HmZhzn102021

химия и жизнь

10

/ 2021

Детсадик, школа, вуз, работа, потом на пенсию… А жить?

Химия и жизнь

Ежемесячный научно-популярный журнал

10

/ 2021

В. 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 24.10.2021 Типография «Офсет Принт М.»

123001, Москва, 1-й Красногвардейский пр-д, д. 1 Адрес для переписки 119071, Москва, а/я 57 Телефон для справок: 8 (495) 722-09-46 e-mail: redaktor@hij.ru http://www.hij.ru 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/

Содержание Нобелевская премия по физике ПОИСКИ ЧЕРНОЙ КОШКИ. С.М. Комаров ............................................2

А почему бы и нет? МАГНИТНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ. С.М. Комаров...........................................9

Нобелевская премия по химии ХИМИЯ ЗА РАМКАМИ СТЕРЕОТИПОВ. Л.Н. Стрельникова ................. 12

Нобелевская премия по физиологии и медицине НОВЫЕ ОЩУЩЕНИЯ. Е.В. Клещенко .................................................. 18

Проблемы и методы науки НЕЙРОН РОДИТЕЛЬСКОГО ЧУВСТВА. Н.Л. Резник ............................ 24

Панацейка

При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь» обязательна

КРОТОН  ДЕРЕВЯННЫЙ ДРАКОН. Н. Ручкина .................................. 29

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

Расследование

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

РИСУНКИ, КОТОРЫЕ ВСЕГДЫ БЫЛИ С ЛЮДЬМИ. А. Речкин .............. 32

«Урал-Пресс», (495) 789-86-36 «Руспресса», тел. +7 (495) 369-11-22 «Прессинформ», +7(812) 786-58-29, +7(812) 337-16-26 г. С-Петербург

© АНО Центр «НаукаПресс»

Генеральный спонсор журнала Компания «БИОАМИД»

История завтра ИЗ РОССИИ В США: ПО ТУННЕЛЮ ИЛИ МОСТУ? Л.Н. Перлов ........... 42

Задачи Леенсона СКОЛЬКО СТОИТ АТОМ ЗОЛОТА? И.А. Леенсон .................................48

Фантастика ЖИВАЯ. Ю. Мори ...............................................................................54

Нанофантастика ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТВОРЧЕСТВА. Н. Голованова ....................................64 НА ПЕРВОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ рисунок Александра Кука НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ картина художника Rob Gonsalves «Всё связано». Хочется надеяться, что людям удастся договориться с природой и избежать катастрофы. Об этом читайте в статье «Поиски черной кошки»

Реклама

17

Результаты: алгоритмы и роботы

39

Результаты: астрофизика

59

Короткие заметки

62

Пишут, что…

62

Нобелевская премия по физике Кандидат физико-математических наук

С.М. Комаров

AP/TASS

Поиски черной кошки

Нет цены заслугам полководца И его высокому уму <…> Только жаль, что не завоевал он Княжество, зовущееся У. Ду Фу

Нобелевскую премию по физике за 2021 год получили Джорджио Паризи, Клаус Хассельман и Манабе Сюкуру. Суть исследований первых двух ученых — вычленение малых или неявных вкладов каких-то параметров в ход различных процессов. Это важно потому, что такой вклад при всей своей малости может пустить процесс по совершенно неожиданной траектории. Благодаря таланту Рея Брэдбери, соответствующее явление получило название «Эффект бабочки». Что касается третьего нобелиата, Манабе Сюкуру, то он прославлен участием в создании одной из первых компьютерных моделей, позволяющих рассчитать климат нашей планеты.

Ничтожная малость Пытаться понять, какую роль играет в течении физического процесса некий малый параметр, отделить его вклад от тех, что дают другие параметры, доказать, что все сделано правильно, — очень сложная задача. Она напоминает задачу жадного раджи из сказки про Золотую антилопу, который не мог отличить золотую монету визиря от своего золотого, или пресловутый поиск черной кошки в темной комнате, особенно если кошки там нет. Таких процессов в физике много, и Джорджио Паризи из римского Университета Сапиенца потратил всю свою жизнь, чтобы достичь понимания, как это делать. Подробно об этой сложной, но интереснейшей задаче в физике и о тех процессах, где малый параметр определяет судьбу огромных систем, речь пойдет в декабрьском выпуске журнала. А пока остановимся лишь на одном процессе, но таком, от которого зависят судьбы человечества, да и не только его, а всей биосферы планеты. Это процесс глобального потепления. Суть климатической проблемы состоит в следующем. Метеорологи накопили множество данных — результаты измерений температуры поверхности планеты, давления, влажности атмосферы, величины осадков, скоростей ветров, течений и много другого. Примерно с середины XX века эти измерения ведут сети станций, которые более-менее равномерно покрывают всю поверхность Земли. Так что сегодня человечество

имеет огромный массив многолетних наблюдений за климатом. Эти данные меняются час от часа, день ото дня, месяц от месяца, год от года. Должны быть и колебания больших масштабов — вековые, тысячелетние, но для их надежного обнаружения пока что не хватает данных. Все эти изменения — периодические, поскольку зависят от периодически повторяющихся событий, например от вращения Земли вокруг своей оси или по орбите, движения Луны, циклов солнечной активности. Однако могут быть и иные изменения, зависящие от действия какого-то непериодического фактора природного или искусственного происхождения. Это извержения вулканов, внециклические вариации солнечной активности, интенсивности космических лучей, дисбаланс в биогеохимических циклах парниковых газов или что-либо еще. Очевидно, что такие факторы создадут иную картинку изменчивости климатических данных. Даже если амплитуда вызванных ими изменений оказывается сравнима с амплитудой изменений от периодических факторов, вклад какого-то малого фактора может оказаться критическим и определить направление движения всей огромной климатической системы. И такой фактор выбран: антропогенная эмиссия парниковых газов, которая ничтожна по сравнению с общим объемом углекислого газа, ежегодно участвующего в геохимическом цикле углерода. За последние 25 лет многие климатологи пришли к убеждению, что этот малый фактор изменил траекторию движения нашей климатической системы и направил ее фактически к катастрофе (рис. 1).

1.0 0.8 Аномалия температуры

Клаус Хассельман, Джорджио Паризи и Манабе Сюкуру — этим троим исследователям Нобелевский комитет присудил премии по физике за 2021 год

0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4

1860

1880

1900

1920 Год

1940

1960

1980

1 Если по компьютерным моделям провести расчет, в котором не будет расти содержание углекислого газа, то температура планеты не сойдет со своей траектории. На рисунке сплошными линиями показан расчетный вклад роста содержания парниковых газов в рост температуры планеты (изменение аномалии температуры по сравнению со средним для 1961—1990 годов), определенный по разным моделям; столбиками — реально измеренные температуры с их разбросом; прерывистыми линиями — какой была бы температура, если бы содержание парниковых газов не росло (Bulletin of the American Meteorological Society, 1999, 80, 12) «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

3

Поскольку теплые эпизоды, соответствующие прогнозируемому нагреву, на Земле уже случались и жизнь их преодолела, то это будет, скорее, социальная катастрофа: и биосфера, и человечество, как ее часть, изменятся, но выживут; однако социальные последствия изменения климата будут чудовищны из-за затопления огромных территорий и изменения географии земель, пригодных для выращивания еды. Человечество в XX веке достигло невероятного могущества, как подметил еще В.И. Вернадский, оно стало реальной геологической силой. Поэтому человек может изменить траекторию, направить климатическую систему на другой путь, позволяющий избежать катастрофы. Однако для этого чрезвычайно важно понять причину потепления, удостовериться, что именно антропогенные выбросы привели к изменению траектории земного климата. Ведь если причина понята неверно, предпринимаемые человечеством усилия и выделяемые колоссальные средства могут пропасть втуне, катастрофа же не будет преодолена. Именно такую задачу вычленения роли антропогенного вклада в изменение климата и решал Клаус Хассельман из Института метеорологии Общества Макса Планка. Посмотрим на логику его рассуждений при постановке и решении задачи.

Задача Аррениуса Идея антропогенного глобального потепления витает в атмосфере научного сообщества с 80-х годов XIX века. В середине того века химики открыли для себя спектральный анализ и принялись изучать это новое поле знаний. В 1861 году британец Джон Тиндаль выяснил, что водяной пар и углекислый газ способны поглощать инфракрасное излучение, то есть работать как парниковые газы: задерживать тепло в атмосфере Земли. Этот результат вдохновил нобелевского лауреата по химии 1903 года Сванте Аррениуса, всем известного автора теории электролитической диссоциации, на расчет: а что будет, если сжечь весь уголь? Построив первую модель тепловых процессов в атмосфере Земли с учетом роли парниковых газов, он к 1896 году выяснил, что если удвоить концентрацию СО2 в атмосфере, то есть довести ее до 500 ppm с тогдашних примерно 250 ppm, то температура поверхности Земли вырастет на шесть градусов. Аррениус не знал деталей строения атмосферы, известных сейчас, но зато он первым учел при рассмотрении проблем климата роль снежного и ледового покрова в отражении солнечных лучей. Более того, он почти верно рассчитал концентрацию СО2 в воздухе ледникового периода, 150 ppm; сейчас керны антарктического льда дают 180—200 ppm. Ну и конечно же ему принадлежит идея, что, сжигая уголь, человек обязательно доведет планету до теплового удара из-за накопления углекислого газа в атмосфере.

4

Это мрачное предсказание тогда сочли курьезом и на долгие годы забыли. Но вот в середине XX века с появлением компьютеров метеорологи стали строить модели атмосферы и рассчитывать ее поведение. Е с те с т в е н н о , и м п о н а д о б и л о с ь р а с с ч и т ы в ат ь и тепловые потоки. Ту т-то модель Аррениуса с солнечными лучами, проходящими сквозь атмосферу внутрь и отраженными тепловыми лучами, частично задерживаемыми парниковыми газам при движении наружу, оказалась востребованной. Поначалу модели были примитивными; например, одна из них, предложенная в 1967 году вторым «климатическим» нобелевским лауреатом 2021 года, Манабе Сюкуру из Принстона вместе с Ричардом Уэзера льдом из Национа льного управления океанических и атмосферных исследований США, рассматривала лишь атмосферный столб, который представлял собой пирог из слоев с разной влажностью, температурой, давлением и содержанием парниковых газов. Как оказалось, простой расчет перераспределения тепла в этой примитивной модели был далек от реального: давал гораздо более быстрое падение температуры с высотой. Пришлось вводить в модель восходящие потоки, перераспределяющие влагу, добавить фазовое превращение воды: оно подогрело атмосферу, и удалось свести концы с концами. Вот расчет по этой модели и показал, что удвоение содержания углекислого газа в атмосфере приведет к потеплению на 2,3°С. К 1975 году Манабе с Уэзеральдом на компьютере с оперативной памятью в полмегабайта сумели решить все уравнения тепломассопереноса в этом атмосферном столбе и получили новую оценку: рост содержания СО2 до 600 ppm ведет к потеплению на 2,93°С.

Все сложнее и сложнее На практике земная климатическая система гораздо сложнее, чем атмосферный столб. Так, согласно современным данным, основной поток солнечного тепла приходится на зону между сороковыми параллелями: в этой области превышение мощности падающего тепла над исходящим составляет 5 ПВТ, то есть пять миллиардов миллионов ватт. (Для сравнения: суммарная мощность электростанций планеты составляет 2,3 ТВт, то есть в две с лишним тысячи раз меньше.) Воздушные потоки и течения в океане перераспределяют это избыточное тепло по планете. Поэтому в модель была добавлена широтная и долготная циркуляция, был учтен и термостабилизирующий эффект океана, способного столетиями хранить в своих водах тепло и холод прошедших эпох. В частности, именно с изучения роли океана в изменениях температуры и начал свою научную карьеру Клаус Хассельман. В современных моделях помимо глобальной циркуляции атмосферы и океанов удалось более-менее

Задача жадного раджи Однако у широкой публики возникли вопросы: а верно ли угадана причина потепления? Ведь в моделях неизбежно есть подгоночные параметры, которые берут из рядов наблюдения. Поэтому очень легко выдать желаемое за действительное: получить антропогенное глобальное потепление, тогда как на деле это потепление происходит из-за каких-то вполне природных причин, например вызвано долговременными вариациями климата. Чтобы убедить оппонентов, сторонникам гипотезы антропогенного глобального потепления нужно решить задачу жадного раджи: выделить и предъявить антропогенный вклад. Иначе кто-то не воспримет климатическую угрозу всерьез, а кто-то вообще сочтет, что ее нет. И тогда никакой общей борьбы человечества против общей беды не получится. Решением такой задачи и занялся Клаус Хассельман с коллегами в 90-х годах ХХ века. Казалось бы, самое надежное доказательство — вычленить антропогенный вклад из рядов наблюдений, ведь для отдельных метеостанций они существуют с середины XIX века. Такие наблюдения позволяют оценить динамику средней температуры планеты начиная с дней промышленной революции, то есть за весь период антропогенного потепления. Увы, эта попытка успехом не увенчалась: величина вклада оказалась сравнима с общим разбросом данных, меньше ошибки измерения, что в физике недопустимо. Аналогично провалилась попытка четко зафиксировать глобальное потепление по информации об изменении среднегодовых температур. Оказалось, что достоверно, за пределы ошибки измерения, выходят только два эпизода роста температуры планеты: в 1920—1945 годах и с 1975-го по настоящее время. А с 1860 по 1920 и с 1945 по 1975-й нет никакого глобального потепления с точки зрения правил обработки результатов эксперимента. Так что температура менялась в очевидном противоречии с монотонным ростом содержания парниковых газов в атмосфере. Впрочем, все равно можно точно утверждать, что с 1900 года температура планеты выросла больше, чем ошибка измерений. В общем, простыми способами задачу жадного раджи решить не удалось.

Работа с отпечатками пальцев Тогда обратились к компьютерным моделям, ведь в них можно в широких пределах менять параметры, считать температуру что с антропогенным вкладом, что без него и смотреть, чем расчет отличается от наблюдений. Такие расчеты сделали, и они привели к конфузу. В то время как наблюдения за период 1945—1995 годы показывают хорошо видное потепление над океанами Южного полушария и континентами Северного, а над океанами Северного полушария идет похолодание, модели дают менее сильное потепление северных континентов, а северные океаны в них и вовсе не охлаждаются, а нагреваются, пусть и не сильно. Результаты расчета можно качественно считать достаточно вразумительными, однако количественно их отличие от наблюдений видно невооруженным глазом; такие данные никак не могут убедить скептиков. Во всяком случае, так было в конце 90-х годов, когда Хассельман проводил свои расчеты. Интересно, что расчеты средней температуры и ее изменения со временем, выполняемые с учетом только вклада антропогенных парниковых газов, совсем не соответствовали действительности: потепление вышло слишком сильным. Это расхождение удалось исправить введением второго антропогенного вклада — от аэрозолей (рис. 2). Образуя облака в верхних слоях атмосферы, они отражают в космос приходящий оттуда солнечный свет, увеличивая, подобно снегам и льдам, альбедо планеты, и так противостоят парниковым газам.

3.0 Только парниковые газы

2.5 Аномалия температуры

полно учесть отражение тепла от ледяных шапок, облаков водяного пара, различных атмосферных аэрозолей. И такие достаточно совершенные модели, для работы с которыми нужны суперкомпьютеры, показали, что простая модель Манабе —Уэзеральда дает вполне корректную оценку связи температуры с содержанием углекислого газа в атмосфере: рост на 2,5–4°С при удвоении последнего. Следуя традиции Аррениуса, рост содержания углекислого газа и рост температуры связали с деятельностью человека, тот есть назвали потепление антропогенным.

2.0 Учтен вклад аэрозолей

1.5 1.0

Реальное изменение температуры

0.5 0 -0.5 1900

1950

Год

2000

2050

2 Если в расчет климата включить только антропогенную эмиссию углекислого газа, температура планеты станет расти быстрее, чем наблюдается. А если добавить вклад от аэрозолей, которые образуются в атмосфере от сжигания угля и дров, то медленнее (Climate Dynamics, 1997, 13)

Оценивать вклад аэрозолей не совсем просто. Ведь парниковые газы равномерно распределены в атмосфере; их содержание легко померить на любой метеостанции. С аэрозолями, которые состоят из тя«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

5

50

100

100 Давление

Давление

50

200 300

200 300 500 700

500 700 -50

-30

0 Долгота

30

60

-50

-30

0 Долгота

30

60

3 Данные об изменении температуры атмосферы с высотой для разных долгот усреднили за два периода времени: 1978—1988 и 1963—1973 года. Затем результаты вычли друг из друга и получили изменение картины. Штрихами показаны линии с отрицательными значениями

4 С помощь компьютерной модели посчитали десятилетние средние значения температуры атмосферы на разных высотах и долготах для двух случаев: когда есть рост содержания углекислого газа и когда его нет, а затем эти значения вычли друг из друга, построив карту разницы (David J. Karoly, доклад «Greenhouse Climate Change Fingerprint Detection» Proceedings of the Centre for Mathematics and its Applications, 1990, 49-60)

желых капель серной кислоты и частиц сажи, ситуация иная: они в большей степени сосредоточиваются в местах своего происхождения — над промышленными и густонаселенными районами Северного полушария и над тропическими районами Африки, где топят дровами, а также над местами лесных пожаров, извержений вулканов. Концентрация этих аэрозолей, скорости их оседания, распространения в атмосфере доподлинно неизвестны. Поэтому их количество, а стало быть, влияние на климат учитывают скорее оценочно, чем на основании точных измерений. В общем, и прямыми расчетами с помощью компьютерных моделей решить задачу жадного раджи не удается. Поэтому было решено использовать метод поиска отпечатков. Суть его состоит в том, чтобы достаточно хитроумными математическими операциями так преобразовать данные, что полезный сигнал, вклад от некоего выбранного фактора, будет явно виден по сравнению с общим фоном. То есть подобрать процедуру, которая как лупа криминалиста покажет нам искомый отпечаток пальцев посреди всех остальных следов. При использовании метода отпечатков не нужно иметь точные модели, дающие правильные числовые значения измеряемых величин. Достаточно, чтобы в расчете и в наблюдениях был схож характер изменения этих величин, так называемые паттерны, например изменения масштабов пространственных вариаций температуры со временем. Существенно огрубляя ситуацию, можно сказать так: если в модели северные континенты греются сильнее, чем океаны, а в наблюдениях континенты греются, но океаны охлаждаются, то это можно счесть за один и тот же паттерн. В конце концов, если наблюдаемый океан более холодный, значит, он действительно греется медленнее, чем континент, как и предсказывает модель. А отпечаток чего искать? При всем богатстве выбора искать решили след именно антропогенных факторов

— повышения содержания парниковых газов и аэрозолей в атмосфере. Для этого есть важная причина: если перебирать все возможные и невозможные факторы и пытаться выделять их индивидуальные следы, то можно не преуспеть. Иное дело, когда взят один-единственныйфактор. Тогда достаточно решить задачу: оказывает он на общую систему данных влияние за пределами ошибки измерений или нет. Вот в рамках этого формализма и пошел поиск отпечатков антропогенного глобального потепления. Посмотрим с помощью простого примера, как это выглядит на практике. Возьмем в качестве расчетной величины глобальное распределение температуры атмосферы по высоте. У нас есть статистика наблюдений, которая позволяет проводить расчеты. Например, посчитать средние значения температур за два разных десятилетия и построить карту различий между ними (рис. 3). А еще есть модели, с помощью которых также можно посчитать аналогичные величины для разных содержаний парниковых газов и построить карту их различий (рис. 4). Потом с помощью статистических методов сравнить получившиеся карты и найти степень сходства между ними. Как видно, сходство у этих карт есть: потепление в нижней тропосфере и похолодание в стратосфере. А численная оценка сходства, то есть степень корреляции, равна 0,39. Это неплохое сходство, оно дает 90%-ную уверенность, что причиной обнаруженных изменений температуры служит изменение концентрации парниковых газов. Так в распределении температуры по атмосферному столбу удается рассмотреть кое-какие следы антропогенного потепления. А ведь в распоряжении метеорологов имеются результаты многолетних измерений многих других величин. Прежде всего, это приземная температура, влажность, давление, скорость ветра, осадки: все они известны на протяжении длительного

6

Заметка фенолога САМЫМ н м и ми м и изн н ь н и н ии ми ин н ин н и з м нн и ьн з , ьн и , н м и я, з н и и ьн з, и н з изи нь 2021 з я м ь ни м н , из нн и , , жи ни я зн и ьн ни ж н з и и и жи я и н ь« з з н ь », ь м, я и и ни з и и м ,н з ь ям м им и им и ь м

времени и по всему земному шару, то есть с отличным временным и пространственным разрешением. Есть еще колебания уровня моря, площади ледников, содержания парниковых газов, аэрозолей в атмосфере. Во всех них содержится полезный сигнал от антропогенного фактора, который мы хотим найти, и шум, вызванный естественными колебаниями климата. По мнению Клауса Хассельмана, такие данные могут пригодиться. Более того, используя разработанную им процедуру поиска отпечатков пальцев, именно совместный учет как можно большего числа климатических переменных улучшает статистику: снижает шум и усиливает сигнал. В своей работе Хассельман провел несколько расчетов отпечатков с использованием различных моделей. Эти расчеты окончательно убедили его, что, действительно, главным антропогенным фактором, влияющим на климат, служит сочетание парниковых газов и аэрозолей в атмосфере. Однако не все так просто. Вывод из его работ по состоянию на 1999 год был такой, приведем его почти дословно из статьи «Detection and Attributionof Recent Climate Change: A Status Report», опубликованной в журнале «Bulletin of the American Meteorological Society» (1999, т. 80, № 12): «Наиболее вероятной причиной наблюдаемого потепления является сочетание природной изменчивости и антропогенных источников. Но, учитывая большую неопределенность модели и ограниченность данных, в настоящее время невозможно дать достоверную оценку различных факторов, способствующих наблюдаемому изменению климата. Короче говоря, пока мы не можем с высокой степенью статистической значимости отнести наблюдаемые изменения глобального и крупномасштабного регионального климата только к антропогенному воздействию. Этот результат неудивителен. Хотя полученные данные позволяют приписать изменение климата антропогенному воздействию, моделирование показало

н нии н и и ьн н ии и ин ж н и я, Х ьм н

значительный разброс. Оказались не учтены такие важные факторы, как непрямое действие сульфатных аэрозолей, озона и некоторые другие. Более того, расчет по единственной модели, где эти малопонятные факторы были учтены, привел к неудовлетворительному результату. Полностью реалистичный расчет сценариев пока еще не проведен. Это усугубляется тем, что, по большинству оценок, антропогенный сигнал в настоящее время сопоставим по величине с верхними пределами естественного климатического шума. Такое низкое отношение сигнал/шум в настоящее время не позволяет четко утверждать, что изменение климата вызвано лишь антропогенным вкладом. Одни расчетные сценарии воспроизводят наблюдения с точностью до уровня предполагаемой неопределенности в сигнале и наблюдениях, другие — нет. В общем, нынешнее положение дел неудовлетворительно». Интересно, что эти строки написаны не до, а спустя два года после того, как был подписан Киотский протокол, в котором международное сообщество впервые поставило цель сокращения антропогенных выбросов углекислого газа. Выходит, что у климатологов к тому времени еще не было надежных данных, доказывающих антропогенный характер глобального потепления. Однако и мировые СМИ, и политики, и природоохранные активисты, и те, кого называют лидерами общественного мнения, — все они тогда же в один голос утверждали: антропогенное потепление — научно установленный факт, а кто его не принимает — тот маргинал, склонный к лженауке, паранойе и теориям заговора. Как видно, 20 лет назад факт вины человеческой цивилизации в глобальном потепления еще не был научно обоснован. Однако сегодня на основании этого факта в мире происходят огромные изменения, которые «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

7

П

осмотрим повнимател нее, как Клаус Хассел ман искал отпе атки антропогенн х факторов и то он на ел. В его распор жении б ли р д многолетних набл дений за приземной температурой во многих то ках планет , из котор х он в брал у астки с 1946 по 1995 год. А е е имелос нескол ко разли а ихс своими алгоритмами комп терн х моделей, котор е позвол т расс ит ват аналоги н е р д данн х. При ем такие рас ет можно вести много раз с одними и теми же параметрами, тоб в вит разброс данн х, св занн х с поведением моделей, а можно вар ироват или добавл т какие-то вне ние дл модели параметр , например те же парников е газ . Одну из тих моделей в брали как тестову — ее данн е вз ли в ка естве того сигнала, отпе атки которого и предстоит искат . Р д данн х оптимизировали с тем, тоб умен ит природн й ум. Затем к ним применили про едуру поиска отпе атков, то ест , если максимал но упростит , сравнили ти данн е с данн ми, расс итанн ми по тестовой модели при нали ии вкладов от расту его содержани в атмосфере углекислого газа и а розолей антропогенного происхождени . И в резул тате полу или сигнал от парникового газа и от а розол , своеобразн й индикатор их вли ни на климат. А то с ним делат дал е? Поскол ку и в резул татах набл дений,

8

6 Амплитуда сигнала от аэрозолей

Отпечатки в эллипсе

однозначно идентифицировать в потеплении планеты отпечатки пальцев человека, выявить антропогенный вклад не сравнимый с ошибками расчетов и измерений. Иначе никак не объяснить, почему подавляющее большинство ученых верят в антропогенное потепление, а Нобелевский комитет высоко оценивает предложенный Клаусом Хассельманом метод поиска черной кошки в темной комнате.

Bulletin of the American Meteorological Society, 1999, 80, 12

названы Глобальным энергопереходом. С ним связаны чудовищные потери как овеществленного, так и человеческого капитала. Не может быть так, что подобные кардинальные меры, ведущие к огромным затратам и прямым убыткам, политики предпринимают на основании научно необоснованных данных. Наверняка за последние два десятка лет климатологи создали еще более совершенные модели. И они позволили

4

2

0

-2

-4

-4

-2

0 2 4 6 8 Амплитуда сигнала от парниковых газов

и в резул татах рас ета по модел м ест некотора неопределенност , св занна с разбросом данн х, повл тс ллипсовидн е области достоверности сигнала. Если сигнал оказ ваетс за пределами такой области, зна ит, им можно пренебре . За пределами ллипса достоверности набл дений оказ валис сигнал от всех моделей, где у тен тол ко вклад расту его содержани парников х газов (поме ено G). Стол же недостоверен и отказ от их у ета, даже когда в модел добавл т природн е вклад от вулканов и вариаий солне ной активности (обознаено nat). Ли у половин моделей, у ит ва их вклад и парников х газов, и а розолей (обозна ено GS), сигнал оказалс в пределах области достоверности. Там же, ближе всего к сигналу от реал н х набл дений (обозна ено Obs 46-95), оказалс и рас ет, где б ли у тен как оба антропогенн х, так и оба природн х фактора (обозна ено GS+nat).

10

12

14

То, то какие-то модели да т антропогенн й сигнал, а какие-то нет, то, то а розоли от сжигани угл служат важн м фактором сдерживани глобал ного потеплени , — интересно, но не то главное. У рас ета ест две гораздо более интересн е детали. Во-перв х, сигнал от реал н х набл дений не равен нул . То ест об снит климати еску реал ност без антропогенн х факторов нел з . А во-втор х, нулева то ка, то ест така , где сигнал от антропогенн х факторов отсутствует, находитс пуст и р дом с грани н м ллипсом, но внутри области достоверности. Это зна ит, то с то ки зрени теории статистики антропогенное глобал ное потепление с одинаковой достоверност и ест и нет. Именно то обсто тел ство и в нудило Клауса Хассел мана написат , то «антропогенн й сигнал в насто ее врем сопоставим по вели ине с верхними пределами естественного климати еского ума».

А почему бы и нет?

Магнитное потепление? Пусть безумная идея — Не решайте сгоряча. Владимир Высоцкий

З

а много исленн ми словами, сказанн ми о при инах глобал ного потеплени , как правило, пр етс одно небол ое лукавство. Так, антропогенн ми вкладами в него признан рост содержани

углекислого газа и рост содержани а розолей в атмосфере. Перв й работает в пл с, второй — в минус. С а розол ми все более-менее пон тно, у них ест два исто ника — природн й, периоди ески изверга иес вулкан , и антропогенн й, посто нно работа ие угол н е котел н е. А вот с углекисл м газом ситуа и сложнее: не о ен сно, скол обоснованно его рост наз ва т антропогенн м. Ест об ективн е данн е — р д измерени кон ентра ии парников х газов в атмосфере, показ ва ие ее рост. Строго говор , может б т

две при ин такого роста: изли н мисси и недостато н й сток. На Земле су ествует геохими еский икл углерода, и его преб вание в составе углекислого газа атмосфер ли небол ой пизод такого икла. В идеале икл замкнут: скол ко углекислого газа попало в атмосферу, стол ко его и должно б т из то за с ет растворени в воде, утилиза ии жив ми организмами и других механизмов. Потоки углекислого газа в рамках икла можно расс итат и, казалос б , то но ответит на вопрос: откуда беретс ли ний углекисл й газ. Ув , «Хими и жизн », 2021,

10, www.hij.ru

9

10

8000 7000

Млн тонн в год

6000 5000 4000 3000 2000 1000

1800

1850

1900 Год

1950

2004

1 Расчетные оценки антропогенной эмиссии углекислого газа (Mak Thorpe,Carbon Dioxide Information Analysis Center)

СО2 в атмосфере, ppm

400

380

360

340

320 1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

Год

2 Изменение содержания углекислого газа в атмосфере по результатам наблюдения (НАСА, Скриппсовский институт океанографии, обсерватория в Мауна-Лоа)

Аномалия температуры

то сделат не полу аетс . Рас ет по име ейс модели икла углерода дает проблему не ли ней миссии, а неу тенного стока: планета утилизирует нескол ко мен е углекислого газа, ем надо дл того, тоб обеспе ит н не ний состав атмосфер . Куда деваетс остал ной — не сно. Может б т , то не ли ний сток, а ли н антропогенна мисси ? Нет, такое предположение не проходит потому, то неу тенн й сток в три- ет ре раза превосходит о енку дл всего углекислого газа, в дел емого елове еской ивилиза ией. Коне но, в модели с такой вели иной неопределенности антропогенн й вклад заметит нел з , не позвол т прин ип статобработки данн х. Тогда сторонники антропогенной гипотез говор т: ну хоро о, давайте пос итаем, как мен лас мисси в истори еское врем , с на ала пром ленной револ ии, то и будет антропогенн й углекисл й газ. В прин ипе, так можно сделат , вед об ем доб и ископаемого топлива известн , известно и его потребление наиболее нергоемкими отрасл ми. В об ем, рас ет проведен и построен соответству ие графики, где антропогенна мисси стремител но растет на ина с середин XIX века. К ним прилага тс графики со стол же стремител н м ростом парников х газов в атмосфере, схожий график роста температур планет , и далее следует фраза: ну вот, видите то сходство — какие вам е е аргумент нужн ? Сходство графиков — о ен сил н й аргумент, поскол ку вс кому посв енному в таинство математиеской науки пон тно: нетрудно пос итат их коррел и и закл ит , то с в сокой достоверност они действител но отража т одно и то же вление. Однако тот аргумент стремител но тер ет силу при по влении е е одного схожего графика, поскол ку тогда надо в бират : какое из двух влений главнее? Оппонент антропогенной гипотез п талис найти такие графики, в астности, в вариа и х солне ной активности или интенсивности космиеских лу ей, но не преуспели. Как ни странно, такой график ест , но, видимо, ввиду своей кзоти ности, он не привлек к себе внимание. Этот график показан на рис. 4, и он представл ет

1.0 0.5

Данные за 2021 год

0.0 -0.5

1860

1880

1900

1920

1940 Год

1960

1980

2000

2020

3 Изменение отклонения температуры поверхности планеты от среднего значения за 1961—1995 годы по результатам наблюдения. Значение для 2021 года рассчитано за январь-август и показано точкой несколько ниже общего тренда нагрева (Climatic Research Unit University of East Anglia and Met Office)

Скорость смещения магнитного полюса, км в год

60 50 40 30 20 10 0

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

Год

Скорость смещения магнитного полюса, км в год

4 Скорость смещения Северного магнитного полюса Земли по данным измерения (Earth, Planets and Space, 2021, 73, 49)

16 12 8 4 0 -5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

Год

5 Скорость смещения Северного магнитного полюса в древности по результатам измерения. Видно, что после XVIII века н.э. полюс существенно ускорился (Earth Planets and Space, 2008, 60, 9)

собой изменение скорости смещени Северного магнитного пол са Земли во времени. Гл д на него, нел з не заметит две характерн е особенности. Перва — то рост скорости в период 1920–1950 год , после чего следует торможение. Втора — монотонн й рост скорости с 1980 по 2000 год. Но вед ти период хорошо известн климатологам: временное потепление 1920—1945 годов и н нешнее глобал ное потепление, начавшеес в 1975 году. Присмотревшис , можно найти еще одну интересну особенност — торможение перемещени пол са после 2000 года. И на графике потеплени (рис. 3) можно заметит некотору стабилизаци температур в период 2000—2010 год . Лиш после 2010 года графики расход тс : температура растет, а пол с тормозитс .

Получаетс , что потепление приходитс на ускорение движени пол са, а похолодание — на торможение. Ест ли возможност проверит такое предположение? Да. Дл того следует обратит с к палеоданн м. На рис. 5 показан график скорости движени пол са за последние сем т с ч лет. На нем ест три хорошо заметн х пика, в бива щихс из окружа щих данн х; они приход тс на Х век н. ., а также на XV и XLV века до н. . Все три дат неплохо известн историкам. Так, в Х веке в Европе растет площад пахотн х земел , численност населени , виноград плодоносит в Шотландии, викинги осваива т Гренланди . Климатологи наз вали до недавнего времени тот период Средневеков м климатическим оптимумом, однако сейчас его начали отрицат , видимо, данн е археологов их не впечатл т.

Дата следу щей аномалии, XV век до н. ., — то процветание Египта и его максимал ное расширение при Тутмосе III, расцвет Хеттского царства и Ахейского со за. Все кончаетс Тро нской войной в XIII веке до н. . (ему соответствует резкое замедление пол са), упадком всех империй и темн ми веками на сем столетий. Интересно, что ахейц во т под стенами Илиона при холодном климате. Так, Одиссей вспоминает, как чут не замерз насмерт под cнегопадом во врем одной из засад. Ну а XLV век до н. . — то врем возникновени перв х цивилизаций в междуреч е Тигра и Евфрата, а также в долине Нила. Неудивител но, если по вление и расцвет империй совпадали с потеплением: в теплом климате и л д м жит проще, и урожайност в ше. «Ну что за чуш , — скажет иной читател . — Как смещение пол са может вли т на температуру планет ?» И будет почти прав. Конечно же магнитное поле Земли слишком ничтожно, чтоб по своему тепловому воздействи соревноват с с Солнцем. Однако движение пол са служит индикатором каких-то процессов, идущих внутри Земли. Процессов, про котор е м не знаем и о воздействии котор х на климат в силу незнани судит не можем. Как б то ни б ло, обратит самое сер езное внимание на вну коррел ци двух графиков б ло б неплохо. Вед может так оказат с , что не потепление в звано миссией углекислого газа, а мисси в звана потеплением. И тогда противосто т потеплени нужно совсем другими методами. Между прочим, предположение о том, что скорост движени магнитного пол са служит индикатором процесса, ведущего к потеплени , проходит проверку непосредственно на наших глазах. Сравнение рис. 3 и 4 показ вает, что магнитн й пол с после 2010 года заметно замедл етс , а потепление идет. Если индикатор опознан верно, то климатическа система, растратив теплову инерци , в ближайшие год--три будет охлаждат с . Когда такое случитс , у антропогенной гипотез возникнут трудности. С.М. Комаров

«Хими и жизн », 2021,

10, www.hij.ru

11

Л.Н. Стрельникова

EPA/TASS

Химия за рамками стереотипов

Нобелевская премия

Дэвид Макмиллан и Бенджамин Лист получили в этом году Нобелевскую премию по химии «за развитие асимметрического органокатализа»

В этом году Нобелевскую премию по химии получили немецкий химик Бенджамин Лист (Benjamin List) и американский химик Дэвид Макмиллан (David MacMillan) «за развитие асимметрического органокатализа». Очень символично, если вспомнить, что в этом году исполнилось 210 лет первому промышленному каталитическому процессу получения сахара из картофельного крахмала при нагревании с катализатором — разбавленной серной кислотой.

Двести лет истории Не менее полутора десятка Нобелевских премий за время существования этой награды были вручены за катализ в том или ином виде, начиная с внеклеточной ферментации (Эдуард Бухнер, 1907 год) и синтеза аммиака на металлическом катализаторе (Фриц Габер, 1918 год) и заканчивая органокатализом в этом году. Только за последние 20 лет нобелевки за катализ и каталитические процессы присуждали пять раз (!) — в 2001, 2005, 2007, 2010 и 2021 году. Это говорит о том, что катализ — чрезвычайно важная область исследований и знания. И действительно, более 80% всех промышленных химических процессов — каталитические, 35% мирового ВВП так или иначе связаны с химическим катализом. Однако куда важней, что большинство биохимических реакций в нашем теле тоже каталитические, где в роли катализаторов выступают специальные белки — ферменты. Так что Нобелевская премия за органокатализ — далеко не первая и отнюдь не последняя в этой области. Катализ, открытый более 200 лет назад, химики сразу же приспособили для нужд человеческих. Сегодня известны разные виды катализа. Один из самых крупнотоннажных — это гетерогенный катализ, когда реакции протекают в жидкой, газовой, паровой фазах при участии твердого катализатора. Реакция происходит на границе раздела фаз, то есть на поверхности катализатора. В его роли выступают металлы, например никель, железо, платина, палладий, родий, а также оксиды ванадия, алюминия, кремния, хрома и др.

За гетерогенным катализом в действии вы можете наблюдать всякий раз, когда мимо проезжает автомобиль. Он протекает в каталитическом конвертере, установленном в выхлопной трубе машины. Его задача — нейтрализовать вредные автомобильные выхлопы. Здесь платина и родий катализируют разложение оксидов азота на инертный и безопасный молекулярный азот и кислород. А образовавшийся кислород реагирует с углеводородами несгоревшего топлива и окисью углерода (СО), и этот процесс дожигания катализируют платина и палладий. Другой пример, точнее — его продукт, вы найдете в холодильнике. Это маргарин, который получают гидрогенизацией растительных жиров на никелевом или никель-медном катализаторе. А еще — синтез аммиака из водорода и азота, окисление этилена, получение метанола и высших спиртов, серной и азотной кислот, реакции крекинга нефти и многое другое. Благодаря этим процессам мы получаем вещества, которые обеспечат нас полимерами и пластиками, волокнами и тканями, строительными материалами, удобрениями и лекарствами. И во всех этих случаях используют твердые катализаторы, которые избирательно ускоряют химические реакции. Но история началась не с гетерогенного, а с гомогенного катализа, когда реакционная смесь и катализатор находятся в одной фазе — газовой или жидкой. В 1806 году французские химики Н. Клеман и Ш. Дезорм заметили, что оксиды азота влияют на скорость окисления SО2 при производстве серной кислоты. А в 1811 году знаменитый русский химик К.С. Кирхгоф открыл реакцию получения глюкозы гидролизом крахмала ржи, пшеницы, проса, гороха и картофеля при его нагревании с катализатором — разбавленной серной кислотой. Довольно быстро Кирхгоф разработал первый промышленный каталитический процесс — получение глюкозы из крахмала картофеля, а столь важная реакция получила его имя. Собственно, с этого момента и началось изучение каталитических процессов. Но тогда слово «катализ» химики еще не знали. Оно появилось позже, в 1835 году. Известный шведский химик Якоб Берцелиус обратил внимание на эти странные явления, когда серебро в стакане с перекисью водорода ускоряло ее распад на воду и кислород, а вещество, полученное из проросших зерен, могло расщеплять крахмал до глюкозы. Не говоря уже о реакции Кирхгофа. Он увидел в этом новую «силу», которая может «генерировать химическую активность». В своем отчете Шведской королевской академии Кирхгоф назвал явление «катализом» (от греческого «разрушение») и отметил, что оно распространено значительно шире, чем может показаться. А потом, в 1881 году, М.Г. Кучеров открыл катализ гидратации ацетилена солями ртути. И пришло время гомогенного металлокомплексного катализа, в развитие которого внесли огромный вклад наши российские химики — академики И.И. Моисеев, И.П. Белецкая, Я.К. Сыркин и М.Е. Вольпин, а также доктора наук «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

13

А.Л. Клебанский, М.Н. Варгафтик и др. Следующий пассаж будет ласкать слух химиков. Нехимики могут его пропустить. В ХХ веке были открыты реакции кросссочетания, катализируемые комплексами переходных металлов, полимеризация ацетилена комплексами Cu(I), гидроформилирование алкенов комплексами Co, циклополимеризация ацетилена и карбонилирование ацетилена, алкенов и спиртов комплексами Ni(0) и Ni(II), стереоспецифическая каталитическая полимеризация алкенов и диенов, катализ комплексами Pd(II) окисления алкенов до альдегидов и кетонов, асимметрический катализ гидрирования и эпоксидирования с применением хиральных комплексов Rh, Ru и Ti, процессы метатезиса алкенов и метатезисной полимеризации циклоалкенов.

Совершенные ферменты и наш спонсор Итак, к началу XXI века в катализе работали металлы и оксиды, кислоты и основания, комплексы кобальта, никеля, палладия, а также хиральные комплексы родия, рутения и титана. В этом перечне не хватает лишь ферментов — белковых молекул, которые работают в живой материи, направляя и ускоряя реакции, нужные для жизни. В нашем теле можно найти несколько тысяч ферментов, у каждого из которых — своя круглосуточная вахта. Химики давно раскусили способности природных ферментов и заставили их работать для человечества — на производстве пива, сыра, вина. Лучше них с этой работой никто не справляется. Ферменты, созданные природой, совершенны. Они не только эффективнее рукотворных катализаторов, но и легко умеют то, что с трудом дается «неживым» катализаторам, да и то с недавних пор. Им подвластен асимметрический синтез в живой материи. Дело в том, что почти все биологические молекулы хиральны, то есть существуют в форме двух оптических изомеров — Lи D. Они отличаются друг от друга только пространственным расположением частей их молекул — как левая и правая перчатки. Поэтому их и называют хиральными (от греческого «рука»). Причем свойства двух оптических изомеров одного вещества могут различаться. Например, один оптический изомер лимонена пахнет лимоном, а другой, зеркальный, — апельсином. Если вы будете синтезировать это вещество в колбе, то вероятнее всего получите смесь обоих изомеров. Для колбы не страшно, а для организма плохо, поскольку в живой материи работают только хирально чистые вещества. Например, организм строит для себя белки исключительно из L-изомеров аминокислот, а нуклеиновые кислоты для ДНК и РНК — из D-изомеров сахаров. Поэтому ферменты катализируют реакции, которые выдают чистые изомеры, а не смесь, и в этом смысле синтез получается асимметрическим. Здесь самое время вспомнить спонсора нашего журнала — биотехнологическую компанию «Биоамид», которая разрабатывает и продает по всему миру био-

14

катализаторы для разных промышленных процессов. Один из таких процессов — синтез L-аспарагиновой кислоты из фумаровой. Этот процесс идет «в колбе» благодаря биокатализатору — прирученной, модифицированной и натренированной бактерии Escherichia coli, содержащей необходимые ферменты для такого синтеза. Она с легкостью превращает фумаровую кислоту в L-изомер аспарагиновой кислоты, который участвует в строительстве белков в нашем организме и регулирует работу нервной системы. Без биокатализатора в колбе получится только смесь обоих изомеров. Аспарагиновую кислоту на «Биоамиде» получают, прогоняя исходный раствор фумарата аммония при комнатной температуре через специальную колонку. Она заполнена материалом, на котором закреплены, или, как говорят биотехнологи, иммобилизованы клетки биокатализатора. Лаконично и эффективно. Если же получать аспарагиновую кислоту чисто химическим путем, то необходима температура 170оС градусов. Выход целевого продукта при этом составит 75–76%, то есть его придется чистить, чтобы убрать все примеси, а их 25%! Сложно, дорого, долго, и нет хиральной чистоты. Природная суть биокатализа такова, что он может делать из молекулы А только молекулу Б, поэтому никаких примесей не образуется. Понятно, что живая клетка не может позволить себе не селективные процессы: куда она денет примеси и побочные продукты? Из хирально чистой аспарагиновой кислоты «Биоамид» делает уникальные микроэлементные добавки в корма животным (хелатные комплексы) и столь же уникальный сердечный препарат Аспаркам-L, который дает фору западному панангину и все равно обгоняет его на финише по эффективности действия. Причина — в хиральной чистоте действующего вещества. Западный панангин, продукт химического синтеза в колбе, содержит смесь обоих изомеров аспарагиновой кислоты, поэтому его эффективность ниже. А вообще, хиральность важна также при синтезе регулярных полимеров, жидких кристаллов, материалов для нелинейной оптики, сегнетоэлектриков и др. Хорошо бы для каждого процесса позаимствовать у природы свой фермент, однако не получится. Сегодня человечество производит огромное количество веществ, которые не существуют в природе. Соответственно, и ферментов для них природа не предусмотрела. Так что интерес химиков к этим природным катализаторам совершенно понятен.

Одна аминокислота вместо целого фермента В 90-х годах прошлого века исследователи решили взять быка за рога и создать искусственные ферменты, подобные природным. В одной из таких научных групп в Исследовательском институте Скриппс в Южной Калифорнии, которую возглавлял ныне покойный Карлос Ф. Барбас III, работал постдоком Бенджамин Лист.

Группа занималась каталитическими антителами, абзимами (antibody enzyme), способными расщеплять нуклеиновые кислоты, белки и полисахаридные субстраты. Исследователи пытались переработать их так, чтобы получить катализаторы для химических процессов. Именно тогда Бенджамин Лист задумался о том, как на самом деле работают ферменты — эти огромные молекулы, состоящие из сотен аминокислотных остатков и, как правило, включающие атомы металлов, которые служат каталитическими центрами. Но — и в этом суть — многие ферменты катализируют химические реакции без помощи металлов. Вместо этого реакции запускаются одной или несколькими отдельными аминокислотами, входящими в состав фермента. Необычный вопрос Бенджамина Листа звучал так: должны ли аминокислоты быть частью фермента, чтобы катализировать химическую реакцию? Или ту же работу может выполнять одна аминокислота или другие простые молекулы? Он знал, что в начале 1970-х годов исследователи пробовали на эту роль аминокислоту под названием пролин, но это было более 25 лет назад. Идею забросили, видимо — не сработала. И все же, без каких-либо особых надежд, Бенджамин Лист решил проверить, будет ли хирально чистый L-пролин катализировать альдольную реакцию, в которой образуется новая углерод-углеродная связь. В общем, замахнулся на святое. Ведь реакция альдольной конденсации — один из самых важных методов в органическом синтезе. И что выдумаете? Сработало! Оказалось, что L-пролин, эта простая и дешевая молекула, действительно может работать катализатором и, что очень важно, управлять асимметрическим катализом, когда образуется преимущественно один оптический изомер.

Маленькая и простая молекула L-пролина, которым особенно богат основной белок соединительной ткани коллаген, отлично работает катализатором

Конечно, это не был эксперимент «пальцем в небо». Бенджамин Лист тщательно изучил фермент альдолазу и реакцию, которую она катализирует, — «пришивает» к ацетону ароматический альдегид. В качестве промежуточной стадии при этом образуется инамин с хиральным атомом углерода. Лист уже знал, что за образование инамина отвечает аминокислота L-пролин. Используя ее в качестве катализатора, он сделал из нехиральных альдегида и кетона хирально чистый альдоль.

Реакция альдольной конденсации, для которой Лист искал хирализующий катализатор и нашел — L-пролин

Выходило, что для синтеза хирально чистых веществ не нужны громоздкие ферменты — достаточно одной маленькой хирально чистой молекулы, которая образует промежуточный комплекс и делает катализ асимметрическим, перенося информацию о хиральности на целевую молекулу. Свое открытие Лист опубликовал в феврале 2000 года. В статье он описал асимметрический катализ с использованием органических молекул как новую концепцию с множеством возможностей. Разработкой и проверкой этих катализаторов он планировал заниматься безотлагательно. Однако в этом он был не одинок. К таким же выводам пришел и Дэвид Макмиллан, только он подошел к проблеме с другой стороны. Дэвид Макмиллан переехал из Гарварда в Калифорнийский университет в Беркли двумя годами ранее. В Гарварде он занимался асимметрическим катализом с использованием металлов. Он заметил, что, несмотря на обилие исследований, разработанные наукой катализаторы редко работают в промышленности. Он предположил, что чувствительные металлические катализаторы слишком сложны и дороги в использовании. Однако на самом деле это классическая проблема масштабирования, когда процесс из лабораторной установки пытаются перенести в промышленные реакторы. Чаще всего не получается, а уж тем более столь капризные и чувствительные каталитические процессы, которые болезненно реагируют на присутствие влаги и кислорода. Тогда-то Макмиллан и подумал, что на металлах свет клином не сошелся, и решил приглядеться к простым органическим молекулам. Но только к тем, которые, подобно металлам, обеспечивают движение электронов в системе. Путем логических размышлений Дэвид Макмиллан пришел к заключению, что, для того чтобы органическая молекула катализировала интересующую его реакцию, она должна быть способна образовывать ион иминия. Он содержит атом азота, которому присуще сродство к электронам. В качестве катализатора Макмиллан решил использовать циклический вторичный амин. Он выбрал несколько органических молекул с нужными свойствами, а затем проверил их способность запускать реакцию Дильса—Альдера, которую химики используют для построения колец из атомов углерода. И здесь сработало! Некоторые органические молекулы также отлично справлялись с асимметрическим катализом: из двух возможных зеркальных отображений одно составляло более 90% продукта. Фактически Макмиллан «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

15

пришел к тому же выводу, что и Лист: если в каталитической реакции образуется промежуточный комплекс с хирально чистым катализатором, то из нехиральных реагентов можно получить хирально чистый продукт. Но он пришел к этой идее, вводя хиральность в уже известный механизм катализа.

Рождение органокатализа В январе 2000 года, незадолго до того, как Бенджамин Лист опубликовал свое открытие, Дэвид Макмиллан представил свою рукопись для публикации в научном журнале. В ней впервые появляется слово «органокатализ». Во введении он писал: «Здесь мы представляем новую стратегию органокатализа, который, как мы ожидаем, будет работать в асимметрическом синтезе». Ученый подчеркивал, что не так важно, какую именно молекулу он сделал катализатором. По его мнению, гораздо важнее был сам принцип — что хиральная органическая молекула может передавать хиральность «по наследству» продуктам реакции, которую катализирует. Так, независимо друг от друга, Бенджамин Лист и Дэвид Макмиллан открыли совершенно новую концепцию катализа и новое, мощное направление в науке. С 2000 года развитие событий в этой области можно сравнить с золотой лихорадкой, в которой Лист и Макмиллан по-прежнему лидируют. Они разработали множество дешевых и стабильных органокатализаторов, которые можно использовать для самых разных химических реакций. Один из примеров — синтез крайне сложной природной молекулы стрихнина. Этот токсичный алкалоид впервые выделили 200 лет назад из семян чилибухи, или рвотного ореха. Когда стрихнин впервые синтезировали в 1954 году под руководством гения химического синтеза Роберта Вудворда, потребовалось 29 последовательных химических реакций. При такой многостадийности говорить о высоком выходе целевого продукта не приходится. В 2011 году исследователи смогли использовать органокатализ и каскадную реакцию для создания стрихнина всего за 12 стадий и тем самым сделали производственный процесс в 7000 раз эффективнее. Органокатализ, как и следовало ожидать, оказался хорош в фармацевтических исследованиях, которые

Два изомера α-фталимидоглутаримида (талидомида) совершенно одинаковы. Они отличаются лишь тем, в какую сторону повернуты части молекулы относительно друг друга. В результате изомер справа проявляет седативные свойства. А изомер слева — тератогенные

16

часто требуют асимметрического катализа. Пока он был недоступен химикам, многие фармпрепараты содержали оба оптических изомера действующего вещества. Один из них был активен, а другой мог быть просто пустым балластом, как в панангине, а мог быть ядом, как в талидомиде. Катастрофа с талидомидом, случившаяся в 1960-х годах, показала, насколько жизненно важна хиральная чистота действующих веществ в фармпрепаратах. У тех матерей, кто принимал талидомид как снотворное во время беременности, рождались дети с врожденными уродствами. Органокатализ позволяет не допустить подобных ситуаций. Сегодня, используя органокатализ, химики могут синтезировать ценные лечебные вещества, которые в противном случае можно выделить только в небольших количествах из редких растений или глубоководных организмов. В фармацевтических компаниях этот метод также используют для оптимизации действующего производства таких известных препаратов, как пароксетин (для лечения тревоги и депрессии) и противовирусный препарат осельтамивир (для лечения респираторных инфекций). Синтез популярного лекарства от гриппа он ускорил в целых 30 раз. Исследования последних 20 лет дали миру немало разных органических катализаторов. Многие фармкомпании уже зарегистрировали патенты на использование этого метода для создания лекарств: от повышенного давления и депрессии, воспаления и вирусного гепатита. Правда, пока сложно сказать, насколько активно компании пользуются этим методом. По слухам, фармацевтические гиганты больше симпатизируют разработке Листа просто потому, что это дешево и безопасно. Не прекратили своих исследований и Макмиллан с Листом. Например, Макмиллан соединил асимметрический органокатализ с окислительно-восстановительным фотокатализом. В результате получилась система, похожая на фотосинтез у растений — она преобразуют солнечный свет в химическую энергию. А Лист приспособил для катализа другие аминокислоты, хотя пролин до сих пор остается его любимцем. Что и понятно — первенец. В историю науки они войдут как авторы нового способа катализа — на органических молекулах, который позволяет получать хирально чистые вещества. Можно перечислить множество примеров того, как сегодня используют органокатализ на благо людей. Здесь заслуга Бенджамина Листа и Дэвида Макмиллана велика. Но ничего не получилось бы, если бы эти исследователи не сумели сломать шаблон и вырваться за рамки стереотипов, которые навязывали убеждение, что никаких катализаторов, кроме металлов и ферментов, быть не может в принципе. А идти в науке против сложившихся убеждений и догм — самое сложное. Наверное, Нобелевская премия достается именно тем, кто умеет пойти наперекор устоявшимся взглядам и, благодаря воображению и логике, умудряется найти на многократно перепаханном поле бриллиантовые зернышки нового знания.

Реклама

Легко ли плыть в сиропе? Откуда берутся странные научные открытия Генрих ЭРЛИХ, Сергей КОМАРОВ Альпина нон-фикшн, 2021

Очередная прекрасная книга наших авторов

ИЗ КНИГИ ВЫ УЗНАЕТЕ: — ЗАЧЕМ

годами смотреть на каплю битума, считать сперматозоиды в кока-коле, коллективно думать о мире или выбирать начальника жребием?

— ПОЧЕМУ

настоящий ученый не побоится влезть в шкуру козла, заселить клещей в свое ухо, полвека хрустеть пальцами одной руки или жалить себя пчелами в самые разные места?

— КАК работают приманиватель молодежи, отпугиватель голубей, переводчик со звериного, поцелуи, мнимые числа и, вообще, легко ли плыть в сиропе… «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

17

UPI / Alamy / TASS

Е. Клещенко

Новые ощущения

AP/TASS

Нобелевская премия Ардем Патапутян открыл рецепторы, которые обеспечивают восприятие прикосновения. Заслуга Дэвида Джулиуса — обнаружение первого рецептора высокой температуры

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине 2021 года стали Дэвид Джулиус (США, Калифорнийский университет Сан-Франциско) и Ардем Патапутян (Ливан — США, Институт Скриппс) «за открытие рецепторов температуры и прикосновения». Дэвид Джулиус использовал капсаицин, жгучее вещество перца, чтобы обнаружить ионный канал в нервных окончаниях кожи, который реагирует на высокую температуру. Ардем Патапутян открыл новый класс датчиков, реагирующих на прикосновение и давление в коже и внутренних органах.

Ричард Фейнман в «сумасшедшей ванне» Мы недооцениваем осязание. Оно кажется менее важным, чем зрение или слух, которые необходимы для общения и ориентации в пространстве. Нет, конечно, полезно вовремя ощутить боль, а удовольствие от поглаживаний закрепляет социальные связи… На самом деле у осязания функция менее заметная, но крайне важная. Это интерфейс между нами и миром, всего-навсего. Станислав Лем в одном из рассказов о пилоте Пирксе описывает тестирование будущих пилотов космических кораблей. Среди испытаний было и такое, на первый взгляд нестрашное: «Испытуемый — на студенческом жаргоне “пациент” — раздевался и погружался в воду, которую нагревали, пока он не терял ощущение температуры. Это было индивидуально: для одних вода “переставала существовать” при двадцати девяти градусах, для других — лишь после тридцати двух. Когда юноша, лежавший навзничь в воде, поднимал руку, воду прекращали нагревать, и один из ассистентов накладывал ему на лицо парафиновую маску. Затем в воду добавляли какую-то соль (…) Ее сыпали, пока “пациент” (он же “утопленник”) не всплывал так, что тело его свободно держалось в воде чуть пониже поверхности. Металлические трубки высовывались наружу, и он мог свободно дышать. Вот, собственно, и все. На языке ученых этот опыт назывался “устранение афферентных импульсов”. И в самом деле, лишенный зрения, слуха, обоняния, осяза-

ния (…) “утопленник”, скрестив руки на груди, покоился в состоянии невесомости. Сколько времени? Сколько мог выдержать. Как будто ничего особенного. Однако с человеком начинало твориться нечто странное...» В рассказе Лема переживания «утопленников» были разнообразными, но всегда неприятными: распад собственного «я», галлюцинации, панические атаки. Считалось, что пережитый экзистенциональный ужас подготовит курсантов к одиночеству в космическом пространстве и покажет, кто чего стоит. Юный Пиркс, продержавшись в «сумасшедшей ванне» семь часов, поразил врача и получил крайне необычное задание, но это уже другая история. Лем, как это ему свойственно, использовал факты из научной литературы своего времени. Камеру сенсорной депривации в 1954 году построил Джон Лилли, врач, психолог и психоаналитик, чьи идеи сейчас кажутся несколько эксцентричными, но в середине ХХ века производили грандиозное впечатление. В реальности этот опыт далеко не для всех был неприятным, но все отмечали, что ощущения весьма странные, подходящие под определения «измененного сознания». В «сумасшедшей ванне» лежал даже умница и скептик Ричард Фейнман. Галлюцинаций у Фейнмана, к его огорчению, не было ни в первый, ни во второй раз, но, когда он испробовал дыхательные упражнения, которым его научил «парень из Гарварда, который ездил в Индию», началось: «На каком-то этапе игры я внезапно осознал — это сложно объяснить, — что я сдвинулся на дюйм в сторону. Другими словами, мое дыхание, вдох и выдох, вдох и выдох, происходит не в центре: мое эго слегка сдвинулось в одну сторону, примерно на дюйм». То поколение ученых питало огромный интерес к химическим галлюциногенам. Сам Фейнман не решался их пробовать («я люблю думать и не хочу портить машину, которая помогает мне в этом»), но галлюциноген физический, разрешенный во всех штатах, его увлек. О том, что он видел, можно прочитать в книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!» — какой мозг, такие и галлюцинации. Разумеется, он пытался вызвать у себя это состояние без ванны, просто сидя на удобном стуле. И разумеется, ничего не вышло. Надеюсь, теперь достижения нобелиатов 2021 года видятся иначе. Не просто «какие-то рецепторы в коже», как говорили некоторые непросвещенные комментаторы, а фундамент нашего самоощущения, ощущения себя в мире. Тепло, холод, мягкость и жесткость, давление, боль — понятия основополагающие, язык, на котором говорит с тобой мир еще до того, как ты выучишь слова человеческой речи. Все это настолько простые вещи, что о них трудно думать, они просто есть. А если мы попытаемся подумать, то поймем, что осязание — вовсе не «одно из пяти чувств». Чувствительность к температуре, прикосновению, давлению и боли — минимум четыре разных чувства. (На самом «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

19

деле еще больше.) Жестяная коробочка с гайками может быть тяжелой, гладкой и холодной, и это три независимых характеристики, можно утратить одну из них и сохранить две других. Высыплем гайки, и коробочка станет легкой, хотя останется гладкой и холодной; ошкурим краску — она станет шершавой, оставим на солнце — она перестанет быть холодной и будет теплой. С другой стороны, давление, холод или жар могут причинять боль. Еще Рене Декарт, описывая предполагаемое устройства машины человеческого тела, выдвинул гипотезу, что от обожженного участка кожи в мозг по нервам (Декарт считал их трубочками) устремляются «животные духи» — особые частицы, которые «очень малы и движутся очень быстро, подобно частицам пламени, вылетающим из огня свечи», и обеспечивают все функции живого тела. Затем «животные духи» направляются к мышцам конечности и раздувают их, заставляя сокращаться — человек отдергивает руку. Нам, учившим в школе про нейроны и синапсы, смешно, однако эта «стимпанковская» модель нервной реакции была довольно глубокой — например, из нее следовало, что реакция отдергивания руки от горячего осуществляется механически, без участия мозга; в модели Декарта она отделена от осознания и переживания боли. И.П. Павлов был большим поклонником Декарта. Сейчас мы знаем, что «животные духи», передающие сигнал по нервам, — это стремительное перераспределение зарядов на мембране нейрона, вызванное открытием специальных каналов для ионов в этой мембране. Нейроны, в свою очередь, принимают сигналы от рецепторов. У нас есть рецепторы для детекции сильного давления; легкого прикосновения и текстуры поверхности (с их помощью мы читаем брайлевский шрифт); продолжительности давления, формы краев предметов, растяжения кожи; прикосновения к волоскам… Есть специализированные рецепторы довольно сложного строения, но есть и просто свободные нервные окончания в толще эпителия, которые воспринимают температурные и механические воздействия, а также боль. Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян в 2020 году стали лауреатами престижной премии Кавли. Эта премия, учрежденная норвежским филантропом Фредом Кавли, вручается раз в два года, начиная с 2008-го, за исследования в области астрофизики, нанотехнологий и нейронаук («за самое большое, самое маленькое и самое сложное»). Было замечено, что иногда премия Кавли становится «репетицией» Нобелевской премии. Так, лауреаты прошлого года, пионеры CRISPR-Cas Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье получили премию Кавли в 2018 году вместе с Виргиниюсом Шикшнисом из Вильнюсского университета. На сайте этой премии размещены автобиографии лауреатов, поэтому нам не нужно ждать, когда они появятся на нобелевском сайте: прочитать рассказы об открытиях, написанные ими самими, мы можем уже сейчас.

20

Чай с мятой и мороженое с перцем Мы говорим «перец жжет», «мята холодит» и думаем, что употребляем эти слова в переносном смысле, ведь и перец, и мята на самом деле комнатной температуры. Так вот, никакого переносного смысла. Жжение перца и мятный холодок мы воспринимаем благодаря тем же самым механизмам, что высокую и низкую температуру. Американский нейробиолог Дэвид Джулиус родился в 1955 году. Он вырос в Бруклине, штат Нью-Йорк, в районе на побережье Атлантического океана, название которого много говорит русскому уху: Брайтон-Бич, любимое место поселения иммигрантов из Восточной Европы. Бабушки и дедушки Джулиуса, как он пишет, уехали в Соединенные Штаты от антисемитизма царской России. Родители стали американцами в первом поколении: отец — инженер-электрик в телефонной компании, мать — учительница начальной школы. В 1977 году Джулиус получил степень бакалавра в Массачусетском технологическом институте. Увлеченный научными исследованиями, он отказался от занятий практической медициной и защитил диссертацию (PhD) по биохимии пептидных гормонов в Калифорнийском университете в Беркли. Предметом его постдокторского исследования были рецепторы нейромедиатора серотонина; тогда он и заинтересовался сенсорными нейронами, которые передают ощущения в мозг. Естественно, в те времена и в тех местах молодой ученый не мог избежать интереса (чисто академического) к галлюциногенам и другим природным биоактивным соединениям. Всем было любопытно, но у биохимиков и молекулярных биологов интерес был профессиональный. Хотелось с декартовой дотошностью разобрать механизм действия «расширителей сознания», а потом использовать их как лекарства — или орудия для исследования. Новые методы манипуляций с генами давали такую возможность. «Сошлись два потока мыслей: мое сосредоточение на превращениях феромонов заставило меня задуматься о молекулярных и физиологических действиях гормонов и нейромедиаторов в головном мозге; и, возможно, под влиянием истории берега залива Сан-Франциско я был очарован фармакологией галлюциногенов, опиатов и других натуральных продуктов, которые общества тысячелетиями использовали для изменения сознания и сенсорного опыта», — пишет Джулиус. «Сенсорный опыт» в дальнейшем стал главным. Джулиус прочитал работы венгерских и других ученых, в которых было показано, что некоторые сенсорные нейроны становятся активным в присутствии как тепла, так и капсаицина, «горячего» ингредиента перца. В Венгрии к перцу всегда относились трепетно. Заинтересовал он и Джулиуса. Капсаицин (8-метил-N-ванилил-6-ноненамид) — то самое вещество, от которого слезы льют из глаз, если перепутаешь молотый перец чили с молотой паприкой.

Пресс-релиз Нобелевского комитета

Температура

Прикосновение

Боль от ожога

Проприоцепция

Температура тела

Механическая боль

Боль при воспалении Неврологическая боль Боли при вздутии органов брюшной полости Защитные рефлексы

Если капсаицин активирует нейроны, значит, он взаимодействует с какими-то каналами, пропускающими ионы (мы помним, что нервный импульс связан с зарядом на мембране). И найти эти каналы важно не только для глубинного понимания вкуса гуляша: они могут опосредовать также тепло и боль, а это уже серьезно. Во второй половине 1990-х годов Дэвид Джулиус, уже в Калифорнийском университете Сан-Франциско, начал поиски рецептора капсаицина. У каждого белка есть ген, и его можно найти. Джулиус и его коллеги создали библиотеку комплементарных ДНК из спинальных ганглиев грызунов — известно было, что именно там находятся сенсорные нейроны, активируемые капсаицином. (Комплементарные ДНК, или кДНК — ДНК-копии матричных РНК, то есть «восстановленные» гены всех белков, которые синтезируются в данной клетке. Создать библиотеку кДНК из определенных клеток — это как получить доступ к статистике скачиваний файлов из огромного книжного магазина, увидеть, какие книги наиболее популярны, и вычислить бестселлер — ген того самого рецептора, который обязан быть в этих клетках.) Полученные кДНК внедряли в клетки, нечувствительные к капсаицину, и

Мочеиспускание Дыхание Кровяное давление Ремоделирование скелета

однажды после трансформации очередным геном они стали чувствительными к нему. Ген был найден. Изучив последовательность гена, можно сделать вывод о свойствах белка, который кодирует этот ген. Как и предполагалось, это был ионный канал — «ворота» в мембране нервной клетки, которые открываются при связывании с определенным веществом, в данном случае с капсаицином. Белок принадлежал к семейству так называемых каналов с транзиторным ионным потенциалом (TRP), которые обеспечивают чувствительность к различным стимулам, от света до химических веществ. Каналы этого семейства ранее находили у дрозофил, но у млекопитающих его функцию установили впервые. Белок, который открыли Джулиус с коллегами в 1997 году, получил название TRPV1. Действительно, TRPV1 активировался под действием тепла. Точнее, жара: порог его активации превышает 43°C, что близко к психофизическому болевому порогу. Этот белок синтезируется в ноцицептивных нейронах (отвечающих за восприятие боли), но не в нейронах, участвующих в восприятии положения тела, прикосновения и давления. Помимо высоких температур или капсаицина, канал TRPV1 включается высокой «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

21

концентрацией протонов в ишемизированных тканях и химическими соединениями, которые образуются во время воспаления. Иными словами, это рецептор воспаления. У мутантных мышейс дефицитом TRPV1 снижается не только тепловая чувствительность, но и чувствительность к боли, вызванной воспалением или онкозаболеванием. У животных, лишенных гена TRPV1, чувствительность к обжигающему теплу не исчезала. Значит, должны быть и другие рецепторы, активируемые температурой, и в 2011 году другая группа исследователей открыла TRPM3 — еще один датчик вредного тепла. Канал TRPA1, открытый в 2004 году независимо лабораториями Джулиуса и Патапутяна, знаменит как «рецептор васаби», но реагирует также на горчичное масло, чеснок и различные химические раздражители. У разных видов животных этот канал активируется различными температурами и разными химическими веществами. А его активация веществом, вырабатываемым при остеоартрите, вносит вклад в восприятие боли. Кроме чувства тепла, у нас есть и чувство холода, с отдельным рецептором. Лаборатории Дэвида Джулиуса и Ардема Патапутяна в 2002 году открыли, тоже независимо друг от друга, рецептор TRPM8, который активируется ощущением приятной прохлады — ниже 28°С. Для его идентификации использовали ментол, следуя той же логике, что и с капсаицином. Таким образом, за восприятие горячего и холодного отвечает целый оркестр кожных рецепторов. По современным представлениям, ионные каналы TRPV1, TRPA1, TRPM2 и TRPM3 вместе действуют как сенсоры тепла, но тепло надежно воспринимается только тогда, когда оно подавляет активность «холодного» TRPM8. Если интересно, поэкспериментируйте с мятной зубной пастой и теплой водой. Кстати, года три назад огромной популярностью пользовалось мороженое с перцем, в сотни раз острее, чем соус табаско, по заявлению производителей. Если TRPV1 активирован капсаицином, его инактивирует — кто бы мог подумать! — холод. Поэтому адский десерт можно спокойно держать во рту. Правда, когда мороженое проглочено, рецептор активируется снова и гарантирует потребителю незабываемые впечатления. Многим нравится. Джулиус и его коллеги идентифицировали TRPV1 и его родственников в инфракрасных «датчиках» летучих мышей и змей. Кроме того, эти каналы являются мишенями токсинов пауков и скорпионов — то самое жжение в месте укуса.

Для включения нажать Ардем Патапутян родился в Бейруте в 1967 году. «Моя мама была учительницей и директором начальной школы, а мой отец — писателем и бухгалтером. Я был младшим из троих детей, мне было восемь лет, когда

22

началась гражданская война в Ливане, — вспоминает он. — Жизнь часто была по понятным причинам напряженной, с комендантским часом, ограниченными часами электричества и нередкими взрывами. Нас, армян, обычно воспринимали как квазинейтральную сторону в борьбе христиан с мусульманами, и мы посещали небольшие армянские школы, размер классов в которых продолжал сокращаться по мере того, как все больше семей спасалось от войны. К моему первому году в старшей школе нас осталось всего пять учеников, все мои дорогие друзья». В следующем году школа закрылась, Ардема устроили в «мультикультурную» частную школу с высокими требованиями; сначала было трудно, но потом у мальчика обнаружились способности к математике и естествознанию. Ардем в течение года посещал курсы бакалавриата в Американском университете в Бейруте. Однако конфликт продолжал нарастать, однажды Ардем даже попал в плен к боевикам. Через несколько месяцев после освобождения он переехал в Лос-Анджелес. Это был 1986 год. Начало в Соединенных Штатах было нелегким: будущий нобелевский лауреат писал гороскопы для местной армянской газеты. Но потом поступил в Калифорнийский университет Лос-Анджелеса, диссертацию сделал в Калтехе, затем работал в Калифорнийском университете Сан-Франциско — совсем недалеко от Джулиуса, который клонировал ген TRPV1. Ардем Патапутян создал свою лабораторию в Институте Скриппс (Ла-Хойя, Калифорния, США) и начал искать механочувствительные каналы — те, которые реагируют на прикосновение и (или) сильное давление. Еще в конце 1980-х годов механочувствительные ионные каналы обнаружили у кишечной палочки Escherichia coli — бактериям они помогают приспособиться к снижению осмотической концентрации среды и не лопнуть. Обнаружение механочувствительного ионного тока в нейронах спинальных ганглиев крыс подтвердило, что где-то в них такие каналы есть. Однако их не удавалось найти, пока Ардем Патапутян не предложил новый подход к скринингу. Это произошло в 2010-е годы. Патапутян вместе с докторантом Бертраном Косте впервые обнаружили механочувствительную линию клеток Neuro2A (это были клетки мышиной нейробластомы, которые используются как модель нервной ткани). Клетки продуцировали электрический сигнал в ответ на короткое надавливание кончиком микропипетки. Ученые проанализировали экспрессию генов в этих клетках. Генов белков, которые могли оказаться неизвестными ионными каналами, набралось 72. Эти гены инактивировали один за другим с помощью РНК-интерференции. За открытие этого механизма в 2006 году тоже дали Нобелевскую премию: небольшая молекула РНК связывается с матричной РНК определенного гена и отправляет ее на уничтожение, в результате белок не синтезируется. Когда ДНК-интерференцию проводят в эксперименте, это на-

зывают генным нокдауном: в отличие от нокаута, когда необратимо повреждается участок ДНК, содержащий ген, РНК-интерференция отключает ген временно. Нокдаун последнего гена из 72-х, ранее известного как FAM38A, лишил клетки способности реагировать на нажатие. Новый механочувствительный ионный канал, кодируемый этим геном, получил название PIEZO1, от греческого слова, обозначающего давление. (От того же слова происходит «пьезоэлектричество», заряд, возникающий от нажатия на кристалл, в зажигалке или электроподжиге газовой плиты.) По сходству с PIEZO1 был открыт ген второго канала — PIEZO2. Они принадлежали к новому, ранее неизвестному семейству белков. Как выяснилось в следующем десятилетии, PIEZO2 участвует в восприятии легких прикосновений. В коже человека и животных, особенно в высокочувствительных участках, есть так называемые клетки Меркеля — овальные клетки в глубинных слоях эпидермиса, к которым подходят нервные окончания. Патапутян с коллегами показали, что в клетках Меркеля краткое прикосновение вызывает PIEZO2-зависимый ток и он, в свою очередь, запускает потенциал действия в нейронах. Однако нейроны обладают собственной механочувствительностью — система дублируется. Но когда в лаборатории Патапутяна создали мышей, у которых отсутствовал PIEZO2 как в клетках Меркеля, так и в сенсорных нейронах, эти мыши оказались невосприимчивы к легким прикосновениям (а вот термочувствительность у них не пострадала). У людей с мутациями, инактивирующими PIEZO2, нарушены различные аспекты осязания — способность различать текстуру поверхности, восприятие прикосновений и вибрации, чувствительность к прикосновению к волоскам на коже. Кроме того, PIEZO2 играет ключевую роль в проприоцепции, то есть ощущении положения и движения тела. У мышей без этого канала нарушена координация движений. Каждый, у кого была мышь или крыса, знает, как животное тянется лапами вниз, когда его поднимают за хвост. Мыши с дефицитом PIEZO2 сжимали пальцы в «кулачки» и прижимали лапки к туловищу либо вытягивали их в произвольных направлениях, как будто не понимали, где низ. Исследования Патапутяна с коллегами и других лабораторий определили структуру каналов PIEZO1 и PIEZO2. Оказалось, что эти белки похожи на трехлопастный пропеллер, вставленный в мембрану клетки и слегка вогнутый. При нажатии на мембрану лопасти пропеллера расправляются, он становится более плоским, и в его центре открывается канал. Простое изящное решение: механическое воздействие превращается в поток ионов, а затем в активацию нервной клетки. До сих пор мы почти не говорили о тех сигналах, которые идут не от кожи, а от внутренних органов. Каналы PIEZO1 и PIEZO2 регулируют важные физиологические

процессы: артериальное давление, дыхание, мочеиспускание. PIEZO2 на рецепторах растяжения легких в стенке бронхов и бронхиол активируются при глубоком вдохе и инициируют рефлекс, защищающий легкие от чрезмерного раздувания (да, в организме нужно предусмотреть и это!). У мышей, лишенных этих белков, наблюдаются гипертензия и скачки артериального давления. Интересно, что PIEZO1 регулирует объем эритроцитов (без него они набирают избыток влаги и разбухают — хочется вспомнить кишечную палочку и ее механочувствительные каналы), а также участвует в ремоделировании скелета через механические нагрузки во время роста. Современная медицинская генетика выделяет в особую группу каналопатии (chаnnelopathies) — наследственные заболевания, которые вызваны мутациями генов, кодирующих белки ионных каналов. Есть каналопатии, затрагивающие наши «нобелевские» каналы. Каналопатия TRPA1, она же синдром семейной эпизодической боли типа 1, вызывается точечной мутацией (заменой одного нуклеотида) в гене TRPA1. Среди симптомов — изнурительные боли в верхней части тела, которые вызываются холодом, голоданием и физическим напряжением. Другие нуклеотидные замены в этом гене влияют на чувствительность к холоду, теплу или капсаицину. Мутации с потерей функции в гене PIEZO2 приводят к дистальному артрогрипозу — характерному положению стоп, кистей и пальцев, нарушению проприоцепции и осязания. С возрастом у пациента появляются мышечная слабость, сколиоз и другие нарушения развития скелета. Дефицит интероцептивных ощущений от легких и мочевого пузыря приводит к респираторным расстройствам и нарушениям мочеиспускания. Людям с мутациями, нарушающими функции PIEZO2, бывает трудно передвигаться в темноте. Мутации, усиливающие функцию этого белка, тоже опасны. Наследственные заболевания вызывают и мутации в гене PIEZO1. Однако Патапутян с коллегами обнаружили интересный пример потенциального эволюционного преимущества, которое может давать мутация в гене этого белка. Одна из мутаций, усиливающих его функцию, вызывает обезвоживание эритроцитов и снижает риск тяжелой инфекции малярийным плазмодием. Этот аллель широко распространен в Африке. Результаты исследований Джулиуса и Патапутяна не только раскрыли молекулярные механизмы, которые отвечают за восприятия температуры и прикосновения, но и стали основой для разработки методов лечения. В частности, TRPV1 и родственные ему каналы рассматриваются как мишени обезболивающих препаратов. Новые способы избавления людей от боли — это очень важно. Однако не менее важно понять, как функционируют каналы связи между нами и миром. Может быть, когда мы сделаем протез руки с функцией осязания, мы вспомним лауреатов 2021 года. «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

23

Проблемы и методы науки

Кандидат биологических наук

Н.Л. Резник

Нейрон родительского чувства В перечень родительских качеств, безусловно, входит самоотверженность. Матери оберегают своих детенышей, преодолевая усталость, опасности и страх. А случается, что не преодолевают, а бросают потомство на произвол судьбы. Ученые пытаются разобраться в причинах переменчивого родительского поведения. И, как обычно, исследуя животных, они проводят параллели с людьми.

24

Прагматики Животных на свете много, в этой статье речь пойдет о млекопитающих. Их забота о потомстве подразумевает, прежде всего, кормление молоком. Без молока погибнут даже те детеныши, которые рождаются зрячими и ходячими. Кроме того, матери вылизывают своих малышей, при необходимости строят для них гнездо, перетаскивают в безопасное место, согревают, укрывают от дождя и ветра, защищают от хищников, учат необходимым навыкам.

Интенсивность материнской заботы у разных видов разная. Кролики тратят на своих малышей минимум времени: незадолго до родов устраивают гнездо, в котором и производят на свет крольчат. Матушкакрольчиха кормит своих деток четыре недели, заглядывая к ним на несколько минут в день. Правда, малыши хорошо спрятаны, чтобы их не слопали в перерывах между материнскими визитами. Как это не похоже на орангутанов, которые возятся со своими отпрысками шесть — восемь лет. В первые два года жизни молодой орангутан полностью зависит от матери и неотлучно находится при ней. Даже спустя семь — восемь лет, когда мать родит следующего малыша, повзрослевшие орангутаны остаются рядом. Примерно у десятой части млекопитающих и более чем у половины моногамных видов потомство опекают и отцы. У некоторых видов приматов (мармозеток и тамаринов), грызунов (бобров, голых землекопов и лабораторных мышей) и хищников (красных лисиц и мангустов) с детенышами нянчатся не имеющие собственного потомства родственники и даже посторонние особи. Молоком они их кормить не могут, а защищать, согревать и перетаскивать в укрытие — вполне. Забота о детеныше инстинктивна, млекопитающие обладают врожденной родительской мотивацией, что не мешает им время от времени отключать эту программу и запускать другую — отказ от родительской опеки или нападение на малышей. Поскольку наиболее приспособленными считаются особи, произведшие на свет максимальное количество здоровых потомков, забота о них должна быть у родителей на первом месте. На практике так бывает далеко не всегда. В 1974 году американский эволюционный биолог Роберт Триверс предложил теорию конфликта родителей и потомства. Эта теория предсказывает, что в случае, когда затраты на родительскую заботу выше, чем ее преимущества, мать прервет беременность или откажется от родившихся малышей. Иными словами, детенышей не будут выхаживать, если успех этого предприятия сомнителен, а взрослые свое здоровье точно подорвут и следующий брачный сезон у них пропадет. Лучше уж они не будут понапрасну тратить силы и сохранят себя. Такое обращение Триверс назвал адаптивным, поскольку оно позволяет животным сберечь силы для грядущего воспроизводства при более счастливых обстоятельствах. Бросить потомство на произвол судьбы или съесть его, частично или полностью, животные могут при нехватке еды, климатических аномалиях, высокой численности хищников или перенаселенности. Участь детенышей зависит от их возраста. Чем они старше, тем выше у них шансы выжить в тяжелых условиях и меньше вероятность, что их бросят. Второй фактор, определяющий судьбу малышей, — их здоровье. Любые врожденные или приобретенные пороки работают против них. Во время родов многие самки съедают пуповину и плаценту, а заодно могут

Самки лангуров заботятся о детенышах, но жизнью ради них не жертвуют

съесть и новорожденного, если он не подает признаков жизни. Мыши выкидывают слабых или травмированных мышат из гнезда. Многоплодные самки могут вообще отказаться от выводка, если его численность слишком мала — ради такой ерунды не стоит возиться. Напротив, если детеныш обычно один, а тут случилась двойня, мать бросит второго сразу после рождения. Панда, например, всегда оставляет второго медвежонка, на которого у нее просто не хватает сил. И наконец, матери бросают младенцев, если на них нападают посторонние самцы. Они, конечно, стараются защитить своих детенышей, но не всегда им это удается. Если самец существенно крупнее самки, сопротивляться ему опасно. На это решаются только матроны, уже выполнившие свою репродуктивную миссию. Исследователи наблюдали пожилую самку лангура Presbytis entellus, которая бесстрашно гоняла самцов, покушавшихся на детенышей. В группах лангуров родство поддерживается по женской линии, так что почтенная матрона защищала своих внуков. Молодые матери, которым еще рожать и рожать, предпочитают не рисковать и пожертвовать текущим потомством, а потом спариваются с убийцей своих детей, чтобы родить от него следующих. Именно ради этого самцы и убивают детенышей. Это безобразное действие называется инфантицидом. Пока мать кормит детенышей, она не способна к зачатию. Когда посторонний самец, не «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

25

имевший недавнего брачного опыта, встречает младенца, это, скорее всего, не его потомство. Если он убьет детеныша, у самки прекратится лактация, она будет вновь готова к спариванию, и самец постарается такую возможность не упустить. Инфантицид практикуют в полигинных сообществах, где один или несколько альфа-самцов монополизируют нескольких самок. Таковы лангуры, бабуины, львы и горные гориллы. Самки тоже не жалеют чужих детенышей во имя своих. Так, например, поступают дикие мыши на поздней стадии беременности. Возможно, они делают это для того, чтобы уничтожить конкурентов их собственного потомства, претендующих на ресурсы. У сурикат и мартышек размножаются не все самки, бездетные помогают ухаживать за чужими детенышами и порой относятся к ним очень агрессивно. В случаях, когда инфантицид дает убийцам шанс на размножение, он считается адаптивным. Но порой животные проявляют неадаптивную, бесполезную жестокость. У разных видов она проявляется по-разному. Крысы, например, просто оставляют своих детенышей, а мыши активно их кусают. Одна из причин неадаптивной жестокости — родительская неопытность. Хотя «родительская мотивация» у млекопитающих врожденная, это не значит, что все матери могут должным образом позаботиться о детях, не имея опыта. Всему надо учиться. Взять хотя бы такие простейшие инстинкты, как еда и питье. Даже испытывая сильный голод и жажду, младенцы без обучения не могут есть и пить из чашки, не пронося мимо рта. Вырастить детеныша куда сложнее, чем напиться. Опыт будущие родители приобретают в раннем детстве, наблюдая за воспитанием других детенышей и помогая их выращивать. Подобная практика улучшает родительские способности, по крайней мере, у некоторых видов, таких как обыкновенные мартышки. У приматов детство, проведенное в неправильной социальной среде, влияет на родительские способности в зрелости. А у грызунов полная социальная изоляция в первые четыре дня жизни почти не влияет на родительские навыки. Следовательно, обстановка раннего детства влияет на приматов сильнее, чем на мышей. Наблюдения показывают, что у многих видов навыки ухода за детенышами и выкармливания улучшаются с возрастом. Так, 40% первородящих японских макак бросают своих детенышей, а после вторых родов малышей не оставляет практически никто. Такая же картина наблюдается у львов и мышей. Первородящие матери страдают не только от нехватки опыта, но и от больших физических нагрузок, вызванных первыми родами. Один из крайних примеров — пятнистые гиены, у которых тонкие и длинные родовые пути, поэтому во время первых родов умирают 60% новорожденных и более 10% матерей. Однако вторые роды проходят гораздо легче. И наконец, детенышей бросают из-за патологий материнского мозга.

26

Что у них в голове Ученые исследуют родительское поведение не один десяток лет. И они заявляют, что нет единственного белка, гена или участка мозга, работа которого целиком и полностью определяла бы поведение родителей. Однако некоторые ключевые области мозга выделить можно. Родительская забота во многом зависит от группы нейронов в медиальной преоптической области гипоталамуса. Эта область мозга состоит из нескольких ядер, то есть групп нейронов, влияющих на разные аспекты поведения, в том числе и на заботу о потомстве. Роль этих нейронов установили полвека назад и продолжают изучать до сих пор. Современные методики позволяют определять активность отдельных клеток, включать их и выключать, определять их связи с другими группами нейронов. Сейчас эти исследования проводят японские специалисты из Лаборатории аффилиативного социального поведения Центра исследований мозга RIKEN под руководством Куми Куроды. В качестве модельного объекта ученые выбрали лабораторных мышей Mus musculus, у которых о детенышах заботятся не только оба родителя, но и взрослые особи, не имеющие собственного потомства. Исследователи установили, что за родительское поведение отвечает центральная часть медиальной преоптической области (цМПО), точнее, те ее нейроны, которые синтезируют рецептор кальцитонина Calcr. У недавно родивших мышей таких нейронов больше, чем у девственных самок или отцов. После родов связи этих нейронов с другими участками мозга меняются, а их отключение нарушает родительское поведение, то есть мыши пренебрегают устройством гнезда, не водворяют туда расползшихся детенышей и не интересуются их судьбой. Если посадить нерожавшую молодую самку в клетку, выдать ей кусочек ткани для устройства гнезда и разложить по клетке беспомощных мышат, она их соберет на подстилочку. Когда же исследователи избирательно травили кальцитониновые нейроны цМПО столбнячным токсином (технология довольно сложная), самки оставляли детенышей без попечения. При этом инактивация нейронов с Calcr практически не повлияла на общее состояние здоровья и активность взрослой мышки. Половое поведение самок также не изменилось, они благополучно скрещивались и производили на свет собственных мышат, к которым, увы, не проявляли особого интереса. Детеныши, которых не собирали в гнездо, не получали молока. (Молоко в желудках мышат просвечивает сквозь брюшную стенку, и видно, кто не поел.) В результате у матерей с нарушенным родительским поведением на следующий день погибло 83% мышат (23 из 25). У матерей с нормально функционирующими «родительскими» нейронами умерло только 23% детенышей (11 из 47). Даже если не разрушать нейроны «родительской заботы», а просто заблокировать в них синтез кальцитонинового рецептора, это повлияет на родительское поведение. Calcr, как следует из названия, должен связываться с кальцитонином, однако этот гормон в нервных клетках

не синтезируется и гематоэнцефалический барьер не пересекает. В нейронах Calcr взаимодействует с пептидом амилином, который синтезируется в клетках поджелудочной железы, а также в некоторых отделах мозга, в том числе в медиальной преоптической области, однако не в кальцитониновых нейронах.У крыс и мышей синтез амилина усиливается после родов и зависит от женских половых гормонов эстрогена и пролактина. Амилин, в свою очередь, связывается с соответствующими нейронными рецепторами и усиливает родительскую мотивацию. Потому что мать может одновременно испытывать несколько сильных побуждений: сильный голод или жажду, непреодолимое желание спать, страх. Животное не в состоянии одновременно есть, спать, спасаться и опекать потомство, оно выбирает что-то одно, и тогда выбранная мотивация подавляет активность других нейронных областей. Куми Курода решила своих мышей напугать. Для этого необязательно показывать грызунам кошку. Мыши очень неуютно себя чувствуют в приподнятом крестообразном лабиринте, они стараются как можно быстрее забиться в укрытие. В эксперименте японских исследователей закрытым был только один отсек из четырех, а на открытых концах лабиринта разместили троих мышат. Взрослые девственные самки отказываются забирать оттуда детенышей, матери свой страх преодолевают. Однако экспериментальные мыши, у которых количество рецепторов кальцитонина примерно вдвое меньше нормального, на такой подвиг не способны. Мышат они собирают, но очень медленно и не всех — многих оставляют на погибель.

Лабораторная мышь бывает свирепым детоубийцей

Следовательно, амилин — лиганд Calcr —усиливает материнскую мотивацию. Активация кальцитониновых нейронов цМПО подавляет самцовый инфантицид. Самцы лабораторных мышей, которые долго не спаривались, ведут себя подобно львам — более 80% пожирают чужих мышат. Однако после спаривания тот же самец постепенно меняет поведение и к моменту рождения собственного потомства заботится о нем, как положено отцу, и даже опекает чужих детенышей. Он не в состоянии с уверенностью отличить их от собственных отпрысков, поэтому просто полагается на время, прошедшее после общения с самкой. Если миновало уже 50—60 суток, самец явно не может быть отцом новорожденных мышат и потому, скорее всего, их убьет, если встретит. Не то чтобы он пальцы загибал или зарубки делал, считая дни, но представление о сроках имеет. Нейронные механизмы такого поведения пока мало исследованы. Курода и ее коллеги полагают, что за инфантицид ответственны мужские феромоны, которые активируют нейроны ядра ложа конечной полоски — небольшого участка переднего мозга, расположенного рядом с цМПО. Стимуляция этих нейронов вызывает инфантицид. После спаривания у самцов активируются кальцитониновые нейроны цМПО, поступающие от них сигналы постепенно «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

27

подавляют активность детоубийственных нервных клеток и стимулируют переход от инфантицида к заботе о детенышах. У самцов, замеченных в пожирании потомства, доля активированных Calcr нейронов в два раза меньше, чем у тех, кто заботится о малышах. Дефекты некоторых других отделов мозга также нарушают родительское поведение или вызывают агрессию, что неудивительно, потому что нервная система млекопитающего должна проделать огромную работу, прежде чем взрослый примет решение о судьбе детеныша. Сначала нужно собрать о нем информацию, и в этом участвуют зрение, осязание, обоняние и слух. По этим признакам детеныша оценивают и решают, заботиться ли о нем, бросить на произвол судьбы или просто съесть. На принятие решения влияют внешние и внутренние обстоятельства родителей, в том числе обилие пищи или необходимость спасаться от хищников Обращение с детенышем, будь то его вылизывание, кормление, перетаскивание и кусание, требует когнитивного и двигательного контроля. Животное должно спланировать свои действия. Например, при поисках отпрысков ему нужно связать расположение каждого из них с местонахождением гнезда. Поражения гиппокампа или поясной коры головного мозга блокируют такое поведение. Чтобы правильно обойтись с детенышем, надо контролировать движения, учитывая многие факторы, в том числе размер малыша. Контроль осуществляют ядра среднего и заднего мозга, передняя и поясная кора, гиппокамп. Повреждения всех этих отделов нарушат материнское поведение. Это экспериментально проверено на крысах и мышах, об этом свидетельствуют наблюдения, сделанные на людях. После инсульта, ДТП или хронической травматической энцефалопатии (дегенеративное заболевание, которое развивается после травмы головного мозга) у людей часто страдает фронтальная кора, в результате увеличивается вероятность апатии, импульсивности, быстрой смены настроения, неспособности решать социальные проблемы или жестокости к детям.

Жестокие люди У человека понятие жестокого обращения с детьми шире, чем у животных, оно включает эксплуатацию детей, эмоциональное и сексуальное насилие над ними. Но и общего с млекопитающими предостаточно. Как и животные, люди часто не жалуют чужих отпрысков. По данным, которые собрали канадские психологи Мартин Дейли и Марго Уилсон из университета Макмастера, вероятность плохого обращения с неродными детьми в шесть раз выше, чем с родными, а вероятность жестокого обращения с летальным исходом выше в 50—100 раз. Такая ситуация наблюдается в разных странах и культурах. И даже в тех случаях, когда приемные родители не проявляют явной агрессии, они часто тратят на образование и здоровье приемного ребенка меньше, чем на родного. Конечно, есть много прекрасных опекунов и воспитателей, но общая закономерность такова.

28

Вступая в брак, люди далеко не всегда доброжелательны к пасынку или падчерице. Бывает, что женщина, в жизни которой появился другой мужчина, начинает хуже относиться к собственному ребенку. Причины такого поведения ученые выясняют. Люди могут убить ребенка определенного пола только потому, что забота о нем не принесет ожидаемых результатов. В Китае, например, веками не жаловали девочек. Женщина убивает новорожденного от голода, нищеты или других социальных проблем. Чаще так поступают материподростки — на материальные и семейные сложности накладывается отсутствие опыта ухода за ребенком. С возрастом частота детоубийства снижается даже у незамужних женщин. Бывает, что нормальное родительское поведение человека нарушается из-за мозговых дефектов. Специалисты Виргинского университета описали случай, когда опухоль в правой орбитофронтальной коре пробудила у 40-летнего пациента склонность к педофилии. Он приставал к падчерице, по решению суда был удален из дома и лечился от педофилии. Потом он стал жаловаться на головные боли и проблемы с равновесием, тогда у него и обнаружили злокачественную сосудистую опухоль. Ее удалили, и патологические наклонности исчезли. К сожалению, месяцев через десять стойкая головная боль вернулась, пациент снова начал собирать детскую порнографию, а сканирование мозга показало повторный рост опухоли. Пришлось делать вторую операцию, и симптомы нездорового влечения опять пропали. Различные психические заболевания, такие как умственная отсталость, расстройства настроения, послеродовая депрессия, прием наркотиков, также влияют на отношение к детям. Однако серьезные психические расстройства объясняют лишь небольшую часть случаев родительской жестокости. Собственный тяжкий опыт, неврологическое или психическое расстройство сами по себе не могут привести к жестокому обращению. Человеческий мозг очень пластичен и может компенсировать дисфункцию одной области за счет других. И животное — не автомат, функционирование его нервных цепей зависит не только от генетики, но и от опыта и условий внешней среды, социальной и биологической. Схожее поведение не означает схожих неврологических механизмов. Возможно, у людей они несколько иные. Тем не менее преоптическая область гипоталамуса у млекопитающих консервативна. Группа Куми Куроды установила, что подавление активности цМПО нарушает обычный уход за младенцами не только у грызунов, но и у обезьян мармозеток. Ученые планируют аналогичные исследования на других приматах, постепенно приближаясь к познанию неврологических механизмов родительского поведения человека. Эксперименты на грызунах — лишь первая ступень в этих исследованиях. Однако людям, которые плохо обращаются с детьми, не пристало ссылаться на поведение животных как на «естественное» обоснование собственной жестокости. Мышь для человека — объект исследования, а не пример для подражания.

Панацейка

Кротон — деревянный дракон

ия Петра Перевезенцева

К

аких только растений нет на Земле! Их разнообразие дает богатую пищу человеческому воображению, которое, увы, подкачало. Увидев густой красный сок, вытекающий из надрезанной древесной коры, люди непременно называют его кровью. Причем не какой-нибудь, а драконовой. Так и получилось, что кровь драконов течет в самых разных деревьях. В Старом Свете это драцены Dracaena draco и D. cinnabari из семейства спаржевых, бобовое растение падук Pterocarpus draco и ротанговая пальма Daemonorops draco. Смолу этой пальмы использовали в фототипии, и она входила в состав лака, которым в XVIII веке покрывали итальянские скрипки. Есть свои драконы и среди представителей рода Croton семейства молочайные. Род этот обширен, включает около 1200 видов тропических и субтропических трав, кустарников и деревьев, растущих в Старом и «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

29

Новом Свете. Название рода происходит от греческого «кротос», что означает «клещ», потому что семена некоторых видов формой напоминают клещей. У некоторых деревьев густой, смолистый сок, который местные жители издавна используют как лекарство. Одно из таких деревьев — кротон Лехлера Croton lechleri. Это амазонское растение всего за три года достигает 10—15 метров. У него большие ярко-зеленые листья в форме сердца и зеленовато-белые цветки на длинных стеблях. Ствол покрыт гладкой корой, при надрезе из него вытекает ярко-красная смола, которая иногда кажется оранжевой. Естественно, когда испанцы его увидели, тут же назвали sangre de drago. Местных названий для сока не счесть, некоторые переводятся как «кровь дерева» или «кровь леса». Видимо, драконы в Амазонии никогда не водились. Индейцы используют сок кротона как кровоостанавливающее, ранозаживляющее, обезболивающее и противовоспалительное средство. Первым европейцем, который об этом написал, был иезуитский миссионер и натуралист Бернабе Кобо (1582—1657). Сок, нанесенный на рану, быстро засыхает и образует пленочку, которая запечатывает рану, ускоряет ее заживление и защищает от инфекции. Поэтому у «крови дракона» появилось еще одно название — «жидкий бинт». По свидетельству очевидцев, он творит чудеса. Один современный американский исследователь народной медицины, путешествовавший по Латинской Америке, наблюдал, как лечили глубокий порез подошвы юному жителю Лимы. Его мать нанесла на рану длиной более шести сантиметров несколько капель сока, закрыла небольшой повязкой, и вечером того же дня пациент пришел на танцы, лихо отплясывал и уверял, что у него ничего не болит. Сок используют как наружное средство для лечения открытых язв и герпеса, при хирургических операциях и инфекционных болезнях десен, при кожных заболеваниях и укусах насекомых. Смоченная им ватка облегчает боль при кариесе. При язвах кишечника и желудка, ревматизме, переломах и диарее разного происхождения, гриппе, кашле и легочных заболеваниях сок принимают внутрь. Соком, разведенным в горячей воде, делают спринцевания, чтобы остановить кровь после абортов и родов. При крапивнице пьют 20 капель «драконовой крови» на стакан ананасового сока. В Мексике соком не ограничиваются, сушеными листьями и корой лечат лихорадку. Бутылочки с «соком дракона» продаются на рынках, он — непременный компонент домашней аптечки и у горожан, и у сельских жителей. Из Латинской Америки растение попало в Азию и стало частью китайской медицины. «Кровь дракона» вошла в состав сложного сбора для лечения грыжи межпозвонкового диска. В конце концов на кротон обратили внимание западные фармацевты и медики. Исследователей интересовал состав «крови дракона» и клиническое подтверждение его эффективности.

30

Кротон Лехлера не высок и не толст

Сок C. lechleri содержит много разных биологически активных веществ, в том числе проантоцианидины, или процианидиновые олигомеры. Некая американская фармацевтическая компания запатентовала смесь этих олигомеров как SP-303 (торговое название крофелемер). Препаратами на основе SP-303 пробуют лечить респираторные вирусные инфекции, герпес и стойкую диарею. SP-303 избавляет грызунов от гриппа А и вируса простого герпеса HSV-2, поможет ли людям — неизвестно. Мексиканские исследователи пытались мазью, содержащей SP-303, лечить генитальный герпес у больных СПИДом. Пациентов было всего 45, часть из них получала плацебо, и различия между группами недостоверны. Если SP-303 и помогает, то не лучше ацикловира.

Кажется, что дерево истекает кровью

Зато с человеческими диареями разного происхождения препарат справляется прекрасно. Почти у всех испытуемых улучшение наступало в первые же сутки. Исследователи предлагают несколько механизмов его действия. При диарее клетки кишечного эпителия секретируют ионы хлора. Эти ионы действуют на соответствующие клеточные каналы, жидкость из кишечника не всасывается, сколько бы пациент ни пил, и больной может погибнуть от обезвоживания. SP-303 подавляет секрецию хлоридов в кишечном эпителии и предотвращает потерю воды. Кроме того, препарат подавляет активацию нервных окончаний, вызывающих секрецию жидкостей. Благодаря способности SP-303 действовать на чувствительные рецепторы кожи, легких и кишечника, препарат быстро снимает боль, зуд и отеки, вызванные разными причинами, и потому облегчает многие заболевания, в том числе аллергические реакции, последствия укусов ос, огненных муравьев, пчел и комаров и контактов со жгучими растениями. О ранах, порезах и ссадинах нечего и говорить. Полифенолы кротона обладают сильным противовоспалительным и антибактериальным действием, кроме того, сок образует пленку, защищающую раны от микробного вторжения. Сок кротона кислый (рН 4—6), а

в кислой среде микробы растут плохо. Алкалоид таспин, еще один высоко ценимый учеными компонент «драконовой крови», подавляет воспаление и привлекает фибробласты к месту повреждения, ускоряя заживление раны. Но как бы ни были хороши отдельные составляющие кротонового сока, неочищенная смола заживляет раны в четыре раза лучше. У животных таспин снимает воспаление при полиартрите, действие его на людей не проверяли. Язву желудка у крыс сок тоже лечит, значительно сокращая ее размеры и уменьшая численность бактерий в язве. Эффективность у него примерно такая же, как при лечении стрептомицином и пенициллином. Людей-язвенников кротоном пока не пользовали. Исследователи еще многого не знают о возможных побочных эффектах и противопоказаниях сока кротона, однако «драконья кровь» набирает популярность. На ее основе делают бальзамы, мази, косметические средства. Кротоновую кровь считают нетоксичной, ее принимают внутрь по 10—15 капель один-три раза в день с молоком или водой. Вкус у снадобья неприятный, пить его приходится от пяти дней до трех недель. Для наружного применения сок втирают непосредственно в пораженный участок несколько раз в день и дают высохнуть. Сок окрашивает кожу в красновато-коричневый цвет, который смывается, но пятна на одежде остаются навсегда. На теле смола посветлеет и сформирует как бы вторую кожу поверх раны, сыпи или покраснения. Хотя в Амазонии растет еще несколько видов кротонов с красной смолой, которые используют как лекарственные растения, кротону Лехлера, при его растущей популярности, приходится несладко. Из одного надреза в течение десяти месяцев можно получить около 300 мл сока, не больше. Для личных целей этого достаточно, для промышленных масштабов — нет. Поврежденный участок коры, отдав свою кровь, отмирает. Изрезанное дерево поражают грибы, оно быстро погибает. Поэтому двух-трехлетний кротон просто срубают, выкачивают из него пять-шесть литров сока, а на месте срубленных деревьев сажают новые. К счастью, кротон Лехлера неприхотлив. Это дерево одним из первых появляется на вырубках и вдоль дорог и растет со скоростью 3—4,5 метра в год. В глухую чащу за ним ходить не нужно. Один европеец, который провел долгие годы в Амазонии, изучая народную медицину, отмечает, что у коренного населения, живущего среди лекарственных растений, здоровье хуже, чем в среднем по стране. И хотя дома у них есть сок кротона, лечиться они предпочитают в городских больницах, а не местными средствами. Н. Ручкина

«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

31

32

Фото: Granger/TASS

Расследование

Александр Речкин

Рисунки,

и

ьми

Они всегда были с людьми — татуировки. Наверное, представители всех народов и обществ раскрашивали свои тела. Рисунки татуировок и мотивы их создания были разные, они зависели от места и времени, от культуры и социального положения. Однако некоторые рисунки татуировок повторялись в разное время. Вообще, татуировки на телах древних мумий — большое подспорье археологам и этнографам. Они могут рассказать о многом. О чем же?

Самые древние Самыми древними считаются татуировки на теле естественно сохранившейся мумии, известной как «ледяной человек Этци». Эту замороженную мумию мужчины нашли в районе итало-австрийской границы в 1991 году, и считается, что ей около 5200 лет. На мумии более 60 различных татуировок, включая точки, маленькие крестики и прямые линии. И размещены они явно неслучайно: несколько точек и крестиков находятся на нижней части позвоночника, несколько прямых линий — над почками и несколько параллельных линий — на лодыжках мумии. Скорее всего, татуировки Этци были результатом неких лечебных процедур, поскольку места, где они были нанесены, соответствуют областям ревматических болей. Вероятно, целитель медно-каменного века (энеолита, IV—III тысячелетия до н. э.), который лечил Этци, делал надрезы на коже болевшего участка тела, помещал в раны лекарственные травы, а затем прижигал их острием нагретого металлического инструмента. Подобный метод лечения ревматических болей и артрита веками применяли берберы горных районов Северной Африки. Если татуировки Этци действительно были терапевтическими, то это самое раннее применение акупунктуры.

Татуировка в виде креста на теле Этци Татуировки на теле ледяного человека

Мод Вагнер (1877-1961) – американская артистка цирка и первая известная татуировщица в США, 1911 г. «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

33

Татуировки на теле жрицы

Египетские татуировки Другой пример использования татуировок древними людьми можно обнаружить в древнеегипетской цивилизации. До наших дней сохранились женские статуэтки времен энеолита, тела и конечности которых украшены татуировками. Кроме того, некоторые женщины, изображенные на гробницах, также имеют татуировки. Лучшее свидетельство об использовании татуировок в Древнем Египте — несколько женских мумий, датированных примерно 2000 годом до н. э. До открытия Этци это были самые ранние известные татуировки на человеческих телах. Татуировки на этих мумиях расположены на животах, на верхней части бедер и груди, поэтому некоторые исследователи предположили, что татуировки были своего рода знаком проституток. Другие ученые считают, что татуировки предназначались для защиты женщин от венерических заболеваний. Кроме того, они могли служить формой защиты во время беременности и родов. Последний вариант наиболее вероятен — на верхней части бедер мумий найдены маленькие изображения бога Беса, который в те времена был покровителем рожениц. Еще один аргумент — татуировки на теле жриц богини Хатхор, богини материнства и плодородие. Большинство этих татуировок имеют форму черточек, точек и концентрических кругов. Роды всегда были сопряжены с опасностью и болью, и вполне возможно, что татуировки использовали для указания мест точечного массажа, либо для обезболивания, либо для стимуляции родов.

Китай и Япония В некоторых частях древнего мира татуировки служили не защитными амулетами, а знаками стыда и унижения. В Древнем Китае и Японии, например, на лица тех, кто совершал определенные преступления, наносили татуировки. Согласно учению Конфуция, тело — это роди-

34

тельский дар. Учитывая то значение, которое Конфуций придавал почитанию и уважению предков и родителей, любое увечье тела, включая татуировку, воспринималось как варварство. Поскольку татуировки оставались на всю жизнь, то татуированные преступники несли на себе пожизненную кару, а узоры на коже отодвигали их на задворки общества навсегда. В начале ХХ века в различных местах Таримской пустыни в Синьцзяне (КНР) нашли несколько сотен мумий возрастом примерно 2000–1800 лет до н. э. Часть этих людей имели кавказское происхождение и, судя по погребальному инвентарю, вероятно, были торговцами текстилем и изделиями из кожи. Многие мумии татуированы, но только на лице одной из женских мумий вытатуированы полумесяцы и овалы. Лунные рисунки наводят на мысль о поклонении богине Луны, которая присутствует во многих культурах. Татуировка на лице говорит, что независимо от того, что означали эти рисунки, они были очень важны для женщины — ведь она почти не могла их скрыть, они были всем видны и обозначали чтото важное. У другой мумии, мужчины, были татуировки в виде солнца на висках. Солнце часто символизировало мужского бога, и возможно, что эти два человека играли вдвоем какую-то религиозную роль. Но эта тайна пока не раскрыта.

Пазырыкское великолепие Пазырыкские племена проживали в горах Алтая в Сибири, к югу от современного Новосибирска. Они были кочевниками-скотоводами, перемещались на лошадях, принимали участие в торговле с купцами в Китае, Индии и Персии. Большую часть артефактов их культуры, а также мумии людей нашли в гробницах, в которые в древности просачивалась вода. Она замерзала, заключая погребальные предметы в лед, который оставался замороженным в вечной мерзлоте до момента раскопок гробниц. В результате предметы и мумии прекрасно сохранились. Отечественные исследователи поэтично именуют представителей пазырыкской культуры «всадниками, спящими во льдах». Мумифицированные останки с татуировками принадлежат представителям пазырыкского племени железного века (600–300 года до н. э.). Исследователи предполагают, что кочевники использовали татуировки для идентификации личности и, возможно, для того, чтобы духи предков могли распознать соплеменника в загробной жизни. Сложность и детали их татуировок ошеломляют. Самая потрясающая находка — останки двух человек. Первый, скорее всего, был вождем племени. Считается, что на момент смерти этому человеку было около 50 лет. Многие татуировки на его теле отчетливо видны и сегодня. Вероятно, они сделаны тонкими иглами, которыми пазырыкцы вышивали. Многие из рисунков (рисунки) на теле вождя изображали зверей, в том числе осла, горного барана, двух оленей с длинными рогами, неопознанного хищника на правой руке, двух

Пазырыкская татуировка в виде стилизованного оленя. Справа — реконструкция Современное подражание Пазырыкским татуировкам

зверей, похожих на грифонов, козы, рыбы… У вождя также было несколько маленьких круглых татуировок возле позвоночника, которые, возможно, нанесены в терапевтических целях, как у Этци. Вторые останки принадлежат женщине — Ледяной Деве, также известной как Алтайская дева, или принцесса Укок. Ее похоронили в деревянной гробнице с шестью лошадьми. Женщина была моложе вождя, у нее была обрита голова, она носила парик и головной убор. Татуировки включают изображения и диких зверей, и домашних животных. Считается, что различные изображения использовались для определения места человека в обществе. Это одни из самых сложных древних татуировок, известных в наше время. Их дизайн настолько впечатляет, что сегодня многие наносят на себя именно такие татуировки.

ки добрачного возраста, потому что за невесту платили выкуп, а украшение поднимало цену. Эта система, кстати, отличалась от классической греческой и римской, в которых семья невесты давала приданое семье жениха. Изображения женщин на классических вазах (около 500 года до н. э.) дают представление о татуировках фракийских женщин: зигзаги, точки, линии, меандры, шахматные узоры, спирали, узоры спиральных лестниц, фигурки животных, полумесяцы, лучезарные солнца и декорированные розетки. Татуировки наносили на руки, ноги, щиколотки, грудь, шею и подбородок. Иногда руки или ноги были полностью покрыты узорами. Персы, греки, а позже и римляне использовали татуировки в качестве отметки владения, то есть клейма. Согласно греческому историку Геродоту, фиванцы, сдавшиеся персам при Фермопилах, были заклеймены татуировками, чтобы беглые рабы не могли остаться незамеченным. Позже, в начале IV века н. э., такое клеймение было запрещено из-за давления христианской церкви — она считала, что татуировки уродуют то, что создано по образу и подобию Бога. Среди греков и римлян татуировки, или «стигматы», как их тогда называли, по-видимому, использовали для обозначения принадлежности к религиозной секте. Во времена Птолемеев, когда Египтом правила династия

Фракийская девушка с татуировками на руках и ногах Керамический осколок с изображением татуированной женщины

Фракийцы, греки, римляне, бритты Фракийское государство существовало бок о бок с греко-римским миром на территории современной Восточной Македонии, Юго-Восточной Болгарии и некоторых частях Турции. Изображения фракийских женщин с татуировками появляются на греческих краснофигурных вазах. Историк искусства Люк Рено предполагает, что во Фракии татуировки использовали для украшения девуш«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

35

македонских греческих монархов, фараону Птолемею IV (221–205 годы до н. э.) была сделана татуировка в виде листьев плюща, символизирующая его преданность Дионису, греческому богу вина и покровителю династии Птолемеев. Но позже мода на татуировки распространилась среди римских солдат и по всей Римской империи. Легендарные предания древних бриттов также предполагают, что их вожди тоже были татуированы изображениями различных зверей. Одно северное племя, жившее на Британских островах, римляне называли «пиктами», буквально — «раскрашенный народ».

За океаном

Женщина из племени пиктов Татуировки на руке Леди Као

36

В культуре индейцев Моче, существовавшей с I по VIII век н. э. на побережье Перу, Южная Америка, также активно использовали татуировки. Здесь в 2006 году нашли татуированную мумию, которая сегодня получила имя Леди Као. Эта была молодая девушка, около двадцати пяти лет, которая скончалась, вероятно, от осложнения при родах. Моче не мумифицировали мертвецов, но условия для высыхания тела сложились сами собой и сохранили Леди Као и ее замысловатые татуировки. Скорее всего, только обладатели самым высоким статусом в социальной иерархии могли носить такие татуировки. Изображения укрепляли связь людей с божествами — с помощью симпатической магии, основанной на том, что предметы, сходные по внешнему виду либо побывавшие в непосредственном контакте, образуют друг с другом сверхъестественную связь. На татуировках Леди

Татуировки на лицах инуитов

Као изображены змеи, крабы и пауки — все животные, связанные с пантеоном божественных существ Моче. Их присутствие еще больше связывало ее с миром сверхъестественного и, вероятно, увеличивало ее силу среди соплеменников, ведь божественное буквально обитало на ее коже. Помимо культуры Моче татуировки встречаются на мумифицированных останках некоторых древних доколумбовых культур Перу и Чили, которые часто воспроизводят одни и те же изображения стилизованных животных, и большой набор символов, встречающихся также на текстильных и керамических изделиях. Обширные татуировки лица и тела, которые использовали коренные американцы, обнаружены на мумифицированных телах группы из шести гренландских женщин племени инуитов (1475 год н. э.). Просвечивание в инфракрасном диапазоне показало, что у пяти женщин были татуировки в виде линии, проходящей над бровями, вдоль щек, и, в некоторых случаях, серии линий на подбородке. Другая татуированная женская мумия, датированная 1000 годом н. э., которую также обнаружили на острове Святого Лаврентия в Беринговом море, имела татуировки в виде точек и линий, нанесенных лишь на руки и ладони. Инуиты, как и многие их соседи, считали, что их тела населены множеством духов, каждый из которых проживает в определенной области тела. Эти области часто и были татуированы, чтобы защитить духов, а заодно и тело, от тлетворного влияния враждебных сил и магии. Исследователи никогда не игнорируют татуировки, даже если они были простым украшением. Когда древний свободный человек решал украсить тело татуировкой, он знал, что унесет ее с собой в загробный мир. Другими словами, это было очень серьезное решение, которое нельзя было принимать легкомысленно или необдуманно. Похоже, что современное отношение к татуировкам несколько иное.

Вещи и вещества

Химия тату

Ч

ни м н

я н жи

з и

я ь и ь -

н

и и и и и и нн я , я , и ьз и н иь, и ин, и и и ж я и и н и ь Хими я и и м н н мн и н зн м н и ьз и зн я и ,н м ин я и н им н и из изм ьнн мин м н и O 3 4 и из жи и и жи и ж з м н и , н «м ни н » и ьн им ь м м ни н м н н и им з ь им ь м и и , м знижж ни и ь з н и, и н и нии ж и ьн н ия н ния, ин и н и ьн жж ни и ь и и и ж и и им м н , и м ж и зи ь ни нн из ж ни м и ь и , ни м жи м зм жн , м ь и

«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

37

рентгеновска комп терна томографи или ул тразвуковое обследование, которое назнача т л д м с металлическими имплантатами и кардиостимул торами. И, разумеетс , прежде чем делат татуировку, подумайте, нужна ли она вам, и об зател но поинтересуйтес у мастера, чернила какого состава он испол зует. Но вернемс к красител м дл тату. В черной и темно-фиолетовой гамме работает и красител гематоксилин, котор й извлека т из темной сердцевин кампешевого дерева, произраста щего в Централ ной Америке.

Оранжево-желту гамму чернил обеспечива т такие неорганические пигмент , как охр , сул фид кадми , сул фид-селенид кадми , сул фид кадми -цинка, хромат свинца в смеси с сул фидом свинца. Ест и желт е органические красители: синтетический дисазодиарилид

Гематоксилин

Дисазодиарилид

Пигмент красной древесин б стро окисл лс и темнел на воздухе — до темно-фиолетового и почти черного. Из сока его кор , в котор й добавл ли соли железа, изготавливали черно-фиолетов е чернила. Пигментом дл коричнев х чернил служила охра — оксид трехвалентного железа, смешанн е с глиной. При прокаливании она становилас красной. Красн е чернила содержали киновар , или сул фид ртути HgS, селенид кадми CdSe, оксид железа и органический красител нафтолов й красн й, котор й сегодн примен т при изготовлении акрилов х красок.

и природн й полифенол куркумин, извлекаем й из куркум длинной Curcuma longa — заменител шафрана.

Фталоцианин зеленый

Фталоцианин голубой

Куркумин

Нафтоловый красный Пон тно, что киновар и селенид кадми — откровенно довит е вещества.

38

Пигмент в голуб х чернилах — то карбонат меди (минерал азурит), натрий-кал циев й ал мосиликат с примес сул фид-ионов (минерал лазурит), силикат меди и кал ци CaCuSi4O10 (египетский синий), другие оксид ал мини , кобал та и хрома. Сам е безопасн е — синие и зелен е медн е соли, такие, как фталоцианин меди, котор ми окрашива т детские игрушки и контактн е линз .

Зелен е чернила своим цветом об зан оксиду хрома Cr2O3, малахиту Cu2(CO3)(OH)2, хромату свинца PbCrO4, смеси ферроцианида кали (желтого цвета) и ферроцианида железа (прусский синий), фталоцианинам меди и ал мини .

Ест даже бел е чернила дл татуировки, цвет котор м прида т карбонат свинца PbCO3, диоксид титана TiO2, сул фат бари BaSO4, оксид цинка ZnO. Из того перечн , впрочем — не исчерп ва щего, видно, что крас щу основу чернил дл татуировок составл т вовсе не растител н е пигмент , как многие дума т, а преимущественно неорганические (оксид и соли металлов) либо синтетические органические красители.

Л. Стрельникова

Слежка роями

И

я

и

мини н ин из ния ни м н им и м м ня м зн я я ьн и, и и н им и н н ми н ми ь « » и ь зн им м ми и зм м ин зн м н н мн нн з нии м м нь и ьи м н из я н из ни и , м и и я, н , жн и и ь из и н я и им н м и и ь мм ж н ж , н ни и ,

и

я

ь н

н

и

н ми м ми , ьз ям и и м зин ,з я ь н и , м н з и н ми и из и з м м и и н ж нн з язня ь м и нн м и , и н зн н я «м ни ин з язн ния ж , ин и ния н ния и жи ния з ни » ж н н м н я нн ь, н ия, изн ьн з и н и н н зн ния, н и н ми и н нн и ни ми им зм жн и я м н мн « ь, м и, и ж и и и н м м » (Nature т. 597, с. 503, 2021) и

и я и м нь я н я м н ин м и з ь зн ин ми и и ни , и ьм им ьн ьн ь и миним ьн и иж ния ни и з ж н мян ни , им н и н н н и и н нн я и и и н з я м иня ь я и ми н н ь я и и нн зи м жн ь м ми зн ми и ми ни н н м нн и ь нн ь и и и н ия нь , ж н я, и м м из и и ь н , ь н ни я иж ими н ми,

«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

39

Блокчейн команды роботов

Н

адежное управление роем роботов, описанн х в пред дущей заметке, отн д не проста задача. Конечно, руководит ими можно и пр мой передачей каждому указаний из централ ного командного пункта, однако то не сам й надежн й способ. Оптимал но – предоставит им свободу действий, хот и нескол ко ограниченну . Тол ко что на ту тему по вилас работа чет рех учен х из Массчусетского технологического института и Мадридского технического университета. Они предлага т внедрит идеологи криптовал т дл управлени группой, в которой существует разделение на ведом е отдел н ми лидерами подгрупп . Стат с помощ расчетной математической модели рассматривает вариант возможн х сбоев или внешнего перехвата управлени у отдел н х лидеров, известн й как проблема византийских генералов. Как показ вает работа, внедрение технологии блокчейна и алгоритмов транзакций в систему св зи каждого робота беспроводной сети существенно пов шает надежност в полнени группой поставленной задачи. Запис информацмии в виде блокчейна или цепочки файлов вперв е успешно применили при создании Биткойна (см. «Хими и жизн », 2021, 8). Иде в том, что данн е в пам ти всех устройств-участников хран тс в виде хронологической последовател ности линейно св занн х между собой блоков. Кажд й из них несет шифрованн е записи о себе и пред дущем блоке, искл ча подмену л бого блока цепи. Математическа модел авторов работ предполагает, что группа роботов во главе с лидерами, у каждого из котор х программно ограничен запас команд (ест определенное число токенов, то ест разрешений на в дачу команд ), перемещаетс по двумерной плоскости из точки старта в точку назначени . При том

40

у части роботов случаетс неожиданн й сбой в в боре направлени . Блокчейн каждого робота пишет вс информаци о командах лидеров всех подгрупп. Это значит, кажд й робот групп имеет возможност проверки корректности нов х команд всех лидеров подгрупп, то ест контрол соответстви внесенн м в его пам т алгоритмам блокчейна. Если кто-то из лидеров подгрупп дал команду, отлича щу с от других лидеров, у него из маетс жетон. При исчерпании жетонов лидер подгрупп тер ет свое положение командира, по тому у него принципиал но нет возможности передат неограниченное число неверн х команд. В резул тате той демократии, ведущей при увеличении запаса токенов к диктатуре, в живает олигархический кост к лидеров. Таким образом, блокчейн, наказ ва щий внутренними ден гами лож и ошибки, вводит коллективн й разум в авторитарну систему управлени роботами. Ведущий автор работ доктор Эдуардо Кастелло говорит, что если число токенов не прев шат , то не важно, кто хакнул систему и что в звало ее сбой: робот в полн т задачу. На базе своих исследований команда планиру т создат новейшу систему управлени роботами. Заметим, что подход исследователей дает возможност моделироват процесс вол ционной самоорганизации в ста х животн х и л дских социумах. (IEEE Transactions on Robotics, 5 октября 2021 года)

Интеллект заглядывает в тень

К

осмическа гонка в освоении Лун набирает темп. Грандиозн е план построени обитаем х баз (см. «Хими и жизн », 2021, 9), требу т решит насущну задачу – найти или доб т воду. На освещенной поверхности она б стро испар етс , но учен е давно предполага т, что в виде л да вода может существоват вблизи лун-

н х пол сов. Предположени подтвержда т спектр инфракрасного диапазона с полосами вод , полученн е нескол кими американскими лунн ми кспедици ми. Об том же косвенно свидетел ству т данн е о нейтронн х потоках с поверхности Лун . Ближайша практическа задача исследователей состоит в том, чтоб максимал но подробно систематизироват и уточнит данн е об област х пол сов – автономн й ровер НАСА прибудет в 2023 году и обследует некотор е кратер Южного пол са. В св зи с тим международна группа астрофизиков под руководством доктора Валентина Бикел из Института исследований Солнечной систем Общества Макса Планка решила улучшит снимки кратеров в припол рн х област х с помощ искусственного интеллекта. За исходн е исследователи вз ли данн е американской орбитал ной станции LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), котора с 2009 года исправно поставл ет изображени лунной поверхности. При непр мом освещении в углублени кратеров приходит слаб й свет, рассе нн й на неровност х окружа щего рел ефа, отраженн й Землей солнечн й свет и слаб й свет звезд. По тому чтоб сделат фотографии орбитал н м телескопом, приходитс испол зоват длител ну кспозици . В резул тате смаз ва тс детали изображени и снижаетс разрешение. Исследователи создали нов й метод обработки фотографий на основе ИИ. Они разработали алгоритм машинного обучени и откалибровали его на семидес ти т с чах орбитал н х снимках обратной сторон Лун . ИИ пов сил разрешение снимков в п т раз. В резул тате удалос улучшит снимки семнадцати небол ших пологих припол рн х кратеров с площад ми от 0,18 до 54 квадратн х километров. Масштаб пиксел изображений в один метр вперв е позволил уверенно различит в кратерах такие детали рел ефа, как углублени , в ступ и валун размерами в нескол ко метров. Три из изученн х кратеров лежат на маршруте ровера. Учен м удалос не тол ко обнаружит воз-

можн е преп тстви на его пути, но и найти нов й, очен светл й и, повидимому, свежий кратер. Изображени не подтвердили существовани наледей, но то не отмен ет существовани л да в смеси с п л . Бикел говорит, что перва публикаци призвана продемонстрироват возможности алгоритма, котор й применим к снимкам из сам х разн х областей знани . Команда планирует обработат своим ИИ максимал но бол шое число снимков затененн х кратеров. (Nature Communications, т. 12, № 1, 2021)

Сеть копирует мозг

С

началом активного применени магниторезонансной томографии дл изучени св зей в мозгу человека и животн х количество данн х растет взр вн м образом. Дл карт мозговой активности по вилс даже специал н й термин, «коннектом», аналогичн й термину «геном». Науку же о возбуждении сетей нейронов в мозгу имену т «коннектомикой». Искусственн е нейронн е сети, несмотр на свое громкое название, то пока всего лиш набор обучаем х комп терн х программ. До мозга им так же далеко, как до небес, однако они могут имитироват некотор е функции мозга, по тому служат инструментом его изучени . Таким образом, две области знани , ИИ и коннектомика взаимно вли т друг на друга. Именно об том нова работа групп канадских учен х, в полненна под руководством доктора Братислава Мизика из Неврологического института-госпитал Университета Мак-Гилла. Сначала на основе откр того архива коннектомов человеческого мозга исследователи реконструировали характеристики св зей нейронн х цепей в мозгу человека. Затем они воспроизвели полученну иерархическу сетеву архитектуру в кодах нейронной сети, котора , подобно кластерам нейронов в мозгу, состоит из многочисленн х про-

граммн х лементов со своими входами и в ходами. Учен е изучили ее фукции и показали, что принципиал но модул на нейроморфна сет способна обучат с б стрее традиционного ИИ. Она более гибка и более ффективна в решении когнитивн х задач, например распознавании речи или управлении перемещением в пространстве. Круг таких задач у нейроморфной сети шире, а контекст разнообразнее. Братислав Мизик отмечает, что две научн е дисциплин , ИИ и коннектомика, довол но сил но разошлис , несмотр на общие корни. Работа же его групп послужит поиску общих принципов организации интеллекта, хот пока она тол ко копирует еще не пон т е свойства мозга. (Nature Machine Intelligence, т. 3, с. 771, 2021)

Алгоритм и бенефициары

Р

еалии современной кономики таков , что конечн ми владел цами миллионов разнообразн х бизнесов часто оказ ваетс небол ша группа бенефициаров. При том они не стрем тс афишироват информаци о своих активах. В вление конечного владел ца произвол ной компании, котор й может контролироват ее через множество организаций-посредников, необходимо дл ответственного инвестировани , бор б с офшорами и кономическими санкци ми. Потому кономист заинтересован в программах, котор е математическими методами в вл т конечн х бенефициаров по откр той информации о запутанн х сет х миллионов организаций. Один из таких алгоритмов α-ICON (англ. Indirect Control in Onion-like Networks — непр мой контрол в лукоподобн х сет х) создан трем учен ми из Сколковского института науки и технологий, МГУ им. М.В. Ломоносова и Европейского университета в Санкт-Петербурге под руководством доктора Кирилла Половникова. На основании данн х государственн х реестров рлиц

программа в вл ет и ранжирует их конечн х владел цев. Учен е придумали сетевой алгоритм, котор й опираетс на пон тие централ ности узла сети по Кацу. Эту меру испол зу т в сложн х сетев х системах дл определени наиболее вли тел н х игроков. Эффективност в числений по новому алгоритму возможна благодар тому, что сети владени напомина т по структуре луковицу, слои которой можно «отшелушиват » один за другим, пока не обнаружитс дро тесно св занн х друг с другом организаций. Это позволило решат задачу в общем виде тол ко дл дра из нескол ких сотен тесно св занн х компаний. Оставшу с оболочку изуча т последовател н ми итераци ми, что сил но ускор ет в числени . Дл теста автор обрабатали 4,2-миллионну базу всех зарегистрированн х в Великобритании компаний и за нескол ко минут в вили конечн х бенефициаров. Алгоритм обнаруживал контролиру щее лицо независимо от размера компании. Оказалс , что даже у небол ших компаний встреча тс искл чител но сложн е цепочки владени . По словам учен х, α-ICON демонстрирует наибол шу ффективност среди нескол ких известн х им алгоритмов, у котор х на те же задачи уход т дни расчетов. Чтоб проверит точност алгоритма, автор исследовани сравнили свои резул тат с данн ми т с чи британских компаний, ценн е бумаги котор х торгу тс на американских финансов х р нках, по тому структура их владени откр та. Оказалос , что α-ICON верно определил конечного владел ца у 96% компаний. Это на п т процентов точнее алгоритмов-конкурентов. Б стра и точна программа откр та и доступна на известном сайте GitHub. (https://arxiv. org/abs/2109.07181v2)

Выпуск подготовил А. Гурьянов

«Хими и жизн », 2021,

10, www.hij.ru

41

История завтра

Л.Н. Перлов

Из России в США: по туннелю или мосту? «Вы мечтаете увидеть Нью-Йорк, но страдаете морской болезнью? Теперь это не проблема — в наших поездах морской болезни не бывает. Три недели в уютном купе, отличная кухня, масса незабываемых дорожных впечатлений, и вы на месте. Продажа билетов открыта».

Проблема пролива Такое объявление вполне могло бы появиться в европейских газетах в начале 20-х годов прошлого века, отобрав изрядную часть клиентов у знаменитого Восточного экспресса, а также у красавцев лайнеров, обладателей «Голубой ленты Атлантики» — переходящего приза, присуждаемого за рекорд скорости при пересечении Северной Атлантики. Но, к сожалению, не появилось. Почему? Начать придется издалека.

42

Прогресс весьма быстрый, не правда ли? В 1904 году, еще до завершения строительства российской Транссибирской магистрали, стало возможным пересечь на поезде весь Евразийский континент, от Атлантического побережья до Тихоокеанского (участок дороги от Хабаровска до Гродеково, проходящий через Маньчжурию, был закончен в 1901 году). К этому времени в США и Канаде уже действовали трансконтинентальные железные дороги. Так что вполне естественно, что в конце XIX века возникла идея кругосветной железной дороги, которая соединила бы евразийскую и североамериканскую транспортные системы. Соответствующий законопроект, внесенный по инициативе политика Джона Артура Линча, сенат США рассмотрел в 1886 году. По поручению Комитета по иностранным делам, заключение по проекту дал сам директор Геологической службы США, знаменитый исследователь Гранд-каньона, Джон Уэсли Пауэлл. По его мнению, строительство такой дороги было бы не

Первая железная дорога.

Прошло около сорока лет, и на смену угольным вагонеткам со скамейками для пассажиров на первой в мире железной дороге пришли вагон-салоны Пульмана и Нагельмакерса.

труднее, чем сооружение Трансконтинентальной магистрали. Впрочем, в своем заключении доктор Пауэлл, добавил осторожную фразу: «Вместе с тем никто не просил меня высказать свое мнение относительно целесообразности этого проекта». Что вполне понятно — доктор Джон Пауэлл был ветераном Гражданской войны, известнейшим геологом, географом и этнографом. Но коммерсантом или политиком он не был. Сенат не счел целесообразным выделить деньги даже на проектно-изыскательские работы. Видимо, в стране, незадолго до этого пережившей Гражданскую войну, хватало более насущных проблем. Тем не менее примерно тогда же в американской прессе обсуждался проект строительства железной дороги от Чикаго и Миннесоты, через штат Северная Дакота, Канаду и, разумеется, Берингов пролив, до Пекина. В Беринговом проливе предполагалось строительство моста. В 1890 году ту же мысль в своей книге «Космополитическая железная дорога, уплотнение и слияние всех континентов мира» высказал первый губернатор штата Колорадо Уильям Гилпин. Он также предлагал строить мост через пролив. Гилпин полагал, что это будет не сложнее, чем сооружение американской и канадской железных дорог до Тихого океана. В скорейшем осуществлении своей мечты губернатор Гилпин был вполне уверен, поскольку не видел к этому серьезных препятствий. Более того, объединение американских и евразийских железных дорог он считал не только необходимым, но и неизбежным шагом на пути перехода цивилизации на новый, более высокий уровень развития.

Под впечатлением от книги Гилпина, молодой американский инженер Джозеф Штраус даже спроектировал мост через Берингов пролив. Этот проект стал его дипломной работой. Будучи не только инженером, но еще и поэтом, Штраус, видимо, вдохновился самой мыслью о строительстве невиданного, самого длинного в мире моста, причем в условиях Крайнего Севера. Поскольку мост получался поистине великанским, автор проекта и название ему придумал соответствующее — Гаргантюан. К сожалению, никаких материалов по этому проекту не сохранилось. С мостом через Берингов пролив у него ничего не вышло, но имя свое инженер Джозеф Штраус прославил на века, спроектировав и построив знаменитый вантовый мост Золотые ворота в Сан-Франциско, а также Арлингтонский мемориальный мост в Вашингтоне и железнодорожный мост Лонг Вью через реку Колумбия на границе штатов Вашингтон и Орегон. По его же проекту был построен оригинальный, откатнораскрывающийся железнодорожный мост Скансен в городе Трондхейм (в городе Тронхейме), действующий до сих пор и внесенный в список объектов культурного наследия Норвегии. Интерес к заполярным железным дорогам ожидаемо обострился после того, как были открыты месторождения золота на Аляске и в бассейне Юконы. Американский историк Чарльз Эндрюс подсчитал, что за десять лет после «золотой лихорадки» 1898 года на карте американского Заполярья появилось сорок восемь проектируемых железных дорог. Некоторые из них вполне соответствовали маршруту Космополитической железной дороги Гилпина. Правда, почти все эти проекты так и остались на бумаге.

Главным препятствием на пути реализации этой идеи был, разумеется, Берингов пролив. Совсем узкий, всего 86 километров, мелководный, да еще и с островами Диомида почти посередине; между ними 4 км.

«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

43

Трансаляскинская Сибирская железная дорога, Люак де Лобель (журнал «Нива», 1901, № 49)

Европа тоже в деле По другую сторону Берингова пролива наибольший интерес к постройке межконтинентальной железной дороги проявляли во Франции. В 90-х годах XIX века там даже была создана организация под названием «Французский синдикат», которая занялась разработкой этой идеи. Появился синдикат, впрочем, усилиями не французов, а англичанина. Капитан Гарри Уиллис Даррелл де Виндт, живший в основном в Париже, к тому времени был уже известным путешественником и автором популярных книг о далеких и малоисследованных уголках планеты. Бывал он и в России и выпустил несколько книг о нашей стране, о ее восточных регионах, Сибири и Дальнем Востоке. Его книга «Из Парижа в Нью-Йорк по суше» («From Paris to New York

44

by Land») была опубликована в 1904 году и имела немалый успех. Это непростое путешествие, которое продолжалось восемь месяцев, де Виндт затеял, чтобы убедиться в возможности и целесообразности постройки такой дороги. Его первоначальный вывод был неутешительным. «С тем же успехом, – писал де Виндт, – можно было бы говорить о постройке железной дороги на Марс». Идею моста через Берингов пролив он счел абсурдной, поскольку никакой мост не в состоянии будет выдержать напор ледяных полей, дрейфующих из Чукотского моря. Как возможный вариант, правда, он рассматривал предложенный русскими инженерами тоннельный переход с использованием островов Диомида в качестве промежуточного пункта. Окончательное заключение де Виндта было таково: дорогу, в принципе, можно построить. Это займет примерно двенадцать лет, включая строительство тоннеля, после чего добраться из Парижа до Нью-Йорка на поезде можно будет примерно за месяц. Но, учитывая политические и финансовые реалии, это дело отдаленного будущего. «Учитывая все обстоятельства, я не могу понять,

какой смысл имеет в настоящее время строительство франко-американской железной дороги. В том, что такая дорога однажды соединит Париж и Нью-Йорк, я почти не сомневаюсь, ибо там, где существует золото, рельсы обязательно должны появиться, и не может быть никаких разумных сомнений относительно безграничного богатства и будущего процветания этих великих пространств – Сибири и Аляски. Но, вероятно, можно с уверенностью предсказать, что эта работа не будет завершена при жизни нынешнего поколения или даже начата следующим поколением» (Г. де Виндт. «Из Парижа в Нью-Йорк по суше»). В отличие от Гарри де Виндта, барон Люак де Лобель действительно был французом. Попав в 1898 году на Аляску, он провел там несколько месяцев, занимаясь исследованиями территории. Его спутником в этой экспедиции был шестидесятилетний ирландец Джон Хили, впоследствии основатель и владелец Северо-Американской транспортной и торговой компании, одной из крупнейших в регионе. Люак де Лобель, безусловно, знал о работах де Виндта. Он даже писал возмущенные письма в редакцию газеты «Paris New York Herald», настаивая на своем приоритете в проекте дороги. Вот что писал об этом в своей книге Гарри де Виндт: «Я хотел бы еще раз напомнить читателю, что путешествие по суше из Парижа в Нью-Йорк никогда никем не предпринималось, пока оно не было совершено нами. Это напоминание тем более необходимо, поскольку до нашего отъезда из Парижа проект всемирной железной дороги свободно обсуждался в английской и французской прессе людьми, не бывавшими ни в Сибири, ни на Аляске. Поэтому их мнения были бы не менее ценны в отношении железной дороги через Луну или на планету Марс. Если рассматривать их как анекдот, некоторые из опубликованных писем, безусловно, заслуживали внимания, особенно письма французского джентльмена, который в газете «Paris New York Herald» неоднократно обращал мое внимание на тот факт, что именно он является автором идеи соединить Францию и Америку железной дорогой, и, по-видимому, сильно возмущался моим путешествием по земле с собаками и оленями. Убедившись, однако, в том, что г-н де Лобель никогда не посещал арктическую Сибирь и не имел ни малейшего намерения сделать это, я не счел обоснованным отказ от путешествия по суше из-за того, что господин де Лобель этим недоволен». Проект де Лобеля предусматривал переход через Берингов пролив через тоннель, что гарантировало круглогодичную работу дороги. Одним из ключевых моментов в осуществлении своего проекта барон де Лобель полагал согласие русского императора Николая II на выделение территории под строительство и последующее использование дороги. Для этого требовалась полоса земли шириной в 16 миль (около 26 километров), от Берингова пролива до Транссибирской магистрали, с исключительными правами на нее сроком на 90 лет с момента начала строительства. Примерно на таких условиях США в 1903 году получили исключительное право на зону Панамского канала.

Общая смета работ по проекту де Лобеля доходила до двух миллиардов долларов; колоссальная по тем временам сумма, да и в наши времена не маленькая. Только для начала проектно-изыскательских работ требовалось создать акционерную компанию с капиталом в 200 миллионов долларов. Да еще, разумеется, при согласии России на выделение территории. С американской стороны трудностей с этим не предвиделось, поскольку проектом, стараниями Джона Хили, серьезно заинтересовались владельцы крупнейшей в стране железнодорожной компании «Union Pacific Railroad». По некоторым сведениям, сторонником идеи был, в числе прочих, и Эдвард Гарриман, богатейший железнодорожный магнат США. И не без оснований. Если верить расчетам де Лобеля, новая дорога должна была перевести основные потоки грузов между Азией, Европой и Америкой с моря на сушу. Это заметно снизило бы транспортные риски и стоимость страховки, а доходы железнодорожных компаний, наоборот, могли значительно вырасти. В убытке при этом оставались разве что пароходные и страховые компании.

Скептики и отказы Скептиков, разумеется, тоже хватало, причем — по обе стороны Берингова пролива. В старейшем американском научно-популярном журнале «Scientific American», основанном еще в 1845 году, проект в целом и тоннель под Беринговым проливом в частности были названы «абсурдными и невозможными». Авторитетная газета «The New York Times» в одном из номеров за 1905 год предположила, что этот проект, возможно, будет иметь смысл лет через пятьдесят. А пока — «он так же практичен, как план колонизации обратной стороны Луны». В России опасались, что дорога позволит США не только внедриться на территорию страны, но и в перспективе отторгнуть от России часть Дальнего Востока. В 1904 году Люак де Лобель представил свой проект Императорскому техническому обществу и, по некоторым сведениям, получил предварительное одобрение императора. Поддержали его и владельцы металлургических предприятий Урала, которых весьма привлекала перспектива гигантских заказов на рельсы и прочие, необходимые для строительства, металлоизделия. Опыт строительства Транссибирской магистрали уже показал, насколько выгодны для промышленности такие проекты. Однако после двухлетнего рассмотрения Совет министров все же принял решение отказать в предоставлении концессии и аренды земли под проект. Главная причина отказа состояла в опасении американской экспансии на территорию России. Николай II свое предварительное согласие отозвал. В 1907 году вопрос был окончательно решен, и не в пользу проекта. Ну а дальше европейским странам, особенно России, да и США, на долгие десятилетия стало не до глобальных проектов. Трансаляскинская Сибирская железная дорога де Лобеля, как и Космополитическая железная дорога Уильяма Гилпина, так и остались на бумаге. О чем, весьма возможно, и СССР, и США могли бы пожалеть в годы Вто«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

45

Идея тоннеля под Беринговым проливом не единственная в истории человечества. Например, идею построить тоннель под Ла Маншем для конных экипажей высказал французский инженер Альбер Матье-Фавье в 1802 году. Тоннель должны были освещать масляные лампы. С тех пор к идее возвращались и бросали ее много раз – то не было денег или они заканчивались, то политические и военные события ставили на ней крест. И все же Евротоннель (длина 51 км и максимальная глубина 75 м) построили. Его открыли в 1994 году. Так что у тоннеля под Беринговым проливом есть все шансы вскоре появиться на свет

рой мировой войны. Поставки военной помощи из США в воюющий Советский Союз продолжались до 1945 года, но доставлять грузы через океан было чрезвычайно трудно. Арктические конвои несли большие потери; тысячи тонн грузов оказывались на дне. Можно себе представить, сколько проблем решила бы межконтинентальная железная дорога, будь она к тому времени построена. Заметим, что часть грузов все-таки поступала по суше, через Иран. Доживи Уильям Гилпин, первый губернатор штата Колорадо, до конца XX века, он, наверное, порадовался бы, что его идеи, пусть и не так, как он предполагал, но все же осуществляются. Правда, трансконтинентальная дорога пока не построена, но создание общемировой экономической системы, хотя и не без проблем, происходит. И этот процесс даже имеет название — глобализация. Автор термина точно не известен, однако общеупотребительным и популярным его сделал гарвардский профессор Теодор Левитт, использовав и расшифровав в своей статье «Глобализация рынков», опубликованной в 1983 году. Ну а какой глобальный рынок может обойтись без глобальной транспортной системы, логичным элементом которой остается железная дорога «Париж —

46

Нью-Йорк»? Или, после открытия тоннеля под ЛаМаншем, теперь уже «Лондон — Нью-Йорк»?

В наше время Идея конца XIX века продолжает жить. В 1968 году американский инженер-строитель Т. Лин, известный в профессиональных кругах прозвищем Предварительно Напряженный Бетон, создал некоммерческую корпорацию «Межконтинентальный Мост Мира» (Inter Continental Peace Bridge Inc) специально для того, чтобы спроектировать и построить мост через Берингов пролив. К Мосту Мира предлагалось подвести с запада и с востока линии поездов на магнитной подвеске, а на участке между островами Ратманова и Крузенштерна установить мемориальный знак «Линия перемены дат». Инженер Лин оценил стоимость проекта в 4 миллиарда долларов — несерьезную сумму для двух сверхдержав, имевших в то время суммарный военный бюджет около 600 миллиардов. А главной целью проекта автор объявил даже не экономические выгоды для глобальной экономики, а укрепление всеобщего мира и взаимопонимания в масштабах планеты. С точки зрения технической мост через пролив представляется, в сравнении с тоннелем, менее надежной конструкцией. Зато с художественно-эстетической — наоборот. Тоннель особо не рассмотришь, а мост — другое дело, особенно с воды. Одна из нью-йоркских художественных галерей даже провела в 1989 году «Конкурс Диомида». На конкурс было представлено больше тысячи рисунков и проектов мостов между островами Ратманова (Большой Диомид, Россия) и Крузенштерна (Малый Диомид, США). Участие в конкурсе приняли восемьсот художников из разных стран.

Аналогичный конкурс под названием «Проект Берингова пролива» провели в 2009 году в Южной Корее. Его организатором был корейский Фонд мира и объединения (Foundation for Peace and Unification). Предусматривались даже призы для наиболее удачных работ, на немалую сумму. Общий призовой фонд составлял 150 тысяч долларов для профессионалов и 50 тысяч — для студентов. В отличие от американского, корейский конкурс допускал использование как мостового, так и тоннельного перехода через пролив. Рассматривался также комбинированный вариант: тоннели с запада и с востока, а между островами Ратманова и Крузенштерна — красивый мост. Замечательная работа была проделана в 2013—2016 годах французской фотохудожницей и галеристом Патрисией Шишмановой. При поддержке руководства Республики Саха (Якутия) и Чукотского автономного округа, а также при участии Якутского отделения Русского географического общества Патрисия прошла весь путь от Иркутска до Анадыря, в соответствии с российской частью маршрута де Виндта. Практическим результатом этой работы стал конкурс детских рисунков по тематике проекта. Выставки рисунков прошли во Франции и в России (Москва, Якутск), а победители конкурса отправились на каникулах в Париж. В 60-е годы прошлого века был разработан и широко обсуждался проект ICL—World Link, не утративший актуальности до сих пор. Проект предусматривал создать мультитранспортный коридор Аляска — Чукотка с тоннельным переходом через Берингов пролив. Помимо автомобильно-железнодорожного сообщения в транспортный коридор входит также мощная линия электропередачи, которая соединит энергосистемы российского и американского Заполярья. В апреле 2007 года проект ICL—World Link (российское название «Трансконтиненталь») был представлен на международной конференции «Мегапроекты Востока России» в Москве, а уже в октябре того же года его обсуждали на Арктическом энергетическом саммите (Анкоридж, Аляска, США) и в основных моментах поддержали. Организатором и координатором работ по проекту является международная некоммерческая компания IBSTRG («Interhemispheric Bering Strait Tunnel and Railroad Group»). Россия и США имеют равное представительство в Совете директоров IBSTRG. О готовности делегировать своих представителей в совет директоров заявили также представители бизнеса и государственных структур Японии и Канады. До Берингова пролива пока далековато, но строительство железных дорог до Якутска, Магадана, а также до Уэлена уже предусмотрено Стратегией развития железных дорог России до 2030 года. Таким образом, если не помешают какие-либо непредвиденные обстоятельства, к 2030 году железная дорога с российской стороны должна дотянуться до западного берега пролива. Со своей, западной, стороны, власти штата Аляска уже зарезервировали территории под строительство американского участка Трансконтинентальной магистра-

ли. Одновременно губернатор Аляски обратился в Белый дом с просьбой разрешить продление Аляскинской железной дороги на территорию Канады. Объединенная Канадско-Аляскинская железная дорога составит значительную часть западного участка будущей Трансконтинентальной магистрали.

Идея жива Сто тридцать лет — срок достаточно большой. А эти, последние, сто тридцать лет к тому же оказались для человечества предельно насыщенными. Невероятное количество идей, планов и проектов, которые появились с конца XIX века и до наших дней, были реализованы либо по разным причинам отвергнуты и забыты. Так, располагаясь в салоне «Boeing 787 Dreamliner», вряд ли кто-то из пассажиров вспоминает полет «Wright Flyer» братьев Райт — а ведь прошло всего чуть более ста лет. И конечно, забытых и похороненных проектов накопилось куда больше, чем реализованных. А вот у идеи Трансконтинентальной железной дороги, как бы она ни называлась, оказалась интересная судьба. Осуществить проект пока не удалось, но и в длинный список отвергнутых и забытых он тоже не попал — уж очень очевидный в нем смысл для всех, кто не забыл, что Земля круглая. Так или иначе, раньше или позже, но Интерконтинентальная, она же Космополитическая, она же Трансаляскинская Сибирская железная дорога будет построена. Нерешаемых технических проблем строительства сейчас, в XXI веке, пожалуй, не осталось. Критики, правда, утверждают, что тоннель и по современным техническим возможностям длинноват. Однако проект 180-километрового тоннеля между Японией и Южной Кореей рассматривается как вполне реальный, а тоннель между Хельсинки и Таллином протяженностью в 103 км уже строится. Некоторые трудности также возникают из-за разной ширины колеи железных дорог — 1520 мм в России и 1435 в США. Остались, конечно, многочисленные тормозящие факторы, политические и экономические. Безусловно, дорога бесполезна, если она не будет загружена. Одними туристами такая магистраль, не окупится, сколько бы их не пожелало пересечь два континента. Однако, учитывая интерес, который проявляют к проекту Япония, Южная Корея и Китай, и эта проблема со временем может быть решена. Политические заморозки, экономические войны и санкции, да и все остальные межгосударственные трения не длятся вечно. Так что турфирмам, европейским и азиатским, российским и американским, уже можно, пожалуй, начинать разрабатывать рекламные слоганы и дизайн билетов на первую пару поездов — из Парижа и из Нью-Йорка. Неплохо было бы пассажирам встречных поездов встретиться на островах Диомида и торжественно, с участием первых лиц государств отпраздновать открытие дороги. Впрочем, вполне возможно, что первые лица и приедут туда на поезде. Даже желательно, раз уж Теодору Рузвельту и Николаю II сделать это не довелось. «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

47

Сколько стоит атом золота? «Четыре дамы и молодой человек в вакууме». Так называется новая книга Ильи Абрамовича Леенсона (1945—2019), нашего постоянного и любимого автора, которая выходит в издательстве «Альпина нон-фикшн». Это сборник остроумных и нестандартных задач почти по всем школьным предметам. Многие задачи Илья Абрамович придумал для московского интеллектуального марафона и Летних лингвистических школ (многолетний проект Максима Кронгауза и Елены Муравенко), где проводил состязание под названием «Интеллектуальный фейерверк».

Н

ередко задачи посвящены сразу нескольким областям одновременно: от астрономии до химии, от русской поэзии до скандинавской мифологии, от криптографии до нумизматики. Иногда для решения достаточно находчивости и здравого смысла, но часто требуются эрудиция или математические выкладки, причем не столько строгие вычисления, сколько решение методом оперативной прикидки. Ответы, по сути дела, представляют собой увлекательные научно-популярные заметки. Строго говоря, эта книга — не столько сборник задач, сколько своеобразная энциклопедия. Публикуем небольшую подборку задач по химии. Окончание — в следующем номере.

48

Задачи В коллекцию мнемонических фраз Один американский преподаватель химии придумал для студентов мнемоническое предложение, по которому можно восстановить последовательность 15 химических элементов в Периодической системе. Выделенные в словах буквы встречаются в символах элементов. Переведите эту фразу и попробуйте восстановить ряд элементов, а также назвать их. Что объединяет эти элементы?

Ladies Can’t Put Nickels Properly in Slot-machines; Every Girl Tries Daily However Every Time You Look.

Зашифрованные фамилии Здесь зашифрованы фамилии русских химиков. Какие?

B, U, Te, Pt2+, Re2+, Hg, Sn, Pb2+.

Br, W2+, Rh, Po2+, Dy, Po6+, Ni.

О пользе иода В XXVI томе энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона (издан в 1894 году) статья о иоде идет после статьи о иодоформе, а в «Химическом энциклопедическом словаре» (издан в 1983 году) — наоборот.

ия Натальи Колпаковой

1. Почему в двух словарях статьи о иоде помещены в разном порядке?

2. В дореволюционном словаре оба термина пишутся с буквы i, которая называлась «десятеричной», в отличие от «восьмеричной» буквы «и». Почему они так назывались?

3. Раньше иодоформ широко применяли в медицине. С какой целью?

4. Закончите уравнение реакции получения иодоформа (CHI3) из иода и спирта в щелочном растворе и подберите коэффициенты: С2Н5ОН + I2 + NaOH

CHI3 + HCOONa + ... + ...

5. Прочитайте отрывок из стихотворения Беллы Ахмадулиной: Что было с ним, сорвавшим жалюзи? То ль сильный дух велел искать исхода, То ль слабость щитовидной железы Выпрашивала горьких лакомств йода? Как вы понимаете смысл последних двух строк? Где находится щитовидная железа? Что будет, если она не получит этого «горького лакомства»? Зачем продают иодированную поваренную соль?

6. «Горизонт улучшается. В воздухе соль и йод», — писал Иосиф Бродский. Какую соль имел в виду поэт?

Где могут соседствовать в воздухе эти два вещества и почему?

Рокировка фтора и хлора Производные метана и этана – фреоны – часто используют в холодильниках для охлаждения. В справочнике «Свойства органических соединений» (Л.: Химия, 1984) приведены название и формула одного из них: дифтордихлорметан, CCl2F2, причем в названии порядок атомов галогенов не такой, как в формуле. Как вы думаете, почему?

Родословная кислоты В 1829 году немецкий химик Юстус Либих определил состав гиппуровой кислоты и дал ей название. Из какой жидкости была выделена в конце XVIII века французскими химиками эта кислота? Аргументируйте свое решение, приведя в качестве примера известные вам слова в русском языке с теми же греческими корнями.

Минерал из соляного озера В 1922 году американский минералог Уолтер обнаружил в высохшем соляном озере вблизи города Магади, в Кении, новый минерал. Его назвали нахколитом (nahcolite). «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

49

В 1928 году этот минерал был найден также в древнеримском акведуке около Неаполя, в 1940 году — в довольно значительных количествах в каналах, образовавшихся в соляных пластах у озера Серлс в Калифорнии (США). Есть этот минерал и в России: в Якутии, в районе реки Индигирки, на Кольском полуострове, в ряде других мест.

1. Попробуйте догадаться, как выглядит формула минерала нахколита. В качестве подсказки — вторая задача: напишите формулу минерала нахпоита (nahpoite), если известно, что это кислая двузамещенная соль.

2. Вторая часть названий минералов происходит от греческого слова λιτος; этот корень присутствует в ряде слов в русском языке. Что он означает? Напишите слова с этим корнем, которые вы знаете, и объясните их значение.

«Распущенный подонок» В одном из лабораторных журналов Михаила Васильевича Ломоносова встречается выражение «распущенный подонок». Что оно означает?

Покушение на короля? Однажды одному из основоположников органической химии Жану Батисту Дюма (1800—1884) поручили установить, почему свечи, зажженные на одном из приемов у короля Карла Х, давали клубы такого едкого дыма, что гости падали в обморок. Дюма установил, что свечной мастер отбеливал воск хлором.

1. Кто такой Карл Х, в какой стране и когда он правил; чем окончилось его правление?

2. Пчелиный воск — смесь сложных эфиров насыщенных неразветвленных углеводородов (С21 — С35) и карбоновых кислот (С16 — С36). Напишите формулу одного из этих сложных эфиров (любого).

3. Что произошло со свечами? Ответ подтвердите уравнениями реакций (можно их написать в общем виде).

Сколько стоит атом золота? Оцените, сколько приблизительно атомов золота можно купить на одну копейку? (Абсолютная точность в расчетах не требуется.) Можете ли вы назвать это число словами? Атомная масса золота — 197, постоянная Авогадро — 6·1023. Стоимость одной тройской унции (около 31 г) золота составляет 1768 долларов США, курс обмена 1 доллар = 71 рубль. (Данные на 16 октября 2021 года.)

Живое золото Оцените длину ребра золотого куба, который весил бы столько же, сколько все население Земли.

Свинцовые тучи над городом N В годы застоя по городу N курсировало 100 000 автомобилей. Каждый из них проезжал в день в среднем 50 км, используя при этом этилированный бензин (до-

50

бавка тетраэтилсвинца Pb(С 2Н 5) 4 к бензину при его массовой доле 0,04% повышала мощность двигателя). При сгорании бензина свинец с помощью специальных добавок выбрасывался из двигателя в виде бромида. Сколько бромида свинца выделялось в городе N с выхлопными газами за год? Считайте, что автомобиль на 100 км пути расходует в среднем 10 л бензина; плотность бензина равна 0,75 г/см3. Атомная масса свинца равна 207. Кстати, в настоящее время от добавления тетраэтилсвинца в автомобильное топливо в основном отказались (в США запрет введен в 1970-е годы, в Евросоюзе и Китае — в 2000 году, в России — в 2002-м).

Спор о нейтронах Петя, Вася и Коля решали такую задачу: определить число нейтронов в ядре атома меди.

— Это очень легкая задача, — сказал Вася. — Относительную атомную массу меди можно посмотреть в таблице Менделеева. Она равна 63,546, порядковый номер меди, который указывает на число протонов в ядре, равен 29. Теперь осталось из относительной атомной массы вычесть порядковый номер. Вот и всё.

— Это неправильное решение, — сказал Коля. — Смотри, в школьном учебнике для 8-го класса написано: «Если известны округленная до целого числа относительная масса элемента (Ar) и его порядковый номер (Z), то можно найти число нейтронов (N) по разности N = A r — Z». Значит, 29 надо отнимать не от 63,546, а от округленного значения, то есть от 64. Ответ: 64— 29 = 35 нейтронов.

— Вы оба неправы, — заявил Петя. — И авторы учебника тоже ошиблись. Так эту задачу решать нельзя. Объясните, кто из них прав и почему?

Борьба за независимость металлов Ниже приведено содержание в земной коре некоторых химических элементов (в процентах по массе): алюминий — 8,0, натрий — 2,5, цинк — 0,008, ртуть — 0,000008, золото — 0,0000004. В то же время золото было известно еще доисторическому человеку (по Марксу, «золото было, в сущности, первым металлом, который открыл человек»); ртуть знали древние индийцы и китайцы, ее добывали и в античных странах; металлический цинк в Европе стал известен лишь в Средние века; натрий был получен английским химиком Хэмфри Дэви лишь в 1807 году, а алюминий — только в 1825 году датским физиком Хансом Эрстедом. Почему же самые распространенные металлы были получены намного позже, чем редкие?.

ия Натальи Колпаковой

Решения В коллекцию мнемонических фраз «Дамы не умеют правильно опускать пятицентовые монетки в торговые (игральные) автоматы. Тем не менее каждая девушка пытается проделать это всякий раз, когда вы на нее смотрите». Первые буквы этих фраз (одна или две) совпадают с символами лантаноидов. Вот еще две смешные фразы, помогающие запомнить не только все лантаноиды, но и их порядок в Периодической таблице: Фраза 1

Элементы

La C Put Nickels P Slot-machines E G Tries D

La н н Ce и Pr з им Nd н им Pm м и Sm м и Eu и Gd ини Tb и Dy и зи

Ho E Time You Look

Ho ьми Er и Tm и Yb и и Lu и

Вторую и третью фразы можно перевести примерно так. Фраза 2: «В последнем случае ананасы не дали урожая, так как Элизабет схлопотала ужасную дизентерию, съев два желтых лимона». Фраза 3: «У ленивых профессоров колледжа никогда не бывает достаточно образованных выпускников, чтобы решительным образом помочь руководству исправить положение, касающееся ежегодных потерь». Фраза 2

Фраза 3

Case

Lazy College

Elizabeth

Educated To

Eaten

Help Executives

Lemons

Losses «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

51

Зашифрованные фамилии 1 — Бутлеров; 2 — Бородин. В русском названии элемента нужно брать первую букву по умолчанию или ту по номеру букву, на которую «указывает» степень окисления.

О пользе иода 1. По старой орфографии эти термины писались «iодъ» и «iодоформъ». Очевидно, что второе слово должно было предшествовать первому. Обратите внимание, что в химических текстах, в отличие от медицинских и художественных, принято написание «иод», а не «йод».

2. Есть языки, в которых буквы обозначают также числа (к ним относятся, например, арабский и иврит). Цифровое значение буквы «i» в церковнославянской азбуке было равно 10, а буквы «и» — 8.

3. Иодоформ обладает антисептическим действием; им обрабатывали раны.

4. С2Н5ОН + 4I2 + 6NaOH 5H2O.

CHI3 + HCOONa + 5NaI +

5. Для работы щитовидной железы (она находится в передней части гортани) необходим иод, который используется железой для синтеза гормонов. При недостатке иода синтезируется недостаточно гормонов и человек заболевает базедовой болезнью; ее отличительные признаки — глаза навыкате, сильно увеличенный зоб. Если в пище и воде недостаточно иода, его добавляют в микроколичествах в поваренную соль.

6. Цитата взята из стихотворения «Новый Жюль Верн» (1976). Бродский имел в виду морскую соль, которая состоит в основном из поваренной соли. А иод содержится в морских водорослях ламинариях.

Рокировка фтора и хлора В соответствии с правилами номенклатуры, «родственные» заместители в формулах (например, атомы галогенов) записываются в алфавитном порядке. Но в латинском алфавите этот порядок часто не совпадает с русским алфавитом. Так, латинская буква C стоит в алфавите перед F, тогда как в русском алфавите буква «Ф» предшествует «Х». Поэтому в формуле вещества (формулы записываются латинскими буквами) вначале будет символ хлора. В полном названии, записанном латиницей, тоже: например, dichlorodifluoromethane поанглийски, при переводе же на русский язык фтор и хлор поменяются местами, ведь в русском алфавите буква «ф» стоит перед «х». А вот другой пример: по-русски метилэтилбензол, а по-английски — ethylmethylbenzene. То есть в кириллице старше «метил», а для латиницы — «этил».

Родословная кислоты Гиппуровая кислота впервые была обнаружена в лошадиной моче. Ее название произвели от греческого ΐππος («лошадь») и ουρία («моча»).

52

«Лошадиный корень» )ππος можно найти в ряде нарицательных и собственных имен. Ипподром (греч. δρόµος — «бег») — место для соревнований по конному спорту; гиппопотам — дословно «речная лошадь» (греч. ποταµός — «река»). Менее известны такие термины, как «иппология» — правила для выездки лошадей и ухода за ними; «гиппомания» — чрезмерная любовь к лошадям; «гиппокамп» — структура в мозге человека, по форме напоминающая морского конька (греч. κάµπος — «морской зверь»). Филипп — «любитель лошадей» (греч. Φιλία — «любовь»); Ипполит — дословно «распрягающий лошадей» (греч. λύω — «развязывать», «освобождать», «распрягать»). Кстати, лошади были причиной смерти героя древнегреческого мифа Ипполита, сына легендарного царя Тесея. Иппокрена, или Гиппокрена (дословно «конский источник») — священный источник на вершине горы Геликон в Беотии. Согласно мифу, он возник от удара копытом крылатого коня Пегаса; Пушкин с ним сравнивает шампанское: Вдовы Клико или Моэта Благословенное вино В бутылке мерзлой для поэта На стол тотчас принесено. Оно сверкает Ипокреной… Второй корень ουρία встречается в таких словах, как «урология», «уринотерапия», «уремия» (самоотравление организма при почечной недостаточности). Кроме того, с этим корнем есть множество химических терминов для производных мочевой кислоты (C5H4N4O3). Самое известное из них — популярное когда-то лекарственное средство уротропин. А также урацил (азотистое основание в составе РНК), уретаны и полиуретаны (включая пенополиуретан — поролон), уреиды (уровые кислоты), уроксановая кислота и т. д. и т. п. И небольшое биохимическое пояснение: гиппуровая кислота C6H5CONHCH2COOH состоит из остатков бензойной кислоты C6H5COОН и простейшей аминокислоты глицина H2NCH2COOH. Выводится с мочой. Биологическое значение синтеза гиппуровой кислоты в организме животных — связывание бензойной кислоты, которая образуется при разрушении ароматических соединений, входящих в состав растительных тканей. Поэтому особенно много гиппуровой кислоты в моче травоядных животных.

Минерал из соляного озера 1. По латинским буквам первой части в названии минералов записываем их химические формулы: «nahco» — NaHCO3 (гидрокарбонат натрия); «nahpo» — Na2HPO4 (гидрофосфат натрия).

2. В переводе с греческого λιτος — «камень». Этот корень присутствует во многих словах, например: литий (впервые соединения этого элемента были обнаружены в «царстве камней», то есть минералов); литогенез — образование горных пород; литоглифика — резьба по камню; литология — наука о горных породах; литопон — белый пигмент в красках, резине, пластмассах (смесь сульфида цинка и сульфата бария); литосфера — земная

кора, верхняя твердая оболочка Земли; литография — отпечаток с рисунка на камне; литофиты — растения, растущие на скалах и каменистой почве и т. д. А вот слово «литература» и родственные ему никакого отношения к камням не имеют и происходят от латинского littera («буква»).

«Распущенный подонок» «Распущенный подонок» — это растворенный осадок. У прилагательного «распущенный» несколько значений. Так, в кулинарных рецептах можно встретить указания типа «распустить желатин в воде», «распустить сахар в кипятке». В других областях «распущенный» в значении «растворенный» давно не используется. Существительное «подонок» в настоящее время используется как специальный технологический термин. Это осадок на дне (обычно вместе с жидкостью), отстой. Часто это то, что осело, никуда не годится и можно выбросить. Именно в этом смысле слово «отстой» можно встретить в современном жаргоне в значении «нечто плохое», «ерунда», «чепуха» и т. п.

Покушение на короля?

1. Карл Х — французский король (1824—1830); свергнут в результате революции 1830 года.

2. Например, C20H41COOC25H51.

3. При отбеливании хлор разрушает красящие вещества. Одновременно он реагирует с углеводородными остатками сложных эфиров, частично замещая атомы водорода: RH + Cl2 RCl + HCl. При горении такие свечи выделяют ядовитый хлороводород, например: C20H41COOC25H50Cl + 67,5O2

46CO2 + 45H2O + HCl.

Сколько стоит атом золота?

1 г золота стоит около 60 долларов, или примерно 4300 рублей (точность здесь по условию не требуется); 1 моль золота (примерно 200 г) — 860 000 рублей, или 86 млн копеек. Следовательно, на одну копейку можно, несмотря на высокую стоимость золота, купить астрономическое число его атомов: примерно 7·1015 (семь квадриллионов). Однако весить эти атомы будут ничтожно мало: около 2 мкг. Аналитические весы в лаборатории позволяют взвешивать образцы весом от 30 мкг.

Живое золото Сейчас на планете живет примерно 7,8 млрд человек. Примем, что в среднем один человек весит 50 кг (возможны и другие оценки, учитывая, что значительную часть населения планеты составляют дети). Тогда все они весят примерно 400 млрд кг = 400 млн т. Плотность золота — около 20 г/см3, или 20 т/м3 (точнее, 19,3, но точные числа знать, конечно, необязательно, принимаются решения и с 10 г/см3). Следовательно, объем золотого куба равен примерно 20 млн м3; ребро такого куба — около 300 м.

Свинцовые тучи над городом N Один автомобиль за день расходует 5 л, или 3,75 кг бензина, за год — 1369 кг, а все автомобили — 1,37·108 кг. В этом бензине содержится 54 800 кг тетраэтилсвинца. 1 моль (323 г) тетраэтилсвинца дает 1 моль (367 г) бромида свинца, следовательно, за год выбрасывается примерно 62,3 т РbВr2. Следует еще раз подчеркнуть, что полученное значение носит лишь оценочный характер: не каждый автомобиль проезжает по 50 км в день в течение всего года, не все расходуют по 10 л на 100 км пробега, не все используют одинаковый бензин и т. д. и т. п. Поэтому наиболее правильный ответ — около 60 т. Допустимо дать и «примерно 62 т».

Спор о нейтронах Прав Петя. Число нейтронов всегда целое, поэтому решение Васи можно не обсуждать. Коля получил «усредненное» число нейтронов для разных изотопов меди, встречающихся в природе. Интересно, что 64Cu в природе вообще нет, а природная медь представлена двумя изотопами: 63Cu и 65Cu, поэтому не существует и стабильных атомов меди с 64—29 = 35 нейтронами! Чтобы правильно решить задачу, необходимо сначала уточнить условие и указать, для какого конкретно изотопа меди надо определить число нейтронов в ядре. При этом для большого числа атомов подход авторов учебника для 8-го класса вполне правомерен. Например, фосфор в природе представлен в основном в виде изотопа 31P. Его относительная атомная масса равна примерно 31, поэтому предложенный авторами учебника подход бывает применим.

Борьба за независимость металлов Возможность получать металл в чистом виде связана прежде всего с его химической активностью, а не с распространенностью в природе. Золото — исключительно малоактивный металл и потому в природе встречается в основном в самородном виде и лишь изредка — в виде соединений. Самородная ртуть тоже встречается в природе, но ее легко можно получить из ее основного минерала киновари (сульфид HgS) – простым нагреванием. Цинк значительно прочнее связан с другими элементами. В свободном виде в природе он не встречается, но его можно получить восстановлением из оксида (ZnO) углем при сильном прокаливании — до 1000°С. Однако процесс получения цинка осложняется его кипением и быстрым окислением на воздухе, поэтому металл можно получить только без доступа воздуха, что требует более высокой технологии. Натрий и алюминий не только не встречаются в природе в чистом виде, но и связаны с другими соединениями чрезвычайно прочно, поэтому получить их в свободном виде очень трудно (это можно сделать, например, с помощью электрического тока). Вот почему, несмотря на значительную распространенность в природе, получить эти металлы в чистом виде удалось только сравнительно недавно. «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

53

54

Фантастика

Юрий Мори ия Сергея Дергачева

и

–А

я

он вообще кто? — Михеев прикурил на ходу, махнул рукой: спичка улетела в сторону скрюченным черным трупиком. Редкий снег, выдавленный Господом из серого неба, устроил ей негромкие похороны за пару минут.

— Кто, Развальский? Ну этот… Скульптор он. Большая и малая формы. В прошлом году бюст губернатора слепил, тому понравилось. Теперь в почете, для обыска ордер получить с ходу сложно, нужны обоснованные подозрения, которых нет. Да и что искать? А вот глянуть бы надо. Дорожка под ногами узкая, но протоптанная почти до земли, то и дело хрустят под подошвами вмерзшие в лед травинки. Зеленовато-желтые, похожие на насыпанное специально еще с осени сено, так и оставленное зимовать. Но нет, никто руку не приложил, сама трава здесь растет. Летом вокруг, считай, лес.

— И что мы у него забыли? Харин промолчал. Напарнику хорошо, не холодно, видимо. Опять же курево душу греет, да и одет теплее. А вот он спросонья нацепил легкую, не по погоде, куртку — теперь мучайся.

— Начальство велело разобраться, вот и работаем, — скупо сказал Харин, но после все же добавил: — Осмотреть надо мастерскую. Рядом она. Получается, к парку почти относится. Может, и сам местный гений видел чего, слышал. Сам понимаешь, дело-то мутное… Это вот да. Точнее и не скажешь: мутное. Третий труп в парке за неделю. Причем криминала, по словам экспертов, ноль. Все трое — чистый суицид. В парке. Ночью, забравшись черт знает куда в холмы, где уже и не парк вовсе, а почти лес, хоть и негустой. Ни пропавших вещей, ни следов борьбы — ничего. Даже телефоны у всех троих остались, по биллингу и нашли после заявлений о пропаже. Мутное дело. Вот от бабкиного… простите, тела новопреставленной Васильевой Марии Федоровны, года рождения тыща девятьсот тридцать… а, да не важно! Вот оттуда они и шли навестить скульптора. Не он один в длинном списке проживающих и работающих возле парка, но — сейчас на очереди. Оба опера — курящий жеваную папиросу грузный Михеев и кажущийся совсем подростком (еще и яркая тонкая куртка) Харин — дальше шли молча. Конечно,

умнее было бы добраться по дороге, сам скульптор так и делал: там расчищено, на машине подъехать можно. Но это крюк километра два. Сперва вернуться по центральной аллее к въезду, потом подняться до узкой улицы, словно нависающей над парком, а по ней уже пройтись минут пятнадцать. Либо так, как они — напрямик, по тропинкам, протоптанным неведомо чьими ногами. Кого же черт несет в центральный парк в феврале по этим местам, лыжников, что ли? Дорожка пошла на подъем между серых голых деревьев. Покроются листвой по весне — чаща будет. Идти стало сложнее, зато Харин согрелся. Давно выкинувший папиросу Михеев пыхтел сзади. Ничего, вон уже заборы видны крайних домов, где-то там и мастерская. Ограждение серьезное, на краю парка жить иначе никак: летом бомжи залезут, а зимой здесь, говорят, кабаны бродят. Зайдут во двор с голодухи — не подарок: взроют все, что смогут.

— Долго еще? — сопя, спросил напарник. Харин махнул папкой с протоколами: — Вон, синий забор видишь? Из профнастила. Сказали, там.

— А соседи кто?

— Да тут типа как дачи, никто зимой постоянно не живет. Сам Развальский тоже в центре прописан, здесь только рабочее место. Тишина, прилив вдохновения, выпить-закусить… Михеев только хрюкнул, не хуже кабана. На расчищенной улочке остановились, потопали ногами, стряхивая налипший снег. Харин удобнее перехватил папку. Ручку бы не посеять в этих странствиях, а то скульптора найти недолго, но записывать после — чем? Возле приметного синего забора была брошена старая «тойота». Неаккуратно, мордой в сугроб возле входа. Видимо, торопился творец, жгло его желание поскорее припасть к очередному шедевру. Или парковаться толком не умеет. Над крышей домика, на самом деле больше похожего на дачу, только украшенную сбоку странной приземистой пристройкой, дрожало марево горячего воздуха. Вон и труба. Из нее, да. По всем признакам, на месте господин Развальский. Михеев расстегнул дубленку и сунул руку под мышку. То ли почесаться, то ли поправить кобуру, кто его знает. Харин смотрел на него с сомнением. Мужик вроде неплохой, не пьет, как многие, но сложновато с ним. С одной стороны, и претензий никаких, но пообщаешься — скользкий какой-то. Ненадежный. Впрочем, у всех свои тараканы. У Михеева еще терпимые — Разинович вон каждый день подшофе, не дай бог с ним в паре работать, один перегар чего стоит. Над улицей, сделав неожиданную петлю, шумно пролетела ворона. Черная, как душа самоубийцы, жирная. Каркнула и скрылась за крышами домиков. Пора было идти в гости к владельцу «тойоты». «Ведьмаку заплатите чеканной монетой, уа-о-о!» — зажурчало в кармане напарника. Михеев вздрогнул, выдернул руку из меховых недр дубленки и двумя пальцами, едва не выронив, выцепил орущий телефон. Жена, на«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

55

верное. Она ему каждый час названивает. Харин скривился и сплюнул в сторону: стой теперь, мерзни, пока особенно похожий сейчас на дрессированного медведя напарник не закончит трепаться. И был бы повод, еще понятно, а то: «Да, милая! Конечно, Риточка! Все куплю. Нет, не забуду». Сам Харин был давно в разводе, что радовало: хоть не звонит никто каждый час.

— Кончай бакланить! — сказал он Михееву, но тот только нервно дернул головой и продолжил односложно поддакивать в трубку. Ладно, пока говорит, попробуем что-то в голове уложить. Началось все неделю назад. Нет, восемь дней уже. Студент местного лесотехнического Артемов Кирилл, двадцать лет. Проводил девушку домой, родители ее — свидетели. И соседка мусор выносила, подтвердила. Проводил. Поцеловал на прощание, обещал написать ВКонтакте, как домой доберется. Тихий домашний парень, по всем отзывам. Не алкаш, не наркот, не бандит. Судя по биллингу трубки, от девушки, которая живет… ага, в Северном. А сам Кирилл? Юго-Западный, самый край. Маршрутка есть прямая, даже две, вторая только ходит реже. А парк, скажем честно, в стороне… Так вот, вышел от барышни, сел на совершенно ненужный, по идее, маршрут, поехал вообще в сторону левого берега, но не добрался. Вышел у парка и пошел туда, в самые заросли и сугробы. Снял ремень, сделал петельку и на кривой сосне… того. Покинул юдоль скорби. Он никому не звонил, у него восемнадцать пропущенных входящих — в основном от родителей. Девушка сообщения сыпала в соцсеть до ночи, потом сподобилась пару раз набрать и голосом. Безуспешно. Почему именно он, почему именно так? Ломать голову можно вечно. Будь случай единичным, никто и расследовать бы не стал. Вешаются сограждане, прыгают с крыш, травятся таблетками. Суровая реальность, причин которой не понять ни Господу Богу, ни его вечному оппоненту. Опилки у людей на месте извилин, вот и так. Второй случай — пять дней назад. Степанов Олег Васильевич, пятьдесят три года, менеджер по чему-то торговому. Еще затейливее: день рождения у Олега Васильевича как раз был. Гости приехали, жена торт испекла. Сама? Сейчас это редкость. Дети — а у него их двое — собрались: старший с женой, младший из Москвы приехал, он там учится. Гражданин будущий самоубийца вдруг подорвался, накинул куртку и сказал, что подарок ему привезли от Димки. Никто в суете и внимания не обратил: ну, подарок, понятно. А менеджер тем временем в домашних тапочках и куртке на рубашку спустился вниз, сел в машину и уехал. Хватились через полчаса, он уже успел и «гранту» свою на аллее бросить, и в густой сосняк зайти. Веревку из машины взял, предусмотрительно. Анализ звонков показал, что никто незнакомый перед решительным броском навстречу смерти ему не звонил, он тоже никого не набирал. Вот так — встал и поехал. Кто такой Димка — вообще осталось непонятным, близких друзей с этим

56

именем нет, знакомых опросили. Нашли достаточно легко, вокруг ничьих следов не было. Сам, все сам. И на то, что снегом засыпало отпечатки ног неведомого убийцы, надежд не было: одна цепочка следов — от аллеи и до дерева. Далее в вечность, за оградой и без креста. Болтун Михеев зачмокал в трубку, аж слюна брызнула. Харина передернуло, но признак это хороший — прощается уже, похоже, напарник с супругой. На час, но тем не менее. Учитывая, что в местные новости случай со студентом не попал, о какой-то эпидемии — услышал и повторил — речи быть не могло. Про менеджера написали, просочилось, но тоже… без резонанса. А сегодня вот бабка… тьфу ты, старушка. Соблюдем вежливость. Мария Федоровна, год рождения, проживала, блабла-бла… Кстати, коротала дни в пригороде, отсюда километров двадцать, там ей места не было старческие вены вспороть, надо было сюда переться? Выходит, что надо. Но зачем? Первые двое попали под камеры наружного наблюдения. Ничего интересного, поведение обычное, с ними никого не было. Насчет старушки проверить пока не успели, но Харин был почему-то уверен — и она шла сюда одна. Дурдом, а не дело. Михеев наконец-то сунул телефон в карман, немного криво ухмыльнулся, но извиняться не стал. Он никогда не извиняется.

— Пойдем, что ли? — посмотрев на суровое лицо напарника, спросил он. — Ну, жена, да.

— Это я, Витя, понял, что жена. — Харин начал злиться. На громкий стук в калитку из все того же трясущегося под ударами профнастила хозяин отозвался не сразу. Судя по отсутствию лая, собаки у него не было, а сам, наверное, творит в поте лица и зубовном скрежете. Даже не слышит ничего.

— Может, тачку его попинать? На сигнализацию скорее выскочит, — предложил Михеев. Лицо у него было сморщенное, как лимон сжевал. Видимо, жена что-то не то наговорила, несмотря на «чмоки-чмоки» под занавес беседы.

— Стучи, откроет, — буркнул Харин. Идея с машиной была неплоха, но признаваться напарнику не хотелось. Перетопчется. Развальский наконец-то открыл калитку. Неслышно подошел со двора, никаких вопросов не задавал, просто очередной пинок Михеева по гремящему железу пришелся в пустоту.

— Полиция, — сообщил Харин, разглядывая скульптора. — Капитан Харин. Можно войти? Мы опрашиваем возможных свидетелей.

— Старший лейтенант Михеев, — тут же хрюкнул напарник. Развальский поморгал подслеповатыми глазами, пригладил волосы — длинные, с седыми прядями, и уточнил: — Свидетелей чего, позвольте спросить? Хотя да!

Вы ж полиция, толком ничего не скажете… Вы заходите, заходите! — Развальский глухо, надсадно раскашлялся. Вид у него соответствовал профессии: крепко за шестьдесят, высокий, хоть и сутулый, худой, с длинными, зачесанными назад волосами и узкой, клинышком, бородкой. Эдакий свободный художник, на что настойчиво намекал испачканный кожаный фартук поверх джинсов и цветастого свитера в каких-то узорах: то ли индейских, то ли… Руки вымазаны глиной или пластилином. Вид только очень уж болезненный, вон как морщины проступили. Глаза красные, налитые кровью; веки тяжелые, опухшие. В узорах Харин не разбирался совершенно, а вот словесный портрет и собственное мнение нарисовались сразу. И ясно было, что ничего особенно серьезного на душе у скульптора нет. Разумеется, выпивает. А вот затаенной боязни попасться на чем-то в глазах нет. Не ощущается. Боль только заметна: или своя, или кого из близких похоронил недавно. Харин довольно редко ошибался в своей оценке подозреваемых, чем весьма гордился. А сейчас стало ясно, что впереди примерно час пустого разговора. Хорошо, что в тепле, но других плюсов у беседы явно не будет. Через полчаса опер убедился в этом приблизительно в сотый раз. Да, про смерть студента скульптор слышал от бульдозериста — есть здесь такой, за небольшую плату чистит проезд к мастерской после снегопадов. Нет, конечно, не знаком был с парнем. Про менеджера и бабку даже не знал. Приезжает, работает, уезжает. Знакомством с губернатором в воздухе не тряс, но копия бюста со знакомым всей области одутловатым лицом стояла на видном месте, рядом на стене висел целый набор дипломов и грамот, некоторые еще с серпастыммолоткастым гербом. Ну да, человек в возрасте, успел прославиться еще тогда. В скромной гостиной, словно чудом выпавшей из восьмидесятых, — полированная мебель, пузатый телевизор, много потрепанных книг на полках, продавленные кресла — было изрядно накурено. Михеева Харин выгнал бы курить на улицу, но смолил и сам хозяин, доставая из портсигара самокрутки, так что крыть было нечем.

— А где же, собственно, мастерская, Лев Адольфович? — со скуки уточнил Михеев, туша в массивной керамической загогулине очередную папиросу. Там, в пепельнице, уже было целое кладбище разнокалиберных окурков, выбрасывал их хозяин, видимо, раз в году. Куда ему еще курить, явно же болен, вон как раздирается кашлем. Уходить операм не хотелось: тепло, тихо, довольно забавный собеседник с постоянными академическими отступлениями в ненужные стороны, но пора. Протокол опроса написан и подписан, ничего полезного. Ноль помноженный на ноль.

— Вам действительно интересно? — засуетился Развальский, снова закашлялся, потом ткнул в свою помойку самокрутку, вскочил, нервно поправляя так и не снятый фартук. — А пойдемте, молодые люди, пойдемте! Я вам

все покажу, тяга к искусству в наше время — редкая черта характера. Можно сказать, уникальная. В следующем поколении уже не будет нас, скульпторов, художников. Все сожрут компьютеры, помяните мое слово. Вы-то доживете, вы увидите! Харин неопределенно пожал плечами и тоже встал. Надо бы осмотреть для полноты картины, хотя смысла в этом ровным счетом нет. Не впервой, прикинемся любителями творчества.

— Осторожно, свет здесь есть, но лампочка перегорела! Сменить бы, да вот все руки… Не до того, не до того. Переход из дома в мастерскую, которой и оказалась та самая приземистая пристройка, являл собой длинный неотапливаемый коридор. Холодно, сыро, пахнет мышами — ну да скульптуры не картины, не сожрут. Потом тяжелая, обитая старинным войлоком для тепла дверь и мастерская. Лампочку, выходя открыть непрошеным гостям, Развальский не отключил, так что светло, хотя ни одного окна. И тепло, в отличие от коридора.

— Они есть, окна, есть! — суетливо уточнил хозяин. — Просто сейчас свет плохой, зимний, я предпочитаю электричество. К весне сниму ставни, посветлее будет, а пока вот так, молодые люди. Пока вот так. Мастерская напоминала средней руки музей в процессе бегства из-под бомбежки. Тумбочки, подставки, мольберт с невнятной загогулиной наброска на холсте, краски в банках и тюбиках всех цветов, кисточки, коробки с пластилином, хитроумные конструкции из проволоки, служащие скелетами для макетов скульптур, белеющий в углу мешок гипса, ванночки, пробирки, пустые бутылки и еще одна массивная пепельница на краю заставленного всякой всячиной рабочего стола. Над всем этим великолепием сияла мощная, ватт на триста лампочка, от которой даже сюда, к входу, доходил ощутимый жар. У дальней стены стояло плотно укутанное брезентом нечто, метра два в высоту. Исходя из профессии хозяина, очередной шедевр. Не иначе, скульптура супруги губернатора.

— Занятно… — протянул Харин. На самом деле ему было неимоверно скучно наблюдать весь этот рабочий бардак. Искусство… Да кому оно нужно, если вдуматься. Нет больше никаких микельанджелов, не нужны, а вот танчики это тема. — А что у вас там такое завернуто? Развальский, увлеченно объяснявший Михееву чтото о технологии литья бронзы, вдруг замолчал. Будто поперхнулся. Потом медленно повернулся к Харину и сказал: — Это… Это дело всей жизни. Последняя любовь, если хотите, господин капитан. Но я вам лучше не стану ее показывать, хорошо? Мне кажется, к делу она отношения не имеет. Сам Харин согласился бы, из равнодушия и желания поскорее отбыть — все же обедать пора, но напарник и здесь влез со своим мнением: — А покажите, покажите, Лев Адольфович! Вдруг у вас там спрятано что важное. Например, труп. «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

57

Глупая шутка повисла в воздухе, но Развальский отреагировал до странности бурно. Он подскочил к Михееву, довольно легко приподнял над полом, схватив за отвороты дубленки, и процедил: — Не надо так говорить! Не надо! Она живая! «Псих, — лениво подумал Харин. — Все они психи, эти творческие люди. Уж лучше быть простым, как табурет, хоть не спятишь».

— Успокойтесь, профессор! — «Почему я его так назвал? Вот бред. Сумасшествие заразно». — Отпустите Виктора и снимите накидку со статуи. По-жа-луй-ста. — Последнее слово он процедил по слогам, грозно глядя на старика, уже поставившего ошеломленного Михеева обратно на пол. Ругаться, учитывая губернатора — да и прочее, — не хотелось, но реакция скульптора удивила и насторожила.

— Как хотите, — ссутулился хозяин и медленно, обходя свои рабочие завалы, направился к дальней стене мастерской. — Я никому не показываю… сам, только сам иногда, но раз требуется… — Он дошаркал до укрытой брезентом фигуры, поднял руку и, кашляя, сдернул ткань на пол. Девушка была действительно живая. Не в смысле из плоти и крови, нет — какой-то непонятный, мягкий на вид материал, нежным янтарным светом засиявший в лучах прожекторной лампочки под потолком. Полупрозрачное воздушное нечто. Скульптура. Всего лишь скульптура, но… она была гениальна. Бюст губернатора и прочее барахло, в изобилии стоявшее в мастерской, рядом не лежало с этим шедевром. Оно было не просто в разы хуже, нет. Оно все было зря. А почти обнаженная, с небрежно накинутой на плечи — и ничего, по сути, не скрывавшей из прелестей, — тщательно изображенной воздушной тканью, богиня была настоящей. Казалось, вот-вот — и девушка сойдет с невысокого постамента, прямо точеной узкой ступней на грязный пол, поднимет голову и скажет…

— …твою ж мать! — выдохнул забывший о странном поведении скульптора Михеев. Харин был с ним согласен как никогда. Развальский как сдернул брезент, так и стоял к ним спиной, не поворачиваясь, не в силах оторваться от своей богини: — Я сам боюсь смотреть на нее лишний раз. Она же не молчит. Она же плачет внутри и просит меня не скрывать ее от людей. Она хочет жить, и — вы знаете! — у нее что-то начинает получаться. Сначала она тянула жизнь из меня, я-то чувствую, я знаю, но у меня почти ничего не осталось. Иногда только подхожу, раз в несколько дней, сниму брезент и любуюсь. Недолго, очень недолго. Она теперь меня жалеет, но становится все лучше, все… живее. Понимаете? Харин его не слушал. Он словно попал в туннель, где не было ничего вокруг, только гладкие серые стены, отполированный вечностью ствол гигантской пушки: с одной стороны он, а там, впереди — она. Богиня. Свет. Любовь. Манящая к себе непреодолимая сила, у ног которой стоял этот

58

смешной умирающий человечек, с его сутулой спиной, со слипшимися паклей волосами, с дурацкой бородкой клинышком. За спиной Харина, медленно, зачарованно шедшего к статуе, раздался выстрел. Капитан очнулся от миража, серые стены растаяли, а сам он обернулся. Когда Михеев достал табельный ПМ, когда передернул затвор — Бог весть. Но выстрел смог вырвать Харина из наваждения — уже спасибо. Правда, благодарить было некого — забрызганный алой кровью потолок словно навис над трупом в поношенной дубленке.

— …она просит любви, она просит дать ей силы ожить, — бубнил Развальский. — Я иногда снимаю брезент, она сама находит чужую силу. Она — богиня. Ей можно. Ей нужно! Она сама зовет тех, до кого сможет дотянуться. И сейчас, и вот сейчас… Харин достал пистолет, стараясь не смотреть на бурую лужу под головой напарника, на брызги повсюду, один из которых украсил эскиз на мольберте, сделав его совсем уж абстрактным. Дослал патрон и, почти не целясь, выстрелил в статую. Сейчас. Только сейчас, пока голова ненадолго избавилась от беззвучного шепота, от серой трубы коридора. Сейчас или вообще никогда. Пули впивались в странный материал статуи, словно в плотное тугое желе. Видно было, как ее встряхивает от попаданий, как кусочки свинца проходят внутрь, застревая в конце пути. Скульптор визжал что-то, кажется, даже упал на пол и бился там в истерике. Не до него. Еще выстрел. Еще. Еще. Если не получится — облить все здесь бензином и сжечь к чертовой матери, пока эта янтарная тварь не сгубила всех, до кого дотянется, в напрасных попытках стать живой. Последняя пуля попала в опущенную вниз руку скульптурной фигуры, отбила ей пальцы, и это стало началом конца. Статуя словно треснула по множеству линий сгибов, разрывов, отверстий от пуль, распалась на части, разлетаясь по мастерской. Голова богини упала рядом с лежащим на полу стариком, он протянул обе руки к ней, схватил, прижал к себе, будто пытаясь спасти и согреть. Скульптора ощутимо трясло, он всхлипывал и неразборчиво бормотал что-то. Один из кусков бывшей статуи долетел до Харина, ударился об его ботинок. Сунув пустой пистолет в кобуру, капитан наклонился и поднял странно мягкий, теплый, трепещущий фрагмент чужой плоти. Показалось, что он гладит по нежной щеке кого-то родного. Жену, которой больше не было? Нерожденную дочь? Он сам не знал, просто держал частицу этого янтарного сияния на ладони одной руки и гладил кончиками пальцев другой. Странное чувство не нарастало, но и не отпускало. Харин просто стоял, застыв на месте, а где-то глубоко внутри тонким пульсом, в ритме мелодии приглушенно зазвонившего телефона мертвого Михеева — …ведьмаку заплатите за то и за это… — билась мысль: «Странных смертей в парке больше не будет». Но и его жизнь кончилась.

Телец Солнце

Персей

Вход в трехмерное изображение

Пыль и пустота

из

Д

ми изи и н м ь я и ьн ьз н я ни ,н им , мн ь з з ии ь ин н н ни и м, м н ж и н и ьн и м и м м я и и и и з з ия я и нями м з з , ж и н ж ь я и , и я м

н

м н м

нн

м нн м ь н н ни з я и ь мн из ж ния з и н ми и им , н ми н н и и з ь ми я я ни з з з ия я и ь иж я н м ь и н з ния з з , низм и ним ния м н я н ьн

и и м

изи и м я н

и

и из н

я и ь я з ь з н и ин ь и н з з н ж нн ими н н и н и з н и и н н и и ми и з з и и и ьн м и ям з з ни ьн нн нн ии и н , и, миния 2 , ж ин н и н и н н и , з и и ни ь ия з м и и ь я 22 ми и н н з изи м ж ни м зм жн я ния, и и м низм н ж н «Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

59

Интересно, то в стат е, изданной журналом Американского астрономи еского об ества, вперв е по вилас возможност увидет трехмерну астрономи еску карту, созданну под руководством одного из соавторов стат и, гарвардского профессора Алис Гудм н. Читател сможет рассмотрет п лев е облака, зайд со смартфона по адресу, приведенному в виде QR-кода. (The Astrophysical Journal Letters т. 919, № 1, с. L5, 2021)

Цветмет околоземных астероидов

Х

от мал е небесн е тела состо т в основном из скал н х пород, встре а тс , хот и редко, астероид с бол им содержанием металлов. Это, например, Психе , обра а а с в главном по се астероидов, между орбитами Марса и Юпитера. Она сама крупна из елого семейства металлизированн х мал х тел поса. Анализ их спектров показ вает, то содержание железа и других металлов на поверхности астероидов может на пор док прев ат таковое в земн х силикатн х породах. Однако металли еские тела ест и вблизи орбит Земли. Их т ател но отслежива т телескоп НАСА, в астности телескоп IRTF на острове Гавайи. Это инфракрасн й телескоп с диаметром зеркала три метра, принадлежа ий обсерватории Мауна-Кеа. Полу енн е телескопом спектр двух из околоземн х астероидов заинтересовали группу студентовисследователей, патронируему профессором Ви ну Редди из Аризонского университета. Редди давно изу ает состав и происхождение мал х тел Солне ной систем и с 2005 года еленаправленно и ет среди них металли еские об ект . И вот спектр астероидов 1986DA и 2016 ED85 оказалис о ен близки к спектрам Психеи. Рас ет показал,

60

то поверхности обоих астероидов содержат 85% металлов и 15% силикатного материала. По сегодн ним представленим, богат е металлами астероид могли по вит с на заре становлени Солне ной систем при катастрофи еских разру ени х дер ее расту их планет. Исследователи с ита т, то, подобно некотор м метеоритам, 1986DA и 2016 ED85 – то фрагмент одного из бол их родител ских тел, разру ение котор х породило По с астероидов, однако то б ло не родител ское тело Психеи. По-видимому, оба б ли в теснен к орбите Земли из-за гравита ионного вли ни Юпитера. В буду ем астероид 1986DA мог б стат исто никами железа, никел , кобал та и даже платин . У ен е наде тс , то аст их в водов подтвердит мисси НАСА по изу ени Психеи, планирума к запуску в августе 2022 года. (The Planetary Science Journal, т. 2, № 5, с.

205, 2021)

Нашлась звезда, пропавшая в XII веке!

И

стори астрономии полна непон тн х влений и странн х набл дений. Достато но назват канал на Марсе, всп ки на Луне, полет мал х тел над не . Одна из подобн х загадок – повление и пропажа звезд , набл дав ейс китайскими и понскими астрономами в XII веке. Записи восто н х астрономов указ ва т ее положение на небе, свидетелству т, то она б ла такой же ркой, как планета Сатурн, и оставалас видимой около полугода; современн е астроном назвали ее SN1181. Однако происхождение той сверхновой оставалос загадкой. До сих пор не б ло найдено уверенн х подтверждений останков ее взр ва. Всего в последнем т се е-

летии астроном набл дали п т рких сверхнов х звезд Галактики, перву из них – в 1006 году. Чет ре давно идентифи ирован , все они взорвалис в Крабовидной туманности созвезди Тел а. Тол ко то группа ести астрофизиков из Гонконга, Англии, Испании, Венгрии и Фран ии, возглавленна профессором Ал бертом Зийлстра из Ман естерского университета, опубликовала стат , в которой разре ила загадку SN1181: в нужной области неба у ен е обнаружили туманност Pa30. Это слабо видимое, б стро рас ир еес газоп левое облако, окружа ее звезду Паркера, одну из сам х гор их звезд Мле ного Пути. Скорост рас ирени туманности составл ет 1100 км/с. А то знаит, то с момента взр ва про ла примерно т с а лет. Положение звезд Паркера с то ност до нескол ких градусов совпадает с данн ми древних астрономов. Ранее астрофизики предполагали, то звезда и ее туманност возникли в резул тате сли ни двух звезд типа бел й карлик. Это должно б ло б привести к рождени не ркой сверхновой относ ейс к типу Iax, второй из найденн х в на ей Галактике. Такие медленно тухну ие звезд составл т всего дес ту аст об его исла сверхнов х и е е недостато но пон т астрофизиками. По-видимому, SN1181 принадлежала к тому типу. Астрофизики с ита т, то комбинаи положени , возраста, ркости и длител ности све ени однозна но доказ вает происхождение древней сверхновой. (The Astrophysical Journal Letters, т. 918, № 2, с. L33, 2021)

Планета трех солнц?

И

зу ение кзопланет – одна из сам х активно развива ихс областей астрономии и, пожалуй, сама попул рна у ирокой публики. Уже откр т т с и

планет у других солнц. Найден систем , аналогичн е Солнечной. Найден систем много ее бол шие или мен шие по размерам и числу планет. В влен планет , обращащиес вокруг двух звезд. Увидет кзопланету в телескоп удаетс редко, таких удач всего дес тки. Бол шинство же учен е нашли косвенн ми способами, а затем подтвердили другими непр м ми методами. Согласно основной догме современной астрономии, все кзопланет рожда тс вокруг своих звезд из газоп лев х облаков. Тол ко что предприн та поп тка «на кончике пера» откр т кзопланету, обраща щус сразу вокруг трех звезд. Сделали то сем учен х из Невадского университета в Лас-Вегасе под руководством доктора Джереми Смоллвуда. Они обратили внимание на иерархическу систему трех звезд GW Orionis, котора удалена от Земли на 1300 светов х лет. Подобн е гравитационно св занн е звезд не редкост , почти половина небесн х светил имеет одну или нескол ких компан онок. Систему досконал но изучили с помощ комплекса радиотелескопов, так наз ваемой Атакамской бол шой антенной решетки миллиметрового и субмиллиметрового дипазонов (АЛМА). Оказалос , что тройну звезду окружа т три протопланетн х п лев х диска, что косвенно свидетел ствует о возможности образовани планет в системе. Плоскости всех трех дисков не совпада т, а между перв м диском и остал н ми, на рассто нии в сто астрономических единиц от тройной звезд , существует широка полоса без п ли. Расчет показали, что гравитационн е пол звезд при существу щих параметрах не смогут привести к образовани полос . Создат ее смогло б поле массивной планет вроде Юпитера или пол нескол ких таких планет. А возникновение раздел щей полос и привело к разориентации плоскостей оставшихс дисков п ли. Учен е наде тс , что в ближайшие мес ц с помощ

все той же АЛМА им удастс если не обнаружит искому планету, то хот б найти косвенн е подтверждени ее существовани . Доктор Смоллвуд полагает, что такой успех стал б пр м м доказател ством общеприн т х теорий планетообразовани , которое идет гораздо активнее, чем счита т его коллеги. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, т. 508, вып. 1, с.

392, 2021)

Свечение пустоты

А

строфизики хорошо зна т, что из космоса на Земл попада т частиц в соких нергий, так наз ваем е космические лучи, а также жесткие лектромагнитн е излучени . У них много источников в Галактике и за ее пределами: то и газ, пада щий на сверхмассивн е черн е д р , и звезд , рожда щиес в галактических дисках. Однако ест научна проблема: значител на част внегалактического гамма-излучени формируетс в грандиозн х област х, казалос б , «пустого» неба, где звезд нет. Причин того тол ко что удалос раскр т группе из чет рех учен х, руководимой доктором М ттом Ротом из Исследовател ской школ астрономии и астрофизики Австралийского национал ного университета. Оказалос , что гамма-квант по вл тс при взаимодействии космических лучей с межзвездной средой: мощна мисси возникает из-за ускорени частиц лучей до скоростей, близких к светов м. Происходит то в лектромагнитн х пол х расшир щихс останков сверхнов х. После проверки теории на отдел н х галактиках астрофизики применили ее в вод ко всей попул ции известн х на сегодн галактик. Так удалос получит не тол ко набл даемое распределение интенсивности гамма-излучени по небу, но и воспроизвести

огиба щу его спектров в широком диапазоне частот. Существенн й шаг в астрофизике гамма-излучени б л б невозможен без набл дател н х данн х телескопов Ферми и Хаббла. Именно они позволили определит такие важн е дл теории характеристики галактик, как масса, размер, рассто ние от Земли и интенсивност звездообразовани . Доктор Рот отмечает, что модификаци теории смогла б предсказ ват и характеристики межгалактического радиоизлучени дл галактик, где идет звездообразование. Это позволит уточнит данн е об их строении. Сейчас исследовател ска группа зан та созданием карт гаммаизлучени неба дл стро щихс гамма-телескопов следу щего поколени . В одном из таких проектов, нацеленном на построении Массива черенковских телескопов в Южном и Северном полушари х планет , Австрали принимает активное участие. (Nature, т. 527, № 7876, с.

341, 15 сентября 2021 года)

Выпуск подготовил А. Гурьянов

«Хими и жизн », 2021,

10, www.hij.ru

61

художник Ласло Рёбер

Пишут, что...

Короткие заметки

Солнечные овцы Солнечные батареи неумолимо наступают. И зачастую наступают они на сельскохозяйственные земли. Как не потерять при борьбе с потеплением источник еды, ведь не во всякой местности такие станции можно разместить на неудобьях, а рынок-то разруливает как ему надо. Вот, к примеру, в североамериканском штате Нью-Йорк прибыль от электростанции выше, чем от распашки полей, и те превращаются в поля солнечных панелей. Оказывается, есть-таки возможность совмещения интересов энергетиков и аграриев. Строго говоря, первыми такое совмещение провели работники Крымской солнечной тепловой электростанции СЭС-5. В ней свет Солнца собирали полями зеркал и концентрировали на резервуаре с жидкостью. Та нагревалась и служила рабочим телом тепловой машины. А в тени зеркал формировался своеобразный микроклимат, достаточно влажный, чтобы обеспечить рост травы. Сотрудники завели небольшое стадо овец и коз, которые паслись на этой траве. Неизвестно, знает ли об этом профессор Тодд Шмидт из Корнеллского университета, но он задумал именно такое совмещение интересов: предложил запустить на солнечные поля овец («Cornell Chronical», 14 октября 2021 года). И польза от животных будет двойная. Нет, речь не идет о сочетании вкусного мяса и теплой шерсти. Оказывается, владельцы электростанций тратят немало средств и, что хуже, ископаемого топлива на борьбу с растительностью, а порой и вовсе прибегают к гербицидам. То есть оказываются совсем не такими зелеными, какими кажутся. А мелкий рогатый скот делает то же самое, но без выбросов парниковых газов. В общем, фермер получит не только мясо и шерсть, но еще и деньги от энергетиков за контроль над растительностью. Пока эта схема не работает: овец надо много, а ньюйоркские фермеры держат крошечные отары: энергетикам невыгодно заключать с ними договоры. Однако если создать фермерский кооператив, то дело непременно пойдет. Так считает профессор Шмидт, уже получивший полумиллионный грант на три года, за которые он должен опробовать эту идею на практике.

С. Анофелес

62

…в ходе опроса 22 316 медсестер, проведенного Американской ассоциацией медсестер в январе и феврале прошлого года, 23% респондентов сообщили, что чувствуют себя подавленными, а 1% рассказал о суицидальных мыслях в течение последних двух недель («American Journal of Nursing», 2021, ноябрь, 121, 11)… …слабая связь между чередующимися атомарными слоями сульфида молибдена и селенида молибдена более чем в десять раз снижает теплопроводность гетероструктуры («ACSNano», 2021, 29 сентября)… ...возможно создание легкой и гибкой голографической линзы диаметром более десяти метров, которую можно свернуть для запуска и развернуть в космосе; она преобразует видимый и инфракрасный свет звезд либо в изображение, либо в спектр («Sci Rep», 2021, 21 октября)… …в портативном электрохимическом экспресс-датчике для обнаружения нитробензола в продуктах питания и косметике с беспрецедентной точностью используются соединения класса диазинов, которые избирательно взаимодействуют с нитробензолом, вытягивая его из анализируемой пробы на электрод датчика («Food Chemistry», 2021, 30 сентября)… …у госпитализированных пациентов с COVID-19 с большей вероятностью наблюдались постковидные нарушения внимания, исполнительных функций, беглости речи, кодирования памяти и запоминания, чем у пациентов, лечившихся амбулаторно (JAMA Netw Open, 2021, 22 октября)…

…если объединить шелк мешочного червя, превосходящего шелк паука по прочности и по гибкости, с полианилином, то получается прочное, гибкое, проводящее волокно для создания оптоволокна и гибких электронных устройств («Journal of Applied Polymer Science», 2021, 19 октября)… …стандартный медный наконечник зонда атомного силового микроскопа разорвал связь железо—углерод с силой притяжения 150 пиконьютонов («Nature Communications», 2021, 24 сентября)… …активность фермента дегидрогеназы в реголите Марса под действием интенсивного ионизирующего излучения снижалась в 10, 100 и 1000 раз от исходного уровня в течение 1,9, 3,8 и 5,7 млн лет соответственно, каталаза же могла сохранять активность в течение еще более длительных периодов («Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы», 2021, № 5)… …нет корреляции между вакцинацией против COVID-19 и риском выкидышей в первом триместре, что является дополнительным доказательством безопасности вакцинации против COVID-19 во время беременности (NEJM, 2021, 20 октября)… …сильные землетрясения помогают деревьям расти, загоняя дополнительную воду в почву, окружающую их корни; эти мимолетные всплески роста оставляют следы в клетках древесины, которые также могут быть использованы для датировки древних землетрясений («JGR: Biogeosciences», 2021, 25 сентября)…

жни Андреас Мюллер

Пишут, что...

Короткие заметки

Туалет для коровы Корова, пользующаяся унитазом, – этот сюжет столь сюрреалистичен, что даже не пришел в голову одному из основоположников этого направления Сальвадору Дали и тот ограничился горящим жирафом. К счастью, полет научной мысли не могут остановить никакие условности, особенно если речь идет о спасении планеты от потепления климата. Цепочка рассуждений такая. Моча содержит много азота. Этот азот, попав в почву, приходится по вкусу микроорганизмам. В результате при переработке мочи получается оксид азота, сильнейший парниковый газ. Если же, как поется в одной народной песне, «всю мочу собрать действием умелым», можно не то чтобы обдать ею Солнце и посмотреть, как оно зашипит, но утилизировать с пользой для общества и без вреда для климата. Сказано – сделано. Зоологи из немецкого Исследовательского института сельскохозяйственных животных вместе с австралийскими коллегами из Оклендского университета решили обучить телят гигиене («Current Biology», 2021, 13, 17). Для этого они вознаграждали каждого теленка после посещения туалета, и те вскоре привыкли справлять нужду в отведенном для этого месте. «Поначалу мы наказывали телят – вставили им в уши микрофоны, и те воспроизводили неприятный звук, если теленок игнорировал туалет. Это не сработало и пришлось действовать лаской», – поясняет зоопсихолог Ян Лангбайн. В общем, за несколько недель 11 из 16 экспериментальных животных усвоили правила гигиены. Результат этой работы поражает воображение. Однако есть в нем и одна маленькая неприятность. Не так давно обсуждался вопрос о моральности поедания осьминогов. В самом деле, если у этих животных есть зачатки разума, то использовать их в пищу как-то неловко. И вот теперь перед нами теленок, который справляет нужду в туалете…

А. Мотыляев

«Химия и жизнь», 2021, № 10, www.hij.ru

63

Нанофантастика

Наталья Голованова Иллюстрации Елены Станиковой

Первый закон творчества

К

огда Чиков остался без работы, друзья подарили ему стакан с землей и надписью «Муза».

— Ты же писатель, — сказали они бодро, намекая на шестисотстраничный роман «Дворъ» о династии потомственных клининг-менеджеров (дворников), плод бессонных чиковских ночей. — Тебе пригодится. Чиков поставил стакан на полку и забыл, пока однажды из земли не проклюнулся росток с серым кубиком, а из кубика не вылез мужичок в синем костюме-тройке с крошечным чемоданчиком в руке.

— Писатель? — осведомился мужичок.

— Ну-у-у… Да, — ответил Чиков, косясь на распечатанный кирпич «Двора». Кирпич предназначался для похода по издательствам — те почему-то игнорировали электронные письма.

— Великолепно! — восхитился мужичок. — Будем работать вместе. Твое дело — творить, мое — все остальное.

— А… Где муза-то? — не понял Чиков. Мужичок несколько смутился: — Муза — понятие обтекаемое. Не смотри на оболочку, зри в корень.

Б

уквально за месяц Чиков создал четыре повести (фантастика, детектив и две любовных), восемнадцать рассказов и начал продолжение «Двора» — «Дворъ-2». Мужичок не докучал, по нескольку раз в день сновал в форточку и обратно (на его спине оказался маленький пропеллер, совсем как у одиозного стокгольмского хулигана). Однажды поднатужился и уволок кирпич, кряхтя и постанывая. С Чиковым общался мало, да и то лишь в форме коротких вопросов-ответов: — Женат?

— Нет.

— Угу… Это хорошо, будешь страдальцем по первой любви. Фамилия?

— Чиков.

— Угу… Это плохо. Будешь просто Чик. Чик О.В. На возмущения отвечал сурово, что литература не только творчество, но и бизнес, и у бизнеса свои законы. А кто их не знает, пусть сидит и пишет себе в тряпочку. Чиков писал. Мужичок быстро освоил компьютер. Иногда Чиков просыпался и видел неяркий свет монитора. Вдоль клавиатуры бегала маленькая фигурка с вечным чемоданчиком в руке. Ошибки, что ли, проверяет, удивлялся Чиков.

Еще через месяц бизнес-муз влетел в форточку в обнимку с книгой, которую торжественно кинул на стол: — Пляши, гений. Твой первенец! Трясущимися руками Чиков взял пахнувший типографией сигнальный экземпляр романа «Дворъ» (автор — О.В.Чик), прижал его к груди и зарыдал от счастья.

О

помнился он лишь через полгода, когда, выйдя в магазин, обнаружил отсутствие средств на кредитной карте.

— Что за черт, — сказал он и полез в сбербанк-онлайн, который обычно показывал неплохую финансовую подушку. Никакой подушки не было в помине. Даже наволочки не осталось. Зато появились счета за редактуру, дизайн, верстку и печать бестселлера «Дворъ». Оплаченные им, Чиковым, в срок и в полном объеме. Презентацию на книжной ярмарке бизнес-муз не оплатил — деньги кончились. Чиков, опустошенный во всех смыслах, хотел призвать мужичка к ответу, но того и след простыл. Лишь в стакане с надписью «Муза» обнаружился листок с фразой: «Первый закон творчества: писатель должен найти работу».

«Химия и жизнь», 2021, № 10, 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 8 ОКТЯБРЯ 2021 ГОДА В НИЖНЕМ НОВГОРОДЕ

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