕБИМА н жим ь н ми ь и м ни ь н нь им н нь им, н и з ния з н мин ьн и, и , и и, и и, и , и , м и я я , и н ним Х и ми ь и ин и н и нн и, н и н мн жн н я ии и, нн м и , и ,н ж нн м и н , н и, , м из и мн жи ми ж м ьн нн я и м и и н и , ин м м ни н , я ь

«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Разные разности в соревнование с сороди ами. Хот хлеб им совсем не полезен, а то нее — вреден, как вредн сухарики и с р е ово и. Так то кормление животн х на воле — бол а наука. Биологи не уста т то раз сн т . Но вооб е, проблема та — глобал на . Благодар туризму еловек все активнее проникает в дику природу и вместе с собой приносит неестественн е дл диких обитателей продукт . Северн е багамские скал н е игуан на островах Эксума хоро о знаком с туристами, котор е так и норов т предложит дикой зверу ке сладкий виноград, без которого на прогулку не отправл тс . А можно ли дикой игуане дават сладку еду? М знаем, то если еловек злоупотребл ет сладким, то с в сокой долей веро тности рано или поздно ему грозит ожирение и диабет второго типа. А игуана? Чем грозит дикой скал ной игуане сладка еда, котору ей подсов ва т турист ? И грозит ли вооб е? Этими вопросами задалис американские биологи Аризонского университета и Аквариума Джона Г. Шедда. Они работали в лаборатории с более распространенной зеленой игуаной, потому то скал н е игуан наход тс под угрозой ис езновени . Игуан кормили об ной дл них едой, но добавл ли к ней сладкий напиток, в котором б ло либо много, либо мало гл коз . Затем, ерез 17 дней, каждой игуане дали напиток гл коз средней крепости и стали смотрет , как б стро организм животного приведет уровен сахара в крови к норме. Игуан , котор е сидели на диете с в соким содержанием гл коз , плохо регулировали уровен сахара в крови. Но как нас ет диких игуан на островах Эксума? Исследователи все же провели полевой ксперимент. Приехали на острова, собрали 48 диких игуан — половину с острова, где много туристов, и другу половину с острова, где туристов по ти нет. Каждой игуане дали гл козного напитка и в те ение дн набл дали за кон ентра ией сахара в крови. Резул тат оказалис тревожн ми. У игуан, котор х турист закармливали виноградом, уровен сахара в крови

Разные разности

подн лс о ен в соко и оставалс в соким и ерез восем асов. А у игуан, котор е редко вид т туристов, напротив, уровен сахара в крови б л намного ниже, рос медленнее и б стрее возвра алс к норме. Если б то б ли л ди — м б говорили о диабете. Но то игуан , и ем дл них обора иваетс в сокий уровен сахара в крови — м пока не знаем. Но узнаем. Исследовани продолжа тс . А л д м надо усвоит , наконе , то нел з лезт в природу со своими пор дками и прив ками. И малей ие желани угостит околадкой звер ку (даже из сам х лу их побуждений) надо пресекат в зарод е. Впро ем, и себе в рот не стоит ли ний раз засов ват околадку. Вед м уже то но знаем, то б вает с еловеком от такой вкусн тин в изб тке — кариес, диабет и ли ний вес.

партнеров, отпугива ие хи ников, да ие знат сороди ам об опасности. Запахи помога т им определ т , готов ли партнер к нересту, отли ат сво икру от ужой, находит пи у, определ т состав вод . И коне но, именно запахи служат навигатором лосос м, иду им на нерест, — они привод т их к тому месту, где они родилис . А ем р б н ха т? На их голове в наверн ка заме али две пар отверстий, напомина их ноздри. Это они и ест . Через них спе иал н е ресни ки прока ива т воду, котора достигает обон тел н х клеток с соответству ими ре епторами. Эти ре ептор безо ибо но распозна т паху ие ве ества, растворенн е в воде. На воздухе они не работа т. Однако хими еский з к ре н х и морских глубин универсален дл всех обитателей. Хими еские сигнал , в дел ем е р бами, могут улавливат представители совсем других видов. Улавливат , рас ифров ват и соответственно действоват . Исследователи с кафедр ихтиологии биологи еского факул тета МГУ имени М.В. Ломоносова собрали и систематизировала все данн е о том, как реагиру т водн е обитатели на сигнал н е молекул р б. Эти ве ества наз ва т кайромон . Например, мелкие водн е ра ки Daphnia magna, как тол ко по увству т запах р б верховки, котора питаетс тими ра ками, сразу залега т на дно и поднима тс в верхние слои вод ли ве ером. Если же ти ра ки увству т запах других хи ников, например ли инок комаров рода Chaoborus, котор е преследу т ра ков по ту но, то мигрироват они на ина т по горизонтали. То ест убега т от преследовани . Самки комаров тоже увству т запах р б. Они предпо ита т отклад ват й а в те водоем , в котор х р б нет. И если в искусственн е водоем добавит запах р б , то в них комар не будут размножат с . Водн е жуки (плавун , водол б и другие) тоже избега т те водоем , котор е населен р бами и пахнут ими. У головастиков л гу ек и жаб, расту их в воде с запахом хи н х р б,

Запахи под водой МЫ уже писали, то р б могут разговариват . А увству т ли они запахи? Е е как! На глубине под водой, где темно и мутно, не так много возможностей дл об ени . Тол ко и остаетс , то разговариват и н хат . Р б уме т в дел т ерез кожу, слиз и ерез спе иал н е желез сам е разн е ве ества — привлека ие

Разные разности

мен тс пропор ии тела — их хвостовой плавник становитс более в соким, по тому они могут б стрее плават и лу е маневрироват , спаса с от опасности. Так то сегодн ихтиологам известно о ен много о взаимодействии р б с другими водн ми обитател ми с помосигнал н х ве еств кайромонов. Однако испол зоват то знание на практике м не можем, поскол ку у ен е не зна т, какова хими еска природа тих ве еств и где и каким образом ти запахи образу тс в организме р б. Ну то ж — химики, ва в ход!

л бим м делом и не делат гадости л д м. Но то же так ску но — и вам, и ва им итател м. Так то не вижу см сла в интерв ». С тех пор про ел не один дес ток лет. И все ти год вижу, как наука подтверждает слова того умного еловека — одно за другим. Вот и сей ас по вилас о ередна нау на стат , котора опис вает резул тат совместного исследовани двух коллективов у ен х — из НИИ физико-хими еской биологии имени А. Н. Белозерского при МГУ имени М.В. Ломоносова и Воронежского государственного университета. Они изу а т механизм старени и и ут метод , как его замедлит . Вооб е, су ествует много теорий, котор е об сн т — по ему м стареем. Более трехсот гипотез б ло сформулировано за врем су ествовани науки. Например, Ил Ил и Ме ников с итал, то при ина старени — то самоотравление в резул тате накоплени продуктов гниени в толстом ки е нике. А Иван Петрови Павлов, на лауреат Нобелевской премии по физиологии и меди ине, с итал, то еловек стареет от нервн х потр сений и перенапр жени ентрал ной нервной систем . В л бом слу ае о евидно, то старение — то многофакторн й про есс. И сегодн у ен е рассматрива т его уже на молекул рном уровне, универсал ном дл всего живого. Единой теории старени нет. Однако геронтологи сход тс на том, то то совокупност взаимосв занн х изменений в организме, веду а рол в котор х принадлежит генети еским механизмам. Но о ен хо етс пон т , какой механизм тут главн й, тоб воздействоват на него и замедл т старение. На рол такого основного фактора претенду т митохондрии. Эти кро е н е лектростан ии в на их клетках ежесекундно наполн т нас нергией, перерабат ва питател н е ве ества. Однако со временем в митохондри х слу а тс поломки. С возрастом поломки накаплива тс . И наконе их становитс так много, то клетки просто не успева т их устран т . Все то сказ ваетс на здоров е, на само увствии и в з вает старение.

Меньше ешь — дольше живешь ПОМНЮ, как на заре своей журналистской кар ер ре ила вз т интерв у главного геронтолога Москв или федерал ного Минздрава, уже не помн . Помн тол ко, то то б л умн й еловек, умудренн й годами и оп том. Тогда исследовани в области старени на инали входит в моду. А слово «бессмертие» стало зву ат вполне будни но. Но главн й геронтолог мне м гко отказал приблизител но так: «Дето ка, в , наверное, хотите усл ат о вол ебной таблетке — в пил и помолодел? Нет таких таблеток, и вр д ли они будут. Единственн й способ не старет — то мен е ест , бол е двигат с , ложит с спат поран е, собл дат режим дн , занимат с

Разные разности А то, если митохондрии немного разгрузит , дават им мен е работ , тоб у них оставалос врем на ремонт поломок? А то зна ит разгрузит ? Знаит — дават мен е пи и. Московские и воронежские у ен е ре или проверит , как ограни ение ра иона вли ет на работу внутренних органов. Особенно интересно б ло кспериментироват со стар ми животн ми, поскол ку именно в пожилом возрасте поломки в клетках накапливатс б стрее. По тому исследователи брали стар х кр с. Одна группа животн х питалас без ограни ений, а другу группу содержали на скудном ра ионе. Через два мес а диет исследователи измерили в разн х органах кр с коли ество поломок в митохондри х. Удивител но, но даже така недолга по срокам диета — всего два мес а! — сер езно замедлила негативн е проесс старени в мозге, в по ках и других органах. И вот то о ен важно. Даже если на ат собл дат диету в пожилом возрасте, можно добит с зрим х резул татов в замедлении старени . Так то снижение калорийности пи и действител но помогает клеткам избавит с от накопив ихс повреждений и помогает улу ит состо ние на его организма. Это исследование в полнено на грант Российского нау ного фонда, то ест на государственн е ден ги. И то при тно вдвойне. Впро ем, оно в полнено на кр сах. И правомерен вопрос — а можно ли переносит на еловека резул тат , полу енн е на животн х? Исследование российских у ен х, о котором рассказала, — фундаментал ное. С его помо у ен е в сн т, то и как вли ет на тонкие клето н е механизм животн х, к котор м, несомненно, относитс и еловек. Но в вод российских у ен х подтвержда т и сотрудники Центра меди инских исследований Пеннингтона при Университете Луизиан . Здес занима тс прикладн ми меди инскими исследовани ми. Одно из них ставило ел в снит , как ограни ение калорийности пи и вли ет на здоров е,

«Хими и жизн », 2022,

5, www.hij.ru

Разные разности старение и продолжител ност жизни л дей. У ен е набл дали за подопе н ми, котор е в те ение двух лет потребл ли с пи ей на 14% мен е калорий. Оказалос , то при такой диете в их организмах в рабат валос бол е Т-клеток, котор е игра т кл еву рол в иммунной системе, поддержива т иммунитет и замедл т про есс старени . Действител но, по мере того как л ди старе т, их тимус сокра атс и производ т мен е Т-клеток (Т-лимфо итов). В резул тате пожил м л д м труднее борот с с инфек и ми и некотор ми видами рака. Ограни ение калорий помогает предотвратит сокра ение тимуса, тоб еловек в рабат вал бол е Т-клеток. Так то ограни ение калорий измен ет многие метаболи еские и иммунн е реак ии, котор е увели ива т продолжител ност жизни и здоров . В можете спросит — ну и скол ко проживу, если буду ограни иват себ ? В базе AnAge на ла, то максимал на зарегистрированна продолжител ност жизни еловека на Земле составл ет 122,5 года. Симпати на ифра. Вооб е, л б е разумн е самоограни ени продлева т еловеку жизн . Это касаетс не тол ко калорий. Однажд фран узску даму, которой перевалило за сто лет, журналист спросил: «В ем секрет ва его долголети ? В , наверное, сидите на особой диете?» — «Да нет, ем все подр д». — «В , наверное, никогда не курили?» — «Баловалас , коне но, в молодости, как все». — «В , наверное, занималис активной физкул турой?» — «Да нет, ленива и не спортивна ». — «В не пили алкогол ?» — «Да Бог с вами, и сей ас л бл р мо ку красного вина или хоро его кон ка». — «Так в ем же секрет?» — «Секрет, наверное, в том, то никогда не спорила». — «Да ладно, не может б т ! В мен обман ваете. Невозможно прожит бол у жизн и не спорит , то у кака -то». — «Хоро о, спорила». Так то мен е калорий, мен е споров — и будете жит дол е. Согласитес — то прост е ре епт , доступн е каждому. И они ни его не сто т.

Разные разности

Высокотехнологичная пицца ИЗОБРЕТЕНИЯ не по вл тс на пустом месте. Ча е всего иде приходит в голову под давлением обсто тел ств или слу айн х соб тий. Воз мем, к примеру, кулинари . Микроволнова пе , в которой м разогреваем продукт , по вилас на свет благодар слу а . Ее изобретател , американский инженер Перси Спенсер, в 1940-х годах работал над нов ми радарами дл военн х елей и проводил оп т с магнетронами, котор е генериру т СВЧ-излу ение. После о ередного оп та Перси ре ил подкрепит с околадн м батон иком. Полез за ним в карман халата и вместо батон ика на ел там гор у околадну лужи у. Тогда Спенсер провел ксперимент с пи ев ми продуктами и убедилс , то магнетрон разогревает их. Военно-пром ленна компани «Raytheon», в которой работал Спенсер, полу ила патент на микроволнову пе в 1946 году, а перв е пе и в сотой два метра и весом в 300 кг по вилис в ресторанах уже ерез год. Дал ней а вол и привела к тому, то тепер по ти на каждой кухне сто т мален кие и компактн е СВЧ-пе и. С то ки зрени молодежи, плит может не б т , но без СВЧ — никак. Друга кулинарна истори , в об емто — похожа , слу илас в том же 1946 году в итал нском городе Ал ба. Ко дн города администра и Ал б заказала известному кондитеру П етро Ферреро сделат какие-нибуд необ н е сла-

Разные разности дости. Спе иал но к празднику П етро придумал ре епт нового пирожного из меда, масла и тол ен х орехов. В Ден города на главной ули е накр ли праздни н е стол и разложили на них пирожн е. Но в тот ден б ло неверо тно жарко, и, когда подт нулис горожане вкусит необ н х сладостей, пирожн е уже раста ли и расползлис . Но как нередко б вает, ситуа и спасла наход ива супруга кондитера. Она не растер лас и стала намаз ват жидкие пирожн е на хлеб. Горожане распробовали, при ли в восторг и стали требоват добавки. Так родилас околадна паста Ферреро, котора со временем вол ионировала и превратилас в ироко известну в мире околадну пасту «Нутелла». Консерв по вилис благодар Наполеону, котор й в 1795 году об вил вознаграждение тому, кто придумает, как сохранит пи у дл солдат в полев х услови х. Упаковка дл и родилас в Канаде в 1911 году благодар жалобам владел а гостини . Он сетовал, то купленн е у местн х фермеров й а всегда доставл т разбит ми. Жалобу усл ал канадский журналист Джозеф Коил и придумал бумажну коробку с углублени ми дл каждого й а. Она отли но работала на ухабист х дорогах Британской Колумбии. Таких историй много. А вот совсем свежа . Она св зана с у ен м-материаловедом Эрнесто Ди Майо, урожен ем Неапол . В 25 лет у него развилас аллерги на дрожжи. И с тех пор, как тол ко он с едает пи у, у него всп хивает крапивни а. Наверное, то можно б ло б пережит , хот неаполитане от пи неотделим. Но ситуа и усугубл етс тем, то супруга Эрнесто о ен л бит то тради ионное неаполитанское бл до. А аллерги ставила крест на романти еских ужинах наедине с пи ей. Эти обстотел ства и заставили Эрнесто искат способ изготовит пи у без дрожжей. В класси ески приготовленной пи е, как и в бол инстве хлебн х изделий, испол зу т дрожжи. Они брод т и в дел т углекисл й газ. Пуз р ки с газом нас а т тесто. Оно поднимаетс , становитс возду н м. А в пе и при в со-

Разные разности

кой температуре из теста уходит вода и возду на структура фиксируетс . Команда Ди Майо из Университета Федерико II в Неаполе ре ила добит с такого же ффекта, но другими средствами. Вот как они то дела т. Берут тесто, под давлением загон т в него газ, а во врем в пе ки вне нее давление сбрас ва т, и тесто мгновенно поднимаетс и пе етс . Похожу технологи они разработали дл производства полиуретана. Но вед тесто тоже содержит полимер , тол ко природн е и с едобн е. Тот же крахмал, например, — полисахарид. В тради ионной пи ерии тесто замеива т утром, тоб оно поднималос до обеда, а потом его в пека т. Дл новой технологии того не требуетс — не надо ждат , когда подойдет тесто. Разр хление и в пе ка теста происход т одновременно — в духовке. Сна ала у ен е приготовили тесто по стандартному неаполитанскому ре епту, тол ко без дрожжей. Потом слепили из него образе в виде м ика дл гол фа и поместили в автоклав — небол у духовку размером с тостер. На самом деле то б л небол ой реактор, котор й мог держат давление. Затем ерез газозаборник они нака али в духовку-реактор углекисл й газ, гелий или воздух — то-то одно из пере исленного — и в те ение 10 минут довели давление до 10 атмосфер ( то примерно в п т раз бол е, ем в стандартной кухонной скороварке), а температуру — до 150°C. Тесто распухало на глазах и одновременно в пекалос . Что касаетс вкуса, то исследователи в сказалис приблизител но так — м гко и хрустит. Это, пр мо скажем, о енка материаловедов, а не кулинаров. Хотелос б спросит — а то вкусно или как? Ответа в стат е не на ла. Исследователи продолжа т ксперимент с в сокотехнологи ной пи ей. Тепер от мален кого м ика из теста они перейдут к пи е нормал н х размеров. Но будет ли та технологи востребована в пи ери х? Полага — нет, все упретс в кономи еску елесообразност , котора предпо тет де ев е и прост е пекарские дрожжи. Дело е е в том, то главна характеристика ед , пи в данном слу ае, — то ее вкус и аромат. И здес немалу

рол игра т дрожжи, котор е внос т зна ител н й вклад в формирование того тради ионного вкуса. Похоже, в сокотехнологи на пи а — то о ередна иннова и ради иннова ии. Но кто запретит неаполитан ам кспериментироват с пи ей? В кон е кон ов, пи у изобрели именно они.

Добрые намерения — плохие результаты НАШ жизненн й оп т подсказ вает нам, то добр е намерени не всегда привод т к хоро им резул татам. Отс да модн е в ражени — «при инит непоправимое добро», «каждое доброе дело должно б т наказано» и тому подобн е. Е е одно подтверждение того тезиса при ло из необ ного нау ного исследовани В США с ита т, то один из надежн х способов умен ит исло погиб их в дорожн х авари х — то посто нно информироват водителей о коли естве жертв на дорогах. И не тол ко с ита т, но и действу т, разме а ту информа и на спе иал н х табло, расставленн х вдол дорог. Например — «1669 смертей в том году на дорогах Техаса!» Предполагали, то ли нее напоминание должно мобилизоват водител . Но оказалос всё наоборот! Исследователи из Университетов Торонто и Миннесот усомнилис в ффективности той метод и ре или

Разные разности ее проверит . Сооб ени о смертел н х слу а х на оссе б ли показан по крайней мере в 27 татах США. Исследователи в брали Техас, потому то там иновники ре или в дават ти данн е на табло в те ение тол ко одной недели в мес е. По тому б ла возможност сравниват недели без сооб ений и об н е. И вот то показал т ател н й анализ. Оказалос , то в те ение именно той недели, когда табло сооб али водител м о жертвах на дорогах, б ло бол е аварий по сравнени с недел ми без них на 4,5%. И вот об ий итог. Сооб ени о смертел н х слу а х в з ва т дополнител н е 2600 аварий и 16 смертей в год в Техасе, то обходитс в 377 миллионов долларов ежегодно. Исследователи обнаружили, то ем бол е жертв указано в об влении, тем более оно вредоносно. В ем же дело? Исследовани показали, то сам м опасн м и аварийн м становитс у асток в 10 км после табло, на котором водител увидел информа и о жертвах на дорогах. Она его расстроила и отвлекла внимание от дороги. При ем ем бол е коли ество жертв на табло, тем сил нее расстройство, и тем сил нее отвле ение от дороги, и тем сер езнее последстви . И пон тно, то бол инство дополнител н х аварий слу алос в нваре, когда в сооб ении указ вали об ее годовое коли ество. Это же б л нараста ий от мес а к мес у итог. Исследователи также обнаружили, то аварии увели илис в тех районах, где интенсивност движени б ла в сока и требовала от водителей пов енного внимани . Л бое оссе и автодорога — то об ект пов енной опасности. Ни то не должно отвлекат внимание водител , тол ко указатели, дорожн е знаки и информа и о трафике. А все остал ное, если оно отвлекает внимание, вкл а рекламу, хоро о б убрат . По-моему, то должно б т сно и без вс ких нау н х исследований.

Подборку подготовила Л. Стрельникова Илл стра ии – Петра Перевезенцева «Хими и жизн », 2022,

5, www.hij.ru

Проблемы и методы науки Иллюстрация Александра Кука

Кандидат физико-математических наук

С.М. Комаров

Цель — нейроморф Мозг живого существа способен обрабатывать информацию с гораздо большей скоростью и меньшими затратами энергии, чем кремниевый компьютер. Есть мнение, что это связано с принципиальным различием их устройства. В компьютере процес16

сор неизменен и разделен с хранилищем памяти. У живого мозга все не так: он постоянно изменяется за счет формирования и исчезновения связей между нейронами и сама геометрия этих связей, в сущности, обеспечивают память.

тказавшись от косной конструкции нынешнего кремниевого компьютера и используя гибкость живого мозга, удастся создать совершенную вычислительную машину — нейроморф. Так считают ученые и пытаются сделать материал для изготовления систем из искусственных нейронов и синапсов. Стараются они не от хорошей жизни: размер транзистора на современном чипе уже соизмерим с размером атома и, значит, дальнейшее экстенсивное, за счет увеличения плотности расположения элементов на кремниевой подложке, развитие вычислительной техники достигло своего предела.

Био- против техно Чтобы осознать, с чем придется иметь дело, посмотрим на технические характеристики мозга человека и процессора компьютера. В мозгу находится сто млрд нейронов. Каждый из них может быть одновременно связан с десятью тысячами других нейронов. Для этого от нервной клетки отходит один аксон, по которому выходит сигнал, и огромное число дендритов — по ним информация входит. При этом конец аксона может разветвляться и таким образом передавать сигнал не одной клетке, а многим. Непосредственно сигнал идет через синапс, зону контакта аксона одной клетки с другой клеткой или ее дендритом, а порой аксоном. У человека в 99% случаев сигнал через синапс передается с помощью химии: за счет выработки и перехода из клетки в клетку веществ-нейромедиаторов. Кибернетикам создать такой, мокрый и химический, биокомпьютер явно не по силам, да и не нужно. Они умеют работать с электричеством, на нем построена наша техническая цивилизация. Потому стоит обратить внимание на оставшийся 1% синапсов, они-то как раз электрические: изменение потенциала мембраны нейрона открывает канал в синапсе и по нему ток ионов идет из одной клетки в другую. А потом канал закрывается. То есть в основе работы мозга (ну, 1% его части) лежит импульсный ионный ток. Интересно, что у низших животных электрические синапсы распространены гораздо в большей степени, чем у человека. Числовые характеристики электрической биомашинерии таковы. Площадь нейрона измеряется в десятых долях квадратного микрона, а толщина синапса — 20–40 нм. Каждое синаптическое событие, то есть импульс ионного тока через него, требует одного фемтоджоуля энергии, а всего мозг потребляет 20 Вт мощности. Время, затрачиваемое клеткой на прохождение импульса через синапс и ее возвращение в исходное состояние, занимает от сотен микросекунд до сотен миллисекунд.

Если исходить из того, что каждый синапс срабатывает один раз в секунду и у каждого нейрона есть десять тысяч синапсов, выходит, что человеческий мозг выполняет квадриллионы операций в секунду. Интересно, что нематода умудряется жить и размножаться, имея в своем распоряжении всего 302 нейрона. А что с компьютерами? Самый совершенный процессор в 2022 году состоял из 114 млрд транзисторов (предположим, что каждый из них можно принять за аналог нейрона), а в чипах памяти их число уже перевалило за триллион. Размер транзистора измеряется несколькими квадратными нанометрами, время его срабатывания — десятки наносекунд. Процессор персонального компьютера потребляет около100 Вт мощности, а время срабатывания процессора, как следует из данных о тактовой частоте, исчисляется фемтосекундами. Самый мощный суперкомпьютер так же, как мозг, выполняет квадриллионы операций в секунду, правда, для работы ему нужно столько энергии, что приходится ставить специальную электростанцию. Как видно, по всем параметрам, кроме потребления энергии, кремниевый процессор уже перегнал человеческий мозг, при этом компьютер проводит расчеты по заложенным в программу математическим моделям, которые человек выполнить не в состоянии. А вот сможет ли он решать столь же эффективно насущные задачи той же нематоды или предсказывать заморозки, глядя на бутоны черемухи и потыкав пальцем в небо? Это неочевидно. Причина в том, что живой мозг не ведет расчета, он анализирует ситуацию, исходя из собственного или унаследованного (генетически либо с помощью обучения) опыта. Поэтому ему и не нужно особого быстродействия или значительной миниатюризации, поэтому и расход энергии столь экономный. Нейроморфный компьютер также должен не столько выполнять заложенные программистом алгоритмы, сколько обучаться и потом использовать постоянно пополняемые знания для решения новых задач. А как такое можно сделать, если в распоряжении человек есть только кремниевый процессор, который умеет обращаться с цифрами и ничего более? Как отказаться от цифры и возможно ли это? Попытки предпринимают, из цифровых кремниевых процессоров строят искусственные нейронные cети, способные к обучению, но это суррогат. Обучение не приводит к новым знаниям, оно сводится к решению задач оптимизации на основе старых данных, и при этом к мозгу по своей энергетической эффективности, а тем более функциональной гибкости такие сети и близко не могут подойти. Как оказалось, дело не только в отсутствии идей, но и в наличии материалов, из которых можно сделать настоящий аналог нейрона и синапса. Все изменилось в 2008 году, когда в лексиконе электротехников появилось новое слово: мемристор. Именно на это устройство возлагают надежды все создатели нейроморфной машины будущего. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Сопротивление памяти История была такая. В 1971 году Леон Чуа (Leon О. Chua) из Университета Пердью высказал следующее соображение. У нас в электротехнике есть четыре базовые переменные. Это заряд, электрический ток, напряжение и магнитный поток. Заряд представляет собой интеграл от протекающего тока, магнитный поток можно выразить как интеграл от изменения напряжения; напряжение и ток связаны через сопротивление, заряд и напряжение — через емкость, магнитный поток и электроток — индуктивность. Сколько выходит уравнений? Верно, пять. А должно быть на эти четыре переменных шесть. Одно, связывающее магнитный поток и заряд, отсутствует. Вот и давайте придумаем такое устройство, которое их свяжет, назовем его мемристором. Почему так? Потому, что такое устройство ведет себя как сопротивление с памятью. В самом деле, если для электротехники заряд — это интеграл, то есть сумма всего тока, который протек через сеть к настоящему времени, а магнитный поток — аналогичная сумма всех напряжений, то выходит, что на свойствах мемристора, связывающих заряд с потоком, скажется вся история этой сети. В этом его принципиальное отличие от сопротивления. Например, если подавать на сеть с мемристором импульсное напряжение, то амперметр, включенный в сеть, покажет не импульсное, а ступенчатое изменение тока в ней. Леон Чуа, помимо прочих приводит в своей основополагающей статье (IEEE Transactions On Circuit Theory, 1971, 18, 5) пример прибора, который ведет себя и как мемристор, и как синапс. Это так называемая Е-ячейка: она выключает ток после того, как через сеть протек определенный заряд. У нее в серебряную емкость опущен золотой электрод с серебряным покрытием; стенки ячейки служат вторым электродом. Под действием напряжения серебро уходит с золотого электрода и осаждается на серебряной стенке, обеспечивая электрический ток. А когда серебро израсходовано, ток прекращается. То есть ячейка сначала имеет низкое сопротивление, а потом оно становится высоким; фактически ячейка запомнила, сколько тока через нее протекло. Для восстановления ячейки нужно пропустить ток в обратном направлении. Именно так проходит ток ионов и через синапс: сначала сопротивление ему мало, а после перемещения определенного заряда сопротивление растет, ток прекращается и нужно провести перезарядку. Зачем такое устройство нейроморфной машине? Подумаем, как работает нейрон. Сигнал ему пытаются передавать тысячи соседей, которые дотянулись отростками своих аксонов до его дендритов или мембраны. Как выбрать наиболее значимый сигнал? Оказывается, самым-самым будет тот, что приходит от постоянного партнера. Это называется правилом Хебба по имени канадского физиолога Дональда Хеб-

ба, который в 1949 году предложил механизм, чтобы объяснить процесс обучения. Согласно его теории, при учении, матерью которого, как мы знаем, служит повторение, клетки мозга объединяются в группы: если они раз за разом используют друг друга для выполнения какой-то функции, между ними усиливаются синаптические связи. При этом даже сами клетки меняются: в них случаются какие-то физиологические сдвиги. Мемристор, сопротивление которого становится тем меньше, чем больше тока через него протекло, оказывается идеальным устройством для организации таких, усиливающихся, связей между искусственными нейронами. Мемристор становится и хранилищем памяти: он обеспечивает прохождение сигнала раз за разом по одному и тому же пути. И, что важно, при этом нет компьютера, который выполняет вычисления, скажем, вычисляет, сколь часто нейроны взаимодействуют между собой, и по итогу задает сопротивление соединяющего их пути.

Прорыв тонкой пленки Про работу Леона Чуа забыли на долгие тридцать с лишним лет: вплоть до 2008 года можно найти лишь четыре ссылки на его статью, да и то две из них принадлежат самому автору. Причин тут две. Во-первых, для стремительно развивающейся цифровой техники с ее полной определенностью и необходимостью все точно посчитать, какие-то мутные операции, не подлежащие счету, были мало кому интересны. А во-вторых, не было материала, в котором можно создать сопротивление, зависящее от прошедшего тока. Точнее, такой материал не могли выявить. Однако в 2008 году исследователи из компании «Hewlett Packard» во главе со Стенли Уильямсом (R. Stanley Williams) рассказали в журнале «Nature» о создании первого мемристора. Его сделали из пленки диоксида титана, присоединенной к двум платиновым электродам. Вообще-то диоксид титана ток не проводит. Однако у материаловеда всегда найдется хитрый обходной путь, следуя которому удается заставить материал вести себя неестественным образом. Например, если сделать не чистое соединение TiO2, а взять несколько больше титана, чем надо, тогда кислорода на все атомы титана не хватит и получатся кислородные вакансии — пустые места в тех узлах решетки, где должен быть кислород. Вокруг такой вакансии и формируется область, где проводимость возможна. Американские ученые сделали полоску диоксида из двух участков. К первому электроду примыкал участок с дефицитом кислорода, а ко второму — из полноценного соединения. То есть половина полоски как будто могла проводить ток, а вторая этому току препятствовала. Хотя кислородная вакансия, в сущности, пустое место, тем менее она фактически обладает электрическим зарядом. Поэтому под напряжением вакансия

может двигаться. Не быстро, ведь речь идет о перемещении атомов в твердом теле, а не о токе электронов. При одном знаке приложенного напряжения вакансии двигались к первому электроду: пленка оставалась изолятором. А при другом просачивались ко второму электроду, создавая проводящие каналы. Тогда сопротивление падало, и тем сильнее, чем дольше тек ток или чаще включали напряжение. Если же напряжению опять меняли знак, вакансии двигались в обратную сторону, каналы разрушались и сопротивление снова росло. В общем, мемристор. Почему же идею Леона Чуа удалость реализовать в металле спустя почти сорок лет после ее появления? Дело не только в идейных, но и в технических трудностях. Оказалось, что у такого устройства разница сопротивлений в проводящем и непроводящем состоянии обратно пропорциональна толщине. Американцы его заметили на пленках нанометровой толщины. Однако в семидесятые годы нанометровые пленки никто не умел делать (технологию изготовления процессоров из пленок толщиной 90 нм создали только к 2002 году), а на микронных мемристические эффекты не видны: различие сопротивлений в миллион раз меньше, чем у нанометровых. Эта новаторская работа породила целое направление в материаловедении. Специалисты из разных стран стали делать аналогичные тонкопленочные мемристические устройства из оксидов разных металлов: алюминия, ванадия, гадолиния. Сейчас самым модным считается оксид гафния. Результат таков: главный интерес вызывает использование оксидных мемристоров для создания чипов памяти. Они весьма надежны и очень быстры — время записи и стирания информации исчисляется наносекундами.

В опытах Циглера и его коллег на мемристор подавали напряжение из двух источников. Одно было переменным и колебалось так, что не достигало значения, необходимого для перехода мемристора в хорошо проводящее состояние. А на фоне этих колебаний следовали импульсы достаточно большого напряжения, чтобы такой переход состоялся. Первое означало звонок, второе – мясо, то есть у электронной собаки звонок в ушах звенел с некоторой периодичностью, а мясо давали время от времени. Пока мясо не начали давать, звонок никак не действовал: мемристор ток не проводил, то есть желудочный сок не капал. Но вот дали мясо раз, дали другой, звонок в это время звенел, и чудо: мемристор запомнил, что через него течет ток, он стал открываться уже только по звонку. Получился полный аналог приобретенного рефлекса собаки Павлова.

(мясо). В принципе, так все и устроено в реальности: электрический сигнал от органа чувств идет к нейрону мозга, а тот переправляет команду исполнительным органам; у живой собаки — отвечающим за капли желудочного сока. У электронной собаки и этот орган существовал в воображении экспериментаторов — им было достаточно, чтобы ток на выходе из мемристора существовал. Эксперимент удался: безмозглая мемристорная собака научилась давать «желудочный сок» по «звонку»! И как положено в мемристической системе, без всяких математических моделей физиологии и расчетов по ней на суперкомпьютерах.

Минимальная собака Павлова А что же с использованием свежеобретенных мемристоров для создания нейроморфов? Движение по этому пути идет, и первыми на него вступили исследователи из Кильского университета Христиана Альбрехта во главе с Мартином Циглером (Martin Ziegler) в 2012 году. С помощью мемристора они построили простейшую модель поведения живого существа: электронную собаку Павлова. Для этого понадобился один-единственный мемристор в качестве и нейрона, и синапса. Напомним, что в опытах лауреата Нобелевской премии за 1904 год И.П. Павлова собаке давали еду и при этом звенел звонок. У животного вырабатывался условный рефлекс: звонок — будет мясо — надо готовиться к пищеварению — выделять желудочный сок. И действительно, после закрепления рефлекса сок появлялся по звонку даже без наличия мяса. У электронной собаки Циглера нет ушей, чувствительного носа и желудка. Да и мозгов из нейроноваксонов тоже. На единственный мемристор подали напряжение от воображаемых ушей (звонок) и носа

Проблема плоского мышления С изготовлением мемристора из тонкой пленки оксида металла рассуждения о том, что хорошо бы создать машину, использующую для своего обучения не алгоритм, прописанный программистом, а правило Хебба, перешли из области мудрствований теоретиков в практическую плоскость. Однако довольно скоро выяснилось, что найденный способ нехорош: применение технологии микроэлектроники с ее напылением неорганических составов в виде тонких пленок на плоские подложки отнюдь не ведет к созданию мало-мальски мощной нейроморфной машины. Почему так? Присмотримся к собаке Циглера. Да, условный рефлекс у нее сформировали, а что дальше? Он же впечатан в эту схему навсегда. Где обещанная гибкость, адаптация мозга к новым условиям? Где способность решать какие-то другие задачи? Для этого, очевидно, нужно по меньшей мере стирать память мемристора и «программировать» собаку заново. Скажем, чтобы она попеременно давала желудочный сок то на «звонок», то «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

на «свет». Сделать такую схему гораздо сложнее. Вот, например, работа Джеффа Сана (Jeff K.Y. Sun) из Калифорнийского университета в Беркли, где он выполнил магистерскую диссертацию в 2015 году. Задача была построить схему из двух электронных нейронов, которая работала бы как в живом мозгу. То есть чтобы первый нейрон получал сигналы от своих дендритов, оценивал значимость каждого сигнала, суммировал их, формировал потенциал действия и передавал на следующий нейрон с тем, чтобы тот оформил сигнал и отправил его на выход. А затем, после отправки сигнала, оба вернулись в исходное состояние, как это делают настоящие нейроны. Всю схему напылили на подложу, поставили мемристор в качестве синапса между обоими нейронами, а для проверки соорудили собаку Павлова из двух сенсорных нейронов и одного исполнительного. Схема работала исправно, но далось это нелегко. Например, чтобы обеспечить возвращение нейронов в исходное состояние, пришлось добавлять выпрямители, конденсаторы, направлять часть тока в обратную сторону. В общем, все оказалось гораздо сложнее, чем у Циглера: на один нейрон потребовалось 25 транзисторов, по 5 транзисторов на каждый дендрит, и 70 транзисторов плюс один мемристор для каждого синапса. С учетом того, что число нейронов в головном мозгу человека составляет сто миллиардов, а число синапсов исчисляется квадриллионами, очевидно, что методами микроэлектроники сделать что-то подобное не представляется возможным. И дело не только в этих огромных числах. Микроэлектроника принципиально имеет дело с плоскими объектами, суть ее технологии состоит в напылении пленок на плоские подложки. Уйти в третье измерение присущими ей методами очень сложно, а может быть, и невозможно. А без этого никак не обеспечить нужную плотность связей нейронов со столь огромным числом соседей, как это происходит в трехВ зависимости от степени окисления полианилина его сопротивление меняется в сотни миллионов раз, самое маленькое у пернигранилина. Превращение эмералдина в пернигранилин и обратно обеспечивает работу полианилинового мемристора

мерном мозгу. Добиться случайной переменчивости связей и взаимного влияния элементов друг на друга в микроэлектронике с ее полным порядком на микросхеме и вовсе невозможно.

Показательное выступление органики В начале второго десятилетия XXI века исследователей захватила идея попробовать органические проводящие материалы, ведь для работы с ними необязательно использовать пленочные технологии. Объектами их работ служат самые разные полимеры — от синтетических до натуральных вроде белков паутины шелкопряда, хитозана или цепочек ДНК. Расскажу более подробно об отечественном опыте, основываясь на защищенной в 2018 году докторской диссертации В.В. Ерохина из НИЦ «Курчатовский институт»: свои работы по созданию устройств для нейроморфов из органики он начал еще в 2005 году. Возглавляемая В.В. Ерохиным научная группа сейчас работает с полианилином. Напомним, что за открытие электропроводящих полимеров Нобелевскую премию по химии за 2000 год получили Алан Хигер, Алан Макдиармид и Сирокава Хидеки. Первым был полиацетилен, который в качестве материала непригоден, а вот полианилин оказался отличной находкой: его просто изготовить, он устойчив к влаге и кислороду воздуха. Этот полимер способен находиться в нескольких состояниях: от полностью окисленного до полностью восстановленного с соответствующим изменением проводимости в сотню миллионов раз. Стало быть, для создания мемристора нужно, манипулируя электричеством, проводить обратимую окислительно-восстановительную реакцию. Это можно сделать, подав такую разность потенциалов, которая сделает реакцию возможной, а еще обеспечить приток ионов,

ЛЕУКОЭМЕРАЛДИН H N

H N

NH2

H N

ЭМЕРАЛДИН H N

НИГРАНИЛИН H N

ПЕРНИГРАНИЛИН N

чтобы те компенсировали электрический заряд, возникающий на полимерной цепочке при реакции. Базовое устройство, получившееся у В.В. Ерохина и его коллег из РФ и Италии, выглядело так. К двум концам длинной полоски из полианилина прикрепили электроды, один из них заземлили, а посередине, поперек полоски, положили пластинку твердого электролита из полиэтиленоксида. Его используют в литиевых батарейках, поэтому логично, что в электролит добавили соль лития. В эту пластинку поместили третий электрод, который тоже заземлили. При подаче на схему напряжения события могли развиваться по трем вариантам. Первый: напряжение препятствует движению ионов лития; никакого тока нет. Второй: литий движется внутрь полианилиновой полоски, однако сама она в проводящее состояние не переходит, напряжение маловато; есть слабый ток из-за движения ионов. Третий: и литий течет как надо, и напряжения достаточно для превращения полианилина в проводник; течет большой ток ионов и электронов. И чем больший заряд в этом, третьем, случае протечет, тем сильнее упадет сопротивление. В теории Хебба это называется «обучение без учителя»: система укрепляет те каналы, которые чаще использует. А может ли эта система забыть, что с ней было? Да. Если приложить напряжение по первому варианту, то пойдет отток лития, начнется обратная реакция и полианилин станет изолятором. Различие сопротивлений между проводящим и непроводящим состояниями в реальном материале оказалось меньше, чем давала теория. Но за счет хитрых манипуляций его удалось довести до ста тысяч раз. В общем, полианилин с присоединенным к нему полиэтиленоксидом насыщенным литием, работает как надежная мемристическая система.

Улитка против собаки Сделав мемристор, было логично опробовать его в известных и в новых экспериментах: собрали собаку Павлова и улитку. Собака была как собака, не хуже, чем у коллег: после обучения «мясом» ток по «звонку» был в полтора раза больше, чем до «обучения» Будь этот ток питанием для устройства, дающего капли желудочного сока, то наблюдатель увидел бы то же самое, что и Павлов в своих опытах. Задачу усложнили и стали чередовать «мясо», положительный стимул, с «плетью», отрицательным стимулом, то есть на соответствующий контакт мемристора подавали напряжение, препятствующее переходу его в проводящее состояние (Павлов животных не бил, но современные физиологи в качестве отрицательного воздействия используют удар током). Электрическая собака вела себя как живая: если ее учили «мясом», она охотно пропускала электрический ток от сигнала «звонок», а когда били «плетью», ток от «звонка», наоборот, падал. А потом, при новом обучении «мясом»,

проводимость снова росла, причем в большей степени, чем в первой серии опытов, до использования «плети». В отличие от собаки, мемристорную улитку никто не делал, В.В. Ерохин с коллегами оказались в передовиках. Обычно при наличии пищи улитка начинает делать глотательные движения. Однако можно научить совершать их уже при прикосновении пищи к ротовому отверстию. Обучается улитка очень быстро, и главную роль тут играют специальные клетки, которые обеспечивают долговременную память: они усиливают сигнал, идущий от сенсорного нейрона. Улитка Ерохина состояла из двух мемристоров: один был исполнительным, а второй управляющим: сигнал от «звонка» шел через него, а от «мяса» — напрямую к исполнительному мемристору. Опять напряжения, подаваемого на вход «звонка», не хватало на перевод обоих мемристоров в проводящее состояние. Как и у собаки, у улитки, когда сигнала от «мяса» не было, на выходе получали слабый ионный ток. А вот демонстрация «мяса» привела к гораздо более надежному результату: если у собаки Павлова ток возрастал в полтора раза, то обученная улитка давала его увеличение в пять раз. Так электроника показала, что использование усиливающих нейронов существенно улучшает обучение как неживой электроники, так и живых существ. Ну и, конечно, эта работа подтвердила, что с мемристорами действительно можно легко создавать очень близкие аналоги живого мозга. Пока что — примитивных существ.

Каналы в комке нервов А что у нас с трехмерными системами? Оказывается, органическая электроника и здесь не подкачала. В простейшем случае такая система представляет собой просто комок из переплетенных волокон полианилина и насыщенного солью лития полиэтиленоксида. В этот комок при изготовлении был помещен серебряный электрод. И подобная, совершенно случайная система оказалась способна к обучению! Выглядело это так. К комку подключили один входной электрод и два выходных. До обучения в них тек одинаковый ток. Но вот провели обучение, а именно на первый электрод подали потенциал, который способствовал переходу полианилина в проводящее состояние, а на второй, наоборот, — подавляющий переход. Так вот, в системе случайным образом сформировался хорошо проводящий канал, ведущий к первому электроду, и после обучения ток по нему был в десять раз сильнее, чем исходно. А на втором электроде он не изменился. Почему кого-то должны волновать некие проводящие каналы в комке полимерных волокон? Ответ можно найти у автора исследования. В.В. Ерохин пишет так: «Процесс мышления может быть схематически связан с усилением/подавлением соответствующих путей «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Система из ничем не скрепленных, а просто спутанных волокон оказалась нестабильна, и уже через 40 минут проводимость в сформированном канале исчезала. Причина, видимо, в том, что из-за прохождения тока волокна нагревались, смещались и контакты терялись. Тогда аналогичную структуру сформировали в порах целлюлозной губки. Эта система работала гораздо надежнее. Был испробован и третий способ: подготовили твердый композит из обоих полимеров и золотых наночастиц. На нем также поставили интересные опыты по параллельному и последовательному обучению с известным принципиальным результатом: в мемристической системе, даже не задумываясь о ее внутреннем устройстве, можно по своему желанию создавать каналы с высокой и низкой проводимостью и так определять правила ее последующего функционирования.

прохождения сигнала, происходящий после того, как были проанализированы массивы внешних стимулов, но необязательно в момент их получения. Размышления не требуют новых стимулов — возможно, просто происходит адекватный выбор участков сети (участков нервной системы для простых организмов и достаточно простых задач; мозга для сложных аналогий и абстракций) для того, чтобы наложить на них новые (что не всегда обязательно) полученные стимулы и сформировать новые ассоциации». То есть формирование проводящих каналов превращает даже такие, крайне несовершенные, объемные мемристические системы в простейшие аналоги мозга.

Мемристическая личность Интересно, что у полученных трехмерных мемристических систем уже заметны свойства, характерные для живого мозга. Например, у каждого комка волокон, у каждой наполненной полимерными волокнами губки имеется своя индивидуальность — она проявляется в разной величине тока, протекающего по сформированному в результате обучения каналу. И это не единственная аналогия. Вот как пишет В.В. Ерохин: «Представляется интересным сравнить поведение разработанной системы с некоторыми свойствами мозга. В отличие от компьютеров, мозг человека и животных не является системой с полностью идентичной архитектурой: мозг каждого индивидуума имеет свои характерные связи даже внутри одного вида. Поэтому, несмотря на наличие предопределенных структурных особенностей, мозг может быть рассмотрен, до некоторой степени, как стохастическая система распределенных нейронов и связей между

ними. Обучение отвечает за функциональное ‘структурирование’ мозга посредством усиления и/или ослабления путей прохождения сигнала. Поведение нашей системы во время последовательного обучения может быть связано с детским обучением или импринтингом. В детстве устанавливаются сильные ассоциации между явлениями, которые могут сохранять стабильность на протяжении всей жизни. Глубокое обучение требует концентрации на одном типе ассоциации в течение значительного периода времени. При этом импринтинг предполагает значительное ослабление связей, не задействованных на ранних стадиях обучения. Одновременное обучение нашей системы, напротив, можно сравнить с повседневной жизнью взрослого человека, призванного решать имеющиеся проблемы в соответствии с наличием внешних стимулов и накопленного опыта. Это приводит к краткосрочным ассоциациям, которые могут измениться (если, конечно, они не часто повторяются) при изменении внешних стимулов. В мозгу механизм ‘нестираемой памяти’ основан на уничтожении связей, с одной стороны, и на усилении оставшихся, с другой стороны: в различных частях нервной системы скачки числа образования связей происходят в определенном возрасте, за которым следует отсечение некоторых ветвей аксонов и синапсов. Степень отсечения зависит от богатства окружающего мира: наибольшее отсечение происходит после сенсорного недостатка в критический период. Таким образом, обучение в критическом возрасте играет фундаментальную роль в образовании черт, которые будут присущи индивидууму, так как оно вносит вклад в формирование зрелой анатомической сети. Последующее обучение ограничивается только усилением синапсов уже сформированной анатомической сети. Как описано выше, предполагается, что механизм возникновения сильного и стабильного обучения основан на усилении многочисленных параллельных путей прохождения сигнала между входными и выходными электродами, в отличие от ситуации слабого и обратимого обучения, когда происходит усиление малого числа параллельных путей прохождения сигнала». Органическая электроника, несомненно, требует совсем иных подходов, нежели привычная нам электроника кремниевая. В системах полимерных мемристоров царит не строгий кремниевый порядок, а хаос, в них работает случайность. Однако в живых системах стихия случайности оказывается под контролем. Она оборачивается возникновением закономерностей и, соответственно, недостижимыми для кремниевого порядка эффективностью и расходом энергии. Исследователи ищут ключи, как овладеть тайнами управления стихией хаоса, и, как видно, кое-какие успехи у них имеются. Из повестей Стругацких можно рассчитать, что появление живых и полуживых машин приходится на вторую половину XXI века. У творцов нейроморфной машины вполне есть запас времени, чтобы успеть к этому сроку.

Источник: Neurobiol Aging. 2018 70: 276–290

Марганец мысли

ь н м ни з н н н м и ния и и и из нии м з ни з и и н ь ь м н нн ним и н мии, н ж и и ь н и н ьн изм н ния и зн и я ьн и ин и м ни н и ни и з нии м н ин мя и н низм з з ж ния м и м я я и из м и н и ни и н м ни и ь и н и и ьн ия и з н им н ния м з н я ья я н и иж ниям н м из н нн иня и н и

ь и нии ьн н н н и н м н н з и и м ни н « ни » ,и ж ни и я и я нн м мм м жн ня ь, н и я из н изи м, м н н н и я н н и н , н нн м м н я я и и н ь и ин м, з и н ь и н ь ия, м н ж и з м и ин ии м н м з з н я и ь, н и, ь, и н ь ня я н м им ям м з им м мм м м жн я я ь и мм ни ии н н и ин и з ж ния зн и , м ни з н н н и ни н м з я из ьм з ин ми , ь м н и я н ,

м жн жи ьн

ии ния ь н ь н ь я н м и ,н , и м и ии и м з и ,н изи м я ь м з им , м ь м н н м я , ня я з ж ния м з м ин м м н и и знь ь м ь м ия з я з я ь м з и жи жи н , нь ин н и ь з изм н ни м и н ин н и н мя ния и и и и з ня и и ни ь и н и, нн ни н м ни ин м и н ьзя и ь ни ими ими м ми им , н з и м н им м мн я н м н и , янн и и им ни з , и , «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

станет входной двер дл всех у ен х, жела их на ат примен т тот иннова ионн й подход — изу ат проесс м лени в динамике. (NMR in Biomedicine, 2022, 15 (7–8), 456)

Питомцы и интеллект

ассказ ва т, то филолог Юрий Кнорозов, рас ифровавий иероглиф народа май , над лингвисти ескими зада ами работал в компании со своей ко кой и абсол тно сер езно с итал ее своим соавтором. Давно известно, то и ко ки, и собаки благотворно вли т на здоров е своих хоз ев. Однако детал ное изу ение того воздействи требует грамотной постановки зада и и корректн х статисти еских подходов к обработке данн х. Одну из таких работ тол ко то в полнили у ен е из Ми иганского университета под руководством доктора меди ин Тиффани Брейли (Tiffany Braley). Нау н й труд касаетс когнитивного здоров л дей на ал ного пенсионного возраста. Он достоверно показ вает: при длител ном проживании с етвероногим другом утрата познавател н х функий мозга замедл етс . Доктор Брейли сооб ает, то стат продолжает пред ду ие исследовани , котор е показали: у хоз ев ко ек или собак ниже кров ное давление и уровен стресса. Из баз данн х полу ателей меди инской страховки у ен е вз ли информа и о 1369 взросл х, средний возраст котор х соответствовал времени в хода на пенси (65 лет). Из них 53% владели животн ми, при ем 32% — п т лет и более. Все у астники в полн ли простей ие тест на интеллект: запоминание слов, обратн й с ет и арифмети еские зада и на в итание и зарабат вали балл от 0 до 27. Затем исследователи провер ли, как набранна о енка коррелирует со временем владени питом ем. Оказалос , то у владел ев животн х снижение исла баллов происходило медленнее остал н х у астников: они набрали в среднем на 1,2 балла

в е, ем остал н е. Исследователи скомпоновали данн е и по разн м елев м группам владел ев. У афроамерикан ев, в пускников колледжей и муж ин показатели оказалис е е в е. При ин того пока не сн . Что касаетс механизмов влени , то доктор Брейли предполагает: об ение с етвероногими друз ми снижает уровен стресса и мо ий, негативно вли их на интеллект. Также животн е, особенно собаки, требу т регул рной физи еской активности и прогулок, котор е всегда принос т пол зу мозгу. В буду ем доктор надеетс в снит н анс влени . Работа б ла представлена на апрел ской 74-й ежегодной встре е Американской ассо иа ии неврологии, об един ей 38 т с профессионалов в области нейронаук и нейромеди ин . (www.aan.com)

Стандарты мозга

озг, как и сам еловек, рождаетс , растет и стареет. Про есс тот во многом индивидуален, однако ограни ен определенн ми анатоми ескими рамками. В детстве нормал н й мозг б стро растет, к старости — медленно умен аетс в размерах. Отклонени от тих закономерностей об но предеству т разли н м заболевани м. У ен е и медики знали то всегда, однако нау но подтвержденн х данн х о нормах и допустим х вариа и х до сих пор не су ествовало. Международна группа из нескол ких дес тков исследователей под руководством доктора Ри арда Бетлеема (Richard Bethlehem) с факул тета психиатрии Кембриджского университета ре ила исправит то упу ение. На основе множества данн х они вперв е построили универсал н е возрастн е графики изменени мозга и его зон. Материалом дл графиков послужили данн е магниторезонансной томографии, полу енн е в сотне меди инских у реждений. Эти сто с етверт т с снимков принадлежат сотне т с здоров х л дей и бол н х па иентов. База данн х охват вает возрастной диапазон от

ста п тнад ати дней после за ати до ста лет. Из снимков программно извлекли об ем тканей и пло ади разли н х областей мозга. У ен е также накопили массив данн х о ста п тидес ти диагности еских параметрах мозга. Авторам удалос подтвердит и даже вперв е определит кл ев е момент развити и зрелости разли н х тканей мозга, тол ину кор и размер р да его областей. Детал н е исследовани позволили замерит о ен б стр е изменени в детстве. У ен е установили, то об ем серого ве ества, то ест нервн х клеток мозга, возрастает от середин беременности и достигает максимума перед ест годами, а затем медленно снижаетс . А вот об ем серого ве ества подкорки, которое контролирует функ ии тела и базовое поведение еловека, достигает пика в ет рнад ат с половиной лет. Об ем белого ве ества, то ест пу ков аксонов, отве а их за св зи в мозгу, на инает расти е е в утробе и становитс максимал н м перед двад ат дев т годами. Ускоренное снижение об ема белого ве ества об но наступает после п тидес ти лет. Недуги, например болезн Ал геймера, при которой разру аетс мозгова ткан и снижа тс когнитивн е функ ии, в з вает ускоренное умен ение размеров мозга, то хоро о видно на графиках. Вра и уже два столети примен т стандартизованн е диаграмм роста и изменений размеров разли н х астей тела, например окружности голов . Педиатр повсеместно испол зу т их дл диагностики взрослени и роста детей. Аналоги н е данн е о развитии мозга за вс елове еску жизн сил но помогут медикам других спе иал ностей. Доктор Бетлеем указ вает, то у ен е наход тс тол ко в на але пути стандартиза ии мозга. Своей ел он с итает такое состо ние меди ин , когда о енка об его об ема мозга и его астей станет рутинной диагностикой. Дл ее достижени исследователи создали сайт www.brainchart.io. На нем уже сей ас вра и могут сравнит свои данн е с графиками, а также вне-

сти сво информаци в базу данн х о мозге. (Nature, 6 апреля 2022)

Песни нейронов

ет л б т все. Те, кто не умеет, л б т слушат . По-видимому, особа восприимчивост к пени — то врожденное свойство человека. Тол ко что нейрофизиологи совершили откр тие, обоснов ва щее тот факт. При исследовании отклика кор головного мозга на различн е звуки и муз ку они наткнулис на групп нейронов, селективно воспринима щих именно пение под муз ку. Работа та в полнена и опубликована восем учен ми Массачусетского технологического института во главе с доктором С мом НорманХейгнером (Sam Norman-Haignere). Стат основана на интересном из скании, проведенном теми же авторами в 2015 году. Тогда с помощ магниторезонансной томографии мозга они изучали отклик кор на 165 разн х звуков, вкл ча реч и муз ку, и обнаружили шест различн х попул ций нейронов, селективно воспринима щих звуки. Более детал ну картину возбуждений дала запис лектрической активности поверхности кор . Этот инвазивн й метод исследований медики примен т тол ко при лечении сер езн х заболеваний. Исследовани облегчило то, что бол н м с пилепсией, котор м не помога т лекарства, перед операцией на мозге об чно ввод т в мозг лектрод и нескол ко дней запис ва т его лектрическу активност . Нейрохирурги дела т то дл точного в влени зон болезненн х возбуждений кор , котор е будут устран т . За нескол ко лет автор стат и собрали резул тат п тнадцати добровол цев, котор е согласилис в предоперационн е дни помоч в вит реакци на те же 165 звуков. Чтоб корректно совместит резул тат локал ного лектровозбуждени с крупномасштабн м магнитн м сканированием, пришлос создат специал ну статистическу программу. Оказалос , что нейрон слуховой кор тонко раздел т свои функции. П тно «песенн х» нейронов распо-

ложено на вершине височной доли мозга, р дом наход тс речев е и муз кал н е нейрон . Однако найденна группа нервн х клеток, хот они расположен вплотну с «муз кал н ми» нейронами и томографи неспособна различит их, почти не откликаетс на реч и инструментал ну муз ку — тол ко на пение. Нейрофизиологи предполага т, что «песенники» взаимодейству т с речев ми и муз кал н ми нейронами перед отправкой своей специфической информации в другие части мозга дл дал нейшей обработки. В будущем исследователи планиру т детал но в снит , какие именно аспект пени в з ва т отклик особ х нейронов. Дл того команда вместе с лабораторией профессора Ребекки Сексе (Rebecca Saxe) провер ет, ест ли такие нейрон у мал шей. Цел — про снит вол ционн е стадии развити той области мозга. Думаетс , ответ на вопрос очевиден, так как кол бел н е песни попул рн у всех народов Земли, однако учен м нужно научное доказател ство. (Current Biology, 2022, 32, 7, с1470)

Крыша съезжает быстро

едавно пресса сообщила, что известн й голливудский киноактер, «крепкий орешек» Бр с Виллис покидает професси из-за некотор х проблем с воспри тием окружа щей реал ности. Детали диагноза не раскр ва тс . Этот случай стал еще одним про влением негативн х тенденций последних дес тилетий. Такой в вод позвол ет сделат всесторонний статистический обзор Американской кардиологической ассоциации, посв щенн й мировой статистике болезней сердца и мозга до 2020 года. Документ составлен бол шой группой исследователей, руководимой профессором кардиологии Гарвардской медицинской школ Конни Цао (Connie W. Tsao). Хот , как и прежде, во всем мире заболевани сердца оста тс главной причиной смерти, отчет четко показ вает, что число заболеваний мозга, особенно болезни Ал цгеймера и

разн х видов старческого слабоуми , а также смертел н х случаев из-за них, растет опережа щими темпами. Сейчас в США от сердечно-сосудист х заболеваний кажд е 36 секунд умирает один человек и кажд е 3,5 минут — от инсул та мозга. Однако так б ло не всегда, вед в мире с 1990 по 2020 год число смертей от болезней мозга увеличилос на 184%, в сравнении с ростом на 66% от болезней сердца. За дес тилетие до начала пидемии коронавируса скорост роста перв х в два раза прев сила такову втор х. Можно тол ко догад ват с , как будут в гл дет числа последних двух лет. Основной медицинский в вод обзора закл чаетс в том, что заболевани мозга и сердца совместн и созависим . Перв е об чно станов тс резул татом проблем мозгового кровообращени . Статистика говорит, что болезни сердца в два раза увеличива т риск по влени заболеваний мозга. Л боп тно, что от болезни Ал цгеймера и деменций женщин умира т в два раза чаще мужчин. В сравнении с бел ми черн е американц исп т ва т б тов е проблем , св занн е с ухудшением работ мозга, в полтора раза чаще, испано з чн е -- в два раза. В статистике недееспособности ти цифр в ше вдвое. Фактор риска и тех, и других заболеваний одинаков : в сокое давление, ожирение, диабет, курение. Статистика говорит, что гипертензи в раз пов шает веро тност мозгов х проблем. По данн м 2015–2018 годов, в США давление пов шено у 47% населени . Сорокалетние исследовани показ ва т, что ожирение в три раза пов шает риск заболеваний мозга, курение — лиш на 30–40%. Как в частном пор дке избежат тих удруча щих проблем, давно известно. Это здоров й образ жизни в широком см сле слова. Однако попул ционн е в вод — поле дл широких интерпретаций. Н нешнее состо ние человечества заставл ет задат вопрос, не лиша т ли его разума св ше: пуст медленно, но верно? (Circulation, 145 (8), 2022)

Выпуск подготовил А. Гурьянов «Хими и жизн », 2022,

5, www.hij.ru

Проблемы и методы науки

Л. Жеуч

Инопланетяне?

етыре с половиной года назад, 19 октября 2017 года, гавайский телескоп Pan-STARRS зафиксировал пролет небольшого небесного тела. Оно двигалось со скоростью 26 км/сек под углом к плоскости орбиты Земли на расстоянии от нее всего в шестьдесят радиусов орбиты Луны. По лучевой траектории новая комета удалялась в межзвездное пространство в северном полушарии неба. Ряд земных и космических телескопов наблюдали за небесной странницей. Наконец, 3 января 2018 года, она навсегда исчезла из вида телескопа имени Хаббла, последнего из следивших за ней.

Обычно кометы приближаются к дневному светилу от периферии солнечной системы по периодическим эллиптическим орбитам. Лишь некоторые из них, более скоростные, движутся по разомкнутым параболическим орбитам, самые же быстрые — по гиперболическим. Такие небесные странницы огибают нашу звезду один раз и уходят от нее навсегда. Траектории большинства из них измерены с не очень высокой точностью, поэтому есть некоторая вероятность, что их орбиты могут оказаться сильно вытянутыми эллипсами, обращение по которым занимает сотни лет.

которое поворачивается к земному наблюдателю разными гранями своей поверхности, отражающими свет Солнца. Оказалось, объект совершает хаотическое вращение, а отношение максимумов и минимумов кривой составляет 1:10. Это означало большое отношение его размеров в разных направлениях. Конечно, при условии, что материал поверхности однороден, то есть коэффициент отражения граней неизменен и вклад в яркость вносит только их наклон к лучу зрения земного наблюдателя. Вычисления по кривой показали, что ее виду могут отвечать две фигуры: длинная сигара и тонкая таблетка, очень экзотические для небесного тела формы. Таблетка соотношением размеров 6:6:1 сегодня кажется астрофизикам предпочтительной, но они не исключают и эллипсоид с отношением сторон 1:10. Если же коэффициент отражения света вдоль поверхности был разным, как у некоторых астероидов и малых тел Солнечной системы, то разброс яркости мог указывать и на менее экзотическую форму. Дальше — интереснее. Астрофизики восстановили траекторию полета на основе законов гравитации. Расчеты показали, что астрономы наблюдали объект на отрезке ветви гиперболы с необычно высоким эксцентриситетом 1,2. Отсюда сразу следовало, что найден первый надежно установленный межзвездный объект, который прилетел в Солнечную систему из северной полусферы неба, с разворотом обогнул Солнце и вновь удалился к северным звездам. Более того, уточнение параметров траектории показало, что она чуть-чуть отличается от кеплеровской: тело двигалось так, будто слабое дополнительное ускорение ему придавала сила величиной в тысячную долю от силы его притяжения к Солнцу. Причем эта сила уменьшалась с его удалением. Для комет такая ситуация не была бы удивительной, ведь выбросы вещества с поверхности иногда изменяют их траектории за счет реактивной силы. Но в данном случае никаких выбросов не происходило. И это было непонятно.

Он улетел, но…

За два с половиной месяца наблюдатели зафиксировали широкий спектр и регулярные изменения яркости нового малого космического тела, получившего имя C/2017 U1 (PANSTARRS). Оно было красного цвета, его размер не превышал двух сотен метров. Никакой свойственной кометам активности тело не проявляло, хвоста и комы (атмосферы) у него не было, выбросов вещества вовне не происходило. Астрофизики построили кривую изменения яркости небесного тела, которая изменялась каждые восемь часов. Эта кривая обычно позволяет восстановить форму вращающегося небесного тела,

Центр малых планет Международного астрономического союза дал межзвездному телу имя 1I/ Oumuamua, на сленге российских астрономов «Муму». Здесь 1 значит первый в своем роде, I сокращает английское слово межзведный (interstellar), а ’Oumuamua по-гавайски означает «посланник, первым прибывший издалека». Новое открытие потрясло и поставило в тупик всё астрономическое сообщество. Оумуамуа стали считать «черным лебедем» астрономии, то есть объектом, вероятность появления которого заранее предсказать было невозможно и свойства которого не объяснимы с современных позиций. Теперь на основе скудных данных о нем написаны многие сотни научных статей и несколько книг. Догадки и «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

самые экзотические гипотезы сыплются как из рога изобилия, и их часто выдвигают самые известные астрофизики мира. Один из последних обзоров, посвященный межзвездному пришельцу, появился в конце прошлого года. Работа выполнена четырьмя учеными из Йельского и Чикагского университетов под руководством именитого астрофизика, профессора Йеля Грега Лафлина (Gregory Laughlin). Авторы разобрали разные сценарии рождения Оумуамуа и изучили их с точки зрения способности обеспечить такое число малых межзвездных тел, чтобы обнаружение с Земли астероида с характеристиками Оумуамуа стало статистически вероятным. Вероятностный подход к проблемам характерен для профессора, публично известного в США также математическим описанием быстрой и автоматизированной игры на бирже и созданием сайта для предсказаний будущего (metaculus.com.) В работе ученые обсуждают гипотезу о том, что межзвездный объект состоит из ледяного водорода, и отвергают ее из-за высокой летучести водорода даже при космических температурах, которая не разрешает ему за время жизни покрывать большие космические расстояния. Гипотеза ледяного тела с преимущественной долей соединений азота не проходит, так как вероятность образования объектов размера Оумуамуа вокруг звезд должна быть также низка, как в поясе Койпера Солнечной системы. Да и эрозия азотного тела космическими лучами не позволит ему совершить межзвездное путешествие. Авторы критикуют представления об Оумуамуа как о сверхпористом легком теле, пылевом облаке или тонкой мембране, которые ускоряются давлением солнечного света. Статья отмечает, что оценки возраста астероида, исходящие из скорости его движения, вступают в противоречие с оценками времени его жизни в космосе до появления у Земли. В заключение авторы предсказывают вероятности наблюдения межзвездных объектов чувствительными телескопами будущего, в частности наземной обсерваторией имени Веры Рубин, которая вскоре будет развернута.

Ракета и метеор Идеи о том, что межзвездный астероид может быть никогда не виданным в природе солнечным парусом или облаком со средней плотностью в сто раз меньшей воздуха, далеко не самые экзотические. Один из самых заслуженных астрофизиков Гарвардского университета профессор Ави Лоеб (Avi Loeb) заявил на весь мир, что Оумуамуа «имеет искусственное происхождение». Сделал он это в ряде научных и популярных статей и в книге под названием Extraterrestrial (англ. внеземной), вышедшей в прошлом году. Профессор продолжает регулярно публиковать работы на эту популярную тему, в том числе и в ведущих американских научных журналах, например — в «Science».

Астрофизик насчитывает полдюжины аномалий в характеристиках и свойствах Оумуамуа, которые не позволяют отнести его ни к классу комет, ни к классу астероидов. Скорее всего, считает он, тело изготовлено инопланетной цивилизацией с высокой технологической культурой. Идеи и книга ведущего ученого получили широкую поддержку публики, которая позволила ему собрать средства на его научный проект «Галилей» (Galileo Project). Это программа по поиску объектов, подобных астероиду, с помощью современных телескопов. Одним из оппонентов вышеназванных артефактных идей стал профессор Джонатан Кац (Jonathan Katz) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Свою последнюю статью на эту тему он назвал просто и емко: «Оумуамуа не искусственный». В ней он детально рассматривает все «инопланетные» аргументы и подвергает критике «прорывное предположение» Ави Лоеба. Основная мысль заключается в том, что измеренные характеристики астероида не очень сильно отличаются от известных нам параметров других космических тел. Они лежат, так сказать, на границах диапазонов приемлемости. Автор заключает свою статью такими словами: «Реальность гораздо более интересна и вызывающа». Суждения, подобные мнению доктор Каца, ныне очень многочисленны в научной литературе. В сегодняшней науке не принято отклоняться от принципа Оккама, не позволяющего множить сущности без необходимости. Тем более покидать мир понятных человечеству сущностей, даже если публику и привлекают инопланетяне. Астрономия, как известно, наука наблюдательная, поэтому доказательством реальности новых сущностей может быть только обнаружение других тел с надежно установленными межзвездными траекториями, которых до сих пор не наблюдали в Солнечной системе. Такие тела стоило поискать в известных базах данных космических объектов. И Ави Лоеб со своим аспирантом Амиром Сиражем (Amir Siraj) нашли такой объект еще в 2019 году, правда, очень маленький. Им оказался метеор с гиперболической траекторией, зафиксированный в падении на Землю в 2014 году. Это, по заявлению профессора, был первый межзвездный метеор. Только что, в марте этого года, находку подтвердило Космическое командование США. Оно обнародовало список болидов, сгоревших в атмосфере Земли, которые были замечены станциями слежения Министерства обороны. Среди них был и полуметровый в диаметре метеор, сгоревший 8 января 2014 года над Тихим океаном рядом с Папуа — Новая Гвинея. Его траектория и скорость в шестьдесят километров в секунду свидетельствовали о межзвездном происхождении. Правда, точность этих данных невысока: след объекта наблюдали менее пяти секунд.

И вдруг комета Спустя почти два года после открытия первого межзвездного визитера жизнь преподнесла астрономам подарок. Тридцатого августа 2019 года сотрудник Крымской астрофизической обсерватории Геннадий Борисов на любительском телескопе открыл первую комету, пришедшую извне Солнечной системы. Она двигалась по надежно установленной гиперболической траектории с неслыханно большим эксцентриситетом равным 3, то есть ее рождение вне системы Солнца не вызывало никаких сомнений. После подтверждения крупных обсерваторий Международный центр малых планет присвоил второму межзвездному объекту имя 2I Borisov. По всем другим характеристикам малое тело оказалась обычной кометой. У нее были хвост и яркая кома, которую сфотографировал телескоп имени Хаббла. 2I Borisov прошла мимо Солнца примерно вдвое дальше Оумуамуа за орбитой Марса. Многочисленные наблюдения доказали, что ее твердое ядро имело компактную форму со средним размером около полусотни метров. Комета выделяла газы и пыль из силикатов железа и магния, различных органических соединений. Среди эмитируемых кометой молекул преобладал моноциан (CN), который, предположительно, образовывался при фотодиссоциации синильной кислоты HCN, испаряющейся с поверхности ядра кометы. Интересно, что содержание диоксида углерода и угарного газа в ее выбросах на порядок превышало таковые для комет, пролетающих за орбитой Марса. В марте 2020 года, при удалении от перигелия, на комете случились два мощных взрыва. В результате наблюдатели увидели явление, в котором не было ничего необычного: отброс одного из ее кусочков в тысячную общей массы в сторону Солнца. Это несколько изменило ее траекторию, и она продолжила путь в межзвездное пространство. В общем, 2I Borisov оказалась обычной кометой с необычной траекторией. Кроме прочего, она заставила широкую публику вспомнить о древнем понимании комет как о вестницах бед и несчастий. Что ж, теперь никто не сможет сказать, что небо не предупреждало (не)разумное человечество о ковидных временах. Астрофизики уверены, что дети звезд должны чемто отличаться от детей Солнца. Неслучайно научная печать регулярно публикует статьи о том, как догнать этих двух межзвездных странников, которые за год проходят расстояние около длины земной орбиты. Недавно трое ученых из Англии и Германии в своей статье в «Acta Astronautica» обсудили возможность послать космический корабль за кометой Борисова. Найти исчезнувшую из поля зрения телескопов беглянку будет несложно, так как мы знаем ее траекторию. До этого те же авторы доказали, что современная ракетная техника и близкие к внедрению технологии

дадут возможность к середине столетия догнать и Оумуамуа, если в ближайшие десятилетия удастся запустить специализированную миссию. Аналогично авторы показывают, что запущенная в 2027 году тяжелая ракета Falcon Heavy могла бы доставить к комете двести килограммов научного груза в 2052 году. Ученые приводят компьютерные расчеты оптимальной траектории ее полета с гравитационными маневрами в Солнечной системе.

Девятая планета? Некоторые ученые предполагают, что существует связь между межзвездными странниками и еще не открытой планетой Солнечной системы, орбиту которой рассчитали американские астрофизики Константин Батыгин и Майкл Браун шесть лет назад. Они заметили, что орбиты обособленных транснептуновых астероидов имеют приблизительно одинаковую пространственную ориентацию. Вычисления показали, что такую кластеризацию орбит можно объяснить влиянием похожей на Нептун гипотетической Планеты 9 с радиусом в несколько земных, массой до десяти масс нашей планеты. А эта планета, в свою очередь, могла бы объяснить существование астероидов и комет с орбитами, перпендикулярными плоскости эклиптики. В середине апреля этого года в «Advances in Space Research» вышла интересная статья четырех азербайджанских ученых, работающих в университете штата Аризона и в Шемахинской астрофизической обсерватории НАН Азербайджана. Основной результат их работы состоит в том, что параметры траекторий гиперболических комет могут быть статистически связаны с Планетой 9, расчетная траектория движения которой известна. Сначала авторы показывают, что семейство гиперболических межзвездных комет можно статистически рассматривать независимо от параболических. Затем численным интегрированием орбит они находят области пространства, где концентрируются особые точки траекторий семейств. На основе расчета авторы утверждают, что переход из параболического в гиперболический класс комет можно объяснить действием планеты, сила притяжения которой должна искажать их траектории. Таким образом, «межзвездные гости» очень похожи на «местных жителей», но ведут они себя на грани фола, уж точно не так, как представляли себе знатоки местных манер. Кто они, чужаки или свои, пока неясно. Но ученые на то и ученые, чтобы постоянно пересматривать свои суждения о мире. Нынешняя активность астрономов в «инопланетной» области исследований как раз об этом и говорит.

«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Гипотезы Иллюстрация Сергея Тюнина

Кандидат биологических наук

Н.Л. Резник

Лишний вес — поиск виновного Похудение требует понимания. Специалисты не одно десятилетие работают над поиском связей между потреблением, сбереганием и расходом энергии. И чем дольше они работают, тем сложнее становятся модели ожирения. 30

Калория калории рознь Казалось бы, все просто. Люди набирают вес, когда потребляют больше калорий, чем тратят. Чтобы похудеть, нужно меньше есть и больше двигаться. Эти рекомендации, к сожалению, не избавляют человечество

от эпидемии ожирения, разгулявшейся в последние десятилетия. Да, в современном мире еда стала доступнее и разнообразнее (в развитых странах), и сложно удержаться, чтобы не полакомится чем-нибудь. Тем не менее трудности самоконтроля не объясняют эту эпидемию в полной мере. Да, человеческий организм запрограммирован набирать вес, а не терять его, но все же это решаемая задача. Так почему же среднему жителю Западной Европы или США сегодня труднее расстаться со своими 12—15 лишними килограммами, чем 50 лет назад? Очевидно, модель баланса калорий неверна, хотя переедание действительно вызывает ожирение, с этим не поспоришь. Однако поток питательных веществ и энергии в человеческом организме организован несколько сложнее, чем движение воды в бассейне с двумя трубами. Его регулируют несколько гормонов, и самый известный из них — инсулин, о котором наслышаны даже люди, далекие от медицины и биологии. У инсулина много функций. Он, в том числе, облегчает проникновение глюкозы из крови в клетки мышц и жировой ткани (адипоциты). Мышцы глюкозу расходуют, а в адипоцитах из нее синтезируются жирные кислоты, и этот синтез также стимулирует инсулин. Он же облегчает проникновение в адипоциты жирных кислот и способствует образованию гликогена в печени. В то же время инсулин подавляет расщепление жиров и гликогена, а также образование глюкозы из неуглеводных соединений (глюконеогенез). Иными словами, инсулин — гормон запасания. Он обеспечивает образование гликогеновых и жировых отложений и не допускает их разбазаривания. Синтез инсулина зависит от концентрации глюкозы в крови, поэтому возрастает, когда человек съест какой-нибудь продукт с высоким гликемическим индексом. Гликемический индекс — это величина, которая показывает, насколько продукт, содержащий углеводы, повышает уровень глюкозы в крови через два часа после трапезы. Чем он выше, тем легче усваиваются углеводы, то есть быстрее расщепляются до глюкозы. Очищенные злаки, картофель и сахар имеют высокий гликемический индекс. У некрахмалистых овощей, бобовых, фруктов и цельнозерновых продуктов гликемический индекс средний или низкий. Связанный с ним показатель, гликемическая нагрузка, то есть произведение количества углеводов и гликемического индекса, позволяет очень точно предсказывать уровень глюкозы в крови после еды. Так вот, с 1970-х годов характер питания радикально изменился, и в рационе людей заметно возросла доля легко усваиваемых углеводов, стимулирующих синтез инсулина. Это наблюдение породило альтернативную модель ожирения, получившую название углеводно-инсулиновой (УИМ). Согласно этой модели, потребление легкоусваиваемых углеводов стимулирует секрецию инсулина, который направляет цирку-

лирующие жирные кислоты в жировую ткань. Поэтому скелетной мускулатуре не хватает энергии. Лишенные топлива, нежировые клетки испытывают состояние клеточного «внутреннего голодания», на которое человек реагирует так же, как на реальный голод: ест и снижает расход энергии. В отличие от модели баланса калорий, УИМ считает переедание не основной причиной ожирения, а следствием. Потребление крахмалистых продуктов и сахаров провоцирует синтез большого количества инсулина, и глюкоза откладывается в печени и жировых клетках вместо того, чтобы сгорать в мышцах. С этой точки зрения простое ограничение калорий можно рассматривать как симптоматическое лечение, в большинстве случаев обреченное на провал. Критическое значение имеет происхождение калорий. Вредоноснее всего углеводы с высоким гликемическим индексом, поскольку они вызывают скачок инсулина. Поедание белков также вызывает секрецию инсулина, но она зависит от аминокислотного состава. Кроме того, белки стимулируют секрецию глюкагона — гормона, который расщепляет гликоген, то есть способствует увеличению концентрации глюкозы в крови и действует в направлении, противоположном инсулину. Жиры мало влияют на инсулин, поэтому жирные диеты иногда считают полезными для похудения. А высокоуглеводные диеты с малым содержанием жира, напротив, усугубляют проблему, потому что вызывают голод, который, сидя на диете, можно утолять все теми же углеводами. Опаснее всего тортики с кремом из муки тонкого помола и сахара, от которых инсулин так и брызжет и помогает упаковывать жирный крем в адипоциты. У этой модели, естественно, есть доказательства. У лабораторных животных инъекции инсулина способствуют отложению жира, усиливают чувство голода и вызывают увеличение веса. Лишний жир у них образуется даже при ограничении калорий. Аналогичное действие оказывают и диеты, повышающие секрецию инсулина. Существует генетически обусловленная гиперсекреция инсулина, которая приводит к ожирению уже в подростковом возрасте. А инсулиновая терапия диабета предсказуемо связана с увеличением веса. Клинические исследования показывают, что диеты с низким содержанием жиров и высоким содержанием углеводов менее эффективны, чем низкоуглеводные даже в том случае, когда испытуемые избегают очищенной муки и рафинированного сахара. По данным долгосрочных наблюдений, некоторые жирные продукты с исключительно высокой энергетической плотностью, например орехи или жирные молочные продукты, практически не увеличивают вес. (Энергетическая плотность — это количество калорий в одном грамме продукта.) Напротив, многие широко потребляемые продукты с высокой гликемической нагрузкой, такие как картофель, очищенное зерно, слад«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

кие десерты, сладкие напитки и 100%-ные фруктовые соки, напрямую связаны с ожирением. Несмотря на эти доказательства, противникам УИМ есть, что возразить. Они отмечают, что концентрация глюкозы снижается спустя два с половиной часа после высокоуглеводной трапезы. При этом у больных ожирением и сахарным диабетом уровень циркулирующей глюкозы постоянно в норме или повышен, то есть оснований жаловаться, что инсулин «убрал» всю глюкозу, нет. Сторонники УИМ отвечают, что нехватка глюкозы в крови провоцирует увеличение веса, но исследования ее уровня, когда ожирение развилось, может привести к ложным результатам. У больных ожирением и сахарным диабетом уровень глюкозы высок, потому что жировые клетки не принимают глюкозу, так как уже наполнены до предела или малочувствительны к инсулину. Опыты на грызунах это подтверждают. А вот еще аргумент против УИМ: на высокоуглеводной диете сидят целые популяции — и не жиреют. Таковы, например, азиатские фермерские общества, основу питания которых составляет белый рис. Но эти люди физически активны и не всегда ели досыта. С ростом урбанизации уровень активности в таких популяциях снижается, и показатели ожирения быстро растут.

Не глюкоза, но инсулин Углеводно-инсулиновая модель ожирения требует тщательной проверки, провести которую непросто. Для этого необходимо набрать добровольцев, случайным образом разбить их на группы, которые придерживаются диеты с разным содержанием жиров и углеводов, и измерить содержание жира в каждой из этих групп. Но такие эксперименты, если они будут достаточно продолжительными, могут навредить здоровью испытуемых. Кроме того, испытуемых придется держать в лаборатории, иначе невозможно проконтролировать их питание. На воле они обязательно что-нибудь лишнее съедят или с самоотчетами напутают. Заточить людей в четырех стенах на много месяцев нереально. А кратковременные исследования дадут повод усомниться в их достоверности как раз из-за кратковременности. Поэтому проще экспериментировать на животных. В 2019 году британский биолог Джон Спикман (John Speakman), профессор Китайской академии наук в Шэньчжэне и Абердинского университета в Шотландии, поставил со своими китайскими коллегами опыты на мышах. Ученые предложили грызунам 29 разных диет, на которых они просидели 12 недель, что эквивалентно девяти годам человеческой жизни. Содержание жиров и углеводов в этих диетах колебалось от 10 до 80%, а содержание белка оставалось постоянным. В качестве углеводов мышам предложили смесь кукурузного крахмала, мальтодекстрина и сахарозы — продуктов с высоким гликемическим индек-

сом. Исследователи хотели проверить предсказания УИМ, согласно которым секреция инсулина зависит от содержания углеводов в рационе и углеводная диета вызовет у мышей ожирение и повышенный аппетит, а расход энергии при этом сократится. Прогнозы оправдались лишь отчасти. Высокоуглеводные диеты действительно вызывали более мощную секрецию инсулина, чем низкоуглеводные. Чем выше был у мышей уровень инсулина натощак, тем хуже расщеплялись жиры. Однако уровень инсулина натощак не был связан с поеданием углеводов. Кроме того, на углеводных диетах мыши не стали больше есть и не располнели. Эти результаты не подтверждают справедливость УИМ, и все же нельзя безоговорочно переносить «мышиные» результаты на людей. А с людьми, как мы уже говорили, можно работать лишь недолго. Несколько таких экспериментов провел Кевин Холл (Kevin Hall), руководитель лаборатории биологического моделирования Национального института диабета, болезней органов пищеварения и почек (США). Двадцать взрослых людей (средний возраст около 30 лет) разного телосложения, с индексом массы тела от 20,6 до 40,8 (средний ИМТ 27,8) и весом от 58 до 126 кг (средняя масса 80 кг), госпитализировали в Клинический центр Национального института здоровья. Там их случайным образом распределили на две группы, которые две недели сидели на диете, состоящей из 10% углеводов и 75% жиров или 10% жиров и 75% углеводов. Содержание белка в обеих диетах было одинаковым. Затем испытуемых перевели на альтернативную диету, на которой они отсидели еще две недели. Участники ели трижды в день, причем вволю. Их предупреждали, что эта диета не рассчитана на потерю веса. В соответствии с УИМ, высокоуглеводная диета приводила к активной секреции инсулина после трапезы и высокой его концентрации в крови, следовательно, в организме должен был откладываться жир, увеличивая голод. Люди на высокоуглеводной диете действительно ежедневно съедали на 670 грамм больше, чем на жирной, но при этом получали примерно на 700 ккал меньше, потому что у животной пищи выше энергетическая плотность. Испытуемые сочли обе диеты одинаково приятными и приемлемыми, они не голодали, не страдали от чувства наполненности. Вес они не набрали, даже сбросили: 1,77 кг на жирной диете и 1,09 кг на углеводной. Однако на жирной диете участники теряли преимущественно гликоген и воду, а на углеводной больше половины потерянной массы пришлась именно на жир, хотя углеводы, согласно УИМ, должны способствовать его запасанию. Кроме того, на углеводной диете люди меньше спали и больше двигались, хотя УИМ в этом случае предсказывает уменьшение расхода энергии. В двух других исследованиях, которые провели Холл с коллегами, участники с лишним весом или

ожирением, находясь под строгим контролем, сидели один — два месяца на диетах с ограниченным количеством калорий, но разным соотношением жиров и углеводов. Оказалось, что, хотя ограничение углеводов привело к значительному снижению секреции инсулина после еды, люди потеряли меньше жира, чем при высокоуглеводной диете такой же калорийности. В одном из исследований низкоуглеводная диета значительно снизила энергозатраты, хотя в соответствии с УИМ должна энергозатраты увеличить. В другом исследовании низкоуглеводная диета вызвала небольшое увеличение энергозатрат, но всего на неделю-другую. Не подтверждается УИМ, хотя ее сторонники эти работы раскритиковали: тестовые диеты, на которых сидели мыши, сочли неадекватными, а исследования на людях — слишком короткими. Кевин Холл пробовал проводить исследования в течение года, но люди жили свободно, и такой режим не позволил получить достоверные результаты. Профессора Спикман и Холл объединились и предложили свою модель ожирения — модель энергетического баланса. По их мнению, все начинается с переедания. Глюкозные калории не обладают особой жирогенной силой, но инсулин регулирует образование жировых отложений (традиционная модель эту функцию просто не рассматривает). Однако механизм влияния инсулина на ожирение сложнее, чем предполагает УИМ. Он обладает множественным действием на многие органы. Так, он облегчает поглощение циркулирующего топлива (глюкозы и жирных кислот), а когда ожирение поднимается выше критического уровня, посылает сигнал в мозг. Клетки мозга, а именно гипоталамуса, содержат инсулиновые рецепторы. Эксперименты на грызунах показали, что блокировка инсулиновых рецепторов не влияет на выживаемость нейронов, но приводит к перееданию, ожирению и системной инсулиновой резистентности. У собак, заработавших диабет на жирной диете, и крыс, генетически предрасположенных к ожирению, содержание инсулина в капиллярах центральной нервной системы снижается. Инъекция инсулина в центральную нервную систему вызывает анорексию и потерю веса. В общем, результаты многих экспериментов, проведенных разными исследователями, позволяют предположить, что за метаболические расстройства ответственно слабое взаимодействие инсулина с рецепторами гипоталамуса. Некоторые специалисты уже пытаются разрабатывать методы лечения ожирения инсулином, только надо придумать, как его доставлять в центральную нервную систему. Пытались закапывать в нос — не помогает. Глюкозная трапеза вызывает выброс инсулина в кровь, но его концентрация быстро снижается. Жировая ткань более чувствительна к изменениям базального уровня гормона, а он не зависит от того,

чем человек обычно питается: булками или куриными окорочками. Концентрация базального инсулина реагирует на разницу между потреблением и расходом энергии. В нескольких исследованиях ожирение пробовали лечить препаратами, подавляющими синтез инсулина, диазоксидом или октреотидом. Лечение позволило снизить жировую массу почти на шесть килограммов по сравнению с плацебо. И при всем при том, повышенное содержание инсулина необязательно приводит к увеличению веса. Исследователи, искавшие гены ожирения, не обнаружили в жировой ткани инсулиновые мишени, которые играли бы определяющую роль в развитии ожирения. Спикман и Холл пришли к выводу, что склонность к ожирению можно объяснить косвенным действием инсулина, различием в его секреции, а прямое действие инсулина, образовавшегося после углеводной трапезы, на жировую ткань, вряд ли можно считать решающим фактором увеличения веса, как это предсказывает УИМ. Впрочем, отказ от этой модели не означает, что низкоуглеводная диета не может быть полезна для похудения. Как видим, модели ожирения все усложняются, а вместе с ними и инструкции по расставанию с лишним весом. Модель баланса калорий видит причину всех бед в переедании и для похудения предлагает меньше есть и больше двигаться. Никто не назовет эту рекомендацию необоснованной, однако помогает она далеко не всем. А все потому, что дело не только в количестве потребляемых калорий, но и в их качестве. Так утверждают приверженцы углеводноинсулиновой модели. По их мнению, ожирению способствует высокая концентрация инсулина, которая, в свою очередь, зависит от содержания глюкозы в крови. Поэтому желающим похудеть следует избегать продуктов с высоким гликемическим индексом — мучного и сладкого. Увы, эта модель, как и предыдущая, подтверждается не всегда, но вдвоем они породили гибрид — модель энергетического баланса. От первой модели она позаимствовала утверждение о вреде лишних калорий, от второй — представление о том, что процесс энергообмена в организме нельзя свести к простому балансу калорий. На него влияют питательные вещества и гормоны, действие которых сложнее, чем предполагает УИМ. Модель Спикмана и Холла вообще замысловатее своих предшественниц, она требует учета множества факторов, и потому, возможно, более точна. В этом ее несомненный плюс, если модель подтвердится. Но, увы, она не объясняет, как избавиться от лишнего веса. Самый главный вопрос так и остается без ответа, и пока ясно лишь одно — простым он не будет.

«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Панацейка

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Горец — в каждом месте свой

екоторые наши непостоянные читатели бывают весьма невнимательны и порывисты. Прочитав название рубрики и заголовок статьи, они решают, что какое-то сомнительное средство представлено в ней как панацея, и с возмущением отбрасывают журнал. Да еще неучтивые письма пишут в редакцию. А вот если бы они читали «Панацейку» регулярно и внимательно (водить пальцем по строчкам, шевеля губами, необязательно), то знали бы, что она рассказывает о растениях и грибах, которые, хотя традиционно считаются лекарственными, на самом деле могут такими и не быть, во всяком случае, не обладать всеми заявленными свойствами. Наш нынешний герой

как раз из таких — горец многоцветковый, он же китайский, Polygonum multiflorum. Род горец (Polygonum) семейства гречишных довольно многочисленный. В его состав входят более 200 видов: однолетники и многолетники, травянистые растения и полукустарники. Горцы растут на всех континентах, около двадцати видов используют как лекарственные растения и даже специально выращивают. Все виды содержат в разных количествах витамины, дубильные вещества, фенольные соединения и антрахиноны, благодаря чему обладают вяжущим, противовоспалительным, кровоостанавливающим и антибактериальным действием. Их используют при желудочных расстройствах, внутренних кровотечениях, некоторых воспалительных заболеваниях. Несколько видов хорошо известны в нашей стране, включены во все справочники лекарственных растений России и признаны официальной медициной. Особенно знаменит горец птичий, или спорыш, Polygonum aviculare. Это однолетняя травка, часто стелющаяся, и в августе, когда поспевают семена, на них набрасываются воробьи и очень быстро отъедаются к зиме. Потому этот горец и птичий. А спорыш он потому, что быстро (споро) зацветает. Спорыш уменьшает проницаемость сосудов. Его также назначают на ранней стадии мочекаменной болезни, потому что он выводит из организма камнеобразующие соли. Он также помогает при функциональной недостаточности печени и почек. А еще его считают мочегонным, противовоспалительным, ранозаживляющим и общеукрепляющим средством. Птичий горец богат витаминами, и молодая трава — отличная салатная зелень. Однако перед потребителями стоит проблема сбора. Спорыша много, но растет он в очень грязных местах: по обочинам дорог, в канавах, на выгонах, вытоптанных скотиной и удобренных навозом. Собирать лекарственные травы в такой грязи не рекомендуется, приходится спорыш специально выращивать. Другой горец, змеиный (P. bistorta), — многолетнее растение, название свое получил за одревесневшее, изогнутое корневище. Именно это корневище, а не зелень, как в случае однолетников, используют народные целители. Горец змеиный — традиционное средство при воспалительных заболеваниях кишечника и десен, желчного и мочевого пузырей, а также внутренних и внешних кровотечениях. Его тоже собирать непросто — встречается он везде, но в малых количествах А есть еще горец перечный (может служить острой приправой); кровоостанавливающий горец почечуйный, которым, как явствует из названия, лечат почечуй, то есть геморрой, и похожий на него горец развесистый; горец земноводный — тонизирующее, мочегонное и слабительное. Сколько живут на Земле люди, столько они лечатся разными травами. И в каждом сообществе был человек, который более или менее в этих травах разбирался. Только на Руси знахари записей не делали, а в Китае

Пока китайский горец маленький, его корневище хорошо заметно

делали, и даже посвящали лекарственным растениям целые трактаты, поэтому у них тысячелетние традиции. Правда, в эти трактаты порой вкрадываются ошибки (см. «Химию и жизнь», 2013, 10), но с кем не бывает. Так вот, в трактате Кай-бао бэнь цао («Корни и травы [периода] Кай-бао»), изданном в 973 году, впервые описан горец многоцветковый P. multiflorum. Родина горца многоцветкового — Китай, хотя сейчас его выращивают и в других странах. Это многолетняя лиана с очень большим, бугристым корневищем. Снаружи оно темно-коричневое, а на срезе желтоватое, с крупными сосудистыми пучками. Корни у китайского горца тонкие, стебли длинные, до 3—4 метров, листья крупные, копьевидные, а мелкие белые цветки собраны в длинные метелки. Растет он в расщелинах скал, на лесистых холмах и в долинах. В традиционной медицине используют корневище, реже стебель. В России из горца делают отвары, настои, экстракты. В Китае эти рецепты тоже в ходу, но чаще корневище P. multiflorum обрабатывают более сложным образом. Его пропаривают вместе с сухими, зрелыми семенами сои Glycine max, которые китайцы называют черными бобами, соком ремании (китайский эндемик семейства губоцветных) или смесью вина с имбирем и соей. Часто корневище упаривают вместе с соевым соком, хотя это не сок, конечно, какой может быть сок в сухих семенах, а вода, оставшаяся после многочасового тушения этих самых бобов. Из сырого и переработанного сырья приготовляют экстракты, которые высушивают, упаковывают в пилюли, добавляют в кремы и мази. Причем медики придают большое значение способу переработки сырья, потому что от него зависят «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Разрезанное корневище китайского горца

химический состав и фармакологическая активность конечного продукта. Горец китайский содержит более сотни биологически активных соединений. Самыми важными считают стильбены, антрахиноны, в том числе хризофанол, эмодин, алоэ-эмодин, фисцион и реин, гликозиды, фосфолипиды, флавоноиды, танины, жирные кислоты, спирты, альдегиды и кетоны. Действие этих веществ изучают in vitro, реже in vivo, и по результатам исследований приходят к выводу, что китайский горец действительно может обладать теми свойствами, которые ему традиционно приписывают. А их немало. В странах Восточной Азии горец китайский используют как слабительное, общеукрепляющее, сосудорасширяющее, обезболивающее и спазмолитик; он уменьшает содержание холестерина в крови и регулирует усвоение глюкозы, борется с запорами, головокружениями и потливостью; помогает при болях в спине, неврастении, ишемической болезни и болезнях печени. А еще это эликсир молодости — он улучшает память и исцеляет возрастные когнитивные нарушения, помогает при болезнях Альцгеймера и Паркинсона, возвращает цвет рано поседевшим волосам, противостоит облысению и продляет жизнь. Препаратами стебля лечатся от диабета и бессонницы. Список получился длинный, но и лекарств, в состав которых входит горец китайский, более двухсот пятидесяти. Клинических испытаний, подтверждающих эти чудо-свойства, почти нет. Так, здоровые добровольцы хорошо переносят прием одного из препаратов горца многоцветкового, разработанного для лечения воспалительных заболеваний кишечника. Как он помогает больным — неизвестно. Многокомпонентное лекарство, в состав которого входит и горец, незначительно снижает уровень холестерина у людей с повышенным уровнем липидов в крови. В другом исследовании препарат, содержащий горец, повышает качество жизни пациентов с болезнью Альцгеймера и улучшает их когнитивные способности эффективнее, чем сбор лекарственных трав без горца или традиционный препарат пирацетам. Горец китайский также неплохо помо-

гает при деменции, вызванной нарушением мозгового кровообращения. По мнению некоторых китайских специалистов, антивозрастной эффект горца как раз и заключается в способности лечить болезни Альцгеймера и Паркинсона. Одно из его активных веществ, 2,3,5,4′ -тетрагидроксистильбен -2-O-β-D-гликозид (ТСГ), потенциально может лечить оба заболевания, поскольку в пробирке он подавляет активность фермента ацетилхолинэстеразы. Официальная медицина также прописывает пациентам с болезнями Альцгеймера и Паркинсона ингибиторы ацетилхолинэстеразы. ТСГ обладает нейропротекторными свойствами (в клеточной культуре) и улучшает когнитивные функции крыс. Внутрижелудочное введение спиртового экстракта стареющим мышам влияет на активность некоторых ферментов и соотношение жирных кислот (при старении оно меняется). ТСГ продлевает жизнь ускоренно стареющих мышей на 17% по сравнению с контролем. Но получай контрольная группа витаминные препараты, результат мог бы быть иным. Экстракт горца незначительно ускорял рост волос у обритых мышей, стимулируя покоящиеся волосяные фолликулы. Но бритая мышь — не то же самое, что лысая. И не пытайтесь загустить таким образом собственную шевелюру, потому что готовить это снадобье очень сложно. В основе процесса лежит длительное заквашивание корневища с лактобациллами и оливковым маслом. И вот что странно: растение, которое используют в клиниках традиционной медицины для лечения цирроза, жировой болезни печени и гепатита В, оказалось гепатотоксичным. Первые письменные сообщения об этом появились еще в XIV веке. И сейчас известия о пациентах, пострадавших от горца, приходят из разных стран Азии и Европы и даже из Австралии. Больным от 5 до 78 лет. Они пили чай из горца, ликер с горцем, принимали пропитанный медом или сухой порошок. Длительность приема варьировала от двух недель до нескольких месяцев. Среди обычных побочных эффектов горца многоцветкового числятся острый токсический гепатит, одышка, лихорадка, сыпь, проблемы со зрением, боли в животе и учащенное сердцебиение. Причины и механизмы токсичности пока непонятны, хотя их активно исследуют. Значение могут иметь длительность и доза приема, взаимодействие с другими лекарствами, вид сырья. По-видимому, экстракт сырого корня токсичнее, чем предварительно пропаренного, причем спиртовой настой опаснее водного. Горец многоцветковый — одно из наиболее часто используемых в традиционной китайской медицине растений, включенное в официальную китайскую фармакопею. Не все его свойства доказаны, но такова судьба большинства лекарственных трав. Во всяком случае, подавляет воспаление и останавливает кровотечение он не хуже нашего спорыша.

Н. Ручкина

Нанозолотые нити

м нн я ни ь н и ян н ни и зм ми ини я м ж мн яни и и мн и н жи нн изи ими и з ь м, н н и ,н н ,н н н ни и н и м м м нь ни м зм зн и , н н м и ь ь и и ин н , н н н и и н ним ния н ми им , н н и з м н и ни ьз н ми, н ж ми Хими и зн , и н из н н з м ж м ни и н н з н и и и и ии, м я и ния ин н м н н и нн и и -

ь н и н м и м ж ними з н ж н я ии и ж ни я ния м ня н и изи м им и ми н ин и н ии н и из нн н н изм ния ж из н н н ин ми, м нь ими я ь н ь и мн , и нн м изи мж н м и и, и н им н изм ни м я н н н н , ь и и н и н ьн и м ж н и ьн м ин ни м и з им м ни им н яж ни м я изи и им ни и ж и нн ими им ньн н м и и мн м и нн ми н з я н мн м н н и ь н ь, м и имии н , -

и я

нь им н им н з мин я м, з и ьн н ним н м н м з н , ния з ь з з ж ии им зн м им з м, и и янн яи и и ия, и м нн м ни и н яж ния зн з н н н яж и м м ня ь з и им и ж и н изи и н и ни ьн м з и м нь нии и м яж и н з ь, и м м ь изм ня я н н я з и ин 0 0 и ин м н н н м н ни и м ь н м н н н яз 22 з ь з я и м я ь м ни и з н н м и м з н им н ни из нн и м «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

приложени дл производства дат иков давлени , звука и газов. Физики наде тс и на применение своих резул татов в хими еском катализе, так как на те ение реак ий вли т не тол ко состав и лектронн е состо ни поверхности катализатора, но и атомарн е вибра ии его поверхности, котор е напр му св зан с ее механи ескими свойствами. (Physical Review Letters, 128 (14), 2022)

Длинные зародыши аминокислоты

ро есс кристаллиза и многим известен по форме снежинок, образовани разводов изморози на окнах или засахаривани варен . Явление ироко испол зу т в производстве продуктов питани и медикаментов. Однако зарождение и рост кристаллов — далеко не полност пон т е про есс , лежа ие на ст ке физики и химии. Кристаллиза и происходит в нескол ко стадий, перву из котор х наз ва т нуклеа ией, или зарод еобразованием. У ен е активно изу а т услови того асто стохасти еского и на перв й взгл д нерегул рного проесса, при котором молекул кристаллизу егос ве ества динами ески организу тс в перви н е кластер или формиру т другие упор до енн е структур . Дл того служат сам е разнообразн е метод , а не тол ко визуал но опти еские. Последние, правда, оста тс основн ми. Это е е раз доказала пионерска работа международной групп п тер х у ен х под руководством профессора кафедр физи еской химии хими еского факул тета Женевского университета Ада и Такуджи (Takuji Adachi). С помо рамановского рассе ни она вперв е изу ила наал н е, не фиксируем е другими методами стадии нуклеа ии жизненно важной аминокислот гли ина в водном растворе. Рамановска спектроскопи сей ас активно входит в сам е разн е отрасли естественн х наук и материаловедени , поскол ку тот метод позвол ет исследовател м полу ит уникал ну ифрову под-

пис ве ества, котору затем можно рас ифроват и перевести в нагл дн й вид молекул рн х соединений. Лазерное излу ение, сфокусированное в нас енном растворе гли ина, не тол ко порождало спектр , но и в месте своего попадани стимулировало на ало нуклеа ии микрокристалла гли ина. След за изменением спектров в режиме реал ного времени, исследователи изу или, как перестраива тс молекул рн е агрегат в на але нуклеа ии. А когда у ен е сравнили кспериментал н е и модел н е спектр , то на ли ранее неизвестну стади про есса. Оказалос , то молекул гли ина образу т динами ески мен иес линейн е сети, св занн е водородн ми св з ми. Эксперимент показал, то зарод еобразование — куда более сложно, ем предсказ вает класси еска теори нуклеа ии. Это знание дает возможност контролироват ка ество образу егос кристалла. В астности, можно будет оптимизироват про есс полу ени в соко ист х ве еств в фарма евтике. Автор с ита т, то их методику динами еского контрол нуклеа ии можно будет легко внедрит в массовое производство. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 119 (16), 2022)

Водород на игле

на алу на его века метод изу ени поверхностей тверд х тел достигли атомного разреени . Наравне с лектронной микроскопией зна ител ну рол в том с грало массовое распространение микроскопии атомн х сил, а также сканиру ей туннел ной микроскопии. Последн , напомним, опираетс на фикса и туннел ного тока между провод им острием прибора и изу аемой им поверхност . Об ектами исследований тих приборов стали спло н е пленки и островков е структур разли н х ве еств, асто тол иной в один или нескол ко атомн х слоев. Тенден и к миниат риза ии лектроники продолжаетс , по тому и нау н м лаборато-

ри м, и производству нужн все более тонкие способ дл исследовани поверхности уже на атомарном уровне. Один из них разработали физики Калифорнийского университета в Ирвайне под руководством профессора Вил сона Хо (Wilson Ho). Они модифи ировали метод сканиру ей туннел ной микроскопии так, тоб с его помо можно б ло измер т с в соким разре ением лектростатиеские свойства разли н х ве еств. Дл того между серебр н м острием микроскопа и поверхност меди, покр той островками ее нитрида (Cu2N), кспериментатор удерживали молекулу водорода. Област остри облу али фемтосекундн ми импул сами терагер ового лазера и по току микроскопа следили за релакса ией возбужденн х квантов х состо ний водорода. Она-то и несла информа и о взаимодействии молекул с ее окружением. Естественно, ксперимент проводили при криогенн х температурах в вакуумной камере, так как локализа и водорода — далеко не проста зада а. Эксперимент позволил полу ит данн е о распределении зар да на поверхности нитрида меди с беспре едентн м временн м и пространственн м разре ением. Прибор мог видет вариа ии зар да длител ност на п тнад ат пор дков мен е секунд на размерах до дес той ангстрема, то ест примерно на пор док мен е межатомного рассто ни . Профессор Хо с итает свой ксперимент первой демонстра ией химиески увствител ного микроскопа. Он надеетс на применение своего прибора в науке о катализаторах, так как их ффективност асто зависит от поверхностн х несовер енств атомн х мас табов. Если материал адсорбирует водород на своей поверхности, говорит он, его всегда можно испол зоват как сенсор. (Science, 376 (6591), 401)

Вода на рентгене

ода — то основа жизни, универсал н й растворител и самое распространенное хими еское соединение на Земле. А е е и самое

необ ное ве ество на Земле, как с итал академик И.В. Петр нов-Соколов. У ен е столети ми изу а т ее, однако она до сих пор таит в себе множество загадок. Одна из них — то сложна разномас табна физико-хими еска структура. По ее поводу су еству т много кспериментов и разнообразн х теорий, ни одна из котор х пока не стала бесспорной. О ередной вклад в понимание структур вод внесла группа понских исследователей во главе с профессором Такаха и Осаму (Osamu Takahashi) из Университета Хиросим . Она ре ила загадку, котора дес тилети ми будоражила у ен х. Проблема касалас интерпрета ии рентгеновских миссионн х спектров вод и их увствител ности к межмолекул рн м водородн м св з м в ней. У ен е провели в ислени , котор е позволили им теорети еские воспроизвести и пон т природу так наз ваем х двойн х 1b1 спектрал н х пиков жидкой вод . Сна ала автор в полнили молекул рно-динами еские рас ет дл полу ени модел н х структур вод . Затем, исход из перв х прин ипов квантово-механи еских в ислений, они на ли форму ее рентгеновских спектров и исследовали, как на нее вли т геометри и динамика св зей В резул тате у ен м удалос создат классифика и спектров вод по типам водородн х св зей. Оказалос , то им всем прису двойной пик, то ест теорети еские предположени у ен х об снили ирокий круг данн х. У ен е также в снили, как на спектр возбуждени вли т колебател н е мод молекул, котор х оказалос всего дев т . Рас ет воспроизвел спектр вод с у етом раст жени св зей, их колебаний и изгиба, а также вра ени молекул. Автор работ об снили, как конфигура ии водородн х св зей возбужденной молекул вли т на температурн е зависимости и изотопн е зависимости спектров. По мнени профессора, рас ет может б т применен и к другим жидким средам, хот небол ие расхождени с кспериментал н ми спектрами требу т дал ней его развити теории.

Однако Такаха и Осаму уверен, то новое понимание свойств вод послужит создани иннова ионн х материалов, к примеру лектродов батарей, искусственн х кров н х сосудов, водопрони аем х мембран. (Physical Review Letters, 128 (8), 2022)

Новые портреты молекул

огда разговор заходит о строении молекул, у неспе иалиста, да и бол инства спе иалистов, вспл ва т перед глазами мален кие разно ветн е арики, соединенн е пало ками или пружинками. Эти знаком е всем предмет кол ного кабинета химии в об их ертах отража т су ност устройства молекул, состо их из атомов, котор е под разн ми углами соединен хими ескими св з ми разной сил . Модели молекул родилис после столетий изу ени химии пред ду ими поколени ми у ен х. В про лом века по вилис и более свер енн е модели, например полезна в неорганике ионна модел Шеннона или об емна модел Кори—Полинга—Колтуна (CPK), в которой ветн е арики, показ ва т размер лектронн х облаков атомов. Однако нет сомнений, то модел об екта или влени зависит от того, каким методом м его изу аем. Никто не будет спорит , то визуал но предмет в гл д т совсем по-другому, ем на о уп . То но так же в некотор х методах современной химии прив н е молекул рн е модели не тол ко переста т отражат действител ност , но и б ва т контрпродуктивн , а по тому требу т модифика ии. Один из таких примеров — то анализ органи еских, неоргани еских молекул и тонких пленок методами просве ива ей лектронной микроскопии атомарного разре ени . Сегодн тот метод позвол ет снимат фил м о жизни молекул и их реаки х, поскол ку разли ает лемент изображений в доли ангстрем и следит за их динамикой с субмиллисекундн м разре ением.

Исследователи хими еского факул тета Токийского университета во главе с профессором Накамура Еи и (Eiichi Nakamura) тол ко то доказали непригодност класси еских моделей лектронной плотности дл просве ива ей лектронной микроскопии. В своей новой работе они предлага т изображат атом сферами разного размера в зависимости от их атомного номера Z, то ест зар дов их дер, с котор м коррелиру т размер полу аем х микроскопом изображений. Дело в том, то рассеива иес на об екте лектрон прибора « увству т» лектростати еские дерн е потен иал , котор е в коне ном с ете и определ т размер изображений атомов. Нову модел автор назвали Z-коррелированной, а ветову маркировку вз ли у CPK-модели. Профессор надеетс , то нова модел станет интуи ией всех химиков, работа их с лектронн ми микроскопами, так как легко позвол ет нови кам в микроскопии сделат перв й аг в интерпрета ии их набл дений и не требует предварител н х теорети еских о енок или рас етов. По образному в ражени профессора, модел «откр вает двер в синематеку молекул рной науки». Он проводит параллел между своими нововведени ми и перв м телескопиеским изображением ерной д р . То и другое представл т реал ност такой, какой м ее никогда не видели, и ликвидиру т разр в между воображением и реал ност Думаетс , профессор нескол ко перео енивает успехи астрономов в сравнении с резул татами своей то ной науки. Если, на взгл д ирокой публики, фотографии ерн х д р и представл т собой искл ител ное достижение, то непредвз т й спе иалист скорее отдаст предпо тение проверенн м атомарн м хими еским модел м, построенн м на основе то ной квантовой механики, но не мутной ерной «пустоте внутри свет егос бублика», изу аемой далеко не прикладн м разделом астрономии. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 119 (14), 2022)

Выпуск подготовил А. Гурьянов «Хими и жизн », 2022,

, www.hij.ru

Фото: Андрей Константинов

Земля и ее обитатели У вороны гнездо не слишком изящное, зато расположено высоко. Не каждый может в него заглянуть

О.Н. Нестеренко,

Московский зоопарк

Время гнезд Весной птицы Северного полушария (в Южном полушарии, естественно, это происходит осенью) начинают строить гнезда, чтобы отложить яйца и вывести птенцов. Любой горожанин видел воробьев, голубей, крякв, а вот их гнезда видел далеко не каждый. Потому что так и задумано.

Стараемся для детей! Гнездостроение — это птичья работа. Иногда в научной и популярной литературе упоминаются гнезда рептилий, амфибий или рыб, но слово «гнезда» здесь хочется взять в кавычки: по сравнению с птичьими постройками они примитивны. Гнездо — это в первую очередь место, где яйца лежат в компактной кучке, удобной для насиживания (если их

несколько; может быть и одно яйцо). У птиц с птенцовым развитием (это те, кто вылупляются голыми и слепыми, в отличие от самостоятельных выводковых) гнездо — укрытие для беспомощных птенцов, пока они не подрастут. Гнездо помогает создать оптимальный температурный режим и влажность для яиц и птенцов, скрывает потомство от врагов — за счет конструкции или удачного расположения. Интересно сравнить толщину стенок и дна гнезд, размещенных на почве в сыром или сухом месте. Чем влажнее почва, тем толще стенки и особенно дно гнезда, и наоборот. У озерных чаек, когда гнездо расположено на сухой почве, толщина дна всего 2—4 см, а на сырой поверхности толщина достигает 12—15 см. Чтобы защитить потомство от хищников, можно расположить гнездо в каком-нибудь укрытии, но есть и другой способ — грамотный выбор соседей. В тропиках некоторые птицы строят гнезда рядом с гнездами ос или устраивают их на деревьях, населенных муравьями. Другие селятся вблизи гнезд крупных птиц, даже хищных видов, которые, защищая свою территорию, при этом как бы защищают и гнезда мелких птиц. Полевой воробей может гнездиться прямо в стенках гнезд грачей, ворон, сорок, коршунов, орлов. Однажды в гнезде орла-могильника в Казахстане насчитали около 30 гнезд полевых воробьев! Краснозобая казарка, вид-эндемик нашей страны, часто устраивает свои колонии рядом с гнездами соколовсапсанов, канюков или полярных сов. (Так же поступают и другие казарки и гуси.) Хищные птицы, пока им хватает

пищи, не охотятся рядом со своими гнездами, а другие хищники на их гнездовую территорию не сунутся. Исследователи из Центра кольцевания птиц России Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН показали, что расстояние между гнездом черной казарки и гнездом полярной совы зависит от двух факторов: численности леммингов и численности песцов, которые едят птенцов и яйца. Расстояние должно быть таким, чтобы гнездо оказалось в защитной зоне совиного гнезда: самец совы отважно обороняет свою территорию от песцов. Но если казарки построят гнездо слишком близко, кладка может пострадать от сов, особенно когда леммингов недостаточно, чтобы прокормить птенцов совы. Многие морские птицы — кайры, гагарки, чистики — живут огромными колониями, которые называют «птичьими базарами». С пищевым ресурсом проблемы нет — рыбы на морском побережье хватает, а вот укромных мест для гнездования мало, гнезда зачастую простые и открытые. Но крупные колонии терпят меньше урона от хищников: когда птиц много, легче заметить угрозу и противостоять ей. А птицы, которые сами не относятся к колониальным, могут гнездиться под защитой колоний. Например, возле колоний полярной крачки устраиваются хохлатые чернети, черношейные поганки, камнешарки, а рядом с колониями серебристых чаек гнездятся обыкновенные гаги. Естественно, расстояние между гнездами одного и того же вида может меняться. Так, плотность гнездования больших синиц зависит от наличия дупел, и можно привлечь больше синиц на тот же участок, развешивая искусственные домики для птиц. Орланам и другим крупным хищным птицам для решения квартирного вопроса нужны большие деревья и доступная добыча. А у чомги кормовая территория обычно бывает значительно больше гнездовой, и свою территорию чомги защищают. Но при обильных кормовых ресурсах и, видимо, при недостатке мест, подходящих для устройства гнезд (а гнезда у чомги весьма необычные, мы о них еще поговорим), они могут образовывать сообщества численностью 10—20 пар. Иногда вблизи друг от друга гнездится около 100 пар. При этом они вполне терпимо относятся к соседям.

плотах, как чомга. Очень простые гнезда у куликов — в виде небольшой ямки с выстилкой. Чомги и другие поганки (птицы семейства Поганковые; так их назвали за невкусное, вонючее мясо) сооружают плавучие гнезда до 60 см в диаметре и до 80 см в высоту. Платформу строят из камыша, тростника, рогоза, веток и листьев, иногда используют корневища тростника и клубни камыша для повышения плавучести. Гнездо удерживают на месте окружающие растения, иногда оно касается дна, но может и свободно плавать. Растения, из которых сделано гнездо, гниют и дополнительно подогревают яйца снизу. Когда птицы уходят из гнезда, они покрывают яйца растительным материалом, и температура в гнезде остается на 6—7°С выше по сравнению с окружающей средой. Интересно, что яйца поганок могут частично находиться в воде: их скорлупа устроена так, что избыток влаги зародышам не вредит. В 80-е годы проводились опыты, во время которых яйца лысух, черношейных поганок и кур породы леггорн инкубировали в контакте с водой, при этом масса яиц лысух и кур увеличивалась, тогда как яйца поганок, наоборот, становились легче. Когда яйца поганок и кур контактировали с раствором метиленового синего, содержимое куриных яиц окрашивалось в синий цвет, а содержимое яиц чомги не синело. Куриные яйца в гнездах черношейных поганок погибали. Эти данные свидетельствуют о том, что яичная скорлупа поганки представляет собой барьер для диффузии воды. Их яйца, отмечают исследователи, поверх скорлупы покрыты плотной оболочкой-кутикулой с мелкими порами; аналогичным образом защищены яйца насекомых, отложенные в воду. На земле гнездятся болотная и полярная совы, а также филин. Впрочем, иногда филины могут занимать старые гнезда хищных птиц на деревьях. Болотная сова в ямке на земле строит примитивное рыхлое гнездо. Многие виды сов откладывают яйца в дупла без всякой подстилки. Дятлы делают дупла сами, подстилкой в

Огари стали такими же привычными обитателями Москвы, как кряквы Фото: Андрей Константинов

Ямки и настилы Многие птицы не строят сложные гнезда, некоторые вообще обходятся без гнезд. Так, обыкновенный козодой откладывает яйца на землю. Кайры также гнезд не делают, яйца откладывают на голый карниз. Отсутствие теплоизолирующей подстилки в какой-то мере компенсируется тем, что кайра подкладывает под яйцо свои лапы. Сверху яйцо самка или самец (они насиживают по очереди) закрывает своим телом, а с боков перьями крыльев. Гнездо поморников — родственников чаек, которые часто отнимают добычу у других птиц, — представляют собой простое углубление в почве. У многих видов чаек гнездо — это округлый настил из сухих стеблей растений, в нем небольшое углубление для яиц. Сизая чайка строит гнезда не только на скалах, островках, но и на кочках среди воды, наносах плавника или на тростниковых «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: A.Savin,WikiCommons

Гнездо аиста на трубе

их дуплах служит древесная труха, а синицы, мухоловки, горихвостки могут построить гнезда в свободных дуплах или различных пустотах. Эти птицы могут поселиться и в искусственных домиках, развешанных на деревьях. Наиболее известные птицы нашей страны, которые гнездятся в норах, — ласточка береговушка, зимородок и щурка. Зимородки устраивают норы в обрывистых берегах рек, под укрытием корней и веток кустов. Они выкапывают горизонтальные ходы почти метровой длины, которые оканчивается камерой около 15 см в ширину. Нору роют и самец, и самка, выбрасывая землю лапками. Одна и та же норка может использоваться много лет, и тогда в ней образуется слой мелких рыбьих костей и чешуи, которые служат подстилкой для яиц и птенцов, — хотя запах не слишком приятный.

Где будем строиться Многие виды непривередливы в выборе места. Полевые воробьи могут устраивать гнезда в норах, сделанных другими животными, под крышами домов и в трещинах стен, в обрывах, скалах, в колодцах, в дуплах деревьев и пустотах пней, в старых гнездах мелких птиц, скворечниках и других искусственных дуплянках, в основании гнезд некоторых крупных птиц (тех же орлов) и, наконец, просто на ветвях деревьев. Обыкновенная кряква гнездится и на земле под кустами или в куртинах травы, на деревьях, в старых гнездах ворон, цапель, сорок и других крупных птиц, и в дуплах. Гнездо кряквы в сухих местах представляет собой относительно глубокую ямку, выстланную растениями. В сырых местах это более массивная чаша из сухих стеблей злаков, осоки, листьев рогоза, тростника с добавлением сухих листьев деревьев. Лоток самка выстилает своим бурым пухом, перемешанным с растительным материалом, и сооружает из пуха валик, которым укрывает яйца, уходя с гнезда.

Тут можно вспомнить морскую утку — обыкновенную гагу. Ее гнездо тоже выстлано растениями и слоем серого пуха, который самка выщипывает из нижней части груди и брюшка. Легкий и теплый гагачий пух очень ценится: им набивают подушки, одеяла, делают из него теплые куртки. Есть даже слухи, что гагачьим пухом утепляют одежду для космонавтов, но официальных подтверждений этому нет. На деревьях могут жить не только кряква, но и другие виды уток — гоголь, мандаринка. Огари и пеганки занимают старые норы лисиц, барсуков, сурков. Хотя большая часть уток гнездится на земле. Огари, которые в природе обитают на водоемах степной и пустынной зоны, теперь стали обычны в Москве. Изначально их содержали в Московском зоопарке, где они и размножались. В 1948 году им перестали подрезать крылья, но они остались в зоопарке, хотя и вылетали за его пределы. Впервые огари загнездились вне зоопарка в 1956 году. Сейчас эти «красные утки» — обычные обитатели московских водоемов. А гнездятся они зачастую на чердаках многоэтажных домов. Многие спрашивают: как же птенцы попадают вниз, когда вылупляются? Никто не видел семейство огарей в лифте! Ответ простой: птенцы спрыгивают вниз с чердаков; малый вес делает возможным планирующий полет, хотя крылья у них еще не развиты. Огари могут устраивать гнезда в вымоинах обрывистых берегов, в дуплах деревьев, довольно высоко — до 10 м и даже выше от земли. В горах они гнездятся на скалистых обрывах часто на высоте нескольких десятков метров, так что прыгать с большой высоты птенцам приходится и в природных условиях. А потом родители ведут их к прудам, при этом иногда семейство проходит несколько километров. Зимуют огари на прудах Московского зоопарка. Их численность давно уже перевалила за полторы тысячи, зимой пруды зоопарка становятся рыжими от них. А теперь огарей стали встречать и в Подмосковье.

Пять веков в одном гнезде Другие виды птиц настолько консервативны, что отсутствие подходящих мест для гнездования снижает их численность. Серый журавль устраивает свои гнезда скрытно на земле среди кустов или зарослей тростника в труднопроходимых для человека участках заболоченного леса, на окраинах болот. Такой ландшафт сохраняется в заказнике «Журавлиная родина» Московской области, и там гнездятся десятки пар журавлей, а другие варианты их не устраивают. Многие птицы очень привязаны к местам своего гнездования, из года в год большинство стремится вернуться на тот же гнездовой участок. Это явление называется гнездовой консерватизм, и об этом тоже необходимо помнить при организации природоохранных мероприятий. Простые, но очень большие гнезда из веток строят аисты, орлы и орланы. Одно гнездо может использоваться годами или даже десятилетиями, а иногда и больше 15. Оно ремонтируется и подновляется, при этом увеличиваясь в размере. Например, белые аисты — крупные птицы, и гнездо у них капитальное: вес его может достигать нескольких

Варежки и корзинки До сих пор мы говорили о гнездах, устроенных сравнительно просто. Но среди птиц есть настоящие мастера, которые сооружают гнезда определенной формы, со специальной выстилкой внутри. Это, как правило, обитатели лесов, кустарниковых зарослей и чаще всего представители отряда воробьинообразных, у которых птенцы вылупляются беспомощными, часто слепыми и голыми. Воробьинообразные — самый многочисленный отряд птиц (около 5400 видов) и самый молодой, то есть на Земле они появились позже, чем другие отряды птиц. Многие воробьинообразные сооружают именно такие гнезда, какие рисуют в детских книжках: в виде чашки или полушария. Зяблик, обычный обитатель наших лесов и парков, строит гнездо из сухих травинок и стебельков мха, снаружи облицованное берестой и лишайниками. Гнездо певчего дрозда сделано из тонких сухих еловых веточек, стеблей сухих трав и зеленого мха, а внутри обмазано сырыми гнилушками или глиной. В качестве клея может использоваться липкая паутина. Многие птицы смачивают и склеивают стройматериалы своей клейкой слюной или замешивают на ней глину, которой «штукатурят» гнездо. Птичья слюна действительно прочная и липкая. Если знать об этом, не таким удивительным кажется гнездо стрижа саланганы, целиком состоящее из слюны. Гнезда саланганы — знаменитый деликатес китайской кухни, богатый белком и углеводами, из них готовят супы и желе, добавляют в рис и выпечку.

Фото: Tomasz Przechlewski | WikiCommons

центнеров. Аисты строят гнезда на деревьях, на крышах домов и трубах. Делают для них люди и специальные искусственные помосты. После гибели пары гнездо могут занять другие белые аисты, часто их потомки. Наиболее старое известное гнездо белых аистов, которое использовало много поколений птиц, находится в Германии — на башне в городе Лангензальца (Тюрингия). Оно служило аистам с 1549 года как минимум по 1930-й. Белоплечий орлан, редкий вид-эндемик нашей страны, гнездится на Камчатском полуострове, острове Онекотан на Курилах, в прибрежной зоне Охотского моря, в низовьях Амура, на севере Сахалина и на Шантарских островах. Для орланов важны большие водоемы, они питаются в основном рыбой. Это одни из самых крупных хищных птиц в мире, их вес может достигать 9 кг (самки, как и у других орланов и орлов, крупнее самцов). Гнездиться они могут на скалах, на деревьях. Гнезда строят из толстых сучьев, одно и то же гнездо используют в среднем по 5–6 лет, и даже 15 лет подряд. Часто пара строит два гнезда. Каждый год гнездо достраивается, растет. Вес его еще увеличивается после дождя и снегопадов, иногда огромное гнездо сваливается или ломаются опорные ветви дерева. Найденное под Вермилионом в штате Огайо гнездо белоголового орлана — этот американский родственник белоплечего орлана известен как национальный символ США — имело 2,5 метра в поперечнике и более 3 метров в высоту при весе примерно 2 тонны.

Гнездо-«варежка» ремеза

Другие птицы строят закрытые гнезда «с потолком». У длиннохвостых синиц яйцевидное гнездо с входным отверстием сверху, закрепленное в развилке ветвей или же в кустарнике. Оно сплетено главным образом из мха, скрепленного волокнами от коконов насекомых. Снаружи стенки выложены кусочками коры, лишайниками, чешуйками еловых шишек. Внутренняя выстилка состоит в основном из пуховых перьев. Гнезда синиц ремезов по форме напоминают варежку, чаще всего подвешенную к ветке над водой — для большей безопасности. В «большом пальце» расположен вход. «Варежка» сооружается из растительных волокон, пуха и семян, ивового пуха, шерсти животных, укреплено паутиной. Строит самец, а самка помогает на последних этапах. У крапивника, одной из самых маленьких европейских лесных птиц, шарообразные гнезда с боковым входом. Самец строит их невысоко от земли или на земле, между корней или под ветками. Каждый крапивник начинает несколько гнезд — от 6 до12, но достраивает до конца только то, которое выберет самка (или несколько, если удается привлечь нескольких самок: крапивникам свойственна полигиния). Остальные гнезда самец использует для ночевок. Иволги строят высоко на деревьях висячие гнезда, похожие на корзинки из полосок луба, сухих трав, бересты, с мягкой выстилкой внутри.

Многоквартирные дома, инкубаторы и подарки любимым Некоторые птицы используют глину как основной материал, а не как отделочный. Из глины и грязи лепят гнездо наши деревенские ласточки. Птицы-печники, обитающие в Южной Америке, строят гнезда из глины, смешанной с грязью и травинками. Иногда несколько пар поселяются вместе и сооружают многоэтажные домики. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: Per Harald Olsen, Roger Culos, WikiCommons

1 см

Тонкоклювая кайра и ее коническое яйцо

В саваннах Юго-Западной Африки примечательная часть ландшафта — гнезда общественных ткачиков («общественные» — их видовое название, Philetairus socius). Эти птицы живут колониями в громадных многоквартирных гнездах. Постройки общественных ткачиков могут достигать 7–8 м в длину, размещаются они не только на деревьях, но и на столбах линий электропередач. Начинает строительство одна пара, затем к ней присоединяются другие ткачики и их потомки. Гнездо сооружается из травы и веточек, часто птицы укрепляют конструкцию комками грязи. Толстая водонепроницаемая крыша общая, но гнездовые камеры — изолированные, с отдельным входом у каждой. В такой колонии могут обитать несколько сот пар птиц, иногда к колонии присоединяются и другие виды ткачиков. В тропических лесах Азии обитают птицы-портные — они шьют гнезда из листьев. Самец острым клювом прокалывает дырочки по краям двух больших мясистых листьев, удерживает их лапками и сшивает самодельной нитью из паутины, волокон растений, пуха. Нить он смачивает собственной слюной, которая накрепко приклеивает ее к листу. Самка выстилает гнездо мягкой подстилкой. Популярная литература полна историй об удивительных постройках двух семейств австралийских птиц — сорных кур и шалашников. Семейство сорных кур, или большеногов, относится к отряду курообразных — одной из самых древних групп птиц, и в этом отряде они одни из самых архаичных. Сорные куры обитают в Австралийском регионе. У сорных кур гнездо строит самец. Постройка может начинаться с выкапывания ямы, затем самец натаскивает в нее растительный материал, пока не получится холм, а сверху может присыпать его песком для теплоизоляции. Строительство продолжается иногда до 11 месяцев. Характерные размеры одной из куч — до 4,5 м в ширину, 3 м в высоту и 18 м в длину. Из-за гниения температура в этой куче растет, и, когда она достигает 33° С, самка от-

кладывает яйца. Кладка большая — яиц может быть до 35 штук, они очень крупные, составляют до 10–15% от веса матери (так что нельзя сказать, что трудится один самец!). Откладывает она их в течение одного-двух месяцев, а потом уходит. Самец остается около гнезда и поддерживает температуру, то убирая, то добавляя материал. Как писал австралийский орнитолог Гарри Фрит в своей книге о глазчатой курице (один из видов сорных кур), опубликованной в 1962 году, самец определяет температуру внутри гнездаинкубатора, погружая в песок открытый клюв. Позднее эту гипотезу пытались проверить с помощью термодатчиков, и, в общем, не доверять ей нет оснований. А вот о птенцах сорные куры не заботятся: юные большеноги вполне самостоятельны. Знаменитые постройки беседковых птиц, или шалашников, Австралии и Новой Гвинеи — строго говоря, не гнезда. Самцы для привлечения самок сооружают на земле шалаши из веток и украшают площадку вокруг них перьями, цветами, ягодами, ракушками. Могут использовать и предметы, оставленные людьми: заколки, обертки от конфет, пуговицы. Некоторые самцы каждый день заменяют увядшие цветы свежими. Первые европейцы в Австралии думали, что эти шалаши строят туземцы, не будучи в силах вообразить, что птицы на такое способны. Никакого отношения к выведению птенцов шалаши не имеют — это место только для спаривания. Гнезда строят самки на деревьях, самки же насиживают от одного до трех яиц.

Яйцо и гнездо Как связаны устройство гнезда и строение яйца? Логично предположить, что связь существует. Яйцу чомги не вредит влага. Яйцо кайр имеет грушевидную форму, хотя вообще-то яйцу выгодно быть круглым — эта форма дает максимальную экономию материала скорлупы. Есть предположение, что яйца кайры асимметричные, потому что именно такие яйца реже падают со скалы, — конус катается по кругу. Эту гипотезу выдвинул знаменитый советский орнитолог Лев Белопольский (1907—1990). Он много работал в северных заповедниках, а летом 1942 года организовал «яичную экспедицию» на птичьи базары Новой Земли, чтобы заготовить яйца и мясо кайры для фронта и населения области. Современные эксперименты по катанию 3D-копий яиц кайры и математическое моделирование подтверждают мнение Белопольского. Впрочем, некоторые орнитологи считают, что качение яйца по дуге не так уж сильно снижает угрозу падения с узкого карниза, и добавляют другие объяснения: например, что улучшенный газообмен через расширенный тупой конец яйца способствует быстрому развитию птенцов. Другие предполагают, что грушевидные яйца более устойчивы к ударам, ведь птицы в ветреную погоду могут с размаху сесть на кладку. Всего у птиц выделяют пять основных форм яиц. У большинства видов они эллиптические, один конец более заостренный, другой тупой. Но у сов, например, яйца почти круглые. Наиболее вероятно, что форма яиц определяется формой тела птицы, объемом и формой

яйцепроводящих путей, строением тазовых костей. Исследование, выполненное международной группой ученых и опубликованное в «Science» в 2017 году, показало связь формы яиц со способностью птицы быстро летать — более сильную связь, чем с какой-либо другой характеристикой, включая особенности гнезда. Ведь у быстро летающей птицы туловище узкое, аэродинамически совершенное, и, чтобы яйцо оставалось достаточно крупным, эволюции «приходится» делать его эллиптическим, вытянутым, увеличивать асимметрию концов. А вот окраска яиц, вероятно, в первую очередь связана с типом гнезда. В открытых гнездах яйца обычно имеют покровительственную окраску, буровато-зеленоватую с пятнами. У птиц, которые гнездятся в дуплах и норах, яйца могут быть белыми, например у голубей. Беловатая или желтоватая окраска скорлупы чаще встречается у крупных и сильных птиц, способных прогнать хищника, — орлов, аистов, гусей. А вот у дроздов яйца ярко-голубые — очень необычный цвет. Есть версия, что голубой пигмент отражает ультрафиолет, губительный в избытке; но при этом голубая скорлупа поглощает инфракрасные лучи, которые разогревает содержимое яйца, ускоряя эмбриональное развитие. (Впрочем, эта работа выполнялась на ткачиках, яйца которых бледно-голубые, намного светлее, чем у дроздов.) А чешские ученые установили, что для певчего дрозда важен ультрафиолетовый «оттенок» яйца: искусственные яйца, не отражающие ультрафиолет, но такие же голубые, на взгляд человека, как настоящие яйца, дрозды не принимают за свои. Зрение птиц, как известно, позволяет им видеть ультрафиолет.

Врожденное или выученное? Строительство гнезда относится к инстинктивным формам поведения, тип гнезда, его форма и основные используемые материалы — все это характерные видовые признаки. С другой стороны, быстро меняющиеся (в том числе из-за антропогенного фактора) условия жизни заставляют птиц осваивать новые места обитания, новые материалы для гнезд — это становится вопросом выживания. Все чаще в гнездах птиц находят бумагу, вату, искусственные волокна, проволоку, лоскутки. Птичьи гнезда часто приводят в качестве примера «расширенного фенотипа» по Ричарду Докинзу — действия генов за пределами организма. И это, безусловно, верно, однако в какой мере столь сложное поведение, как постройка гнезда, может быть запрограммировано генетически? Рассуждать о «генах гнездостроения» легко, найти их в геноме птицы сложнее. Наверняка это и не один ген, и даже не несколько, а комплекс генов, и, скорее всего, это гены «предрасположенности к гнездостроению», а не жесткая программа, управляющая птицей, — такая программа едва ли возможна. С другой стороны, этологи называют «врожденным поведением» определенный комплекс действий, характерный для данного вида животных, но подчеркивают, что это поведение формируется во взаимодействии со средой. Инстинктивное поведение — своего рода «болванка», общая информация о типе гнезда

и предпочитаемых материалах, но эта информация дополняется и совершенствуется с опытом. Показано, например, что ткачиковые птицы с возрастом плетут свои подвесные гнезда все лучше, реже роняют травинки. Кстати, среди них есть «левши» и «правши»: одни строят гнезда слева направо, другие справа налево. Пока непонятно, можно ли сравнивать генные детерминанты у разных видов: откуда молодая иволга «знает», как подвешивать гнездо, а дрозд — как штукатурить его глиной. Чтобы оценить наследуемую компоненту гнездостроения хотя бы внутри вида, в последние годы проводят исследования, сочетающие измерения гнезд и генотипирование птиц. Например, для синицы лазоревки таким образом удалось показать, что наследственность влияет лишь на 12–13% внутривидовых различий в размере гнезда и соотношении материалов — остальное определяется средой и опытом. Но тут возникает трудность: как отделить от наследственности влияние запечатления на раннем этапе жизни? Может быть, синицы-родственники строят небольшие гнезда, потому что были потомками синицы, которой не хватало материала для гнезда, выросли в маленьком гнезде и его запомнили, а не потому, что получили от нее некие гены «малогабаритности»? Трудно представить, чтобы слепой птенец в гнезде так уж много узнал о его постройке, но все же — как исключить такую возможность? Интересный эксперимент провели в Великобритании с зебровыми амадинами. В качестве материала для гнезда им давали кусочки розового или оранжевого джутового шпагата. Для дальнейших опытов брали самцов, которые вылупились в розовом или оранжевом гнезде; одни во время взросления общались только с птичкой-ровесником, другие — также со взрослой птицей. В каждой из этих групп половина подопытных могла играть с цветным шпагатом, но при этом амадины из розовых гнезд получали оранжевый шпагат, и наоборот. Другая половина материалов для гнезда не видела, пока не выросла. Через три месяца птички знакомились с самкой и приступали к самостоятельному строительству. Им предоставляли оранжевый, розовый и белый шпагат, чтобы выяснить, какой цвет они выберут. Самцы, которые росли со старшей птицей и с доступом к материалу контрастного цвета, чаще выбирали этот цвет, а не цвет «родового гнезда» и не белый. Все остальные были верны младенческим впечатлениям или строили белые гнезда. При этом строили они в три-четыре раза медленнее, чем те, кто вырос с «наставником». В целом остаются верными слова выдающегося исследователя гнездостроительных инстинктов А.Н. Промтова: «Гнездостроение у птиц, несомненно, является инстинктивным актом, т. е. таким, в котором ясно обнаруживается наследственный компонент (…) Лабораторными опытами можно показать, что молодые самки впервые в жизни вьют гнезда характерной для вида формы, постройки и расположения». Возможно, когда-нибудь мы узнаем, почему длиннохвостая синица строит открытое гнездо-«чашку», а ремез «варежку». А пока будем просто радоваться новому лету и наблюдать за ответственными родителями с насекомыми в клювиках. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: pxhere.com

Радости жизни

С. Анофелес

Глядя в глаза богомолу 46

Веселая компания за печкою сидит И, распевая песенки, усами шевелит. Поужинают дружно и ложатся на бочок Четыре неразлучных таракана и сверчок Р. Виккерс

Есть люди, которые утверждают, что глядеть в глаза щитовидному богомолу Rhombodera basalis можно часами. Такие эксперименты ценители красоты насекомых проводят потому, что этот малайзийский богомол поселился у них в доме. Нет, он поселился не сам, не в роли незваного гостя. Он гость званый, специально купленный в магазине насекомых и живущий либо в инсектариуме, либо вообще на вольном содержании. Благо богомолы людей не боятся и специально от них не прячутся.

Фото: Sascha Eilmus

Японцы очень любят содержать в своих домах жуковоленей Дьявольский цветок Idolomantis diabolica стал самым дорогим домашним богомолом

Фото Didier Levasseur

омашних насекомых у людей до недавнего времени было сравнительно немного. Из желанных это пчелы, тутовый шелкопряд, отчасти божьи коровки, которых разводят для защиты полей от вредителей, шмели — они лучше опыляют тепличные растения, чем пчелы. Сами собой в доме оказываются моль, тараканы, клопы, дрозофилы, мучные черви; их человек воспринимает как безусловное зло. Еще есть сверчки; отношение к ним вполне нейтральное, несмотря на довольно неприятный внешний вид. Впрочем, и сверчков, и мучных червей предлагают разводить как источник съедобного белка. Но вот в мир ворвалась глобализация, и ситуация изменилась: теперь у многих людей появилась возможность поселить у себя дома красивое насекомое, прибывшее с другого края света. Чем их не устраивают привычные кошки, собаки и хомяки, не очень ясно, но что есть — то есть. Вообще-то идея разводить пусть бесполезных, зато красивых домашних насекомых появилась в середине XIX века, когда в Европе возникли фермы бабочек: выращенных в них насекомых продавали музеям и инсектариям. Сейчас экспорт куколок экзотических бабочек стал неплохим источником дохода для жителей слаборазвитых стран тропической зоны: годовой оборот только крупных поставщиков превышает 100 млн долларов. Более того, экологические активисты из развитых стран считают, что эту деятельность нужно всячески поощрять. Ведь поставки куколок создают не простые рабочие места, а самые что ни на есть экологически правильные: бабочковые фермеры, как никто, заинтересованы в сохранении девственных лесов и лугов в соответствующей местности. Есть оценки, что доход от выращивания бабочек в долгосрочной перспективе оказывается не меньше, чем от лесоразработок в том же районе.

«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: Lawrence Hylton

Видимо, узоры на надкрыльях богомола Creobroter Westwood обеспечили ему третье место на конкурсе предпочтений любителей домашних насекомых Древесный богомол Hierodula Burmeister чаще всего оказывается жителем домашнего инсектариума

Однако бабочка хороша для больших пространств, в доме ей плохо — нет простора для полета, нет цветов с нектаром для питания. Поэтому в качестве домашнего питомца бабочка не подходит. А вот жуки, палочники, скорпионы, богомолы, как оказалось, самое то. Они прекрасно живут в банке, не норовят улизнуть от хозяина, зато развлекают его своими необычными формами. В общем, потребность есть. А раз она есть, значит, рынок начинает ее удовлетворять. Например, в Японии ажиотажный спрос на жуков-оленей столь велик, что отдельные экземпляры стоят 5000 долларов. Как только в 1999 году цены сильно выросли, правительство страны ввело меры, облегчающие импорт домашних насекомых, и в 1999–2003 годах ежегодный прирост оборотов жуковой торговли составил более 300%! Однако самыми модными сейчас стали богомолы: без них не обходится ни один приличный зоомагазин в США, ЕС и Японии. По подсчетам специалистов, всего продается более 80 видов богомолов, при этом самый

Фото: steveball meindert

Фото: Allan Lugg

Богомол Phyllocrania Burmeister обитает южнее Сахары. Неудивительно, что он прикидывается засохшим листом

Фото Ricky Taylor suncana

Обитающего на юге Африки богомола Pseudocreobotra wahlbergi совсем не случайно называют Драгоценным цветком, однако чтобы разглядеть это крошечное существо на фоне настоящих цветков, нужно обладать глазом истинного энтомолога. Видимо, из-за своей незаметности он еще не завоевал должное место на полках зоомагазинов

Фото: Lawrence Hylton

Удачно маскирующийся под цветок орхидейный богомол Hymenopus Serville из влажных тропиков может составить конкуренцию любому богомолу. Но пока не составляет: его рыночная доля всего 11%

большой интерес приходится на шесть видов: Hierodula Burmeister (23%), Phyllocrania Burmeister (21%), Creobroter Westwood (14%), Sphodromantis Stål (12%), Mantis Linnaeus (12%) и Hymenopus Serville (11%). Среди них есть столь экзотичные, что их легко спутать с цветком или засохшим листом. Оно и понятно: богомол сидит в засаде и ждет, когда неосторожная мушка пролетит в досягаемости его мечей. Наиболее же дорогим оказался редкий богомол с характерным названием Дьявольский цветок, Idolomantis diabolica. Участники опросов отмечают, что именно красивая форма насекомых, а не их редкость привлекает больше всего. А выложить за богомола они готовы 20—30 долларов, то есть в пределах двух тысяч рублей. Получается недорогая и необременительная живая игрушка с учетом того, что в природе самка богомола живет год, если считать от выхода из кокона, а самец гораздо меньше и, вообще, он обычно погибает во цвете сил, после того как вступит в связь с самкой, которая его незамедлительно утилизирует. Впрочем, жизнь богомола можно продлить. Так, П. Норайр рассказывает, что один из богомолов, которого он, будучи в Крыму, спас из пасти супруги, прожил у него с августа до середины октября, а другой и вовсе семь месяцев, до середины декабря (см. «Химию и жизнь», 1993, 5), хотя энтомологи отпускали ему всего 55 дней жизни. Для кормления богомола пришлось завести тараканью ферму, а продлить жизнь насекомого исследователь сумел, скармливая тараканам хлеб, смоченный растворами витаминов и незаменимых аминокислот. Экологи задают себе вопрос: а не нанесет ли вред живой природе сбор коконов богомолов для их отправки на другой край света? Ответа на него нет, есть только общие соображения. Так, если собирать коконы богомолов-инородцев, которые оказались на чужой территории, то это дело, несомненно, хорошее, местной природе принесет не вред, а благо. А вот как насекомое сообщество отреагирует на сбор местных, непонятно. Наверное, все-таки при массовом спросе надо строить богомольи фермы. Как бы то ни было, богомолы уверенно шагают по планете, осваивая уголки, где наличие этих грациозных насекомых не так давно и представить себе было невозможно. Как знать, не сумеет ли кто-то приспособиться и выжить в необычных для себя условиях, закрутив очередной виток эволюционной спирали? Подготовлено по материалам статьи Roberto Battiston, William Di Pietro, Kris Anderson. Рынок домашних насекомых: первый обзор международной торговли богомолами; Journal of Orthoptera Research 2022, 31(1), 63. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Иллюстрация Александра Кука

Спросите учителя

Л.А. Ашкинази

Науки: сравнение для преподавания (статья вторая) Это — продолжение статьи о сравнении наук, об общих чертах и различиях между разными науками. Обсуждение этой темы со школьниками может способствовать построению более связной естественно-научной картины мира, но может и увеличить интерес к некоторым наукам. Подобное обсуждение может быть проведено за короткое время, не отнимая существенно часы от преподавания отдельных предметов, или факультативно. 50

Объекты Все науки изучают объекты, и мы вправе спросить: откуда они их берут? Создают свои объекты математики, физики, химики, биологи; психологи и социологи этого не делают. Окружающий мир создает объекты для всех наук, кроме математики. В ходе своего развития все науки время от времени добираются до новых объектов. Объекты всех наук изменяются сами, например, изменяются звезды (объект физики), месторождения ископаемых (объект химии и геологии). Можно попросить школьников подобрать примеры новых объектов,

до которых добрались разные науки. А также сравнить скорость и глубину изменений объектов, которые происходят сами по себе. Физику идея о том, что он может повлиять на физические свойства электрона и Вселенной, покажется странной; химик с ним будет солидарен. У социологов ситуация немного другая — считается, что публикация результатов опросов может повлиять на общество, и поэтому в некоторых странах запрещается публикация опросов за несколько дней до голосования. Иногда социологи в своих статьях сбиваются на советы: то ли обществу — как ему жить, то ли властям — как с этим обществом обходиться. К науке это, естественно, уже не имеет отношения. Большая часть психологов не отказалась бы влиять на психологию людей. Один из авторитетов, Киран Бенсон, прямо пишет, что психология не нейтральный наблюдатель процесса человеческого развития, а его активный участник. И что она не столько открывает универсальные законы, сколько создает действительность. Правда, тут надо разделять влияние на людей (например, на их поведение) и на свойства их психики (например, интеллект или тревожность). В качестве некоторого — с точки зрения физика или химика — курьеза упомянем влияние на людей «знания» людьми психологических теорий. В частности, по мере того как идеи того или иного психолога становились широко известны, у психотерапевтов появлялось все больше клиентов, все лучше подпадающих под описанные в литературе типы. Клиент видел себя через ставшую популярной оптику, и это влияло на него. Как изучают науки свои объекты: наблюдают или экспериментируют? Физика, химия, биология, психология — и наблюдают, и экспериментируют. Математика, как мне кажется, тоже, но что думают об этом математики? Филологи и лингвисты вполне могли бы ставить эксперименты, бросая в общество — бутылкой в океан — тексты и неологизмы. Или они это делают, только нам не докладывают? Или общество делает это само, а они потирают ручонки и наблюдают? Что думают по этому поводу ваши школьники?

Принципы эксперимента Первое, что хочется, — это отделить эксперимент от наблюдения и сказать, что наблюдение — это разуй глаза и смотри, а эксперимент — это еще и влияние. Похоже на правду, но есть два возражения, одно философское, другое приземленное физическое. Философское состоит в том, что, выбирая объект наблюдения, — а мы это делаем всегда, мы не наблюдаем весь мир сразу, — мы уже как-то вмешиваемся в этот мир. Хотя бы потому, что мы вообще часть этого мира. Физическое возражение — квантовая область, где наблюдение влияет на эксперимент, причем неизбежно. Если не касаться этих тонкостей, то естественно разделить науки по степени возможности эксперимента. Есть науки, в которых эксперимент или невозможен, или почти невозможен. Пример — космология, единственный эксперимент — полет аппаратов «Пионер» (в Интернете

см. «Эффект “Пионера”» или «Парадокс “Пионеров”»). Далее — науки, связанные с человеком или обществом, — социология, психология, медицина. В них существуют два типа ограничений. Например, мы не можем произвести некоторые эксперименты над обществом, скажем, экспериментально определить реакцию людей на увеличение или уменьшение цен на все продукты, причем — как скажут хором физик и химик — в широком диапазоне величин и скоростей изменения. Кроме того, есть этические ограничения: считается, что не все можно делать с человеком. Эти ограничения зависят от общества (в тоталитарном можно больше) и статуса человека (на заключенных в некоторых странах делают эксперименты). Причем есть временной тренд — большинство социологов и психологов в личной беседе подтвердят, что многие важные результаты были получены в ходе экспериментов, которые позже критиковали за неэтичность. Понятие этики чем дальше, тем больше распространяют на животных. Любой согласится, что гуманизм — это хорошо. Но борцы за права животных почему-то не отказываются от использования лекарств, которые испытывали на животных. В инженерии, в технических дисциплинах ограничения тоже есть, ибо можно уронить новую ракету в озеро и получить жертвы при попытке ее вытащить или случайно пролить что-то такое, после чего в регионе возрастет заболеваемость. Обсуждение подобных вопросов вызовет, как кажется, интерес у школьников. Вряд ли они найдут решение, но по крайней мере поймут, как сложен мир. Отметим два относительно новых момента. Первый связан с популярностью темы «большие данные». По мере увеличения мощности методов обработки данных может возникнуть ситуация, когда из «шума» извлекается «непонятно что, но вроде бы содержательное». На эту ситуацию обращали внимание и раньше (хотя бы автор «Химии и жизни» Станислав Лем в романе «Дневник, найденный в ванне»), но тут, конечно, повторяемость эксперимента приходит на помощь. Если же сам эксперимент повторить невозможно, то можно проверить метод — прогнать его на заведомо случайном наборе данных. Но часто ли делают эту проверку? Второй новый момент таков: по мере увеличения мощности методов познания могут возникать ситуации, когда результат, полученный искусственным интеллектом, станет недоступен человеку. На возможность такой ситуации недавно обратил внимание автор «Химии и жизни» астрофизик Сергей Попов, в Интернете есть его текст «Маглы в мире андроидов». В научной фантастике эта тема, кстати, тоже появилась.

Обработка данных и ссылки Все естественные науки занимаются обработкой данных — это этап в процессе превращения опыта, в широком смысле слова — в знание. То есть данных наблюдений или экспериментов в модели, в понимание природы. Посмотрим, как выглядит — предельно обобщенно — процесс обработки. Например, на примере исследования напряжения в сети; и не надо смеяться. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Итак, нам принесли данные поминутных замеров в течение года переменного напряжения и частоты, примерно миллион чисел. Первое, что мы говорим, — ну, все понятно, напряжение и частота в сети, 230 вольт эффективное напряжение и 50 герц. Тривиальный результат, ради него накапливать эти данные не стоило. Хотя некоторая обработка уже потребовалась, но мы ее сделали столь мгновенно и интуитивно, что и обработкой назвать постеснялись. Далее, мы ищем, например, гармонические составляющие и немедленно обнаруживаем компоненты с периодом 24 часа и 7 суток. При более тщательном анализе, причем в советское время, мы обнаружили бы компоненты с периодом 30 дней и 120 дней — следствие «штурмовщины», попыток выполнения месячного и квартального плана, увеличенной загрузки оборудования. Но ведь данных-то много! И если рыть дальше, то можно найти много непонятного для нас, причем как на самом деле осмысленного, то есть того, что сможет понять кто-то другой, так и просто случайного. Разница между науками в этом пункте состоит в том, обязан ли исследователь, публикующий свои результаты, объяснить все полученные данные, или может оставить часть необъясненными в надежде на то, что кто-то из коллег скажет — о, как интересно! Это ведь означает то-то и то-то! Нормы приличия, сложившиеся в разных науках, различны. В физике допустимая доля необъясненного не равна нулю, но она невелика. Причем в разных областях физики она различна. В химии и биологии, как мне кажется, она немного больше, а в частично гуманитарных демографии, психологии и социологии она еще немного больше. Эти нормы сложились исторически, возможно — в ходе невидимой оптимизации по критерию максимума скорости общего развития соответствующей науки. Во всех приличных науках принято ссылаться на предшественников. Но среднее количество ссылок в разных науках различно, и, что важнее, различен их стиль. В физике ссылка означает, что «оттуда» что-то заимствовано (данные, метод) или сравнивается результат или подход автора с коллегами и предшественниками, в частности — имеет место дискуссия с ними. В некоторых других науках публикации состоят на три четверти из перечня, кто и что из великих предшественников сказал, причем со сказанным великими людьми не спорят, тем более что сказали они это век назад. И если приглядеться, то по другому поводу. Можно попросить школьников посмотреть под этим углом зрения на рефераты, которые они пишут или добывают иными методами.

Кое-что о преподавании Различия в преподавании разных наук — большая и особенно интересная тема. Хотя бы потому, что методы преподавания одной науки могут оказаться применимы при преподавании другой. С другой стороны, обсуждение со школьниками методов преподавания может вызвать недоумение коллег-преподавателей. Любая наука по мере своего развития изучает более сложные, менее доступные свойства объектов, и опыт

такого углубления в ней сохраняется — это история науки. Поэтому и преподавать ее можно на разном уровне, при этом каждый уровень требует определенного уровня знания других наук. Например, изучение некоторых разделов биологии требует определенного знания химии, изучение некоторых разделов и уровней химии требует знания физики, изучение физики требует владения математикой. Но ученик имеет в конкретный момент определенный уровень знаний и способностей применения всех наук, в том числе и «требующихся для». Поэтому возникают разные ограничения, и управление сложностью преподавания конкретного предмета делается изменением и формы (как учить), и содержания (чему учить). Один школьник как-то спросил, почему в школьном курсе химии много частных случаев и исключений из правил — по-видимому, по сравнению со школьной же физикой. Пришлось объяснить, что степень идеализации в школьном курсе весьма велика, что реальные объекты ведут себя намного сложнее, чем символы элементов, написанные на доске. Вот хотя бы два примера, один общеизвестный — горение водорода в кислороде, другой экзотический — различие химических свойств аморфного и кристаллического железа. Из-за высокой степени идеализации и невозможности использовать современные методы расчетов, в школьной химии велика доля конкретных примеров; отчасти это традиция. Еще один, весьма мутный вопрос — «подход». Кажется очевидным, что разным наукам свойствен разный подход — но что это означает? В некоторых случаях подходы смешиваются по необходимости — потому что смешиваются науки. Физик, изучая книгу по психофизиологии, радостно узнает знакомый подход, и это естественно. Но что мы имеем в виду, когда говорим: он подошел к этой физической задаче как математик? А если переформулировать наоборот? Услышим ли мы что-то интересное, если зададим этот вопрос школьникам? Надо будет попробовать…

Единая теория и вопросы У физики есть важное свойство: она пытается строить единую теорию разных явлений, в идеале — всех явлений. Единая теория может называться по-разному, для решения конкретных задач могут применяться разные ее части, разные приближения, с разной эффективностью, но как цель и принцип — она одна. Это не означает, что физика конечна — единую теорию, даже если она будет построена, можно уточнять, развивать и применять бесконечно. Забавное различие между естественными науками и математикой оказалось в вопросе о принципиальной возможности окончательного решения каких-либо задач. В математике возможны несколько видов ситуаций. Первая: известно, что решения у данной задачи нет. Вторая: неизвестно, есть ли решение. Третья: известно, что решение есть, но само решение неизвестно. Четвертая: решение известно, оно получено. В естественных науках, если вопрос задается о ситуациях, существующих в природе, то решение «в принципе» есть — вон оно, за окном. Но

в рамках конкретной модели возможны все четыре ситуации — как в математике. Вопросов про ситуации, не существующие в природе, естественные науки всерьез не ставят. А если, скажем так, в шутку, ставят — то опять имеем эти четыре ситуации. Различие в «вопрососпособности» проявляется при преподавании. В математике вопрос ставится на формализованном языке, и сам язык математики ограничивает вопросы «содержательными вопросами». В математике нельзя спросить «какова площадь функции» или «какова ширина множества», если понятия «площадь» и «ширина» не определены так, что их можно применить к функции и множеству. Естественные науки, например, физика, пользуются и своими терминами, и словами естественного, бытового языка. Поэтому в них можно задать вопрос, осмысленный с точки зрения бытового языка, но не имеющий смысла с точки зрения физики, например, что было до возникновения нашей Вселенной. Подобный вопрос может иметь «ответ» — бессмысленный с точки зрения физики, но воспринимаемый как ответ тем, кто его задал. Подобные вопросы иногда задают учащиеся, и приходится их разочаровывать. В психологии есть несколько разных теорий интеллекта и нет мечты о единой теории психологии человека, более того — некоторые авторы утверждают, что она невозможна. Утверждается, что психологическое свойство, например, интеллект, может измеряться тестами, созданными в рамках разных теорий интеллекта, и результаты могут интерпретироваться только в рамках соответствующих теорий. Если согласиться с тем, что задача науки — предсказывать, а не только объяснять, то было бы интересно узнать, одинаково ли разные теории интеллекта предсказывают его практические проявления, например, успешность какой-то деятельности. И главное — успешно ли предсказывают. Физик в этой ситуации задумался бы об эксперименте, результат которого эти две теории предсказывают по-разному. На это ему могут предъявить новую теорию, которая объединяет эти две и позволяет введением некоторого фактора получить и такой результат, и такой. Интересно, увидят ли школьники здесь проблему, и если да — то какое решение они предложат.

Эргодичность и эволюция Вернемся на чуть более твердую почву социологии. Почему вообще необходимы анкеты? Некоторые ансамбли обладают эргодичностью, то есть объект в своей эволюции проходит все состояния, причем усреднение по ансамблю дает тот же результат, что усреднение по времени. Например, функция распределения энергий молекул в комнате совпадает с функцией распределения значений энергии одной молекулы, наблюдаемой некоторое время. В таких случаях можно заменить измерение на ансамбле («анкетирование») измерением на объекте («биографический метод»), и наоборот. Правда, для воздуха в комнате это «некоторое время» — менее микросекунды, а для межгалактического пространства — миллионы лет.

Человеческое общество не эргодично — человек за одну свою жизнь не проходит всех возможных состояний человека в обществе. Но даже если бы проходил (см. Герман Гессе, «Игра в бисер»), социологи не могли бы ограничиться изучением одного человека, потому что результат хочется получить за меньшее время, чем жизнь. Если же человек проходит все состояния за небольшое время (этот сюжет есть у Станислава Лема), например за год, то было бы трудно работать социологам, которые тоже являются людьми. Хотя возможно общество, где социологи остаются социологами, а остальные люди ведут себя, как «нормальные люди», то есть меняют свои состояния. Такого сюжета, кажется, еще не было. Ни в жизни, ни в фантастике. Даже в системах с возможностью многократных воплощений, например, в индуизме, когда человек за время существования Вселенной, «год Брахмы» (около 3,11 триллионов лет) мог бы пройти более 30 миллиардов воплощений, что явно достаточно для социологов (в 30 млн раз меньшая выборка считается очень хорошей), нельзя гарантировать эргодичность. Потому, что воплощения, в которые попадает человек, имеют в этих системах атрибут «качество». И человек, попавший в воплощение с качеством, достаточным не только для наличия свободы воли (не камень, не дерево), но и для осознания самого наличия «качества» может правильной жизнью увеличить качество последующего воплощения. В этом случае он начинает перемещаться по пространству воплощений уже не случайным образом. Поэтому гарантировать эргодичность нельзя, и Брахма, который является социологом — поскольку является всем, — тоже, наверное, применяет анкеты. Молекулы в комнате легко изучать именно потому, что они живут быстрее человека. Молекулы в далеком космосе мы изучаем, опираясь на знания о молекулах, полученные на Земле; если мы бы жили только в космосе, нам было бы труднее разобраться в молекулах. А ситуация социологов, изучающих людей, похожа на изучение молекул молекулами — именно поэтому она сложна. Оригинальная ситуация сложилась в космологии: наблюдая множество звезд на разных стадиях эволюции, физики создали теорию их эволюции (диаграмма Герцшпрунга–Рассела и т. д.). И разработали изощренные способы анализа ситуации, когда мы наблюдаем ансамбль объектов (звезд), возникших в разные моменты времени и находящихся от нас на разных расстояниях («популяционный синтез»). Аналогом в социологии было бы создание теории эволюции индивида по результатам одномоментного изучения социума. Это стало бы возможно при наличии соответствующих биологических знаний — подобно тому, как и создание теории эволюции звезд по относительно кратковременному наблюдению оказалось возможно при наличии общей физики (теории атома, гравитации, переноса излучения и т. д.). Соответствующих биологических знаний у социологов пока нет. Однако мы не теряем надежды. Автор благодарен А.Н. Поддьякову за весьма полезные критические замечания. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Источник: ASSOCIATED PRESS

РЕЗУЛЬТАТЫ: ФИЗИКА

Марлен Дитрих пробует играть на пиле. Нью-Йорк, 1944 г.

Музыка и физика пилы

ногие видели игру на том кзотическом муз кал ном инструменте, наз вавшемс когда-то скрипкой плотников. Сейчас муз кант активно возрожда т то зан тие, утратившее б ло сво попул рност . Массово же оно по вилос в разн х местах планет , от Америки до Кита , вместе с распространением дешевой гибкой стали два столети назад. Расцвета муз ка пил достигла на водевил н х сценах начала прошлого века. Звучала она и в храмах переселенцев, не имевших других муз кал н х инструментов, и на народн х праздниках многих стран мира.

В умел х руках пила поет не хуже скрипки или виолончели. Но профессионал но играт на ней уме т немногие. Дл того, как и дл всех см чков х, необходим абсол тн й слух и год упорного труда. Сегодн жела щие могут насладит с различн ми стил ми лучших «пил щиков» планет на Ютубе. Здес ест и попса, и фол клор, и даже классика в сопровождении симфонических оркестров. Инструмент представл ет собой удлиненну ножовку треугол ной форм , конечно, без зуб ев. Ее руко т сид щий муз кант зажимает между ног, левой рукой сил но отклон ет ее влево и, что важно, изгибает ее кончик вверх относител но всего полотна. Дл того на конце пил иногда креп т мален ку ручку. Права рука вертикал но перемещает см чок по кра полотна. Таким образом, если

смотрет со сторон муз канта, форма готовой к игре пил в гл дит как буква S. Именно данн й факт — причина муз кал ного звучани кзотического инструмента. Это в недавней работе показали учен е из Гарвардской школ инженерн х и прикладн х наук и факул тета физики Гарвардского университета. Под руководством профессора Лакшминара нана Махадевана (Lakshminarayanan Mahadevan) они построили математическу модел звука изогнутой пластин , рассчитали ее на комп тере и проверили кспериментал но. Автор работ решали задачу математической физики о том, как геометри и топологи упругой изогнутой пластин , например металлической, вли ет на набор и длител ност затухани акустических

ни н , ьн н ни н и и, м жи изм н ни зн м и и изн н и ин им , и изн м ня зн н имм ии изи я н ни и и ь м м и , н и и и м, н ия ни и з жи и м ж м и я из н н ь н зн и изн , им м н я и и изн и и ь ь м я ь изи и м н и изн и ния, изи и н з из нн ми ьн ми м ми, ин я н и и и ьн и н из м нн н з ния н зм жи ин и , жн и ь ия м ия им ним я и м з н , я и и и н н , ним ни и зи и н и м м и я н ия з и н ми я ниями и и из я и м и ни им ня ь я н и ни ни я и изи и ни и н , из н н и и ь м н и изн н ии жи « н нн » ни ин н н , я ни н ии з ин ин м , ми и ж н н зм з н н н з и я и м и з н мм ьм , , ни я н , ж н н я ни и ия з ния нн з н я н н и м, н н ни и, ни и и з ь я з м и м , н нн з и и ь н из и ж ни ни ьн м м и и ни н м м и им и ни м из нн и и я жн и и м, н им (Proceedings of the National Academy of Sciences, 119 (17), 2022)

Глаз видит звук

з и н и , з и ьн н и н ми з ниями зн ж и н з ни ян н ми н и ьн н м з ним зни з ния и и 20 ж , ин я и ми и н м и н ь зн ми знями ни яз н з ни м н н и з , мя м з яз м ния и н ни ь и и н з и з н и и н жи я н н и , и ими им ь ми им и и м «Хими и жизнь», № , 2022 им з м н з н н из ж ни , нн м и м ия жн , ин з н я н н ь и ь ни и жн и нии, н нн я м ьм ии и и м и ин инж н ии и м н , и н з и нн ния з ния м ь ь з ян н ин зи н м и м, ьн з из ж ни м м ь ь з н, н и м из м, н нн н н з м и н н н и им ня м и ин и н и , ни ня яи и я и и и н и, м и я и и ьн ь , н и и и н ми ниями ния з н н и и ьн , ж н и ни н з з н м жи и н ин зн

м, з и

иж ни ни

жи ь и ин из я и м ь з и ь н жи н из ж ния , и ин и я и ми им , н н , ни н з и м н м, н я ния из ж ния и и и я и н ь з и ьн н м з з н , я н и н н м ьн з и ьн ии и и н и и жи нн ми ми им м н им н н им м , м н н м нь ни м зм и и , и ь из и из ж ни нж н ж з мини н н и ь з , м жн и ьн з н н н инз з ьж из ж ни ж ми ь з м ь м н нн и н жн з ни ь з « я» н ж н ь н ь ни мн им ям н и н ж з н и BME Frontiers, 1, 22 февраля, 2022) н

Каждой камере — поляризацию

П н

я из ия и м я ни и

и и н

н из и и

и з и и и,

н нн ни , н , я ь ин н ин н и , н и и

м ь иним из ния м н м н я из ии из нн и и ж нн им и м м м ж мн ь н м н ии, я им ия з я и ь и «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

зи еских свойствах поверхностей разли н х об ектов и про ессах в тонких пленках, о составе атмосфер и а розол х в ней, о магнитн х пол х звезд и многом другом. Дл тих елей инженер спе иал но создат сложн е и громоздкие камер , котор е к тому же дороги. Недавно американо-европейска команда у ен х под руководством профессора прикладной физики Федерико Капассо (Federico Capasso) из Гарвардского университета разработала достойну замену тим конструк и м. Оптики предложили осна ат ироко распространенн е видеокамер дополнител н м лементом, котор й устанавлива т перед об ективом камер на место светофил тра. Он-то и превра ает камеру в пол риза ионну . Работа у ен х развивает их пионерские идеи, предложенн е три года назад, и посв ена рас ету и кспериментал ной проверке конструк ии. Дополнител н й лемент представл ет собой ре етку так наз ваемого метаматериала. Вернее, то опти еска метаповерхност : на прозра ну подложку из плавленого квар а методами лектронно-лу евой литографии и атомно-слоевого осаждени с интервалом 0,42 мкм нанесен ре етки из столбиков оксида титана в сотой 0,6 мкм. Они преобразу т и перенаправл т свет на свето увствител ну матри у камер в зависимости от его пол риза ии. Нов й лемент дал разработ икам возможност извле все ет ре характеристики пол риза ии, котор е в оптике наз ва т Стоксов ми параметрами. Федерико Капассо отме ает, то нов й опти еский лемент можно испол зоват с л б ми видеокамерами, от миниат рн х пионских до камер бол их телескопов. Он позволит в вл т недоступн е глазу и об н м приборам детали в изображени х. По мнени профессора, особенно важно то дл биометри еских систем распознавани ли , устройств роботизированного контрол и приборов ма инного зрени беспилотн х автомобилей. Профессор Капассо уверен, то лемент с метаповерхност ми в буду ем должн зан т свое место

в л бом стандартном наборе исследовател ской оптики наравне со светофил трами или дифрак ионн ми ре етками. Работа команд б ла поддержана На ионал н м нау н м фондом, а также грантами НАСА и ВВС США. (Optics Express, 30 (6) 9389, 2022)

Неожиданная эпитаксия

питакси — давно и хоро о известное в кристаллографии вление. Оно состоит в в ра ивании кристалла с ориента ией кристаллографи еских осей, согласованной с ориента ией осей его затравки или подложки. Она может б т кристаллом того же ве ества, которое на ней растет, или нет. Во втором слу ае, при гетеро питаксии кристалли еска подложка и пленка име т разн й состав, но перва все равно задает кристалли еску ориента и последней. Например, селитра согласованно нарастает на грани ромбо дров кристалла кал ита. Эпитаксиал на пленка полу аетс монокристалли еской и ориентированной, если параметр ее лементарной ейки близок к таковому у подложки. Это озна ает близост рассто ний между атомами у разн х материалов. Если то условие не в полн етс с достато ной то ност , то пленка может стат поликристалли еской, даже аморфной, и потер т свои спе ифи еские характеристики необходим е в лектронике. Спе иалист зна т и о так наз ваемой искусственной питаксии, когда нанесение регул рного микро и нанорел ефа, например, полос, квадратов, других фигур на поверхност подложки пов ает кристалли ност в ра иваемой разн ми способами пленки. Эпитаксии многих видов испол зу т, когда изготавлива т всевозможн е микро и нанолектронн е прибор , микросхем , дат ики и т. п. Совсем недавно профессор физики Зенг Хао (Hao Zeng) из Колледжа наук и искусств Университета тата Н -Йорк в Буффало при в ра ивании магнитной пленки наткнулс на

нов й вид питаксии. Произо ло то, когда у ен й методом газофазного осаждени растил тонкий слой теллурида хрома (Cr5Te8) поверх моносло диселенида вол фрама (WSe2). До оп та Хао предполагал, то пленки будут св зан слаб ми силами Ван дер-Ваал са и пленка теллурида не будет монокристалли еской и о ен ка ественной. Все оказалос как раз наоборот. В сокое совер енство полу ив ейс пленки у ен е об сн т тем, то кристалли еска ре етка подсло соизмерима с ре еткой пленки с размером лементарной кристалли еской ейки в нескол ко дес тков микрон (сем лементарн х еек первого соответству т трем ейкам второго). Профессор сравнивает полу енну пленку со спло н м дерев нн м полом, кое-где прибит м гвозд ми к своей основе. Они служат ему символами локал н х сил прит жени между материалами. Этих редких на мас табах дес тков микрон ковалентн х св зей оказалос вполне достато но дл надежного контрол ориента ии. Упро енно то можно себе представит так. Квадратами паркета надо замостит пол, состо ий из более мелких квадратов при условии, то длина семи сторон малого квадрата равна длине трех сторон бол ого. Ясно, то взаимное геометри еское согласование лементов такого пола на бол их пространствах будет совер енн м. Исследовани закономерностей новой питаксии посв ена стат команд из двух дес тков у ен х и США, Кита и Сингапура, в которой профессор Хао стал веду им автором. По мнени у ен х, их работа дает нов е возможности полу ат монокристалли еские пленки полупроводников х соединений, котор е практи ески важн дл пром ленности, поскол ку позвол т подбират перспективн е кристалли еские пар материалов. Автор запатентовали свое откр тие. (Advanced Materials, 2200117, 2022)

Выпуск подготовил А. Гурьянов

АЗРА РАЗА Первая клетка. И чего стоит борьба с раком до последнего Перевод с английского: Анастасия Бродоцкая

«П

М.: Corpus, 2022

ервая клетка» — парадоксальная книга, разбивающая сердце и одновременно вселяющая самую светлую надежду. Рак — это монстр, который живет в одном рукопожатии от каждого из нас. И профессор Азра Раза, посвятившая всю свою жизнь изучению рака, ведет с нами ошеломительно искренний разговор о том, как (не) лечат рак сейчас и каким образом нужно развернуть исследования и диагностику в сторону обнаружения начала болезни, той самой первой клетки. Жесткий научный спор сочетается с историей любви, дружбы и личных потерь. В книге поражают две вещи — неординарный медицинский подход и сострадание к пациентам, которое доктор Раза считает не просто своим человеческим долгом, но непременным компонентом терапии.

МАЙКЛ ГАЗЗАНИГА Сознание как инстинкт. Загадки мозга: откуда берется психика Перевод с английского: Юлия Плискина М.: Corpus, 2022

айкл Газзанига — известный американский нейропсихолог, автор множества научно-популярных книг, один из тех, кто в середине ХХ века создал биоэтику, исследующую нравственный аспект деятельности человека в медицине и биологии. В книге «Сознание как инстинкт» он убедительно доказывает, что сознание — это не некая «вещь», которую можно отыскать где-то в мозге. Сознание рождается из целой сети расположенных в мозге «модулей», каждый из которых вносит свою лепту. Эта книга понравится всем, кто хочет разобраться в тайнах работы нашего мозга и узнать, чем будут в ближайшее время заниматься нейробиология и нейропсихология.

ШАРОН МОАЛЕМ Лучшая половина. О генетическом превосходстве женщин Перевод с английского: Сергей Мирошниченко

М.: Corpus, 2022

арон Моалем — известный канадо-американский генетик, врач, эксперт в области редких генетических заболеваний, открывший антибиотик нового типа, который помогает в борьбе со сверхустойчивыми инфекциями. Популяризатор науки. Читает лекции для широкой аудитории, принимает участие в теле- и радиопрограммах. В «Лучшей половине» автор выдвигает и доказывает любопытную теорию, согласно которой генетические женщины превосходят мужчин, так как обладают двумя Х-хромосомами. Именно это позволяет женщинам жить дольше и лучше справляться со многими заболеваниями, включая и COVID-19.

Книги

НИЛ ШУБИН Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни — от древних окаменелостей до ДНК Перевод с английского: Татьяна Мосолова

М.: Corpus, 2022

мериканский эволюционный биолог и палеонтолог Нил Шубин стал известен на весь мир, когда вышел его научно-популярный бестселлер «Внутренняя рыба». Научное сообщество знает его как активного сторонника комплексного подхода к исследованию вопросов эволюции: объединяя палеонтологию, генетику развития и геномику, можно получить многомерную картину истории жизни, от которой захватывает дух. Именно такое полотно Шубин дает нам рассмотреть в деталях, рассказывая в своей новой книге о том, как ученые разных эпох и стран по крупицам расшифровывали загадки, накопленные природой за четыре миллиарда лет. И о том, что мы понимаем сегодня про жизнь на Земле. И о том, что намерены выяснить в будущем.

ЛИДИЯ ДЕНВОРТ О дружбе. Эволюция, биология и суперсила главных в жизни связей Перевод с английского: Александр Анваер

М.: Corpus, 2022

аучный журналист Лидия Денворт отправляется на поиски биологических, психологических и эволюционных основ дружбы. Вместе с ней мы посещаем обезьяний заповедник в Пуэрто-Рико и колонию бабуинов в Кении, чтобы исследовать социальные связи обезьян, позволяющие понять наши собственные. Автор показывает, что дружба зародилась на заре человечества: стремление к установлению близких связей существует и у приматов. Лидия Денворт также встречается с учеными, работающими на передовых рубежах исследований мозга и генетики, и обнаруживает, что дружба находит отражение в мозговых волнах, геномах, а также сердечно-сосудистой и иммунной системах человека, одиночество же может нанести ощутимый вред здоровью и повышает риск смерти.

Подробнее об этих и других книгах читайте на сайте издательства: https://www.corpus.ru/ «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фантастика

Валерий Гон ия Сергея Дергачева

пор возник из ничего на приеме у французского консула, когда жены, приглашенные галантными кавалерами, закружились в танце, а мужья расположились в диванной с сигарами и коньяком. — Мир слишком быстро меняется, чтобы ставить на технику, — сказал мистер Бруно, американец итальянского происхождения. Вопреки расхожим представлениям, деловую хватку он унаследовал от предков, профессионально занимавшихся политикой, а задиристость приобрел уже здесь, в Массачусетсе. — В наше время успеть за прогрессом можно, только управляя людьми. — Под управлением он понимал агентурную разведку и взятки. Опять же в силу накопленного предками опыта. Его мнение могли подкрепить двести миллионов долларов, в которые оценивал его состояние журнал «Бизи», местный аналог «Форбс». — Решение, разумеется, принимает человек. Но чтобы его воплотить, нужна современная технология, иначе вы далеко отстанете от конкурентов, — возразил мистер Пипкин, рассеянно помешивая коньяк кончиком сигары. Считалось, что Пипкин — натурализовавшийся англичанин, но некоторая леность его характера, скепсис в отношении властей и неверие в лозунги скорее наводили на мысль о России. Он тоже знал, о чем говорил. Внедряя новшества и регулярно обновляя бизнес, он заработал те же двести миллионов, если, конечно, «Бизи» не печатал сведения под копирку. Именно равенство в рейтинге удручало мистера Бруно, который считал себя гораздо лучшим предпринимателем, чем сосед. — Если конкурент начинает меня обгонять, я просто перекупаю его специалистов, — сказал мистер Бруно. — Это гораздо быстрее и надежнее, чем заново изобретать велосипед. Он выпустил в потолок клуб дыма, похожий на облачко, что сопровождает извержение вулкана на его родной Сицилии. — Некоторые велосипеды невозможно скопировать, — заметил мистер Пипкин. В его голосе звякнул ледок, который так часто встречается на просторах его родины, если мы не ошиблись насчет нее в предположениях.

— Да бросьте! Нет области, где я не выиграл бы у вашей технологии! — сказал мистер Бруно, перейдя, по мнению Пипкина, на личности. — Пари? — коротко спросил мистер Пипкин. Официант у двери встрепенулся, услышав французское слово. Когда раскрасневшиеся жены вернулись от поэзии танца к прозе семейной жизни и нехотя разыскали супругов, условия уже были оговорены. Приз получал тот, чья машина быстрее преодолеет расстояние между двумя поместьями — десять миль по извилистому шоссе, половина которого находилась во владении Бруно, а половина — во владении Пипкина. При этом каждый мог воспользоваться любимым способом ведения дел. — Автомобили? — уточнил мистер Бруно. — Любые. — Пилоты? — Любые. — Методы? Мистер Пипкин пристально посмотрел на соседа, что-то прикидывая в уме, и Бруно некстати вспомнил, что мафия, хотя и родилась в Италии, полного расцвета достигла отнюдь не в этой стране. — Без членовредительства, — наконец сказал Пипкин. Приз гонки установили в пять миллионов долларов, старт назначили через месяц. Следующее утро застало Пипкина за рекогносцировкой. Ежась от холодной осенней сырости, он задумчиво ковырял носком лакированного ботинка край выщербленного дорожного покрытия. Инженер Свантесон, руководитель доброй половины его проектов, присев на корточки, стучал по клавиатуре ноутбука. Невдалеке маячили два выцветших, некогда полосатых столба, отмечавших границы владений. — Ну что, «Макларен» пройдет? — спросил мистер Пипкин. Свантесон, не отрываясь от компьютера, пожал плечами. Потом, сообразив, что босс ждет развернутого ответа, поднял голову. — Не знаю, надо тщательно мерить. В двух местах асфальт придется ровнять. Как на той стороне — неясно. Мы сможем посмотреть? — Почему нет? Поставь аппаратуру в пикап и замаскируйся под торговца энциклопедией — их, кажется, еще не отстреливают, не сезон. А если не ровнять? — «Тандерболт» точно прошел бы, но он, сами понимаете… А насчет «Макларена» не уверен. — Даже если усилить подвеску? — Бывают на свете чудеса, почему бы и не такие? — Понятно. — Пипкин отнюдь не выглядел огорченным. — Есть мысли, чем порадовать соседа? — О, да! — оживился Свантесон. Ловушек решили устроить три. Не по причине экономии — просто на доступной половине трассы было всего три прямых участка. Условие «без членовредительства» накладывало ограничения на выбор средств, хотя, может, это и к лучшему — иначе все могло кончиться банальным фаустпатроном. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Первый сюрприз был электромагнитной импульсной пушкой, разработанной два года назад для военно-морского флота. Первоначально она должна была сбивать с курса торпеды, выжигая у них электронику. Но в торпедах последнего поколения стали применять улучшенное экранирование, и разработка не пошла в серию, а доделывалась в вялотекущем режиме — просто чтобы была. Пушку установили в здании ветряной мельницы, живописно возвышавшейся у дороги памятником Дон Кихоту, как считал Пипкин совершенно без основания: идальго здесь никогда не бывал. Для скрытности работы производились ночью, и грохот перфораторов, покрыв двухмильную дистанцию до поместья, заставил Пипкина вздрагивать в постели. — Как вы поймете, в кого стрелять? — поинтересовался он днем у бригадира наладчиков, по виду — албанского террориста, а на самом деле — вполне мирного грека, если не брать в расчет его последнее задание. — Человек все равно не успеет среагировать, — ответил тот. — Мы включили в систему компьютер и распознавание «свой-чужой» из блока наведения крылатых ракет. — Выстрел прикончит любую технику? Грек почесал кудрявую бороду. — Компьютер угробит. А механические системы продолжат работать, по крайней мере, тормоза. Танк или, например, «Тандерболт» не остановить, а с остальным... — На всякий случай экранируйте на«Макларене», все, что можно, — попросил мистер Пипкин.— и поставьте резервный компьютер. На участке дороги около фермы смонтировали аэродинамическую трубу нового поколения. Одна из фирм Пипкина как раз выполняла заказ для военно-воздушных сил и приступила к полевым испытаниям прототипа под рабочим названием «Вихрь». Сама труба в нем присутствовала, но, в отличие от классического варианта, турбулентный поток рождался не в ней, а на некотором расстоянии от нее— как раз на таком, как от фермы мистера Пипкина до дороги. Свантесон лично проверил расчеты и выдал заключение, что все, не обладающее реактивным двигателем, попав под удар ветра, потеряет как минимум половину хода. Коров с фермы пришлось эвакуировать, а монтажникам— установить доплату в связи с повышенной вредностью производства. Хотя, с точки зрения Пипкина, запах навоза скорее освежал воздух. — А здесь как будем распознавать? — поинтересовался Пипкин, обтирая штиблеты соломой: обходя похожую на дирижабль конструкцию, он сделал лишний шаг в сторону. — Поток создадим перманентно. Просто наш пилот будет предупрежден. Последний прогон почти возле самой границы владений решили посвятить эксперименту. Одна из лабораторий Пипкина исследовала поляризационные свойства пластмасс и, хотя не вышла еще на коммерчески значимые результаты, некоторые новые качества материала уже обнаружила. В частности, научилась электрическим

зарядом придавать пластмассе клейкость, что вызывало надежное прилипание любых соприкасавшихся с ней веществ. Дорожное покрытие, к которому по сигналу с пульта должно было прилипнуть все от мыши до мастодонта, настелили на двадцатиметровом отрезке шоссе. Работали тоже скрытно — еще пять ночей беспокойного сна мистера Пипкина. На половине мистера Бруно решили ничего не предпринимать. Отчасти из соображений приличия, но в большей степени из-за ненадобности: прикинув, что если соперник туда доедет, то с таким опозданием, что необходимость его сдерживания уже отпадет. Помня о возможности неджентльменского поведения со стороны соседа, Пипкин поручил Свантесону наладить разведку на сопредельной территории. Добросовестно начинив датчиками всю округу, инженер выяснил лишь, что ближе к последнему повороту к усадьбе мистера Бруно подогнали цистерну с отработанным тракторным маслом. Теоретически она могла помешать болиду Пипкина достичь финиша, причем, разлитое на повороте, масло могло привести к серьезной аварии. Но до того, как его разлили, претензии невозможно было предъявить. — Мы решим это пластмассовыми шинами, — заявил Свантесон, что-то прикинув в «Автокаде». Ближе к старту неожиданный интерес к гонке проявила миссис Пипкин, обычно не вмешивавшаяся в бизнес мужа и занимавшаяся женскими делами — вышиванием крестиком, конным спортом и стрельбой по тарелочкам. — Дорогой, ты уже нанял пилота? — спросила она как-то вечером, отпустив массажиста. — Я договорился со вторым в рейтинге, — ответил Пипкин. — А почему не с первым? — Первый стоит намного дороже, а на десяти милях мы разницу не почувствуем. — Надеюсь, на лучшей машине он сможет выиграть. — Лучшая машина — «Тандерболт», — сказал мистер Пипкин. — Ее сделали в единственном экземпляре. Но летом за нее просили двадцать миллионов, а сейчас цена выросла до сорока. Я заказал нам «Макларен». — Мне кажется знакомым название «Тандерболт». Где я могла его слышать? — Во время Второй мировой эта фирма делала истребители, — ответил мистер Пипкин. В утро гонок у старта и финиша собрались болельщики. На старт вышли домашняя прислуга Пипкиных, их друзья и случайные знакомые, заехавшие среди недели и обрадовавшиеся поводу еще погостить. Миссис Пипкин заставила их нести воздушные шарики, которые на морозце потеряли свой праздничный вид и стали лучше гармонировать с сонными, помятыми физиономиями гостей. У финиша собралась аналогичная свита мистера Бруно, в которую он пригласил и журналистов «Бизи», так как счел гонку достойной внимания читателей. К тому же результат гонки мог повлиять на рейтинг.

Погода благоприятствовала шоу: когда к старту синхронно подъехали две фуры, их задние стенки опустились в облаках пара — совсем как в голливудских боевиках. Из фуры мистера Пипкина, шурша пластмассой колес и сверкая хромом отделки, выехал ярко-алый «Макларен» и эффектно развернулся. Свантесон цокнул языком, в толпе болельщиков раздались приветственные возгласы. Из фуры мистера Бруно с пронзительным свистом электрической дрели выплыла на воздушной подушке матовая капля «Тандерболта». Ее реактивные двигатели выбросили пробную струю пламени. Зрители замерли. — Я нанял чемпиона мира, — скромно сказал мистер Бруно. — Мне кажется, у меня будут шансы. Следить за гонкой мистер Бруно любезно предложил Пипкину из вертолета прессы. «Бизи» хотел сделать несколько снимков и рад был иметь под боком людей, способных их прокомментировать. Впрочем, интервью в воздухе не планировалось — мероприятие обещало быть недолгим. Вертолет поднялся, судья дал старт, и гонка началась. Сначала «Макларен» резко вырвался вперед — вероятно, пилот «Тандерболта» недостаточно освоился с управлением. На десяти милях этот отрыв мог иметь решающее значение, и Пипкин несколько оживился. «Макларен» идеально вписался в поворот, на полной скорости вышел на первый прямой участок дороги и поравнялся с мельницей. Мистер Бруно заинтересованно склонился к окну. В недрах мельницы что-то сверкнуло, как будто солнце вдруг отразилось в оконном стекле. Крылья ветряка дрогнули, а двигатель вертолета пропустил такт. Сверху было не очень видно, но Пипкину показалось, что выхлоп «Макларена» пропал. Болид, вместо того чтобы разгоняться, терял скорость. — Некоторые пароли можно найти в Интернете, — как бы невзначай проронил мистер Бруно. Но Свантесон не зря работал у Пипкина инженером и зарабатывал… лучше не уточнять, сколько он зарабатывал. Пилот болида загодя прошел тренировку, дублирующий контур сработал. Не прошло и трех секунд, как «Макларен» восстановил управляемость. В следующий вираж соперники вошли одновременно, хотя первоначальное преимущество было потеряно. — Я слышал, что «Тандерболт» испытывали для работы в условиях урагана, — сказал мистер Бруно, когда машины приблизились к ферме. Здесь его не удалось бы обвинить в использовании инсайдерской информации: сверху было отлично видно, как вдоль дороги гигантский смерч гонит горизонтальный столб пыли. — А на «Макларене» нет дополнительных стабилизаторов? Увы, их не было. Как пилот ни пытался сохранить скорость, она упала больше чем вдвое. В какой-то момент Пипкину померещилось, что потоком воздуха на болиде скрутило задний спойлер и начало гнуться

антикрыло. Прибавивший тягу «Тандерболт» выдвинулся далеко вперед. — Кстати, полезная вещь — воздушная подушка, — заметил мистер Бруно, когда его машина достигла границы владений; разрыв дистанции с соперником уже превысил милю. — Я думаю, не использовать ли ее постоянно — можно сэкономить кучу денег на резине. Остаток дороги «Тандерболт», проскочил на едином выхлопе — или как там должна звучать фраза «на одном дыхании» применительно к реактивному двигателю? «Макларен» добрался с полуминутным опозданием, что для гоночной машины на десятимильном участке тоже было своего рода рекордом. Дождавшись, когда сядет вертолет, финишный судья возвел на импровизированный пьедестал, вытесанный по заказу мистера Бруно из белого мрамора, пилота «Тандерболта». Журналисты сделали несколько снимков; в кабине вертолета мистер Пипкин выписал чек. — Надеюсь, я убедил вас в преимуществах работы с людьми? — поинтересовался мистер Бруно — Первой пришла все-таки самая технологичная машина, — возразил Пипкин. Вечером, напоив супругу валерьянкой и текилой (у женщин такие переменчивые желания!) и уложив ее спать, мистер Пипкин сел составлять баланс. Своим успехам в бизнесе он был обязан, не в последнюю очередь, методичности, не позволявшей оставить незавершенным ни одного дела. «Монтаж и последующий демонтаж импульсной пушки — двести пятьдесят тысяч долларов», — занес он в первую строку таблицы. Пушку все равно следовало испытать, но, так и быть, не станем мелочиться. В доход запишем ноль, хотя результат получен. А вот систему распознавания «свойчужой» надо будет защитить дополнительно. «Монтаж и разборка вихревой трубы — триста тысяч долларов». Тоже, кстати, интересный эффект: мощность оказалась на десять процентов выше расчетной. «Новое дорожное покрытие — триста тысяч». Жаль, что в него вляпалась собственная машина; может, доработать и оставить до приезда торговых агентов? В конце концов, выплатим пару компенсаций. «Болид «Макларен» с тюнингом — шестнадцать миллионов долларов; пилот — пятьдесят тысяч; приз — пять миллионов». «Итого затрат — двадцать один миллион девятьсот тысяч долларов». Пипкин откинулся в кресле и вздохнул. Приличная цифра. «Макларен», конечно, будет продан, но вряд ли быстрее, чем за год, и миллиона на три дешевле, чем покупали. На гоночные машины низкий спрос. Ну ладно, пора переходить к доходам. Он вернулся к клавиатуре и вписал в баланс еще одну строку. «Чистая прибыль от продажи «Тандерболта»— двадцать пять миллионов долларов». И меланхолично подумал, что эту новость мистеру Бруно лучше будет узнать из журнала. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

художник Евгений Милутка

Пишут, что...

Короткие заметки

С неба звездочка упала… Вопреки мнению французских академиков, высказанному в XVIII веке, камни с небес падают. Но откуда они там, в небесах, берутся? Оказывается, могут прилетать даже из просторов Галактики! К такому выводу пришли Ян Крамерс, Георгий Белянин их коллеги из Йоханнесбургского университета, а также из Кракова (Icarus, август 2022, т. 382, 115043). Они проанализировали состав метеорита, упавшего в 1996 году в песок Ливийской пустыни на юго-западе Египта. Назвали этот метеорит Гипатия. Казалось бы, ничем не примечательный булыжник, обожженный и оплавленный при прохождении атмосферы. Так и пылился он на полке коллекции минералов, пока в 2013 году не заинтересовал Г. Белянина. Первом делом он измерил состав инертных газов. Соотношение изотопов аргона показало, что камень внеземного происхождения, неон указал, что это обломок большого небесного тела, диаметром в несколько метров, соотношение ксенона и иода дали время образования: первые 40 млн лет существования Солнечной системы. Однако значения концентрации и этих газов, и азота с кислородом не соответствовали ни одному известному источнику метеоритов. Исследования 2015 и 2018 года добавило тайн: у Гипатии оказалось аномально много железа, серы, фосфора, меди и ванадия. И аномально мало кремния, хрома, марганца. А еще он не испытал того нагрева, что случается при сжатии протозвездного облака. Выходит, камень не состоял и из вещества Солнечной системы. Так откуда он прилетел? Производством железа во Вселенной заведуют Сверхновые типа 1а. Они формируются, когда белый карлик, остаток от взрыва красного гиганта, съедает близлежащую звезду, а потом еще раз взрывается, причем столь сильно, что вещество разлетается на атомы. Затем крайне медленно, без нагрева выброшенные атомы соединяются в подобные булыжники; во всяком случае, соотношение концентраций 8 из 15 проанализированных элементов соответствовало таковому в указанных сверхновых. Не так давно сквозь Солнечную систему пролетело два галактических объекта. Как выяснилось, они не были первыми: Гипатия прилетела к нам раньше

А. Мотыляев

…самцы паука-ткача после спаривания катапультируют со скоростью 65 см/сек., чтобы самка не успела его съесть (Science)… …демонстрация признаков стресса может сделать нас более привлекательными и побудить других действовать более позитивно по отношению к ним (Evolution and Human Behavior)… …чемпионы по фиксации углерода — не растения, а почвенные бактерии, которые делают это в 20 раз быстрее (ACS Central Science)… …носимый датчик может контролировать здоровье организма, обнаруживая газы, которые выделяются из кожи человека (PLOS ONE)… …кинжалы бронзового века, изготовленные из медного сплава, использовали для обработки туш животных, а не как нефункциональные символы идентичности и статуса, как считали ранее (Scientific Reports)… …под полом собора Парижской Богоматери ученые обнаружили десять саркофагов, которые были похоронены между XIV и XVIII веками (Science)… …после шести недель пребывания собак в приюте уровень гормона стресса кортизола в их шерсти увеличился на треть (Scientific Reports)…

жни Владимир Иванов

Пишут, что...

…новый катализатор α-FeOOH (природный минерал гётит) на подложке из Al2O3 (глинозем) с добавкой фотосенсибилизатора на основе рутения обеспечивает 80-90%-ную конверсию CO2 в уксусную кислоту (Angewandte Chemie)… …до сих пор не существует эффективных методов лечения атеросклероза (Science Advances)… …черная дыра Стрелец A в нашей галактике Млечный Путь находится на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли и имеет в небе примерно такой же размер, как пончик на Луне (The Astrophysical Journal Letters)… …недорогое биоразлагаемое покрытие Choetsu, созданное в Японии, состоит в основном из метилтриметоксисилана и при нанесении на бумагу делает ее водостойкой и прочной (Industrial & Engineering Chemistry Research)… …травму глаз, ожоги рук и лица, перелом челюсти вызывают электронные сигареты, в которых взорвалась литий-ионная батарея (Angewandte Chemie)… …гибкий и плоский датчик, который легко крепится к зонту, автомобилю или на дом, будет в реальном времени измерять объем капель дождя, скорость ветра и давать текущий прогноз погоды (Advanced Materials)…

Короткие заметки

Источник современного национализма Согласно историческому материализму, в основе национализма лежит стремление местной буржуазии отделаться от опеки буржуазии имперской и полностью захватить управление какой-то местностью с проживающим там населением. Порой процесс инспирирует какой-нибудь империалистический хищник, желающий насолить партнеру. Исторические идеалисты, однако, находят его истоки не в экономике, а в общественной психологии. Об этом свидетельствует свежая работа на тему белого американского национализма, которую выполнила Кристина Рейна из Чикагского университета им. Венсана де Поля (Social Issues and Policy Review, 2022, 16, 1). Согласно ее мнению, причина белого национализма и вызванного им экстремизма с фатальными последствиями состоит в расширяющемся разрыве между идеальным и материальным. Согласно современной националистической идеологии (не путать с германским национализмом XIX века!), одна группа людей, в данном случае белые американцы, лучше, умнее, талантливее, чем все остальные, причем не просто так лучше, а потому, что у них кровь голубее, кости белее и вообще мозг больше и хитрее устроен. Поэтому они по праву должны иметь привилегии. Тем более что так было в США все два с половиной века существования этого государства, созданного и достигшего планетарного могущества стараниями белых англосаксонских протестантов. А теперь чернокожие и латиноамериканцы оттесняют этих белых людей от привычного им места в социальной иерархии. Более того, происходящие в стране демографические процессы прямо-таки подтверждают тезис о целенаправленной политике замещающей миграции, призванной досадить белым. Отсюда следует прямой, как стрела, вывод: надо защищать белую расу от исчезновения. Кто-то воспринимает лозунг буквально: берет винтовку и идет стрелять негров на улице. И такие идеи сейчас очень активно распространяются в США. Что с этим делать? По мнению Рейны – давить в зародыше. А именно: отменить гарантии свободы мнения для националистических идей, использовать цензуру и другие юридические механизмы для запрета подобных идей в СМИ, социальных сетях и в досужих разговорах; создать алгоритмы, которые вымарывают такой контент непосредственно во время написания текстов для соцсетей и мессенджеров. Эти интересные предложения, не раз и не два безуспешно использовавшиеся в мировой политической практике, подсказывают, что идеализм, даже исторический, вряд ли способен привести к достижению результата в силу непонимания истинных причин явления.

С. Анофелес «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Нанофантастика

Владимир Прудков Иллюстрации Елены Станиковой

Оживили Швейка

вейк открыл глаза и поморгал. Люди в белых халатах спросили, как он себя чувствует. Их было много, пять или шесть. Как во врачебной комиссии, объявившей его идиотом. — Что я вам могу сказать, господа, — ответил Швейк, переменяя положение из лежачего в сидячее. — Чувствую себя так, будто заново родился. — Вот и превосходно! — одобрил самый главный. — А где я? В больнице для симулянтов? — уточнил оживший. — Клистир будете ставить или, может, желудок промывать? — В этом нет необходимости. — Понятно. Значит, уже подготовили заключение, что я годен к строевой службе. И когда отправите на фронт? — Что вы, Йозеф! Последняя война на Земле закончилась позавчера. Извините, что затянули с объяснением. Вы первый в мире искусственный человек, созданный на базе литературного произведения. На самом деле вас и не существовало вовсе. Благодарите вашего креатора, Ярослава Гашека. Он создал вполне зримый образ, а не картонную фигуру. Нам только оставалось заложить в компьютер текст романа и замечательные рисунки художника Йозефа Лады. — Матка Божья! — Швейк потрогал шею. — И где мои шрамы? Я же помню, как меня покусал пинчер Фокс на Карловой площади. — А за что он вас? — поинтересовались халаты. — Да злющий был, как его хозяин, полковник Краус. — Извините. Не учли. У вас есть какие-нибудь пожелания? — Ну, коли я свободный человек, а не рекрут в полк его императорского величества, то хочу прогуляться. — Что ж, ваша просьба совпадает с нашими намерениями. Нам интересно, как вы будете адаптироваться в современном мире. — А где я сейчас? В Праге? — уточнил Швейк. — Нет, в городе Самаре, в котором довелось жить вашему автору во время гражданской войны в тысяча девятьсот восемнадцатом году. Мы чтим память о нем. У нас есть музей его имени. И мы надеемся, что вы, при вашей коммуникабельности, быстро освоитесь. — Да, мне не впервой попадать в переплет, — заверил Швейк. — А белый билет дадите? А то меня первый же патруль сцапает как дезертира. — Вы опять о своем! Ничего не надо. Только браслет на руку наденьте. Мы будем знать, где вы находитесь, как себя чувствуете, и придем на выручку в случае чего. Также возьмите с собой кредитную карточку. — А это зачем, осмелюсь спросить? — Мало ли. Вдруг захотите утолить жажду. У нас бесплатно по-прежнему не подают. И вот Швейк, получив инструктаж, вышел на прогулку. Жажду он ощутил сразу, как только покинул лабораторию. И неподалеку, в мемориальном комплексе, нашел пивбар со знакомым названием «У чаши». — Отменное пиво! — похвалил официанта, не подозревая, что перед ним робот. — Прежде знавал я трактирщика, пана Паливца, так он был горазд мочой разбавлять. А вы — не успели? Или вообще не пользуетесь?

— Не имеем в наличии, — ответил робот. Рядом за столиком два мужика, осушившие несколько кружек, уверяли друг друга в своем уважении. Потом заспорили, кому платить. Никто не хотел уступать. «Я плачу!» – настаивал один. — «Нет, я!» Они продолжали состязаться в благородстве и чуть не подрались. — Господа, не ссорьтесь, — с добродушной улыбкой обратился к ним Швейк. — И послушайте, что я скажу. Мой приятель, вольноопределяющийся Марек, утверждал, что если б люди пеклись о других больше, чем о себе, то они еще скорее передрались бы. Чтобы этого не случилось, платите поровну. И заодно за меня, я не буду возражать. Так новорожденный Йозеф Швейк вписался в среду обитания XXII века. И даже кредитную карточку сберег. Последние переговоры по беспроволочной связи состоялись с ним ближе к вечеру: — Алло, Швейк, вы в порядке? — Спасибо, в полном. Даже, можно сказать, в переполненном. Только у меня к вам еще одна просьба. Припомнил я своего приятеля Марека. Не могли бы вы и его оживить? — Ваш приятель — эпизодический персонаж, — объяснили ему. — Сведений о нем писатель Гашек оставил мало. — А я добавлю, — охотно пообещал Швейк. — Я-то Марека хорошо помню. Интересный был человек, всё и про всех знал. До призыва в армию редактировал журнал «В мире животных». Вы слышали когда-нибудь о благуне продувном из семейства кенгуру? А о нетопыре заморском? Или о дикой кошке, которую Марек отыскал на горе Килиманджаро и назвал мурлыкой заоблачной? — Не-ет, не слышали. — То-то же! Озадачил он своих создателей. Они еще не решили, что делать с ним самим, а он уже хочет протащить в будущее своего приятеля.

— А что? — загорелся один из программистов. — Я оцифровывал роман. И не помню, чтоб там было что-то про мурлыку заоблачную. Представляете, он сам сгенерил! Давайте включим Йозефа в число разработчиков. — Ага. И запишем младшим научным сотрудником с окладом согласно штатному расписанию… Вы поддались его обаянию, коллега, — осадил его главный. — Не забывайте, что Швейк лишь муляж, макет, да и по свидетельству военных врачей своего времени — просто идиот! Считаю эксперимент завершенным. Швейка следует отключить и сдать в наш музей в качестве экспоната. — Но он такой живой! — волновался программист. — Нет, так тоже не годится! — Ну, разве что предложить в аренду какой-нибудь студии, — засомневался руководитель. — Будет играть самого себя в различных шоу. У него хорошо получается. К единому мнению не пришли, но Швейк, не дожидаясь решения ученых мужей, сам проявил инициативу. Он пропал! На связь больше не выходил, датчики жизнедеятельности молчали. Ни пульса, ни частоты дыхания, ни энцефалограммы. Всполошились, конечно, и срочно выехали по месту его нахождения. Заметили издали. Швейк с благодушным видом сидел в сквере рядом с музеем Ярослава Гашека и курил трубку. Но она не дымилась. То был не сам Швейк, а памятник бравому солдату. Браслет обнаружили на запястье бронзовой руки. А где находится сверстанный на компьютере и распечатанный на принте Швейк, осталось неизвестным. Меж тем по федеральной трассе ночью шел путник и напевал старинную солдатскую песню: «Шли мы прямо в Яромерь, коль не хочешь, так не верь». Бывший бравый вояка, освободившись от надзора, направлялся на свою историческую родину. Шел он прямо на Восток, ибо знал, что Земля круглая. На пути его ждали новые приключения. «Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

ВСЕРОССИЙСКАЯ ПРЕМИЯ «ИСТОК» ИМЕНИ АКАДЕМИКА И.В. ПЕТРЯНОВАСОКОЛОВА

ЕЖЕГОДНАЯ ПРЕМИЯ ПРИСУЖДАЕТСЯ УЧИТЕЛЯМ ФИЗИКИ, ХИМИИ И БИОЛОГИИ ЗА ВЫДАЮЩИЕСЯ ЗАСЛУГИ В ОБЛАСТИ ПОДГОТОВКИ БУДУЩИХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ, ИНЖЕНЕРОВ И ТЕХНОЛОГОВ ВРУЧЕНИЕ ПРЕМИЙ «ИСТОК» СОСТОИТСЯ 5 ОКТЯБРЯ 2022 ГОДА В НИЖНЕМ НОВГОРОДЕ

ПРЕМИЮ «ИСТОК» УЧРЕДИЛИ ПРЕЗИДЕНТ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК И ГУБЕРНАТОР НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ