Text
                    химия и жизнь
научно-популярный журнал академии наук ссср
w[jjy


Ежемесячный научно-популярный журнал Академии наук СССР Издается с 1965 года № 5 май 1974 ХИМИЯ И ЖИЗНЬ Редакционная коллегия: II. В. I Гетрниов-Соколов (главный редактор), 11. И. Л. II. л. в. Ф. м А. К. П. и. Бадеиков, Жаворонков, Костандов, Кочетков, Мазур, Рабинович (отпетст венный секретарь) М II (зам. II. Б. А. М и. II. с. Б. (зам. В. А. Рохлин главного редактора), Семенов, Степанов, Хохлов, Черненко главного редактора) Энгелыардт Редакция: Б. М В. А. О. О. В. Г. д Е. Д. II м с. Володин, Гуревпч, Жвирилис, Иорданский, Коломинисва, Либкип, Люба ров (главный художник). Л В. С. Т. II в. ф. л. (зав. В. к. Осокина. Станцо, Стариковнч, Сулаева редакцией). Черникова Номер оформили художники: М. В. и Г. И. Пспштатт, Б. А. Валит, М. М. Златковскин За выдающиеся заслуги в развитии советской науки и культуры, подготовке высококвалифицированных научных кадров, укреплении экономической и оборонной мощи страны и в связи с 250-летием со дня основания Академия наук СССР награждена орденом ЛЕНИНА. Сейчас, когда на нашей планете не осталось стран, не нанесенных на карту, океан неведомого по-прежнему простирается вокруг нас: он начинается там, где кончаются наши знания. С нелегким плаванием в неизвестных водах можно сравнить работу исследователя, открывающего новые явления и законы природы. Поэтому корабль, изображенный на обложке,— не только напоминание о знаменитых путешествиях прошлого, но и символ всей современной науки. А кроме того, есть у науки и настоящие, не символические корабли— о них тоже рассказано в этом номере («Под флагом Академии», стр. 98) ■ На второй странице обложки — фрагменты иллюстраций В. А. Фаворского к книге Г. Шторма «Труды и дни Михаила Ломоносова». С именем Ломоносова неразрывно связана история Академии наук СССР. Этот номер журнала посвящен ее 250-летнему юбилею. ■
ГП'-1- n U—loo J
АН СССР* 1724—1974 3 Наука и прогресс Вице-президент АН СССР академик Ю. А. ОВЧИННИКОВ История Академии наук СССР, юбилей которой мы сейчас торжественно отмечаем, насчитывает уже четверть тысячелетия. Создание Академии, впитавшей в себя животворные родники самобытного творчества русских умельцев, изобретателей, землепроходцев, мыслителей допетровской эпохи и обогатившейся передовыми достижениями зарубежной научной мысли, стало важнейшей вехой в развитии науки и всей духовной культуры России. За 250 лет своего существования Академия наук прошла большой и сложный путь, отмеченный каскадом величайших творений десятков замечательных ученых — творений, которые вошли в золотой фонд мировой науки. Предмет нашей национальной гордости составляют, в частности, и славные достижения отечественной химии и биологии. Не случайно среди великих русских ученых прошлого так много представителей этих областей естествознания— от Ломоносова до Менделеева и Павлова. На протяжении всей истории Академии в России лучшие представи- 1* телп академической науки, вместе со всей демократической интеллигенцией XVIII—XIX столетий, неустанно боролись за светлые идеалы прогресса, гуманизма, социальной справедливости. Многие выдающиеся деятели русской науки активно участвовали в общественном движении, а в 1917 году, приняв и поддержав революционные события Октября, встали в ряды борцов за социалистическое преобразование общества. После победы Великой Октябрьской социалистической революции начинается период бурного расцвета и всестороннего развития Академии, коренным образом меняется характер ее деятельности, ее задачи. Сегодня паша Академия — это многотысячный отряд научных работников, это десятки мощных институтов и лабораторий, оснащенных современным оборудованием, это крупные научные центры не только в Москве и Ленинграде, но и в Сибири, па Урале и Дальнем Востоке, это выросшие из академических филиалов Академии наук союзных республик. Мощный стимул в своем развитии получили в послеоктябрьский период п химико-биологические пауки. Об этом свидетельствует возникновение крупных научных учреждений в этой области, серия выдающихся открытий советских ученых па важнейших научных направлениях, от органической и физической химии до общей физиологии и учения о высшей нервной деятельности. Сегодня химия и биология в пашей стране достигли подлинного расцвета и во многих областях занимают ведущие позиции в мире. Если говорить о химии, то мы сейчас ощущаем плоды того целенаправленного курса на развитие химической науки и промышленности, который был намечен в послевоенные годы
4 АН СССР* 1724—1974 и особенно — в решениях майского A958 года) Пленума ЦК КПСС. Ни одна другая область науки и производства не развивалась у пас столь бурными темпами. Достижения химии окружают нас повсюду, мы ощущаем и используем их ежедневно, ежечасно, ежеминутно. Это — новые способы переработки природного сырья п сверхпрочные сплавы; чистые вещества для новых областей техники и красители; эффективные удобрения для сельского хозяйства и новые регуляторы роста и развития животных и растений; это наша одежда, предметы бытовой химии, новые лекарственные препараты и многое, многое другое. Уверенное движение вперед характерно сейчас и для нашей биологической пауки, особенно в последнее десятилетие. Преодолев известные помехи в ее развитии, советские ученые сосредоточили свои усилия на подъеме самых перспективных направлений биологии, успехи которых, основанные на познании материальной сущности жизненных процессов, составляют важное условие прогресса многих отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины. По решению партии н правительства в Академии наук СССР были созданы крупные научные учреждения, которым поручено в кратчайший срок выйти па передовые позиции в современной физико-химической биологии, - институты бнооргаиической химии им. М. М Шемякина, молекулярной биологии, общей генетики, биологии развития, научный центр биологических исследований в Пущиио под Москвой, крупные биологические учреждения в Сибири, на Урале и Дальнем Востоке, во многих союзных республиках. Лаборатории, группы и отделы, разрабатывающие проблемы биологии, возникли также и во многих институтах физического, математического, химического и геологического профиля. Одновременно продолжают развиваться и такие классические направления в биологии, как зоология, ботаника, эмбриология, эволюция и систематика организмов: без прогресса в этих областях, тесно связанного с успехами физико-хнмиче- екпх подходов в изучении живого, нельзя достигнуть вершин современной биологической пауки. Проникновение в тайны жизни, овладение процессами, с помощью которых живая природа поразительно легко осуществляет сложнейшие превращения вещества и энергии, открывает перед человечеством огромные перспективы. Недаром многие считают, что приближающееся XXI столетие станет веком биологии. Уже в самом ближайшем будущем мы можем ожидать, например, что на основе методов современной генетики, в том числе генетической инженерии, будут созданы новые высокопродуктивные породы живот- пых и ценные сорта растений. Дальнейшей интенсификации сельскохозяйственного производства послужит разработка новых химических п особенно биологических методов борьбы с вредителями. Огромные возможности получения высококачественных кормов, а также ценных биологически активных препаратов открывает развитие микробиологической промышленности. Медико- биологические исследования дадут нам эффективные средства лечения наследственных и вирусных заболеваний, болезнен сердца и сосудов, иервио-психпческнх расстройств н тяжелых аллергических реакций. Уже сделаны первые серьезные шаги в познании природы злокачественных новообразований, и на борьбу с этим зловещим врагом человека брошены огромные творческие коллективы и материальные ресурсы. Ведутся напряженные поиски
Наука и прогресс 5 путей сохранения, а точнее — рационального использования естественных ресурсов биосферы, путей повышения биологической продуктивности полей, лесов, рек и морей. На всех этих направлениях уже ближайшие десятилетия могут принести богатые плоды, в которых остро нуждается человечество. Особенно много обещает дать взаимопроникновение химии и биологии, обмен идеями и методами. Внедрение химии и других точных наук в биологию привело к рождению таких новых научных дисциплин, как биоорганнческая химия, молекулярная биология, радиобиология и другие. Эти интенсивно развивающиеся науки представляют собой, по существу, современные разделы биохимии: несмотря на довольно распространенное мнение о некоторой архаичности и «старомодности» этой науки, именно к биохимии следует, по моему убеждению, отнести всю новую область познания, лежащую на границе химии и биологии. Сейчас никого не приходится убеждать в том, насколько полезны исследования на стыках наук, в пограничных областях знания, творческое общение представителей разных научных специальностей. Но важно не только это признавать, но и искать конкретные пути использования преимуществ такого общения, систематически открывать здесь новые формы и новые резервы, учить химиков, биологов, физиков, математиков работать совместно, отдавая себе отчет в сильных и слабых сторонах методов, применяемых в той или иной области. Я надеюсь, что не вызову негодования у ревнителей «истинной химии», если скажу, что многие химики могли бы принять на вооружение принадлежащий одному из наших коллег афоризм — «работай, как химик, а думай, как биолог». А с другой стороны, многим биологам можно было бы пожелать воспитывать в себе вкус к точности и определенности понятий и оценок, свойственным химии и физике, и избегать чересчур широких обобщений и утверждений, в которых под красотой и изысканностью, отличающими биологическую терминологию, порой скрываются нечеткость, расплывчатость и легковесность. Химия, в союзе с физикой и математикой, способствовала совершившемуся на наших глазах грандиозному прорыву в познании биологических механизмов и расшифровке биологических структур. С помощью химических методов установлено строение сотен веществ, выполняющих ключевые функции в процессах жизни, — белков и нуклеиновых кислот. Химики синтезировали тысячи биологически активных соединений — антибиотиков, алкалоидов, витаминов, гормонов и т. д. Не последнюю роль сыграла химия в расшифровке генетического кода и в синтезе простейшего, пусть пока еще неактивного, но уже «настоящего» гена. А сейчас на повестке дня химиков— синтез ферментов и их аналогов с измененными в нужную сторону свойствами, раскрытие структуры многих веществ-регуляторов, сложных белков и их биологически важных комплексов — гликопротеи- пов и нуклеопротепнов — и многие другие увлекательные и важные задачи. Но взаимопроникновение химии и биологии — процесс двусторонний. Биология, биологические механизмы, принципы функционирования живой материи — это неисчерпаемый источник новых идей, постоянно питающий творческое воображение исследователей-химиков. Мы уже, например, заметно продвинулись вперед в создании новых типов катализаторов, работающих по тем же принципам, что и биологические
6 АН СССР* 1724—1974 катализаторы — ферменты. А конструируя новые синтетические полимеры, мы успешно используем особенности структуры многих биологических макромолекул. Еще более захватывающие перспективы сулит в этой области будущее. Можно себе представить, например, технические информационные устройства невиданной мощности, где запись и переработка информации будет основана на тех же химических принципах, какие используются в механизмах хранения и воспроизведения генетической информации живого организма. Познание процессов фотосинтеза в растении позволит создать небывалые по производительности и ассортименту продукции миниатюрные химические установки, работающие при нормальной температуре и атмосферном давлении на самом дешевом сырье. Могут быть использованы в технических системах принципы высокоэффективного преобразования энергии, происходящего в биологических мембранах. Поразительные по своей чувствительности механизмы обоняния и биологической хеморецепцип могут лечь в основу методов химического анализа веществ ничтожных концентраций—например атмосферных примесей (в том числе загрязнений воздуха). А изучение процессов зрения у живых организмов позволит сконструировать универсальные светочувствительные устройства... И таких примеров можно привести бесконечное множество. Конечно, эти пограничные области исследования далеко не исчерпывают всего содержания химии и биологии. Перед химиками, как и перед биологами, стоят своп, увлекательные и актуальные задачи. И нет оснований утверждать, будто химия как наука более практична и реалистична, а биологии более свойственны таинственность и романтичность. В каждой области настоящей творческой деятельности есть своя прелесть и свое вдохновение... Достижения пауки, любой ее отрасли, в наше время оказывают непосредственное и могучее влияние на все сферы человеческой деятельности. Теоретические изыскания в тиши кабинетов, эксперименты на лабораторном столе с микроскопическими количествами вещества, на миниатюрных опытных установках, все чаще воплощаются в принципиально новые технологические процессы, преобразуют целые отрасли хозяйства. Сроки, отделяющие фундаментальные научные открытия от их практического использования, все в большей степени сокращаются и составляют не десятки лет, как это было совсем недавно, а годы, порой даже месяцы. Именно поэтому мы можем сейчас говорить о новом этапе в жизни человеческого общества, который называют научно-технической революцией. Роль науки в этих условиях не сводится лишь к овладению законами природы и созданию материальной основы жизни общества. Прогресс естественных наук накладывает свой отпечаток и па сознание человека, па его мировоззрение, идеологию, культуру. Эта объективная закономерность по-разному проявляется в различных общественных системах. Многие западные идеологи говорят сейчас о все возрастающем подавлении духовной жизни гго мере технизации общества, о машинном мире будущего, населенном людьми-роботами,— и на этом основании нередко делают вывод об антпгуманностп научно-технического прогресса, тем более, что есть немало примеров того, как бесчеловечное использование выдающихся научных открытий может поставить мир перед угрозой катастрофы.
Наука и прогресс 7 В нашем социалистическом обществе, одним из основополагающих принципов которого является использование научных достижений на благо человека, такая постановка вопроса невозможна. Перед советскими учеными стоит четко сформулированная Коммунистической партией благородная задача — соединить достижения научно-технической революции с преимуществами социалистического общественного строя. В этом и состоит внутренний смысл всей нашей повседневной работы. В эти дни, когда Академия наук СССР встречает свое 250-летие, мы видим, как небывало широка сфера ее деятельности. Наука превратилась в мощную общественную систему, в ней работают десятки и сотни тысяч людей. Поэтому сейчас, как никогда раньше, велика роль организации научных исследований, планирования, координации, повышения эффективности творческого труда ученых. Мы должны не только планомерно и пропорционально развивать все отрасли знания, не только искать пути эффективного использования результатов научного творчества в народном хозяйстве. Сейчас Академия наук СССР призвана участвовать в важнейшем мероприятии — составлении перспективного плана развития нашей страны на предстоящие пятнадцать лет, до 1990 года. Эта ответственная, сложная и во многом новая функция академической науки предъявляет к нашей работе и новые требования — комплексно учитывать многие факторы, уметь по-государственному оценивать итоги и перспективы развития своей отрасли и смежных дисциплин, умело используя весь арсенал современных экономических и статистических методов. В прогнозировании будущего —как в своей специальной области, так и особенно в масштабах всего нашего общества— нет и не может быть никаких готовых рецептов и шаблонных схем: здесь нужен творческий подход, разумная осторожность и основанная на глубоком знании интуиция. Академия наук СССР встречает свой юбилей во всеоружии, готовая выполнить все задачи, поставленные перед ней партией. Задач много, а сроки, как всегда, напряженные: ведь пульс нашей научной работы должен биться в такт, а может быть, и чуть чаще, чем пульс героической работы всего нашего народа. Сделано уже много, но предстоит сделать еще несравненно больше. Поэтому допоздна светятся по вечерам окна наших институтов и лабораторий — накапливаются факты, рождаются новые методы и идеи, идут горячие споры, па точных весах разума взвешиваются извечно переплетающиеся в истинной науке трезвый скептицизм и увлекательный полет фантазии...
8 Последние известия Эмиссия в растворы Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий зарегистрировал новое открытие в области электрохимии. А. М. Бродский, Ю. Я. Гуревич, Ю. В. Плесков, 3. А. Ротенберг из Института электрохимии АН СССР, В. А. Бендерский, Я. М. Золотовицкий и Л. И. Коршунов из Института химической физики АН СССР выявили новый закон электронной фотоэмиссии из металлов в растворы электролитов. Фотоэмиссия электронов из металлов в вакуум, открытая в 1887 году Г. Герцем, широко используется в науке и технике. Это явление,хорошо изучено, выявлены основные закономерности, которым подчиняются электроны, выбитые фотонами света в вакуум. Эти работы стали одним из камней в фундаменте квантовой теории. Но под действием света электрон может переходить из металла не только в вакуум, но и в другие среды, в том числе и в растворы электролитов. До последнего времени не были известны законы фотоэлектронной эмиссии из металлов в растворы. Прежде всего, эмиссионный переход электрона из металла в раствор нельзя рассматривать как чисто физическое явление. Оно обязательно сопровождается химическими или электрохимическими реакциями в растворе или на поверхности электрода. Фотоэмиссию электронов из металлов в растворы можно наблюдать лишь в системе химических взаимодействий. Это первое отличие эмиссии в раствор от эмиссии в вакуум сближает исследуемое нами явление с обычными электродными процессами. Другая особенность фотоэлектронной эмиссии в электролиты— наличие на межфазной границе металл — электролит двойного электрического слоя атомной толщины. В сравнительно концентрированных растворах электрон благодаря своим волновым свойствам может легко проникать через этот слой. Работа выхода электрона из металла в раствор электролита связана линейной функцией с электродным потенциалом. И наконец, электрон, попадая в плотную среду—раствор электролита, вступает с ней в энергетическое взаимодействие, что приводит к снижению его работы выхода, а также к изменению характера движения по сравнению с вакуумом. Исследование фотоэмиссии электронов в растворы электролитов позволило выявить новый количественный закон, установить зависимость фототока I от энергии кванта света hv и электродного потенциала ц: I=A(hv—hv0— —eq ) /* (hvc — работа выхода электрона при ц = 0, е — заряд электрона, А — постоянная для данного металла). Этот закон стал известен как «закон пяти вторых» (в отличие от известного квадратичного закона Фаулера для эмиссии в вакуум). Новый закон уже приносит пользу — при исследовании металлов, а также поведения медленных электронов в жидкости. На его основе сравнительно точно определяются работа выхода электрона в раствор, энергия взаимодействия электрона с конденсированной средой и некоторые другие характеристики. Кандидат химических наук 3. РОТЕНБЕРГ
Последние известия 9 Новая форма ДНК Удалось найти условия, при которых двухцепочечные ДНК в растворе превращаются в компактные частицы. Укпадка ДНК в таких частицах во многих отношениях напоминает упаковку ДНК в живых клетках. 0,1ft Электронно- микроскопические фотографии развернутой и компактной молекул ДНК. Прямое увеличение - 150 000 раз. Снимки доктора биологических наук А. С. Тихоненко В хромосомах и в головках вирусов молекулы ДНК хранятся, как правило, в плотно упакованном состоянии. Полагают, что между плотностью упаковки и функциональной активностью ДНК имеется определенная связь: «работающие» гены находятся в развернутом состоянии, а остальные покоятся в плотно упакованном виде. Чтобы понять механизм работы генов в клетке, надо хорошо представлять себе причины, вызывающие упаковку нитей ДНК и их развертывание. Легче всего эту проблему можно было бы решить, научившись переводить ДНК в компактную форму в искусственных условиях, то есть в растворе. Но сделать это далеко не просто: когда ДНК перекочевывает из клеток или из вирусов в раствор, ее молекулы сразу же выпрямляются и приобретают вид тонких упругих нитей. Именно в такой развернутой форме ДНК изучалась физиками и химиками в течение последних 15—20 лет. Лишь недавно удалось, наконец, получить в растворе отдельные молекулы ДНК, имеющие вид компактных частиц. Эта работа выполнена в Институте молекулярной биологии АН СССР профессором Я. М. Варшавским и кандидатом химических наук Ю. М. Евдокимовым. Авторы, исследовавшие в течение многих лет изменения структуры ДНК, полагали, что упругость двойной спирали ДНК в растворе обусловлена двумя главными причинами: силами отталкивания отрицательных зарядов фосфатных групп, равномерно распределенных вдоль каждой из цепей, и присутствием структурированной воды, заполняющей бороздки двойных спиралей. Исходя из этого, они отыскали условия, при которых молекулы ДНК утрачивают упругость и сворачиваются в компактные частицы тороидальной формы диаметром около 0,1 микрона. Оказалось, что переход ДНК в компактную форму легко происходит в растворе NaCl @,3 моль/л) в присутствии полиэтиленгли- коля G0—100 мг/мл). В таком растворе катионы Na4 нейтрализуют отрицательные заряды фосфатных групп и не дают им отталкиваться Друг от друга, а полиэтилен- гликоль, обладающий способностью связывать воду, нарушает структуру связанной с ДНК воды, в результате чего нити ДНК перестают быть упругими. Существование новой формы ДНК было доказано авторами работы с помощью оптических и гидродинамических методов исследования. Очень важно, что образование компактной формы ДНК в растворе, так же как и в живой клетке, полностью обратимо и не сопровождается расплетанием двойных спиралей. Одновременно и независимо от советских ученых существование компактной формы ДНК в растворе обнаружил Л. Лерман в США. Новая структурная форма ДНК сейчас интенсивно исследуется. Л. ТИМОФЕЕВ
Экономика, производство 11 Три русла идей СЛОВО В ЗАЩИТУ СЛОВА Сначала договоримся о терминологии. Ниже речь пойдет о важной народнохозяйственной проблеме — о передаче результатов науки в промышленность и сельское хозяйство, короче, о внедрении. Вот это слово, термин, который автору волей-неволей придется повторить несколько десятков раз, п вызывает споры. Не секрет, что достижения науки у нас пока еще медленно проникают в практические сферы. Не секрет также, что многие зарубежные фирмы, напротив, на лету схватывают свежие научные идеи — и свои, п чужие, в том числе и наши. Противники термина «внедрение» считают, что это слово узаконивает, увековечивает такое положение. Внедрять — значит проталкивать, преодолевать сопротивление практиков всему новому, прогрессивному. Доколе так будет? Неудачный термин может и впрямь отрицательно повлиять на ход технического прогресса. Но ведь даже при самом благожелательном отношении к новому все равно приходится преодолевать чью-то косность, чье-то равнодушие, технические, организационные, материальные трудности. Словом, все новое нуждается во внедрении, в том числе и новые научные идеи. История отечественной науки и техники знает поистине блестящие образцы внедрения. Создание под руководством И. В. Курчатова грозного атомного оружия — разве это не внедрение идей наших физиков в нашу оборонную промышленность? И поразившие весь мир полет первого искусственного спутника Земли, полет Ю. А. Гагарина — это тоже внедрение, внедрение' идей К. Э. Циолковского, Ф. Л. Цандера, С. П. Королева в дело освоения космоса. Реабилитировав таким образом ключевой для этих заметок термин, автор считает возможным пользоваться им в дальнейшем и даже ввести его в название следующей главы. ВЕРТИКАЛИ И ГОРИЗОНТАЛИ ВНЕДРЕНИЯ Есть два канонических способа внедрения научных идей: по вертикали и по .горизонтали. Академический институт закончил исследование и получил результат, сулящий практические выгоды. Отчеты и предложения по внедрению направляются вверх: в Академию паук, потом в Госкомитет по науке и технике, затем в министерство. Любой подъем требует известных усилий: альпинисты с великим трудом преодолевают каждый метр скальной стены, воду подают на верхние этажи домов под напором. Чтобы провести научную идею вверх, также нужно преодолеть известное сопротивление. И в этом есть свой народнохозяйственный резон. Всякий кулик свое болото хвалит, почти каждый ученый убежден, что его идея принесет бесчисленные практические выгоды. А поскольку напор, с которым идея подается вверх, далеко не всегда соответствует ее ценности, нужны некие фильтры, отделяющие плевелы от пшеницы. Поднявшись на вершину, идея
12 Экономика, производство низвергается вниз: министерство — главк — отраслевой институт — предприятия. Путь но вертикали вниз, вопреки всем законам гидравлики, также требует известного напора. Отраслевой институт может быть донельзя перегружен плановыми работами, на каком-то этапе вдруг не хватит средств, не сразу пойдет дело у конструкторов. А то потребуется на заводе остановить участок или цех, чтобы заменить старые агрегаты новыми, но план с предприятия никто не снимает... В общем, вертикальное восхождение идей и спуск занимают обычно от пяти до десяти лет. Не будем иронизировать над этими цифрами: у нас вертикальным методом внедрены сотни новинок, определивших технический прогресс во многих отраслях. Но в паше динамичное время такие сроки уже никого не устраивают. За первые десять лет существования Сибирского отделения АН СССР его ученые выполнили около семисот исследований прикладного характера; примерно 40% из этого числа устарели за время подъемов и спусков. Директор ордена Трудового Красного Знамени Института катализа СО АН СССР академик Г. К. Боресков утверждает, что важнейшие катализаторы в наши дни сменяются каждые 3— 4 года. Нет, вертикальный способ внедрения слишком медлителен для семидесятых годов. Есть способ горизонтальный: исследовательский институт устанавливает прямой контакт с заводом, п при благоприятном стечении обстоятельств плодотворная научная идея воплощается в новую машину, новый реактор, новое вещество, новый технологический процесс за какие-нибудь 2—3 года. Руководители Сибирского отделения с гордостью говорят, что их институты поддерживают прямые связи с тремястами промышленными и сельскохозяйственными предприятиями, среди которых девяносто сибирских. Это много, это гигантский труд. Но ведь в стране десятки тысяч предприятий. И каждое из них никогда не удастся прикрепить к определенному научному учреждению. Вроде бы простой и спорый горизонтальный способ внедрения страдает еще рядом недостатков. Можно говорить о пропасти в квалификации, которая отделяет академическую науку от производства, и вытекающих отсюда трудностях: как ученым и производственникам найти общий язык? Можно говорить о порочности взаимоотношений типа «ателье — заказчик»: они предполагают известное взаимное недоверие, порою недоброжелательность. Можно напомнить о том, что научная идея требует дополнительных технологических исследований и конструкторских проработок, а академическая наука и производство обычно не располагают для этого нужными кадрами. По все это не главное. А о главном рассказал автору этих заметок директор Института экономики и организации промышленного производства СО АН СССР член-корреспондент АН СССР А. Г. Аганбегяп: — Замена одного старого процесса, или агрегата, или вещества новым абсолютно неэффективна, не отвечает духу времени. Внедряя новую технику, мы обязаны мыслить целыми промышленными и сельскохозяйственными комплексами, целыми технологиями. Такова стратегия внедрения, которую разрабатывает в нашем институте коллектив ученых под руководством доктора технических наук В. С. Мучника. Сверхмощный и сверхэкономичный компрессор почти ничего не даст химическому комбинату, если в его цехах останутся старые малопроизводительные колонны синте-
Три русла идей 13 за. Для нового сверхурожайного сорта пшеницы нужны новые комбайны. Мы подсчитали, что широкий шаг внедрения — своевременный и полный переход на новую высшую технологию — повышает эффективность производства в 2.5—3 раза. Другие способы внедрения по сути дела есть топтание на месте... Итак, широкий шаг внедрения. При вертикальном способе он в принципе возможен, но слишком затянут, подобен шагу в замедленной киносъемке. При горизонтальном внедрении — «институт— завод»— комплексная смена технологий не представляется возможной: чтобы полностью обновить свой гардероб, заказчику необходимо прибегнуть к услугам доброго десятка ателье. Сформулируем условия задачи. Есть два гигантских резервуара: море идеи — наука, и море потребностей—практика. Между ними па- до проложить прямые, короткие, широкие русла, по которым лдеи свободно п быстро потекут к потребителям. Закончив несколько затянувшееся вступление, посмотрим, как решают эту задачу ученые знаменитого Академгородка. РЕКИ И ПРИТОКИ Несколько лет назад, по инициативе Президиума СО АН СССР, было принято решение окружить Академгородок десятком конструкторских бюро, которые должны бережно принимать из рук академической науки еще теплые идеи и переносить их на производство. Оправдали лн новосибирские КБ возлагавшиеся на них надежды? В поисках ответа па этот вопрос автор обратился в СКТБ «Катализ». Современная химия знает несметное число каталитически активных веществ. Сотни катализаторов используются в промышленности. Было решено заниматься не катализаторами вообще, а самыми современными, самыми эффективными, самыми актуальными для промышленности. Таков, например, новый высокоактивный каталпзатор для окисления метанола в формальдегид. Этот катализатор создали в институте. Конструкторское бюро, получив лабораторные прописи, за год разработало технологию. Одновременно идет проектирование п изготовление опытной установки. На третий год будет наработана небольшая партия катализатора, а на четвертый— его загрузят в уже строящиеся реакторы на кемеровском заводе «Карболит». Не десять лет, даже не пять, а три-четыре! Такие сроки внедрения катализатора уже вполне устраивают академика Г. К. Борее - кова. Как ни важны эффективные каталитические системы для множества химических и нефтехимических производств, па этих производствах всегда найдутся и другие узкие места. Ставить па старую технологию новую заплатку, пусть даже столь элегантную и эффективную, как новейший катализатор, — это паллиатив. Вспомните приведенные выше соображения А. Г. Аганбегяна и его сотрудников по повод\ шагов внедрения. Первые шаги конструкторских бюро сибирской пауки — шаги уже вполне самостоятельные и достаточно уверенные — свидетельствуют о том, что в них созданы условия для комплексного внедрения самых передовых научных идей в народное хозяйство. Одновременно с катализаторами «Катализ» разрабатывает новые реакторы, куда эти катализаторы будут заложены, системы контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации. И еще одна крайне любопытная черта. Рожденные и выпестованные
14 Экономика, производство академическими институтами конструкторские бюро обретают большую самостоятельность благодаря своему особому статусу. СКВ—слуги двух хозяев: по части науки они подчиняются своим институтам, по организационной и финансовой линиям — министерствам, у каждого из которых особые интересы, особые технические планы. Были даже случаи, когда неблагодарное дитя, обязанное институту лучшими кадрами, идеями, наконец, своим существованием, брало со своего родителя деньги по хоздоговорам. Конструкторские бюро сибирской науки стоят на реках научных идей. Надо думать, что такая река, как Институт катализа, никогда не обмелеет. Но почему бы в нее не влить еще несколько полноводных притоков? Так и сделали. Другим химическим и нефтехимическим институтам страны также не заказан путь внедрения через «Катализ». Это правильный, поистине государственный подход. Но Институт катализа, как и всякий академический институт, призван в первую очередь заниматься фундаментальной наукой. Не слишком ли много у пего забот со своим КБ? Такой вопрос был задан академику Г. К. Борескову. Вот его ответ: — Конечно, внедрение отнимает много времени и сил. Но внедрять нужно, чтобы видеть результаты своих трудов, чтобы дальше развивать свои теоретические исследования. Познавательных задач я вам поставлю бесчисленное множество. Так недолго и совсем оторваться от реальности. Конечно, удобнее, когда конструкторе кое бюро находится в полном твоем подчинении. Но обратите внимание: идеи идут не только от нас в КБ, но и в обратном направлении. Через наше КБ мы лучше узнаем запросы практики. В этом смысле даже выгоднее, что на конструкторское бюро замыкаются многие министерства, многие институты. Образуется нечто вроде обратной связи... ИСТОРИЯ С ХЛОРВИНИЛОМ Па одном химическом заводе шло совещание: как увеличить производство хлорвинила. Завод стоит посреди крупного города, свободных площадей нет — положение казалось безвыходным. Тут выступил представитель Института катализа, как специалист по данному вопросу приглашенный на совещание, и сделал предложение, которое поначалу показалось производственникам смешным, диким, безграмотным. Он предложил всего-навсего немного отвернуть три вентиля на трех трубопроводах, ведущих к реактору. ^ Других предложений не было. И технологи из уважения к академической науке, но без всяких надежд па успех вентили отвернули. Мощность реактора увеличилась в полтора раза... Теперь расскажем подробней о подноготной этого технического чуда. И у пас, и за рубежом хлорвинил получают из ацетилена и хлористого водорода на угольном катализаторе, пропитанном сулемой. Но если на химических заводах ФРГ съем продукта достигал 70—75 г с литра катализатора в час, то у нас несколько лет назад этот важнейший показатель не превышал 45—50. Министерство химической промышленности поставило перед институтами и предприятиями задачу резко увеличить производительность процесса. Ее решение не терпело отлагательств. Поэтому была создана комплексная бригада, которой поручили разработать и внедрить в промышленность более эффективную технологию производства хлорвинила. Возглавили бригаду член- корреспондент АН СССР М. Г. Слинько (Институт катализа) и доктор химических наук А. И. Гельбштейн (Физико-химический институт имени Л. Я- Карпова). Проблема заключалась вот в чем.
Три русла идей 15 Реактор, где «варили» хлорвинил, работал от загрузки до загрузки свежего катализатора три месяца. Первые три недели (этот период считался пусковым) исходные продукты подавали понемногу. Реакция шла в тонком поверхностном слое катализатора, условия для отвода тепла были неважные, катализатор терял активность. По мере увеличения подачи реагентов в процесс включались все новые, и новые слои каталитически активного вещества, слой за слоем работавший в невыгодных условиях катализатор растрачивал свою силу. Все эти печальные обстоятельства стали известны довольно быстро, после того как в НИФХИ исследовали кинетику реакции, а в Институте катализа провели математическое моделирование реактора на ЭВМ. Так сказалось первое преимущество бригадного метода: два могучих института одновременно навалились на проблему. Теперь надо было проверить вышеизложенные соображения на действующем реакторе. Обычно найти в промышленности предприятие, которое согласится выступить в роли подопытного кролика, — дело весьма непростое. Но в бригаде, утвержденной приказом министра, были ответственные работники министерства. Они обязали предоставить в распоряжение исследователей действующий реактор на химическом комбинате в Усолье-Сибирском (второе, но не менее важное преимущество бригадного метода). В реактор загрузили катализатор и сразу же подали большие количества реагентов, интенсивно охлаждая реакционную зону. (Вспомните три вентиля, которые упоминались в начале главы. Надо было всего-навсего подать побольше хлористого водорода, ацетилена и холодной воды.) И реактор заработал, как говорится, на уровне мировых стандартов. Здесь-то и должны были начаться главные внедренческие хлопоты — новую технологию надо было осваивать па предприятиях. (Отвернув три вентиля, можно было лишь наглядно продемонстрировать преимущества новой технологии. Разумеется, для создания эффективного процесса требовались более совершенные реакторы и теплообменники, многочисленные эксперименты на опытных установках.) Наверное, дело растянулось бы на несколько лет, не будь в составе бригады работников химкомбинатов, кровно заинтересованных в увеличении выпуска хлорвинила. Они не были заказчиками, терпеливо ожидающими, когда ателье исполнит заказ, они были равноправными членами бригады. Они не ждали пухлых институтских отчетов, а запрашивали данные по телетайпу и тем же способом сообщали в Институт катализа результаты промышленных испытаний. Это. еще одно преимущество бригадного метода. Новое — хорошо забытое старое. Этот парадокс стал уже довольно банальным. Хотя Институт катализа сегодня принимает участие в двух десятках бригад, эту форму придумали не в Академгородке. В начале заметок мы уже упоминали уроки внедрения, преподанные в свое время И. В. Курчатовым и С. П. Королевым. Они руководили мощными бригадами, в которые входили блистательные ученые, министры, военачальники,- руководители конструкторских бюро и заводов. Да, а чем закончилась история с хлорвинилом? За два года Новомосковский химический комбинат внедрил у себя новую технологию, достиг съема продукта, как на лучших зарубежных предприятиях. Только на одном из старых хлор- винильных производств комбината экономический эффект составил миллион рублей. Еще за два года
16 Экономика, производство нее предприятия отрасли, выпускающие мономер для производства полпвпнилхлорида (в том числе и завод, упомянутый в начале главы), освоили новый способ. Л еще в Институте катализа и па предприятиях были защищены кандидатские диссертации. А еще, пока шло внедрение, на том же Новомосковском комбинате построили хлорвинил ь- ную установку со съемом продукта 120—150 г с литра катализатора в час. Это уже выше всех мировых стандартов! Если новосибирские СКБ стоят па реках идеи, то бригады, подобно парусам, ловят ветры идей и потребностей. А что несут эти ветры фундаментальной пауке? Вот что. В планах Института катализа появилась новая многообещающая тема: процессы с переменной активностью катализатора. ЗАЛП ИЗ ВСЕХ ОРУДИЙ Задолго до того как построили Академгородок, под Новосибирском, па берегу реки Искитим был основан совхоз «Искитпмский». Из года в год дела совхоза шли не то чтобы совсем никуда, но как-то уныло. Были годы убыточные, были просто бесприбыльные. То ли земля не та, то ли совхозное стадо с самого начала оказалось малопродуктивным, то ли у людей просто опустились руки. Но вот произошло поистине сказочное для совхоза событие. Три года назад слабым хозяйством одновременно занялись все новосибирские институты биологического профиля. Биологи, почвоведы, генетики, селекционеры взялись за полеводство, физики и кибернетики принялись за механизацию скотных дворов, математики давали советы по совершенствованию бухгалтерского учета, экономисты навалились на планирование и организацию производства. Часть совхозной земли засеяли новой прекрасной пшеницей «Новосибирская 67», выведенной в Институте цитологии и генетики. Институт почвоведения и агрохимии опробовал в «Искнтим- ском» прогрессивный способ загущенного высева кукурузы. Земля не сразу вознаграждает за вложенный труд. Но через год-другой совхоз «Искитимский» уже вышел па третье место среди 24 хозяйств района, впервые получил прибыль. Выросли средние урожаи: пшеницы — с 11 до 17 центнеров с гектара, овощей — со 126 до 192, кукурузы —со 120 до 172. И вот уже совхоз-миллионер, который с другого берега реки годами снисходительно посматривал па своего незадачливого соседа, посылает в «Искитимский» па блюда тел ей: нельзя ли чему-нибудь подучиться? Но что тут удивительного? Хороши были бы все эти академические институты, если бы всей научной мощью своих академиков, докторов и кандидатов паук, наконец, аспирантов ие смогли бы поднять одни рядовой совхоз! Не лучше ли математикам доказывать недоказанные теоремы и рассчитывать орбиты небесных светил, чем рыться в бухгалтерских книгах? Стоило ли давать залп из всех орудий по самой заурядной цели? И еще одно соображение критического свойства: не смахивают ли дела с совхозом «Ис- кнтпмекпм» на устаревшее н малоэффективное горизонтальное внедрение? Прежде чем ответить на все эти вполне резонные вопросы и соображения, приведем еще один пример— из промышленной сферы. Два года назад Сибирское отделение АН СССР заключило договор о научно-техническом содружестве с заводом «Сибсельмаш». И это тоже залп из многих крупнокалиберных орудий: в работах приняли
Три русла идей 17 участие восемь новосибирских институтов. Институт экономики и организации промышленного производства с помощью ЭВМ исследовал организационную структуру завода— от мастера до директора. (Любопытный результат: по самым современным воззрениям, она близка к оптимальной. Что ж, если установлено, что управление нельзя улучшить, это тоже ценно для предприятия — отпадают поиски, реорганизационные хлопоты.) Институт неорганической химии разработал новые моющие средства для очистки деталей. В прессовом цехе таскает раскаленные стокилограммовые болванки робот, созданный СКВ гндроимпульсной техники. Для завода сконструирован принципиально новый пресс-молот «Ермак», который с прецизионной точностью без припусков прессует огромные детали встречными ударами двух пуансонов и потому не нуждается в могучей станине и сверхпрочном массивном фундаменте. Перечень можно продолжить. Но и без того ясно, что внедрение на «Сибсельмаше», как и в совхозе «Искитимский», кардинально отличается от пресловутого «союза науки с производством» — от классического горизонтального . внедрения. Это комплексный, системный подход, за который ратует А. Г. Аган- бегян. И все же. Соизмеримы ли цель и средства, затраченные для ее достижения? После любого, даже самого успешного, внедрения возникает новая проблема. Академик Г. И. Марчук называет ее проблемой тиражирования. Что толку, если вместо одного из десяти прессов на «Сибсельмаше» поставят уникальный «Ермак»? Заводу нужно десять «Ермаков». И другим предприятиям тоже. Вот здесь-то, наконец, мы подходим к главному. Промышленные и сельскохозяйственные предприятия, которые становятся объектами внимания новосибирских институтов, превращаются в образцы, эталоны, предприятия завтрашнего дня. Там вырастают кадры. Только на «Сибсельмаше» сейчас более тридцати аспирантов. Когда академики и члены-корреспонденты уйдут с завода, они оставят там кандидатов наук — людей высокой научной и производственной квалификации, способных тиражировать идеи, передавать их другим предприятиям без помощи академической науки. А что получает блистательная академическая наука, кроме удовлетворения достигнутым? Все то же: глубокое знание практики, ее запросов и требований. Несколько выше мы сформулировали условия задачи: как между морем идей и морем потребностей проложить русла, по которым идеи свободно и быстро потекут в народное хозяйство? Нельзя сказать, что решение — окончательное и абсолютно корректное— уже найдено. Академическая наука ищет такое решение. Но три русла — конструкторские бюро, комплексные бригады, прямые связи с предприятиями — уже проложены. Порою они сливаются. Порою то или иное русло приобретает большее или меньшее значение, становится шире \\ л и уже. По ним уже текут, идеи, по ним же возвращаются другие идеи, рожденные связью с практикой, — возвращаются, замыкая обратную связь. М. ГУРЕВИЧ, специальный корреспондент «Химии и жизни»
18 Сельское хозяйство Пшеница из Сибири Когда этот номер журнала увидит свет, в одной из главных житниц нашей страны, на юге Сибири, приступят к севу яровых. Впервые в нашей стране значительные площади — несколько десятков тысяч гектаров — будут отведены в этом году под мутантный сорт яровой пшеницы. Его название — Новосибирская 67. Выведенный в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения Академии наук СССР, этот сорт с 1974 года районирован в трех областях — Новосибирской, Омской и Тюменской. История нового сорта началась в 195В году, когда в Институте цитологии и генетики предприняли попытку облучить гамма-лучами семена пшеницы Новосибирская 7, чтобы получить новый генетический материал. Новосибирская 7 на опытных участках не уступала по урожайности распространенным сортам яровой пшеницы и превосходила их по устойчивости к осыпанию и некоторым другим свойствам. Однако у этого сорта, выведенного еще в довоенные годы сибирским селекционером И. Н. Семченко- вым, были два существенных недостатка. Первый: из- за невысокой прочности стебля пшеница легко полегала. Второй: хлебопекарные качества зерна оставляли желать лучшего. Словом, сорт нуждался в исправлении. Время, которое тратят генетики и селекционеры на выведение нового сорта однолетней культуры, может показаться слишком долгим. Когда речь идет, скажем, о яблоне, то в этом случае долгий срок оправдан: не один год пройдет до первого плодоношения. А с пшеницей как будто намного проще: год миновал — и все ясно. К сожалению, и через несколько лет бывает ясно не все. Сотрудники института И. В. Черный и П. К. Шквар- ников разделили семена исходного сорта на несколько групп и облучили их разными дозами гамма-лучей — от 1000 до 15 000 рентген. Так получили целый набор семян, каждое из которых в принципе не похоже на соседнее. Какой участок хромосомы претерпел изменение под действием гамма- кванта, что это за изменение и к чему оно приведет — заранее сказать невозможно. Все зерн а, разумеется, надо посадить и вырастить. Однако по одному-единст- венному экземпляру нельзя судить наверное о растении. Отбраковав заведомо негодные мутанты, зерна вновь высаживают. После нескольких лет такой работы в распоряжении исследователей оказывается достаточно растений, чтобы уверенно судить о том, какой из мутантов лучший. Не исключено, конечно, что среди мутантов не окажется ни одного, который в целом превосходил бы родительский сорт. Но в этом эксперименте среди множества растений, которые отличались друг от друга и по устойчивости к полеганию, и по качеству зерна, и по многим другим признакам, нашлись, к счастью, безоговорочно лучшие. Все они были потомками одного мути- Справа — мутантная пшеница, слева — исходный сорт
П шеница из Сибири Id ровавшего зерна, которое в лабораторных журналах значилось под номером 1656. У безымянной пока пшеницы были крупные стекловидные зерна, содержащие много белка, в меру толстый и достаточно прочный стебель. Номеру 1656 предстояли серьезные испытания — на опытных участках Института цитологии и генетики и Новосибирской сельскохозяйственной опытной станции (ныне Сибирский филиал Всесоюзного института растениеводства). Четыре года шла проверка пшеницы на опытной станции, но этим дело не кончилось. Новый сорт может быть использован в хозяйствах лишь после того, как пройдет государственное сортоиспытание. Для этого в разных районах существует целая сеть государственных сортоучастков, обычно в лучших колхозах и совхозах. На этих участках и была посеяна пшеница, уже не под номером 1656, а под своим новым собственным именем — Новосибирская 67. За стандарт для районов южной Сибири принят хорошо зарекомендовавший себя сорт Лютее цене 758. Три года проверки Новосибирской 67 в производственных условиях показали, что средняя прибавка урожая по сравнению со стандартом превышает 5 ц/га( а урожаи достигают весомой для сибирских условий величины — 35 ц/га. Летом 1972 года в Сибири было влажно и прохладно. В таких условиях Новосибирская 67 давала на отдельных участках до 50 ц/га. В том же году в Новосибирской области хлеба полегли на большой площади. Му- тантная пшеница за устойчивость к полеганию получала только высшие баллы — 4 и 5. Приведем небольшую таблицу, заимствованную из журнала «Земля сибирская, дальневосточная». В левой ее колонке — показатели стандартного сорта, в правой — Новосибирской 67 (данные Чистозерского госсортоучастка). Специалисты утверждают, что по технологическим свойствам Новосибирская 67 приближается к Саратовской Стекловид- ность, % 64 75 Протеин зерна, % 12,9 13,7 Объем хлеба из 100 г муки, мл 650 700 Общая хлебопекарная оценка, баллы 3,4 4,1 Сила муки, джоули 195 306 29, а это хорошая рекомендация. Еще одно важное свойство мутантной пшеницы — она хорошо отзывается на внесение удобрений. В общем, из всех пшениц, районированных в сибирской лесостепи, мутантный сорт, полученный в Институте цитологии и генетики, оказался наилучшим. О. ЛЕОНИДОВ У Новосибирской 67 прочный стебель, онв устойчивв к попегвнию. На снимке видны сразу двв участка. Сврвтовсквя 29 (спрвва) после сильных дождей полегла; Новосибирсквв 67 выдержала это испытвние
Проблемы и методы современной науки 21 Следователь ЭВМ... Член-корреспондент АН СССР В. А. КОПТЮГ Работа химика-органика, устанавливающего строение сложного вещества, чем-то похожа на работу следователя, раскрывающего запутанное преступление: и тому и другому приходится реконструировать причины по следствиям. Только если следователь раскрывает картину преступления по малозаметным и вроде бы не связанным между собой уликам, то химик выясняет картину взаимного расположения атомов по результатам разнообразных экспериментов, каждый из которых на первый взгляд тоже ни о чем не говорит. Примерно до середины нынешнего столетия расшифровка структуры требовала долгих лет кропотливого труда, потому что необходимая информация добывалась с помощью многочисленных чисто химических опытов. Сейчас же информация о строении черпается главным образом из результатов изучения вещества с помощью разнообразных физических методов. Спектроскопия в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра, масс-спектрометрия, ядерный магнитный резонанс дают богатейший материал, позволяющий судить о взаимном расположении атомов при минимальных затратах труда и времени. Не вызывает сомнения, что дальнейшие успехи химии будут зависеть от совершенствования уже используемых физических методов и от создания новых. Вместе с тем существует еще один путь повышения эффективности исследовательского труда, а именно широкое внедрение современных средств вычислительной техники, специально приспособленной для переработки информации о строении молекул. Ниже будет рассказано о некоторых подобных работах по использованию ЭВМ, выполненных группой сотрудников Новосибирского института органической химии и Вычислительного центра Сибирского отделения АН СССР. ДАКТИЛОСКОПИЯ МОЛЕКУЛ Когда химик сталкивается с необходимостью установить строение какого-нибудь индивидуального вещества (то есть вещества, практически свободного от примесей), возможны два крайних случая. Первый случай — когда о строении вещества вообще ничего не известно. Чаще всего так бывает при изучении химического состава растений и животных, то есть в химии природных соединений; при определении характера загрязнений окружающей среды; в криминалистике. Второй случай когда известна химическая предыстория вещества, то есть известно строение его предшественников и характер перенесенных ими воздействий. С этим случаем обычно имеют дело синтетики. Надо заметить, что первый случай более общий, так как расшифровывая строение совершенно неизвестного вещества, исследователь
22 Проблемы и методы современной науки 1 Подобно тому квк на Земпе нет двух человек с совершенно одинаковыми отпечатками пальцев, так и среди миллионов известных органических веществ нет двух с совершенно одинвковыми инфрвкраскыми спектрвми. Поэтому идентичность инфрвкрасных спектров может служить надежной гарантией идентичности соединений рано или поздно сталкивается с задачей второго типа. Поэтому с этого случая мы и начнем. Сейчас счет известных органических соединений — то есть соединений с известной структурой и известными физико-химическими свойствами — ведется уже на миллионы. Поэтому весьма высока вероятность того, что вещество, выделенное из смеси естественного или искусственного происхождения, уже известно, и нет нужды тратить время на установление его структуры. Но этот факт обычно выясняется лишь после того, как химик, потратив немало сил и времени, сам выяснит строение молекулы. Ведь обнаружить нужную запись в многотомных справочниках практически невозможно... Возникает вопрос: а нельзя ли избежать никому не нужного дублирования исследований, создав автоматизированную систему опознавания органических соединений по каким-либо характерным признакам? Термин «опознавание» не случайно вызывает ассоциации из области криминалистики. Используемый криминалистами метод идентификации личности по характерным признакам — в частности, по отпечаткам пальцев, которые практически никогда не бывают одинаковыми у двух разных людей — может сослужить службу и в химии. Прежде всего нужно найти признаки, которые могли бы служить «отпечатками пальцев» молекул. Таких признаков можно выявить немало, но. для практического использования лучше всего подходят различные спектральные характеристики, особенно инфракрасные спектры. Эти спектры характеризуют интенсивность поглощения веществом инфракрасного излучения в диапазоне от 2,5 до 50 микрон. В этой области электромагнитное излучение возбуждает колебательные движения атомов, скрепленных между собой, как пружинками, различными химическими связями. Иначе говоря, такой колебательный спектр несет информацию о присутствующих в молекуле химических связях и, следовательно, должен быть разным у молекул с разной структурой и, наоборот, идентичным у одинаковых молекул (рис. 1). Инфракрасные спектры коллекционируются и всячески систематизируются вот уже два-три десятка лет во многих лабораториях мира. Например, в фондах специализированной библиотеки спектральных данных Научно-информационного центра по молекулярной спектроскопии Сибирского отделения АН СССР в различных атласах, каталогах и картотеках собраны пн-
Следователь ЭВМ... 23 фракрасные спектры примерно 100 000 соединений. Эти данные в принципе может использовать для опознания вновь выделенных соединений любой химик. Однако если просматривать такой каталог со скоростью примерно 10 спектров в минуту, то на весь поиск придется затратить около 20 рабочих дней. Ни один научный работник не согласится на это: ведь может случиться так, что в каталоге спектра нужного вещества как раз и нет. Нужного спектра может не оказаться и в гипотетическом каталоге всех миллионов изученных соединений, на просмотр которого должны уйти уже годы. И получается так, что все-таки проще и надежнее проделать заново всю работу по установлению структуры. Иное дело, если работу с картотекой поручить ЭВМ (кстати, именно ЭВМ сравнивают сейчас отпечатки пальцев, найденные на месте преступления, с отпечатками пальцев преступников, хранящимися в картотеке). Одной из составных частей комплексной машинной системы для молекулярной спектроскопии, созданной сибирскими учеными, служит машинный каталог инфракрасных спектров и набор программ, позволяющих просматривать этот каталог и проводить логический анализ содержащихся в нем данных. Машинный каталог представляет собой магнитную ленту, на которой в закодированном виде записаны сведения о положении и интенсивности полос поглощения примерно 60 000 соединений с известной структурой; там же собраны и некоторые дополнительные данные — состав веществ, их точная молекулярная масса, температуры плавления и кипения. Если нужно опознать вещество, исследователь записывает его инфракрасный спектр и затем в закодированном виде вводит его в машину вместе с соответствующей программой (в запрос можно включить и дополнительные данные). Просмотр всего каталога занимает уже не дни, а десятки секунд. Причем машина просматривает спектры не механически: она не просто ищет спектр, полностью подобный тому, который записал исследователь, но и отбирает похожие спектры, сообщая их номера по каталогам основного информационного фонда. Ведь похожие спектры могут служить указанием на класс изучаемого соединения. Если вещество опознано по инфракрасному спектру, работу можно считать законченной. Но если точной копии найти не удалось, соединение придется рассматривать как неизвестное и приступить к расшифровке его структуры. ОТ ВЕРСИИ — К ИСТИНЕ Если строение вещества неизвестно, то первый шаг, который должен сделать химик, заключается в том, чтобы узнать, из какого набора атомов состоит изучаемая молекула. Для этого химик запишет масс- спектр * вещества и по нему с большой точностью определит массу молекулы. А зная эту массу, с помощью ЭВМ можно выявить качественный и количественный состав соединения. Ведь атомные массы элементов выражаются дробными числами, так что каждой комбинации атомов соответствует лишь одно точное значение массы. Например, молекулярной массе 130,0783 соответствует только вещество с элементным составом СюНю, а молекулярной массе 130,0531 —вещество с составом СвН6Ы2. Разумеется, один и тот же эле- ;: См. «Химия и жизнь», 1974, № 4.
24 Проблемы и методы современной науки ментныи состав может иметь огромнейшее число соединений. Например, брутто-формуле С20Н42О соответствует 5 622 109 структур изомерных спиртов! Перебирать их все подряд не имеет, конечно, никакого смысла... Поэтому, прежде чем говорить о возможном строении молекулы, необходимо получить максимум информации о ее отдельных структурных блоках, то есть характерных группировках атомов, которые могут быть выявлены при анализе спектров. До недавнего времени спектроскописты занимались тем, что, пользуясь специальными приемами, устанавливали соответствие между структурными блоками, присутствующими в молекулах, и особенностями спектров этих молекул—так называемые спектро-структурные корреляции. То есть правила, позволяющие толковать спектры. Но таких правил в принципе может быть неисчислимое множество, причем, как известно, из каждого правила всегда может найтись исключение... Поэтому нет смысла использовать ЭВМ для анализа спектров на основе готовых, заранее разработанных рецептов. Намного рациональнее использовать вычислительную технику для выявления спектро-структурных корреляций непосредственно ь ходе анализа конкретного спектра, по специально разработанным -программам. Каждый тип спектров несет совершенно определенную структурную информацию. Как уже говорилось, инфракрасные спектры позволяют распознавать определенные химические связи; масс-спектры дают возможность судить о качественном и количественном составе молекул и образующихся из них продуктов распада. 2 Электронные спектры молекул позволяют выявлять в них одинаковые структурные блоки — группировки атомов, имеющие одинаковое строение и поэтому одинаково поглощающие свет в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. На рисунке показаны электронные спектры стрихнина и хромофорной группировки N -ацетил-2,3-гексагидрокарбазола — они практически не различаются А вот примеры использования спектров других типов. Поглощение веществом света в ультрафиолетовой B00—400 нм) и видимой D00—760 нм) областях спектра, так называемый электронный спектр, определяется хромофорной (буквально — «несущей цвет») группировкой атомов — системой чередующихся одинарных и кратных (двойных и тройных) связен и атомов с неподеленными парами электронов. Молекулы с одинаковыми хромофорными системами имеют практически одинаковые электронные спектры. На рис. 2 приведены электронные спектры поглощения в ультрафиолетовой области алкалоида стрихнина
Следователь ЭВМ... 25 з Спектры ядерного магнитного резонанса, несущие информвцию о взаимном расположении ядер втомов в молекуле, могут служить квк для идентификации соединений, так и для выявления в них различных структурных блоков. На рисунке показан пример того, как ЭВМ помогает по спектру ПМР распознать блок, встречавшийся в ранее исследованных соединениях и хромофорной группировки N-аце- тил-2,3-гексагидрокарбазола. Химическим путем строение стрихнина устанавливалось более ста лет; вместе с тем сравнение его электронного спектра со спектром довольно простого модельного вещества позволяет сразу же выявить большой структурный фрагмент. Использование машинной системы крайне упрощает (подобный анализ. Чрезвычайно плодотворные результаты дает применение ЭВМ для анализа спектров ядерного магнитного резонанса*, который позволяет судить о числе и расположении «магнитных» ядер^в молекуле (чаще ядер водорода — протонов). Так как * См. «Химия и жизнь», 1973, № 4. эти атомы в большом числе присутствуют почти во всех органических соединениях, то спектры протонного магнитного резонанса (ПМР) несут богатейшую структурную информацию, — их можно, в частности, использовать для распознавания разнообразных структурных блоков. В силу особенностей спектров ядерного магнитного резонанса выявлять их общие черты прямым сравнением гораздо сложнее, чем в случае инфракрасных спектров. Даже мощной ЭВМ, содержащей в каталоге сведения о 15 000 спектрах, для их анализа нужны порой многие минуты, а человеку такая работа была бы вообще не под силу. Поэтому, хотя затраты машинного времени в этом случае довольно велики, они с лихвой окупаются получаемыми результатами. На рис. 3, например, приведен случай, когда .на основании спектра ПМР удалось выделить в изучаемом соединении большой структурный блок. Таким образом, с помощью ЭВМ из набора различных спектров одного и того же вещества можно извлечь обширную информацию о типах структурных фрагментов, присутствующих в молекулах. Эта информация, как правило, еще не дает возможности сделать однозначный выбор структуры, однако она позволяет существенно сузить круг поисков, подобно тому как собираемые следователем улики отметают одну за другой многочисленные версии. Кстати, а как разрабатываются версии о химическом строении изучаемой молекулы? До сих пор это было исключительной привилегией самого химика: какими бы средствами получения и переработки информации он ни пользовался, эти средства давали ему лишь сырой материал, основу для высказывания догадок об истинной структуре молекулы. Выявив тем или иным образом набор структурных блоков, хи-
26 Проблемы и методы современной науки ®-с-© ©-D-© Е-® 48,15,26,37 ^ E-C-A-B = D 18,24.56.37 — Е-А-В-С V 14,25.36,78 — A-B-D-E с' (всего N вариантов) 4 Выявленные структурные блоки и отдельные втомы могут соединяться между собой множеством способов. Человек, перебирая возможные вврианты связывания фрагментов в единую молекулу, может упустить верный вариант и пойти по ложному пути. С помощью ЭВМ эту работу удвется автоматизировать: машина переберет все возможные вврианты связывание, и исследователю останется лишь найти способ, позволяющий выделить среди них единственно верный ввриант, соответствующий истинной структуре молекулы мик сам перебирал возможные способы их связывания в единое целое. Однако когда молекула достаточно сложна, не может быть уверенности в том, что человек перебрал действительно все возможные варианты, не упустил хотя бы одну версию, имеющую право на существование. Таких сомнений не возникает, если возможные версии выдвигает не человек, а ЭВМ. Если определенным образом зашифровать все структурные блоки и отдельные атомы, выявленные в молекуле в ходе предварительного следствия, а также принадлежащие этим блокам и атомам свободные валентности, то перед машиной можно поставить такую задачу: перебрать все возможные варианты связывания фрагментов с тем условием, чтобы все свободные валентности были замкнуты друг на друга (рис. 4). Теперь, располагая ограниченным числом альтернатив, исследователь может выработать дальнейший план действий. Скажем, он может поставить ограниченное число химических экспериментов, позволяющих выявить истинную структуру; но он может вновь обратиться к анализу спектров, правда, более детальному. В частности, в последнем случае он может использовать ЭВМ для расчета спектров различных гипотетических структур с тем, чтобы сравнить эти спектры с наблюдаемыми. Так ЭВМ принимают участие буквально на всех этапах выявления химической истины. Вычислительные машины становятся все более эффективным помощником исследователя; они активно вовлекаются в творческий процесс и позволяют его интенсифицировать. Разрабатываются и успешно действуют системы, когда ученый ведет непрерывный диалог с машиной — здесь творческое воображение человека дополняется быстродействием и безотказностью электроники. Но машина никогда полностью не заменит человека, потому что она может действовать лишь в тех рамках, которые ей очертил исследователь, решать только те задачи, которые он перед ней поставил. Иначе говоря, машина избавляет человека от необходимости тратить творческие силы там, где ясна последовательность действий.
АН СССР* 1724—1974 Неорганическая химия: материалы, технология Беседа с академиком-секретарем Отделения физико-химии и технологии неорганических материалов академиком Н.М.ЖАВОРОНКОВЫМ Николай Михайлович, для вас, по-видимому, не секрет, что успехи нынешней химической науки, химической индустрии уже как-то традиционно связываются с миром органических веществ. Может быть, вы попытаетесь восстановить «права» неорганической химии? Согласен. Но, восстанавливая справедливость, я не буду заниматься противопоставлением. Мы должны рассматривать химию в целом как науку, которая наряду с физикой, математикой, биологией и другими областями естествознания составляет фундамент единой, великой науки о природе. Во второй половине прошлого века началась дифференциация первоначально единой химии на органическую и неорганическую. Увеличивался объем знаний — разделение все больше углублялось. Но сейчас мы 27 становимся свидетелями обратного процесса. Обе ветви химии в наши дни уже не существуют изолированно, разделяющие их границы становятся все более условными, идет взаимное обогащение идеями, методами исследования и производства. В послужном списке органической химии за последние десятилетия немало выдающихся успехов. Искусственные и синтетические волокна, кожи, смолы, пленки, моющие средства, пестициды, красители, лекарственные препараты — этот перецени далеко не полон. Органическая химия стала основой изучения тайн жизни. Но не меньшие возможности открыла в этот же период неорганическая химия. Одно из важнейших ее направлений — координационная химия — переживает сейчас период вдохновенного поиска и открытий. Ее успехи поразительны, а возможности практически безграничны. Большинство элементов периодической системы в той или иной степени способны к реакциям комплек- сообразования. Если учесть, что роль лигандов могут выполнять атомы, молекулы или ионы как органической, так и неорганической природы, то можно утверждать, что число комплексных соединений бесконечно велико. Благодаря координационной химии начался процесс интенсивной интеграции разных направлений химии в единую науку. Неорганическая химия дает сен- час материалы, без которых немыслимы атомная энергетика, космическая и авиационная техника, квантовая электроника, акустика, вычислительная техника, машиностроение и многие другие области новой техники. Приведу лишь некоторые примеры. Сверхжаропрочные и жаростойкие соединения для работы в условиях высоких температур и глубокого вакуума могут быть созданы
28 АН СССР*1724—1974 пока только на основе окислов, бо- ридов, нитридов, карбидов. Активные элементы для лазерных, магнитных, пьезоэлектрических, фоточувствительных устройств — это сфера неорганики. Энергоемкие вещества — топлива, окислители, газо- образователи — тоже в значительной мере имеют неорганическую природу. Добавьте еще столь актуальные сегодня проблемы создания защиты от проникающей радиации, светового излучения, химического воздействия. Антикоррозийные и электрозащитные покрытия. Полупроводники и сверхпроводники. Все это штрихи к портрету современной неорганической химии. Научные основы получения многих из перечисленных только что материалов были заложены усилиями сотрудников Академии наук СССР. Ио, пожалуй, не менее важно то, что академические заведения становятся ведущими центрами по разработке прогрессивной химической технологии. Что ни говорите, а любой материал получает права гражданства лишь тогда, когда создается промышленная технология — совокупность методов и средств, позволяющих производить его с приемлемыми затратами и в требуемом количестве. Например, именно эффективная технология платиновых металлов, разработанная Институтом общей и неорганической химии АН СССР в содружестве с промышленными организациями, дала этим металлам путь в технику. Но разработка технологии — это уже прикладная, нередко даже чисто инженерная задача. Целесообразна ли такая работа в стенах Академии наук, основная цель которой — фундаментальные научные исследования? Я не вижу здесь ни разрыва, ни противопоставления. Конечно, в работе химика-исследователя и химика- нпжепера есть своп особенности. Первый постоянно стремится добыть все новые знания, создает новые вещества и изучает их свойства, прослеживает течение химических реакций. Второй творчески перерабатывает элементы новых знаний, синтезирует их с теми знаниями, которые накоплены в других областях науки, и создает нечто целое, пригодное для практического использования* Естественно, что наибольший успех приходит в тех случаях, когда сливаются усилия ученых и инженеров. Не будем забывать и о том, что задачи, решаемые инженерами, нередко имеют фундаментальный характер и не менее сложны, чем чисто теоретические проблемы, во многих случаях решения этих задач не менее изящны и приносят не меньшее моральное удовлетворение. Химическая технология многолика, но в ней общи основные процессы. Эти процессы используются во многих производствах: не только в химической промышленности, но и в металлургической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, пищевой, фармацевтической... Разве это не разумно — стремиться подойти к решению проблем, возникающих во всех этих отраслях, с единых позиций, на основе общей теории, общих закономерностей? Поиск таких закономерностей и есть сущность тех научных исследований, которые ведет Академия наук СССР в области химической технологии. Какие направления в этих исследованиях можно назвать генеральными? Они определены на XXIV съезде КПСС. Одно из них — курс на создание агрегатов большой единичной мощности. Первый из таких агрегатов для синтеза аммиака уже пущен в минувшем году на Невинномыс- ском химическом комбинате. Его производительность — 400 тысяч тонн аммиака в год, то есть мощ-
Неорганическая химия: материалы, технология 29 ность этого нового агрегата почти равна суммарной мощности всех заводов синтетического аммиака, которыми располагала наша страна в 1948 году. А производительность труда па этом агрегате примерно в десять раз выше, чем на других установках. Очень важно, что создание этого агрегата не связано пи с каким выдающимся открытием, а есть результат комплексного использования уже накопленных научных знаний п практического опыта. Теоретический и экспериментальный багаж нужен нам не только как задел па будущее, но и для решения насущных, сегодняшних проблем. Ясно, например, что при создании агрегатов большой единичной мощности можно идти двумя путями. Один путь — простой рост масштабов с сохранением нынешней физико-химической сущности процессов. Скажем, у нас в стране создана уникальная установка, способная перерабатывать более шести миллионов тонн нефти в год. Но если мы попытаемся — на тех же принципах —- создать агрегат, например, па 12 миллионов тонн, то габариты отдельных аппаратов станут очень большими. Уже сейчас нам очень трудно транспортировать по железной дороге большие агрегаты — они не проходят через существующие мосты и тоннели. Станут больше размеры — трудности перевозки станут еще ощутимее. Значит, придется возить по частям. А значит, потребуется куда больше сборочных, монтажных, отделочных работ непосредственно на сооружаемом объекте. Это связано с ростом капитальных затрат, с удлинением сроков строительства. Поэтому предпочтительнее другой путь — создание более интенсивных физико-химических процессов, позволяющих получить большую единичную мощность при сравнительно небольших размерах агрегатов. Удачный опыт на этом пути уже есть. Например, ИОНХ АН СССР п Северодонецкпй химический комбинат провели совместную работу по высокопнтенспвной ректификации. Результатом этой работы станет уменьшение габаритов существующих сейчас ректификационных аппаратов. Можно ли определить какие-то общие тенденции в совершенствовании химической технологии? Эти тенденции — в освоении экстремальных процессов, основанных на использовании сверхнизких и сверхвысоких температур и давлений, на высокой скорости движения и перемешивания реагирующих веществ, па применении высокоэффективных катализаторов. И конечно, очень многое обещают открытия, рожденные, как это принято сейчас говорить, на стыках паук. Современная химическая технология использует не только достижения химии, физики, математики, биологии, но и некоторых инженерных и экономических дисциплин. Процесс взаимодействия науки и практики можно сравнить с цепной реакцией: научные открытия вызывают к жизни новые производства, а забота о совершенствовании этих производств становится мощным стимулом развития науки. На наших глазах все новые направления поисков встречаются в фокусе сложных проблем. Именно здесь, на «перекрестках», нас и ожидают открытия, способные преобразить производство. И здесь важную роль призваны сыграть фундаментальные научные исследования, 'выполняемые Академией иа\к СССР.
Проблемы и методы современной науки 31 Ионный луч, или что могут тяжелые ионы Академик Г. Н. ФЛЕРОВ, доктор физико-математических наук В. С. БАРАШЕНКОВ Тяжелые ионы — орудие синтеза, синтеза новых элементов и изотопов. Читатели «Химии и жизни» знают, что с помощью тяжелых ионов были получены элементы № 102— 105 и многие изотопы уже известных элементов. Однако пучкам тяжелых ионов, «ионным лучам», сегодня нашлось еще много других дел. Это далеко не первый случай в истории науки, когда средства, первоначально предназначавшиеся для решения чисто научных задач, находили впоследствии чрезвычайно важные практические применения. Так произошло и с пучками тяжелых ионов, и об этом — наша статья. ТЯЖЕЛАЯ АРТИЛЛЕРИЯ Итак, тяжелые ионы. Это атомы различных элементов (кроме водорода и гелия), лишенные всех или части орбитальных электронов и потому имеющие положительный электрический заряд. На специальных машинах — ускорителях тяжелых ионов, и в частности на циклотронах,—эти частицы разгоняют до больших скоростей. Ионы приобретают энергию, достаточную для преодоления кулоновского барьера отталкивания, и могут даже слиться с ядрами, на которые попали, как это имеет место при синтезе новых элементов. Но потоки тяжелых ускоренных ионов попадают не только на специальные мишени из урана и близких трансурановых элементов, а и на обыкновенные вещества — кристаллы, пленки, стекло, металлы. Источн икп ионов те же, ускорите- ли те же, но объекты бомбардировки иные. И результаты тоже иные. Заметим, однако, сразу же, что современные ионные источники позволяют получать весьма интенсивные пучки тяжелых ионов —* до 1013 частиц в секунду. Это важно. Важно и то, что интенсивность бомбардирующего потока можно регулировать. Наконец, очень существен и тот факт, что в действующих сейчас ускорителях, и в частности в известном всему миру тандеме двух дуб- ненских циклотронов, ускоряются ионы элементов вплоть до ксенона — элемента № 54. Это значит, что «ассортимент» бомбардирующих частиц достаточно разнообразен, а в недалеком будущем появится возможность ускорять ноны всех элементов, вплоть до урана. В ФРГ, в частности, строят ускоритель, на котором можно будет ускорять любые ионы. В США недавно запущен мощный ускоритель «Суперхайлак». У нас в Дубне, где сейчас работает самый большой в мире циклотрон, тоже проектируется строительство нового, еще более мощного ускорителя тяжелых ионов. Словом, техника ускорения не стоит на месте. Сегодня, однако, время работы на ускорителях тяжелых ионов у нас на вес золота. И так обстоит дело везде, где есть такие ускорители. Дело в том, что уже при относи-
32 Проблемы и методы современной науки тельно небольших энергиях тяжелые ионы энергично «обдирают» электронные оболочки встретившихся на пути атомов, выбивают ядра или сливаются с ними, образуя сильно возбужденные компа\нд- ядра. При распаде последних образуются осколки и быстрые нейтроны, которые в свою очередь подвергают интенсивной бомбардировке окружающие слон вещества. Воздействие тяжелых ионов иа вещество— комплексное: прежде всего, механическое и термическое (тормозясь в веществе, ноны теряют энергию, она выделяется в виде тепла). Но кроме того, вклиниваясь в кристаллическую решетку вещества, тяжелые ионы изменяют его состав. Наконец, во многих случаях возможно и радиационное воздействие вновь рождаемых частиц, например, нейтронов. Естественно, что это комплексное воздействие не проходит для вещества бесследно. С помощью потоков тяжелых ионов можно, например, тонко обрабатывать стекло — полировать п «доводить» оптические линзы. Но это, наверное, одна из самых простых возможностей тяжелых ионов. Ионный луч может воздействовать как на поверхность, так и на близлежащие внутренние слои вещества. НА ПОВЕРХНОСТИ И ВБЛИЗИ С помощью магнитных линз поток тяжелых ионов можно сконцентрировать в очень узкий, пглоподобный «ионный карандаш». Диаметр его острия измеряется микронами. Регулируя интенсивность ионов, можно таким карандашом, как скальпелем, рассекать слои самых твердых материалов; при этом конфигурация разрезов может быть чрезвычайно сложной, ибо ионный луч легко управляем. Пока с помощью такого луча удается воздействовать лишь иа поверхность материалов и слои, лежащие иа глубине до нескольких десятков микрон (в биологических тканях значительно глубже). Создание высокоэнергичных ускорителей позволит получить ионные пучки с большим пробегом в веществе и воздействовать иа значительно более глубокие его слои. В промышленности полупроводниковых приборов уже получил распространение метод «вбивания», пли имплантации, тяжелых ионов. Его цель — тонкое и точное легирование полупроводниковых материалов. Пучок, состоящий из ионов определенного химического элемента, направляют в строго определенные точки поверхности полупроводникового материала. Управляя лучом, создают определенную конфигурацию вводимой примеси, а регулируя энергию частиц,— глубину расположения легирующей примеси. С помощью тяжелых ионов получают очень сложные по архитектуре структуры с комплексом нужных электрофизических свойств. Это дает возможность создавать сложные и в то же время в высшей степени компактные и удобные в обращении электронные устройства. Простейшим примером такого рода могут служить кристаллические кремниевые детекторы, внутрь которых ионным пучком введены тонкие слои бора и фосфора. Эти слои строго заданной формы, с весьма четкими границами. Когда через такие детекторы проходят заряженные частицы, то по изменению напряжения в системе можно точно судить о величине ионизационных потерь, а значит, и о типе регистрируемой частицы и величине ее энергии. Такие приборы — в принципе очень несложные—все шире применяют в физических исследованиях. Исключительны возможности глу-
Ионный луч, или что могут тяжелые ионы 33 оборот, активированные — чуткие к тем или иным воздействиям. Словом, возможности ионного луча на поверхности вещества и близ нее широки чрезвычайно. И что очень важно, воспроизводимость результатов при имплантации ионов близка к 100%- Процесс имплантации легко автоматизировать, причем полностью. Вопрос о том, как это делается, вероятно, лежит за рамками нашей статьи; мы же расскажем о том, что могут дать и уже дают тяжелые ионы вычислительной технике и оптоэлектронике. Схема кремниевого лрнбора, в который методом имплантации точно введены слои бора (В, и В2) и фосфора |Р). Такие приборы применяют как детекторы частиц. Стрелкой показано направление полета частицы бинной имплантации ионов при изготовлении новых сплавов, в том числе и тех, которые трудно или вообще невозможно получить другими способами, например, из-за физической несовместимости компонентов. Этот метод дает положительные результаты в тех случаях, когда оказываются несостоятельными все другие способы легирования. Интенсивные пучки тяжелых ионов способны подавить любую несовместимость, вогнать в материал добавки любых необходимых элементов и таким образом получить сплавы с уникальными прочностными характеристиками, термостойкостью, коррозионными свойствами. Важно, что во многих случаях для получения нужных свойств достаточны 'весьма незначительные добавки разумно подобранных примесей. Целенаправленная обработка поверхностей тяжелыми ионами позволяет получать поверхности пассивированные, устойчивые к действию определенных веществ, или, на- 2 Химия и Жизнь, № 5 ЭЛЕКТРОНИКА СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ Автоматизация современного научного эксперимента (равно как и сложных технологических процессов) требует вычислительных устройств, способных быстро анализировать и передавать огромные потоки разнообразной информации. По- видимому, существенный прогресс в этой области уже невозможен без применения в вычислительных и управляющих устройствах световых пучков. Именно они позволяют передавать информацию с наибольшей из возможных в природе скоростей — скоростью света. В то же время, обладая широким диапазоном частот (синий свет, красный, желтый и так далее), эти пучки чрезвычайно информационноемки. Но для передачи информации сйе- том нужны светопроводы, которые заменили бы многочисленные печатные схемы и сложные переплетения проводников, обычные для современных радиоэлектронных устройств. Материалы для таких светопроводов можно создать с помощью ионного луча. Облучая тяжелыми ионами тонкие оптнческн-проводящне пленки, можно (в строгом соответствии с заранее составленной программой)
34 Проблемы и методы современной науки так изменить их коэффициент преломления, что получатся светопроводы желаемой формы. Обработанные таким образом светопроводя- щие пленки аналогичны печатным схемам современной радиоэлектроники. Введя в эти пленки специальные добавки с определенными магнитными свойствами, можно создать элементы памяти для вычислительной техники, электронную память нового типа. Наши американские коллеги считают, что это направление в использовании тяжелых ионов окажет глубокое влияние на развитие счетно-решающей техники и что в самом ближайшем будущем оно обещает вырасти в крупную индустрию. С этим мнением трудно не согласиться. * «РАК» АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ По мере того как истощаются запасы нефти и других видов органического топлива, все большее значение приобретает ядерная энергетика. Однако ее развитие тормозится, в частности, и тем, что используемые сейчас в реакторостроении материалы постепенно меняют свои свойства под действием потоков нейтронов, особенно быстрых. Сплавы становятся хрупкими, теряют прочность, в них образуются многочисленные поры и микрополости, приводящие к перерождению материалов — разрыхлению и распуханию. А кроме того, быстрые нейтроны вызывают в реакторных материалах различные ядерные реакции, в результате которых меняется состав и в конечном счете ухудшаются конструктивные свойства. Все это приводит к тому, что внутри атомного реактора постепенно развивается смертельный для него процесс, сравнимый (по результатам) с раковым процессом в живом организме. Этот процесс может погубить атомный реактор задолго до того, как оказываются исчерпанными его энергетические ресурсы. В энергетических установках на быстрых нейтронах, которые, по- видимому, получат широкое распространение в ближайшие пять — десять лет, потоки нейтронов будут в сто — тысячу раз больше, чем в современных атомных реакторах. Проблемы радиационной стойкости материалов станут еще острее, приобретут решающее значение. Те же проблемы волнуют специалистов, проектирующих термоядерные реакторы будущего. По оценкам американских специалистов, замена современных конструктивных материалов на новые, значительно более устойчивые к радиационным повреждениям, может дать для 10-летней национальной программы развития атомной энергетики США экономию в несколько миллиардов долларов. Теории, которая позволяла бы точно предсказать и рассчитать радиационное поведение материалов, пока не существует. А для получения экспериментальных данных с помощью современных атомных реакторов нужны весьма длительные облучения. Значительную экономию средств и времени можно получить, если для изучения радиационной устойчивости материалов вместо нейтронов использовать пучки тяжелых ионов. Радиационные повреждения, вызываемые ионами, значительно больше, чем при облучении нейтронами. Радиационный эффект, который в самых мощных из действующих сейчас реакторов достигается за многие месяцы, с помощью пучка тяжелых ионов может быть получен всего лишь за несколько часов. При этом исследуемые образцы не будут обладать такой высокой радиоактивностью, как после облучения их в атомном реакторе, а это
Ионный луч, иди что могут тяжелые ионы 35 значительно упрощает работу с ними. Используя ионы различных типов, можно изучать радиационные повреждения в чистом виде, не вводя в материал каких-либо инородных атомов, а с другой стороны, моделировать разнообразные эффекты, обусловленные возникновением химических неоднородностей в материалах. С помощью тяжелых ионов уже исследуют разрушительное действие радиации в графите, нержавеющей стали, циркониевых и алюминиевых сплавах. • Все это важные материалы реакторостроения. Однако в мире сейчас лишь несколько лабораторий располагают достаточно интенсивными пучками ионов Fe, Ni, Nb и других тяжелых элементов. Поэтому подавляющее число работ по моделированию радиационных повреждений пока выполняется с ионами углерода. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ? Еще одна проблема, где применение тяжелых ионов могло бы иметь решающее значение, — создание сверхпроводников. сохраняющих свои свойства при обычных температурах. В качестве скромного первого шага нужно получить сверхпроводники при температуре хотя бы выше точки кипения жидкого водорода. Сейчас же, чтобы добиться сверхпроводимости, требуются очень низкие «гелиевые» температуры D°К). Переход к «водородным» — 20,4° К — температурам, а тем более к высокотемпературной сверхпроводимости дал бы возможность использовать намного более простую и дешевую криогенную технику (а может быть, и вообще обойтись без нее). Все это привело бы сверхпроводники в промышленность, на транспорт, даже в быт. 2* Это был бы революционный переворот в технике. Но при чем тут тяжелые ноны? Уже созданы сплавы, сохраняющие сверхпроводимость вплоть до температур, всего лишь на доли градуса меньше «водородной». Использование пучков тяжелых ионов позволит неограниченно расширить диапазон изучаемых бинарных и многокомпонентных сплавов, непре- рывнф и по заранее заданной программе изменять их .состав. Кроме того, ионное воздействие на кристаллические решетки двояко. Это и создание в них радиационных повреждений, и введение небольшого числа чужеродных атомов. Этими способами удается, в частности, существенно повысить величину тока, который можно пропускать через сверхпроводник. В некоторых случаях после облучения тяжелыми ионами величина критического тока, разрушающего сверхпроводимость, возрастает на несколько порядков. Это экспериментальный факт. А вообще в этой области для тяжелых ионов могут быть чрезвычайно интересные и еще мало исследованные возможности. ТЯЖЕЛЫЕ ИОНЫ И СВЕЖЕЕ ПИВО Пожалуй, самым простым по идее и в то же время весьма перспективным с точки зрения возможных применений в самых неожиданных областях науки, промышленности и даже сельского хозяйства может стать (и уже становится) применение пучков тяжелых ионов в качестве «микроигл» — для производства ультрамелких по размерам и уникальных по качеству фильтров. Различные пленочные материалы (лавсан, поликарбонат, тефлон и т. д.) облучают тяжелыми ионами разных элементов. А затем образующиеся каналы сильного радиационного повреждения протравлива-
36 Проблемы и методы современной науки ют. Этим несложным способом можно получать фильтры с отверстиями диаметром от нескольких десятков ангстрем до нескольких десятков микрон. На микрофотографии, напечатанной справа, показана тонкая пластинка силикатного стекла. Ее облучали ионами серы и цинка, а затем протравили в растворе щелочи. Более тяжелые ионы цинка образовали значительно более крупице поры. Увеличив время травления, можно было еще больше увеличить размеры пор, однако всегда, во всех случаях они имеют правильную геометрическую форму, близкую к кругу. Эти ядерные фильтры (или «нуклеопоры», как их еще называют) существенно отличаются от микрофильтров других известных типов, например от широко используемых сейчас целлюлозных фильтров «миллипор» — их выпускают американские фирмы; для всех этих фильтров характерен большой разброс по величине и форме пор. Различие фильтра «миллипор» и ядерного фильтра хорошо видно из сравнения их микрофотографий, полученных с помощью электронного микроскопа. Хотя средние размеры отверстий в обоих случаях почти одинаковы @,45 мк для целлюлозного и 0,4 мк для ядерного фильтра), в целлюлозном фильтре достаточно много крупных и неправильных по форме отверстий. Через такой фильтр проходят частицы самых различных размеров, поэтому трудно отфильтровать «набело» частицы с заданными размерами. Наоборот, ядерные фильтры позволяют надежно разделять даже близкие по величине частицы, например бактерии и вирусы различных типов, выделять раковые клетки из крови, измерять величину деформации различных клеток крови и плазмы, очищать питьевую воду в полевых условиях... Микрофотография следов тяжелых ионов- ионов серы и цинка в силикатном стекле. Увеличено в 1000 раз С помощью ядерных фильтров возможна холодная стерилизация жидких пищевых продуктов. В частности, весьма успешными оказались опыты по холодной стабилизации (закреплению свойств) скоропортящихся сухих вин и пива. Как сообщают американские специалисты, изучавшие этот вопрос, стабилизированное пиво не портится в течение многих месяцев, сохраняя даже запах бочки, в которой оно хранилось до разлива в бутылки. Большой эффект может дать применение ядерных фильтров для тонкой очистки жидких и газообразных материалов, используемых в промышленности полупроводниковых приборов. При изготовлении сложных интегральных схем, где десятки деталей размещаются на площади всего лишь в несколько квадратных миллиметров, мельчайшая инородная примесь приводит к нарушению технологического процесса и в конечном счете к браку.
Ионный луч, или что могут тяжелые ионы 37 V Этн микрофотографии (из журнала «Science») наглядно демонстрируют преимущества фильтров «нуклеопор» (справа) перед фильтрами «миллипор». Увеличено примерно в 10 000 раз Использование нуклеопор может в несколько раз увеличить выход кондиционной продукции. Можно найти еще очень много различных применений ядерным фильтрам, тем более что технология их изготовления сравнительно проста. Фильтры могут работать в самых разнообразных условиях, в том числе и в агрессивных средах, а стоимость нх при массовом производстве будет очень низкой. ТОЛЬКО НАЧАЛО Мы рассказали о первых практических применениях ионного луча. Это далеко ые все. Тяжелые ионы могут оказаться полезными и для бескровной хирургии, и для лечения раковых опухолей, и для операций внутри живой клетки, и для производства изотопов, исключительно полезных медицине и народ- • »' ite~x ному хозяйству в целом. И наверное, за рамками статьи остались не только медицинские аспекты проблемы. Замечательные свойства пучков тяжелых ионов по существу еще только начинают использовать, и, может быть, самые интересные направления еще не открыты. Однако и того, что известно сейчас, достаточно, чтобы утверждать: интенсивные пучки тяжелых ионов окажут очень серьезное влияние и на технологию, и на методы исследования веществ. И вот что еще хотелось бы подчеркнуть. Пучки тяжелых ионов, вызванные к жизни ради ядерной физики, изученные физиками-ядерщиками, становятся первостепенно важными и для областей, весьма далеких от физики — для прогресса в целом. Стремление советских физиков поставить достижения науки о ядре, и тяжелые ионы в частности, на службу человечеству естественно. Это традиция нашей ядерной физики. Если хотите, — Курчатовская традиция.
38 Проблемы и методы современной науки Живые суставы машин Последние годы в Институте проблем механики и Институте машиноведения под руководством академиков А. Ю. ИШЛИН- СКОГО и А. А. БЛАГОНРАВОВА ведутся широкие исследования процессов трения и износа машин н механизмов. Эти работы привели к очень важному результату: доктор технических наук Д. Н. ГАРКУНОВ и доктор технических наук И. В. КРАГЕЛЬ- СКИЙ открыли явление избирательного переноса, которое позволяет по-новому подойти к износу машин. О недавно открытом явлении рассказывают авторы открытия и их сотрудники — доктор технических наук Н. М. МИ ХИН и кандидат технических наук А. А. ПОЛЯКОВ. Если раньше смазку рассматривали как защитный чехол по отношению к твердо- ми телу, то теперь, согласно новым воззрениям, смазка должна активно воздействовать на молекулярно-атомарную структуру твердого тела. Академик А. Ю. ИШЛИНСКИИ ОБРАЩЕНИЕ К БИОНИКЕ В .наше -время число всевозможных машин и механизмов увеличивается буквально не по дням, а по часам. Растет число людей, занятых их ремонтам, растет число машин, обслуживающих ремонт, растет количество материалов, на ремонт расходуемых. 12—14 миллиардов рублей — таковы суммы, которые расходует наше государство ежегодно на починку .вышедших из строя машин. Проблемы износа становятся с каждым годом все острее, а средства для повышения износоустойчивости « значительной степени уже исчерпаны. В поисках выхода из этого тупика механики и машиноведы обратились к бионике. Давно известно, что шарнирные сочленения в скелетах позвоночных животных служат несравненно дольше подобных сочленений -в машинах. Трению, смазке и износу в живых суставах «посвящены многие исследования в нашей стране и за рубежом. Возник естественный вопрос: нельзя ли построить машинный узел по образу шарниров в скелете животных? У этой задачи есть очевидное решение: создать на металлической .поверхности полимерный «хрящ», который по мере износа должен вновь нарастать, не допуская прямого контакта между деталями. Но как сделать это? Образование полимерного «хряща», надежно защищающего сочленение от износа, возможно лишь при соблюдении целого ряда довольно сложных условий. Во-первых, реакция полимеризации, необходимая для получения «хряща», должна идти на микроскопических участках поверхности, где трущиеся детали касаются друг друга. На этих участках давление приближается к пределу прочности материала — начинается пластическое течение стали. Значит, необходимо, чтобы участки контакта были по возможности большим-и —■ тогда снизится удельное давление в узле трения. Во-вторых, нужно, чтобы полимерное образование возникало на металле, другими словами, мономер во время полимеризации должен химически реагировать с материалом трущихся деталей. Наконец, разрушение полимера следует компенсировать полимеризацией новых порций органического вещества из какого-то резерва. Каждое из этих условий кажется невыполнимым. Как, например, надежно срастить неорганическое вещество — металл с органическими соединениями — мономерами? Известны два основных типа взаимо-
Живые суставы машин 39 0 действия металла с органикой — адсорбция и хемосорбция. Ни тот, ни другой виды взаимодействия, ни промежуточные ©иды здесь не пригодны. Адсорбция, как известно, с повышением температуры прекращается. При хемосорбции образуются достаточно лрочные связи, но, увы, лишь с отдельными атомами металла, с атомами-отщепенцами, которые теряют контакт с коллективом электронов основного металла и, следовательно, с его кристаллической решеткой. ПОЛИМЕРНЫЙ «ХРЯЩ» И МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ «КОСТЬ» Если на подвижную платформу поставить груз и толкать его, -поедет не груз, а (платформа. Этот простой пример из механики подсказал выход, как связать металл с полимером. Когда поверхность металла пластична, ведет себя, как жидкость, самая слабая связь с полимером становится нерасторжимой: любое усилие вызовет совместный сдвиг и металла, и полимера. Дальше все просто: при работе узла трения детали скользят по полимерному слою, а если при скольжении встретятся неровности, удар примет на себя «ожиженный» металл. Мономер же для компенсации потерь полимерного материала должен .поступать из смазки. Конечно, это всего лишь схема, описание идеи в самом -общем виде. Но эта идея позволяет убить одновременно множество зайцев. Во-первых, поверхность металла в жидком или (псевдоожмженном (об этом речь пойдет дальше) состоянии не подвержена наклепу, ие устает. Во-вторых, при ожижении возникают вакансии (.места в кристаллической решетке, где раньше были атомы), которые могут стать своеобразными ловушками для активного конца молекулы мономера. В-третьих, резко возрастают площади контакта деталей, снижается удельное давление в узле трения. Наконец, псевдоожиженный металл активен и обладает повышенными каталитическими свойствами, что исключительно важно для взаимодействия с активными молекулами мономера и смазки.
40 Проблемы и методы современной науки Электронная микрофотография коллоидного образования в отработанном глицерине |Х12 000) Поверхность сервовитной пленки (Х700). Термин «сервовитная пленкв» предложили ввторы открытия. Он образован из двух латинских слов: servus — слуга и vitslus — живой. Смысл этого названия, по-видимому, ясен Итак, «хрящ» и «кость» в принципе срастить можно. Теперь пора объяснить, как удается получить жидкую «металлическую поверхность, что такое псевдоожиженный металл. ОСТАЮТСЯ ВАКАНСИИ Псевдоожижение тонкого поверхностного слоя достигается избирательным растворением какого-либо легирующего элемента сплава. Например, при трении оловянистон бронзы н стали в среде, содержащей поверхностно-активные вещества, олово растворяется. Если в качестве ПАВ взять олеиновую кислоту, образуется новое поверхностно-активное вещество — олеат олова — отличная смазка. Уходящие из решетки сплава атомы олова оставляют вакансии, на которых адсорбируется олеат. При этом срок существования вакансий увеличивается. Когда в поверхностном слое сплава вакансии занимают 7—10%, решетка теряет прочность, металл становится пластичным, текучим, переходит в псевдоожиженное состояние. Он С* щ WW \ *»-•*. • >if j
Живые суставы машин 41 не плавится, так как атомы меди мгновенно восстанавливают нарушенные связи в решетке, ликвидируют вакансии, вступают в связи с молекулами органического вещества, образуют с ним коллоидные агрегаты — мицеллы. (Кандидат технических наук Ю. С. Симаков экспериментально доказал образование таких агрегатов. Он заморозил жидким азотом использованный в качестве смазки глицерин и, приготовив срез, получил электронномикроскопические снимки мицеллярных образований.) Однако сразу же образуются новые вакансии — ведь олово непрерывно покидает решетку, — и ослабленный поверхностный слой остается псевдоожиженным. Итак, на поверхности бронзы возник псевдоожиженный медный слой. Едва зародившись, он переносится и на другую трущуюся поверхность—прилипает к стали. Все это происходит (без малейшего повышения трения, так как в псевдоожижен- ном слое связи нарушены, а трение между молекулами органического вещества — на уровне жидкостного треиия. Псевдоожижение поверхностного слоя металла при трении в среде ПАВ, перенос этого слоя на противоположную трущуюся поверхность — это новое в физико-химической механике явление и получило название избирательного переноса. Избирательный «перенос позволяет -построить тот самый полимерный «хрящ» в металлическом «суставе», который долгие годы пытались создать инженеры-механики. ПЛЕНКА, КОТОРАЯ НЕ ЗНАЕТ УСТАЛОСТИ Процесс избирательного 'переноса начинается с образования защитной пленки, обогащенной медью. Эта так называемая серво- витиая пленка возникает через несколько минут после начала работы узла трения. Для ее образования необходима юпределейная энергия, поэтому процесс требует значительного давления. Скорость роста пленки зависит от химической стойкости сплава, степени его упорядоченности, от количества растворимых компонентов и дефектов в атомной решетке. Скорость реакции зависит также от химических свойств поверхностно- активных веществ и их концентрации в смазке. (При избирательном переносе поверхностно-активные вещества диссоциируют на водород и радикал. Молекулы смазки и атомы водорода адсорбируются на поверхности меди, препятствуя ее окислению. После образов а ми я микронной in ленки наступает пассивация металла и трение переходит в установившийся, стационарный режим. Для этого режима характерно динамическое равновесие двух противоположно направленных процессов: накапливающиеся в процессе деформации металла напряжения исчезают, а образующиеся дефекты выходят на поверхность. Подобная картина знакома нам по поведению любой жидкости. Сколько бы жидкость ни «деформировалась», она никогда не изменяет своих свойств, в ней не накапливаются дефекты, она не знает усталости... Зависимость коэффициента трения от нагрузки при обычном режиме (верхние кривые] и избирательном переносе ^ i № 0.04 А -\ 0,031— |\Г=Г 0 02V I I ^ 0.01 г -?=■'■ 1 КГ/см* А 1 30 40 50 б¥ *70 80 " 90
42 Проблемы и методы современной науки ТРЕНИЕ БЕЗ ИЗНОСА Несколько слов о практическом значении открытого явления. В обычных для трения условиях на трущихся поверхностях непрерывно возникают, изнашиваются и вновь возникают окиеные пленки. Это приводит к износу металла, к его потерям. При избирательном переносе окисиые пленки ие образуются. Сервовит- ная пленка, состоящая из мельчайших кристалликов меди, служит катализатором выделения водорода, который, как уже говорилось, надежно блокирует поверхность, защищая ее от окисления и износа. На уменьшение износа влияет еще одно обстоятельство: мелкие кристаллы сервовит- пой пленки не уносятся со смазкой. Благодаря своим малым размерам и навещенным трением электрическим зарядам они остаются в зазоре «сустава» и шод давлением вновь внедряются в пленку. Таким образом износ трущихся деталей уменьшается в десять раз и более. Но дело не только .в ничтожно малом износе узлов трения, работающих в режиме избирательного переноса. При избирательном переносе коэффициент трения падает до 0,01—0,003, то есть становится в 10—20 раз меньше обычного. Благодаря низкому трению детали при работе почти не нагреваются, их поверхность становится зеркально гладкой. Машины требуют значительно меньших энергетических затрат. Наконец, трущиеся поверхности выдерживают без задира давления до 1000 кг/см2 — в полтора раза больше обычного. НЕ ТОЛЬКО МЕДЬ Преимущества режима -избирательного переноса очевидны. Но образование медной псевдоожиженной пленки возможно лишь при трении медных сплавов. Не ограничивает ли это обстоятельство значение нового явления? Вряд ли уместно говорить -об ограничениях, ибо содержащие медь сплавы — бронзы, латуни, баббиты — входят в большинство современных узлов трения. Но этого мало. Оказалось, что пару сталь — сталь тоже можно заставить работать в режиме избирательного переноса. Для этого в подходящую консистентную смазку нужно добавить порошок меди или закиси меди. Тогда на стали образуется медная сервовитная (пленка. Таким же образом удалось реализовать избирательный перенос при трении пластмасс. И в этом случае с помощью добавленной в пластмассу закиси меди был шолучен псевдоожижен- ный слой .металла, а полимерный хрящ — продукты деструкции трущихся пластмасс— непрерывно пополнялся из основного материала. В последнее время открываются все новые и новые области применения избирательного переноса. Успешно испытана в качестве смазочного материала для машин морская вода: водная смазка ву условиях избирательного переноса позволила создать износостойкие трущиеся пары при нагрузках до 1000 кг/см2. Электрические контакты в псевдоожиженном состоянии показали отличную надежность и долговечность. Они пропускали ток, в 40—50 раз больший, чем в обычном состоянии, а переходное падение напряжения оказалось в 10 раз меньше. В заключение следует отметить, что избирательный перенос изучен еще очень мало. Его исследования с позиций физико-химической механики, электрохимии, органической и коллоидной химии, трибохимии и химии полимеров только начинаются. Но уже полученные результаты свидетельствуют: наука о треиии и износе на пороге новых больших и важных открытий.
АН СССР* 1724-1974 43 От молекулы— до биосферы Рассказывает академик-секретарь Отделения биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений академик А. А. БАЕВ. Наше отделение — отделение биологическое, оно изучает процессы, происходящие в живых организмах. Нас интересует при этом в первую очередь химическая и физическая их сторона — это и определяет основные направления наших работ, их экспериментальный характер. Ключевую роль в процессах жизнедеятельности играют биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты. В их изучении мы достигли определенных успехов и в будущем предполагаем развивать это направление усиленными темпами. Например, установлено химическое строение важного фермента —аспартат-транс - аминазы; это сравнительно крупный белок, состоящий из 412 аминокислот, й теперь последовательность их выяснена. Успешно изучается механизм действия ферментов. Раскрыта структура двух транспортных РНК — сравнительно низкомолекулярных нуклеиновых кислот, принимающих участие в биосинтезе белка. А в будущем мы намерены развернуть изучение высокомолекулярных нуклеиновых кислот, в первую очередь ДНК. Химическое строение ДНК — очень интересная проблема. Вернее, строение не всей ДНК, а некоторых ее участков. Структуру генов, которые программируют синтез того или иного белка, вообще говоря, не так уж сложно выяснить косвенным i путем — зная генетический код и строение белка, который эти гены кодируют. Гораздо интереснее изучить структуру регуляторных участков, которые обеспечивают согласованную работу всего генетического аппарата клетки, особенно сложного у высших организмов — растений и животных. В этой области сделано еще очень мало, никаких общих методов анализа ДНК пока не существует. В какой-то степени нам может помочь уже накопленный опыт работы с РНК, но чтобы применить эти навыки и подходы к ДНК, нужно будет еще много поработать. Есть здесь и такие проблемы, пути решения которых еще совершенно неясны, например выделение химически однородного препарата ДНК Для анализа. Понятно, что нельзя определить структуру, если имеешь дело со смесью веществ, а методы разделения различных ДНК еще не разработаны. Так что задача, которую мы ставим перед собой, пока что представляется очень трудной, а может быть, и неразрешимой. Впрочем, только так можно добиться сколько-нибудь важных результатов — ставить невыполнимые на первый взгляд задачи. Наша наука сейчас очень быстро идет вперед, и если вы беретесь за такую проблему, путь к решению которой ясен, то можете быть уверены, что одновременно с вами, а может быть, и раньше этой проблемой займутся еще многие исследователи, и к тому времени, когда вы работу заканчиваете,
44 Проблемы и методы современной науки обычно выясняется, что вас обогнали — проблема уже решена... Исследование белков н нуклеиновых кислот — это, если можно так выразиться, «самый молекулярный» уровень наших исследований. Изучаются в наших институтах и более высокие структурные «этажи» жизненных явлений. Здесь можно назвать, например, исследования строения и свойств биологических мембран в Институте бноорганиче- ской химии, руководимом академиком Ю. А. Овчинниковым, работы академика А. С. Спирина по белковому синтезу на рибосомах, академика Г. М. Франка по механизму мышечного сокращения, члена-корреспондента АН СССР Г. П. Геор- гнева по структуре и функциям генетического аппарата высших организмов и др. Есть в нашем отделении институты, где изучается жизнедеятельность организмов в целом — и наиболее простых микроорганизмов, и высших растений. И здесь нас в первую очередь интересует химическая и физическая сторона дела: особенности обмена, его регуляция, пути накопления и передвижения тех или иных веществ. В этой области тоже проведено немало крупных исследований. Например, совсем не-- давно был открыт совершенно новый вид микроорганизмов, которые существуют за счет окисления сурьмы, — такой путь обмена веществ до сих пор был неизвестен. Изучается роль микроорганизмов в рудооб- разовании и возможности их использования для добычи полезных ископаемых. Разработан способ выращивания бактерий на парафинах нефти; сейчас он уже внедрен в производство и дает ощутимые количества ценного кормового белка для животноводства. Наконец, большой интерес представляет разрабатываемый в Институте физиологии растений метод культуры растительных клеток вне растения, иа искусственной питательной среде. Этот метод обещает не только облегчить многие теоретические исследования в области физиологии растительной клетки, но и стать основой промышленной технологии получения многих важных веществ, прежде всего лекарственных, которые мы сейчас извлекаем из растений. В последние годы намечается еще одно новое направление в работах нашего отделения, которое в будущем, вероятно, получит особенно большое развитие. Это проблемы, связанные с биосферой, с сохранением окружающей среды. Многие процессы, которые мы изучаем на молекулярном и клеточном уровне, имеют глобальное значение и оказывают большое влияние на круговорот веществ и энергии в масштабах планеты. Вот, например, такой процесс, как фотосинтез. Он имеет непосредственное отношение к охране воздушного бассейна планеты, ведь именно благодаря ему растения очищают атмосферу от углекислого газа, выбрасываемого промышленными предприятиями и транспортными средствами. Когда будут в совершенстве изучены механизмы фотосинтеза, найдены пути его интенсификации, всем нам станет легче дышать в самом прямом смысле слова. А кроме того, процесс фотосинтеза имеет и другую сторону — от него зависит накопление биомассы растений, то есть в конечном счете продуктивность сельского хозяйства. Таким образом, в силу естественной взанмосвязанностн процессов и явлении в живой природе наши, казалось бы, совершенно теоретические исследования, проводимые на уровне молекулы и клетки, вносят свой вклад в решение важных практических задач, стоящих перед человечеством. Такова сущность настоящей науки...
Проблемы и методы современной науки 45 Как регулируется работа генов Член-корреспондент АН СССР Г. П. ГЕОРГИЕВ Каждая клетка организма содержит один и тот же запас генетической информации, гены (или ДНК) одинаковы во всех клетках. Тем не менее клетки разных органов одного и того же организма отличаются друг от друга сильнее, чем, скажем, разные виды бактерий. Клетка печени вырабатывает совсем иной набор белков, чем клетка слюнной железы. Причина различий состоит в том, что в каждом типе клеток реализуется только определенная часть генетической информации. Лишь некоторые гены активированы, на них синтезируется матричная РНК (мРНК), которая далее идет к рибосомам и служит матрицей для синтеза белка. Набор активных генов в отличие от набора генов вообще разный у разных типов клеток, и именно это лежит в основе дифференцировки клеток. Но что и как регулирует активность генов? Ответить на этот вопрос — значит найти решение одной из основных проблем молекулярной биологии. Сначала этот вопрос был решен для простейших организмов. Выяснилось, что у бактерий весь фрагмент ДНК, с которого информация переписывается на одну молекулу РНК, состоит из нескольких функционально связанных генов и небольшой E— 10% всего фрагмента) служебной зоны. В служебной зоне есть участок, узнаваемый ферментом РНК-полимеразой, и участок, к которому присоединяется белок-ре- прессор. Репрессор как раз и выполняет роль регулятора работы генов. Он может помешать присоединению РНК-полимеразы или движению фермента вдоль нити ДНК. Когда репрессора нет, РНК-полимераза свободно считывает весь участок ДНК и синтезирует мРНК; к мРНК тут же прикрепляются рибосомы, на которых и происходит синтез белков (рис. 1). Таким образом, большая часть синтезируемой РНК несет структурную информацию и вся она участвует в синтезе белка. Получить такую же четкую картину регуляции работы генов для клеток высших организмов пока не удается. Сложность состоит в том, что нет методов, с помощью которых удавалось бы расщеплять ДНК на фрагменты, с которых переписываются РНК. Однако возможен обходной путь. Синтезированная мРНК есть копия такого фрагмента (его называют' транскриптоном). Поэтому строение мРНК позволяет судить о строении транскриптона. Первый этап исследований заключался в том, чтобы выяснить особенности синтеза мРНК, которые отличают клетки высших организмов от бактерий. Начало нашим исследованиям в этой области было положено в 1961 году, когда мы с В. Л. Мантьевой открыли новый тип РНК в ядрах животных клеток. Эта ядерная РНК, как было установлено позднее, служит предшественницей мРНК, которая попадает из ядра в цитоплазму — на рибосомы. Поэтому мы назвали РНК-предшественницу — про-мРНК (в научной литературе можно встретить и другие названия; над изучением свойств про-мРНК сейчас работают десятки лабораторий). Мы разработали метод выделения про-мРНК в чистом виде и приступили к изучению ее свойств. Оказалось, что только что синтезированную ядерную РНК отличает очень высокий молекулярный вес — гораздо более высокий, чем у мРНК, используемой в качестве матрицы для синтеза белка в цитоплазме. Ядерная про-мРНК состоит примерно из 30 000 нуклеотидов, то есть ее молекуляр-
46 Проблемы и методы современной науки ный вес приблизительно равен 10 миллионам. А средняя мРНК состоит из 1000 ну- клеотидов (молекулярный вес примерно 300 тысяч). Разница в 30 раз. Было доказано, что по крайней мере некоторые участки про-мРНК переходят в цитоплазму, превращаясь в мРНК. Далее выяснилось, что про-мРНК распадается в ядре. Этот факт впервые установили Г. Харрис в Англии и В. Гвоздев в СССР. Сотрудник нашей лаборатории В. Арион показал, что те участки мРНК, которые переходят в цитоплазму, и те участки, которые распадаются в ядре, различны по структуре и представляют собой копии с разных участков ДНК. Общий вывод из этих исследований был таков: большая часть синтезируемой РНК не несет структурной информации и распадается в клеточном ядре. В этом состоит первое важное различие в процессе транскрипции у бактериальных и животных клеток (у бактерий почти вся синтезируемая РНК участвует в синтезе белка). Другое важное отличие заключается в следующем. У бактерий к строящейся мРНК сразу же присоединяются рибосомы и начинается синтез белка. А у высших организмов процессы синтеза РНК и синтеза белка «разделены» ядерной мембраной. Рибосомы не имеют доступа в ядро и не могут взаимодействовать с про-мРНК. Про-мРНК связана в ядре с особыми белковыми частицами — информоферами. Именно в ядре, когда РНК связана с информоферами, значительная ее часть распадается. Эти основные факты позволили предложить гипотезу о структуре транскриптона в клетках животных. Предполагается, что лишь небольшой отрезок в конце транскриптона несет структурную информацию, то есть кодирует белок. Остальная часть транскриптона, на которую приходится большая часть его длины, выполняет служебные функции. Это зона, с которой взаимодействуют белки-регуляторы (рис. 2). РНК-полимераза начинает свой путь с промотора — участка, расположенного в самом начале транскриптона. Чтобы достичь структурного гена, фермент должен пройти вдоль всего транскриптона, поэтому и синтезируется гигантская молекула про- мРНК. Если на пути РНК-полимеразы окажется регуляторный белок, то движение фермента прекратится или замедлится. Соответственно прекратится поступление в ци- Регуляция активности генов у бвктерий. Фрагмент ДНК, на котором синтезируется одна молекула РНК, состоит из нескольких структурных генов и небольшой служебной зоны. В служебной зоне есть промотор — учвсток, к которому прикрепляется фермент РНК -полимеразв, и оператор — учвсток, с которым взаимодействует белок-репрессор. Репрессор выполняет регуляторную функцию
Как регулируется работа генов 47 топлазму мРНК для синтеза данного белка. Поскольку в служебной зоне может быть несколько разных участков, то и движение РНК-полимеразы будут контролировать разные белки. Таким образом, служебную зону транскриптона можно назвать зоной управления. Если путь РНК-полимеразе открыт, то счи- тывается весь транскриптон и синтезируется гигантская про-мРНК. Она начинается с копии зоны управление. И оканчивается истинной мРНК, в которой и заключены сведения о синтезируемом белке. Далее копия зоны управления распадается в ядре, а мРНК идет в цитоплазму и участвует в синтезе белка. Как уже отмечалось, в одной служебной зоне может быть несколько участков и, следовательно, одним транскриптоном могут управлять разные регуляторные белки. С другой стороны, один и тот же участок может входить в состав служебных зон разных транскриптонов, и поэтому соответствующий ему белок-регулятор может включать или выключать одновременно много транскриптонов. Возникают широкие возможности для регуляции активности генов. Если у бактерий на зону управления приходится лишь небольшая часть транскриптона, то у высших организмов он в основном состоит из управленческого аппарата. Цена, которую платит клетка за более совершенную регуляцию, — это избыточный синтез РНК, копирование огромной служебной зоны. «Расходы на управление» практически отсутствуют в низко организованных системах (бактериях, фагах) и значительно превосходят по объему собственно производственные расходы (синтез мРНК) в клетках высших организмов. Но они с лихвой окупаются в дальнейшем. Выработанная с такими затратами мРНК, как правило, стабильна, и на ее матрице синтезируются тысячи и даже более копий белка, тогда как мРНК бактерий разрушается уже после нескольких циклов синтеза белка. Предложенная нами гипотеза может быть проверена экспериментально. Одно из главных ее предсказаний заключается в том, что если структурный ген лежит в конце транскриптона, то и мРНК должна быть расположена у конца про-мРНК. Другое предсказание: поскольку некоторые участки зоны управления, расположенные у на- Модель транскриптона для клеток высших оргвнизмов. Структурную информацию содержит лишь небольшой концевой отрезок, тогда как большая часть длины транскриптона звнвта зоной управления
48 Проблемы и методы современной науки чала транскриптона, встречаются во многих транскриптонах, то у разных про-мРНК начальные отрезки должны быть одинаковы. Именно эти следствия и были проверены в экспериментах. Проверка была построена на реакции гибридизации. Если раствор двухспиральной ДНК нагреть до определенной температуры, то ДНК «плавится», то есть цепи ее расходятся. Это называется денатурацией ДНК. Если затем раствор медленно охладить, то цепи ДНК соединяются и восстанавливаются исходные двойные спирали. Происходит ренатурация. Реакция ренату- рации в высшей степени специфична: воссоединяются только взаимно комплементарные цепи. Поскольку РНК синтезируется на матрице ДНК, то она комплементарна к одной из цепей ДНК. Поэтому если смешать РНК с расплетенной ДНК и вести затем ренатурацию, то одновременно с двух- спиральными ДНК будут возникать смешанные двухспиральные структуры, содержащие одну цепь ДНК и одну цепь РНК. Это и есть реакция гибридизации, она в такой же степени специфична, как и реакция ре- натурации. Иными словами, она происходит только тогда, когда цепи ДНК и РНК строго комплементарны друг другу (рис. 3). Реакция гибридизации позволяет сравнивать между собой разные РНК. Для этого берут меченую РНК и гибридизируют ее с ДНК. Одновременно в раствор добавляют еще одну, немеченую РНК. Если последовательность оснований в ней такая же, как и в меченой РНК, то начнется конкуренция: немеченая РНК захватит какие-то места на ДНК, не дав связаться с нею меченой РНК. А если меченая и немеченая РНК отличаются друг от друга, то конкуренции быть не может, и с ДНК связывается только меченая РНК. Такой метод сравнения РНК и был использован в наших опытах. Другой прием заключался в маркировке начального и концевого отрезков молекулы про-мРНК. С помощью специальных приемов ставили химическую метку на первый и последний из 30 000 нуклеотидов про-мРНК. Если теперь нарезать длинную про-мРНК на более короткие отрезки, то судьбу помеченных звеньев будет легко проследить в гибридизационном эксперименте. Вот как шла проверка. Нарезанную на кусочки про-мРНК гибри- дизировали с ДНК. В смешанные двойные спирали включались начальные, промежуточные и концевые отрезки. В параллель- Реакция гибридизации. При нагревании ДНК цепи ее расходятся, происходит денатурация. При последующем охлаждении раствора цепи снова соединяются — идет ренатурация. Если к расплетенной ДНК добавить РНК и вести ренатурацию, то получаются гибридные структуры, содержащие цепь ДНК и цепь РНК
Как регулируется работа генов 49 ных экспериментах в смесь добавляли немеченую мРНК. Это никак не влияло на гибридизацию ДНК с начальными и внутренними участками про-мРНК, но очень сильно подавляло взаимодействие концевых отрезков про-мРНК и ДНК. Отсюда следовал вывод: мРНК расположена у конца молекулы про-мРНК, что соответствует предложенной гипотезе (рис. 4). Из гибридизационных опытов можно извлечь и другую информацию. Скорость гибридизации, по закону действующих масс, пропорциональна концентрации компонентов. Поэтому, изучая кинетику реакции, можно определить, сколько раз определенный набор нуклеотидов встречается в ДНК. Оказалось, что начальные отрезки про- мРНК гибридизуются быстрее всего, следовательно, у многих транскриптонов начальные участки одинаковы. Это также согласуется с предсказаниями гипотезы. Для проверки были использованы и другие методы — не только у нас, но и в зарубежных лабораториях. И сейчас гипотеза о строении транскриптона получила солидное экспериментальное обоснование. Каково дальнейшее развитие этих работ? Во-первых, предстоит детально изучить зону управления, так как лока о ее строении и функциях известно очень мало. Во-вторых, надо исследовать то, как упакован транскриптон в хромосоме, какие белки и каким образом связаны с ДНК. И наконец, третье направление работы — это приложение новых представлений к проблеме злокачественного перерождения клеток под действием вирусов. Дело в том, что раковая трансформация клетки может быть следствием встраивания одного вирусного генома (молекулярный вес ДНК 3X10е) в геном хозяина (молекулярный вес ДНК 2ХЮ'2). Даже столь небольшой добавочный генетический материал делает рост клетки неконтролируемым. Генетический материал вируса активен — он используется для синтеза РНК, причем эта РНК содержит и вирусные и хозяйские последовательности нуклеотидов. Иными словами, в клетке функционирует смешанный транскриптон, содержащий отрезок ДНК вируса и отрезок ДНК клетки-хозяина. Можно думать, что изучение этого транскриптона станет в ближайшем будущем одним из главных подходов к решению вопроса о том, как нормальная клетка перерождается в злокачественную под действием онкогенного вируса. Эксперимент по проверке предложенной модели транскриптона. Меченую про-мРНК дробили на небольшие фрагменты и гибридиэировели их с ДНК. В пераплепьном эксперименте в смесь добавляли немеченую РНК. Введение немеченой РНК сильно подавляло взаимодействие между концевыми отрезками . про-мРНК и ДНК. Отсюда следовал вывод: мРНК расположена у конца молекулы про-мРНК, что согласуется с предложенной гипотезой
50 Что мы едим Ферменты- кулинары Профессор И. А. ЕГОРОВ Биохимия — наука, изучающая закономерности обмена веществ в организме, была всегда тесно связана и с повседневными нуждами общества: влияла на развитие медицины, сельского хозяйства и пищевой промышленности. Именно биохимики установили, что многие процессы, идущие при переработке растительного сырья, зависят от ферментов, которые содержатся в клетках растений. При помоле зерна или, скажем, когда давят виноград, клетки разрушаются и выделившиеся из них ферменты принимают участие в получении готового продукта: ускоряют распад компонентов сырья, способствуют образованию вкусовых и ароматических веществ. Например, под действием ферментов тесто превращается в хлеб, а виноградный сок — в вино. В зависимости от количества и активности ферментов биохимические реакции могут идти быстрее или медленнее. Задача технолога в том и состоит, чтобы научиться управлять ферментетивными реакциями. Но для этого необходимо, чтобы вначале биохимики выяснили, кекие ферменты участвуют в том или ином процессе и каковы оптимальные условия их действия. Подобными проблемами занимаются в ордена Ленина Институте биохимии им. А. Н. Баха АН СССР. КАШУ МАСЛОМ НЕ ИСПОРТИШЬ... Например, пшенную... Но не всегда из пшена и из других круп можно сварить вкусную кашу, в которую стоит добавлять масло. Дело в том, что некоторые крупы во время хранения иногда приобретают горький вкус. Детальное биохимическое исследование того, что происходит в зернах, показало: в появлении горечи прежде всего повинны ферменты; в зерне идет ферментативное окисление жиров; продукты их окисления придают крупе горечь. Чтобы продукты не прогоркали, работу ферментов необходимо приостановить или, что еще лучше, разрушить их. Одним из наиболее удобных способов разрушения ферментов оказалась кратковременная обработка зерна паром. Из обработанного таким методом проса получается пшено, которое переносит хранение лучше обычного: горечь в нем не появляется значительно дольше.
Ферменты-кулинары 51 КАРАВАИ, КАРАВАИ... В некоторые сорта хлеба сейчас добавляют сухое молоко и молочную сыворотку, чтобы обогатить хлеб белками и незаменимыми аминокислотами. Однако более 4% сухого молока в тесто вводить не удавалось. Дело в том, что содержащийся в молоке дисахарид лактоза плохо растворяется в воде, не сбраживается хлебопекарными дрожжами и становится балластом в хлебе. Проблему удалось решить, когда в Институте биохимии получили новый фермент Р-галактозидазу. Этот фермент превращает лактозу в два моносахарида: глюкозу и галактозу, которые легко сбраживаются. Поэтому вместе с §-галактозидазой можно теперь вводить в хлеб до 15% ценного молочного белка. В институте подобраны дрожжи, которые вырабатывают этот фермент, и, кроме того, установлено, в каких условиях они работают наиболее продуктивно. Кстати, Р-галактозидаэа интересует не только пекарей. При приготовлении концентратов молока в них образуются кристаллы той же лактозы, отчего консистенция продукта ухудшается. Введение фермента позволяет получать сухое молоко без лактозы. Р-галактозидазу будут применять и в производстве продуктов детского питания. Пока фермент готовят в лабораториях института, а в ближайшем будущем выпуск его будет налажен и на заводах. РАЗ КАРТОШКА, ДВА КАРТОШКА... Известно, что вырастить овощи — нелегкое дело, нелегко и собрать урожай без потерь, но, вероятно, еще труднее сохранить его. Хранение картофеля, например, осложняется еще и тем, что многие клубни попадают в овощехранилище поврежденными — результат уборки картофеля с помощью машин.
52 Что мы едим В Институте биохимии установили, что в самих овощах действует особая защитная система, которая могла бы предохранять их от порчи достаточно долго. Но действовать она может только в определенных условиях. Оказывается, если через овощехранилище постоянно продувать прохладный воздух, в клубнях картофеля образуются особые вещества, близкие по свойствам к антибиотикам. В поврежденной картофелине эти вещества стекаются к месту пореза, образуя защитный слой, через который микроорганизмам трудно проникнуть в глубь клубня. Кроме того, в подобных условиях поврежденный участок затягивается корочкой, которая образуется при окислении веществ из разрушенных растительных клеток. Корочка — тоже барьер для гнилостных микроорганизмов. Хранение овощей в условиях активной вентиляции (так именуют этот метод) позволяет уменьшить потери их в два-три раза. Кстати, так можно хранить не только картофель, но и почти все овощи, разница лишь в температуре и влажности воздуха помещения. В 1975 году овощехранилища страны, оборудованные установками для активной вентиляции, смогут принять примерно 2,5 млн. тонн овощей, а в дальнейшем эта цифра еще вырастет. БИФШТЕКС НА ЧУДО УДАЛСЯ... До сих пор технологам чаще всего приходилось управлять теми ферментами, которые содержатся в самом сырье: либо интенсифицировать ферментные реакции (как, например, при выработке вина), либо замедлять их (при хранении пшена). В последние годы у технологов появились новые возможности. Создан способ получения концентрированных и очищенных ферментативных препаратов, содержащих целый набор разных ферментов. Извлекают их из грибов и бактерий, выращенных на отходах. Новые препараты применяют в самых
Ферменты-кулинары 53 разных случаях. Например, жесткое мясо, обработанное препаратом протеолитичёских ферментов, становится мягким и сочным; ферменты частично расщепляют белки (отсюда и их название), отчего мясо не только приобретает приятный вкус, но и лучше усваивается; по многим показателям его можно отнести к мясным продуктам первого сорта. Пектолитические ферментные препараты применяют для осветления вин и фруктовых соков. Ферменты разрушают пектины— коллоидные вещества, делающие соки мутными; продукты расщепления пектинов легко удаляются из соков при фильтровании. Преимущества ферментных препаратов столь явны, что спрос на них растет очень быстро; поэтому в нашей стране начали создавать ферментную промышленность, которая будет выпускать эти вещества. Здесь рассказано только о небольшой части той работы, которую выполняют сейчас биохимики вместе с технологами... В нашей стране приняты обширные планы дальнейшего улучшения материального благосостояния народа. Решающую роль в осуществлении этих планов должны сыграть исследования в самых различных областях науки, и в частности те работы, которые ведутся в Институте биохимии им. А. Н. Баха Академии наук СССР.
54 Фотоинформация
Фотоинформация 55 Фотографии, которые мы здесь публикуем, получены ее сотрудниками B. И. Бризицким и Б. В. Ярлыковым и оператором Лаборатории научной и прикладной фотографии и кинематографии АН СССР C. А. Курниковым. Один из основных способов формовки изделий из полимеров (каучука, полиэтилена, полипропилена, полистирола и др.) — экструзия, или выдавливание сквозь отверстия определенной формы. Так изготовляют, например, всевозможные трубки, прутки и другие профили. Естественно, что закономерности процесса экструзии весьма интересуют и производственников, и ученых. Расплавленные полимеры ведут себя при экструзии во многом не так, как другие жидкости, например вода. Из-за своей высокой эластичности они обладают свойством накапливать упругую энергию, которая при выходе из формующего канала высвобождается — при повышении скорости экструзии выше определенного предела это вызывает самые причудливые нарушения формы струи. Сначала появляются периодические нарушения A]. А потом из отверстия экструдера выходит уже сплошной брак — изделия с разнообразными неровностями поверхности, которые получили экзотические названия «кожуры апельсине» B), «акупьей кожи» C], «винта» D), «бамбука» E]. Правда, через некоторое время, после релаксации, поверхность немного сглаживается, но остается неровной F]. При определенной скорости течения наблюдается полное разрушение струи G). А если скорость еще уаепичить, то а какой-то момент струя сноаа станет стабильной... Закономерности, вызывающие возникновение этих явлений — так называемой эластической турбулентности, — изучаются в лаборатории реологии полимеров Института нефтехимического синтеза АН СССР.
56 Фотоинформация Полутораметровая стальная ракета установлена на стартовой площадке. Сейчас раздастся команда «Пуск!», и она устремится... нет, не в небо, а в толщу земли. Этот импульсный пневмопробойник, созданный Институте горного дела Сибирского отделения АН СССР, предназначен для проведения подземных коммуникаций под дорогами и зданиями. Приводимая в действие сжатым воздухом «подземная ракета» сама забивает себя в землю, оставляя позади скважину с гладкими плотными стенками. Скорость движения пневмопробойника под землей достигает 80 м в час, он может пробить скважину диаметром до полуметра и длиной 50 м (хотя с его помощью удавалось проделывать и двухсотметровые скважины). Пробивная сила снаряда довольно велика: однажды на испытаниях он за 20 минут продолбил попавшийся ему на пути 70-сантиметровый кирпичный фундамент... Сконструированный советскими учеными пневмопробойник благодаря своей простоте и надежности получил всемирное признание. *$ &а *^-Г: £■*??*
С перевала Шар-Шар, недалеко от Нурека, открывается панорама нового Нурекского моря (снимок вверху). Густо-синее небо Таджикистана отражается в кристально прозрачной воде... Но эта чистота и прозрачность, как ни странно, не радует гидростроителей. Дело в том, что источником питания водохранилища служит горная река Вахш, (нижний снимок), а его вода далеко не прозрачна и напоминает скорее кофе с молоком... По содержанию в воде взвешенных частиц Вахш занимает одно из первых мест среди рек СССР — каждый кубометр его воды несет с собой до 400 г ила! Течение Вахша стремительно, и энергии его вод хватает, чтобы взвешенные частицы не осаждались на дно. Но вот на пути реки встала плотина. Скорость течения резко упала, муть уже не может удерживаться во взвешенном состоянии и остается в чаше водохранилища — оно превращается в гигантский отстойник с кристально чистой водой сверху и нарастающим слоем ила на дне. В том же Таджикистане есть такие водохранилища, где толща воды не превышает метра, а дальше идет ип. Конечно, высота плотины Нурекской ГЭС — 300 м, ио ведь это дело времени... Борьба с заилением водохранилищ — серьезная научная и практическея проблема. Над ней работают ученые многих республик Союза.
58 Проблемы и методы современной науки Месяц наедине с хлореллой В ракете долго существовать невозможно: запасы кислорода, для дыхания и пищи должны скоро выйти, продукты же дыхания и пищеварения загрязнят воздух. Нужны особые жилища — безопасные, светлые, с желаемой температурой, с возобновляющимся кислородом, с постоянным притоком пищи... К Э. ЦИОЛКОВСКИЙ «Исследование мировых пространств реактивными приборами» Мы расскажем лишь об одном эксперименте, который провели сотрудники Института медико-биологических проблем. Ракету, мчащуюся в космическом пространстве, они заменили массивной гермокабиной, которая, конечно же, неподвижна. Зато в остальном это жилище соответствовало требованиям Циолковского — в гермокабине безопасно (хотя во время эксперимента на всякий случай рядом дежурил врач), светло, не жарко и не холодно и, самое главное, постоянно возобновлялся кислород. Хуже обстояло дело с притоком пищи: во время эксперимента она притекала с маленькой кухоньки, расположенной этажом ниже. Но и тут все было непросто — часть меню испытателя Николая Михайлова, прожившего месяц «наедине с хлореллой», составила биомасса этой микроскопической водоросли E0 граммов сухой биомассы в день). Эта же водоросль целиком и полностью обеспечивала его кислородом. Тридцатнлитровый сосуд с хлореллой в нашем эксперименте заменил всю биосферу — все поля и луга, все водоросли океана, все баобабы и березы... Это не такое уж преувеличение: реактор, как и биосфера, поглощал углекислоту, выдыхаемую человеком, и давал ему кислород и отчасти пищу. Маленькая техническая модель биосферы, созданная человеком, красива, как и сама природа. Не поэтому ли конструкторы установки назвали свое детище ласковым словом «Сирень»? Главная часть «Сирени» — цилиндрический реактор, в котором можно выращивать хлореллу очень высокой плотности — до 800—900 миллионов клеток в кубическом сантиметре питательного раствора. Эту темно-изумрудную суспензию пронизывают мощные потоки света, распределяемого световодами так, чтобы клетки водоросли могли активно заниматься фотосинтезом. В эксперименте, о котором идет речь, воздушный объем системы (гермокабина, воздухопроводы и т. д.) был небольшой — всего 4,5 м3. Это почти в • двадцать раз меньше воздушного объема станции «Скайлэб», приходящегося на одно- > го астронавта. Иными словами, наша система в двадцать раз чувствительнее к возможным отклонениям газового режима. И все неприятности тут вырисовывались бы быстрее. На «Скайлэбе» и на советских пилотируемых кораблях работали устройства химической регенерации, воздуха. А в нашем эксперименте
Месяц наедине с хлореллой трудилась хлорелла, которой помогали микробы-минерализаторы, перерабатывавшие мочу. Хлорелла с честью выдержала испытание: за 30 суток опыта она 15 раз сменила кислород в гермокабине, использовав для фотосинтеза углекислоту, выдыхаемую человеком. Специалисты хорошо знают, что и хлорелла, и человек выделяют самые разные газы, в частности метан и окись углерода. Поэтому руководители эксперимента (доктор медицинских наук Е. Я. Шепелев, кандидаты наук Г. И. Мелешко, В. И. Фофанов и С. И. Цптовпч) опасались, что концентрация вредных примесей в воздухе кабины будет все расти и эксперимент придется прекратить. Но через трое суток выяснился необычайно важный факт — стало ясно, что избежать неприятностей поможет сама хлорелла: через трое суток накопление окиси углерода вовсе прекратилось. Это можно объяснить лишь тем, что зловредная окись поглощалась, именно поглощалась, биоценозом реактора (водоросли и сопутствующая им микрофлора). Равновесная концентрация другой вредной примеси — метана установилась позже, через 12 суток. Полагают, что львиную долю метана выделяет кишечная микрофлора человека. А это наводит на мысль, что водоросли всего за двенадцать дней научились поглощать метан, очищать от него искусственную биосферу. Кстати, за эти двенадцать дней в реакторе сменилось множест- * во поколений микробов и хлореллы — ведь при благоприятных условиях ее клетки делятся через 9 часов, а бактерии и того чаще. Так что искусственный биоценоз повел себя в лучших традициях природы — использовал саморегуляцию, самонастройку. Система физико-химической регенерации воздуха на такое неспособна. Химикаты-то неживые... 59 • Когда мы с фотографом просили Николая Михайлова сделать в гермокабине то, переставить это, когда мы задавали ему вопросы по тело- фону, организм испытателя стал выделять больше углекислоты. На это вскоре среагировала и хлорелла: интенсивность фотосинтеза чуть возросла, потому что в воздухе, поступающем из гермокабины в реактор, стало больше СОг. Эта простейшая саморегуляция показывает ту гармонию, которая будет царить в куда более сложных биологических системах жизнеобеспечения, говорит о том, что контрольной и особенно управляющей аппаратуры понадобится не так уж много. К сожалению, саморегуляции подвластно не все. Например, ей неподвластны так называемые газообменные коэффициенты. Это • внутреннее, глубинное свойство организмов, выработанное миллионами лет эволюции. Так вот, газообменные коэффициенты человека и хлореллы не совпадают. И на выделенный человеком литр С02 хлорелла ответит не литром Ог, а чуть больше A,2 л). И если в экосистеме водоросли — человек поддерживать равновесие по СОг, то есть так отрегулировать интенсивность фотосинтеза, чтобы хлорелла поглощала всю углекислоту, выделенную человеком, то в воздухе искусственного мира станет накапливаться все больше и больше кислорода. Если же поступить наоборот, если поддерживать равновесие кислорода, то окажутся излишки СОг- В данном случае как раз так и сделали, и от излишков углекислоты избавлялись с помощью химического поглотителя. , Иными словами, в эксперименте замкнутость по кислороду была стопроцентной, а по СОг — 96%. Ни поиск новых штаммов хлореллы или нового состава питательной среды, ни изменения условий культивирования пока, не уравняли
Проблемы и методы современной науки 60 Сухая биомасса хлореллы намного калорийнее хлеба. Из нее можно печь блиныг варить кисель... По вкусу поджаренная хлорелла напоминает тыквенные семечки
Месяц наедине с хлореллой 61 Небольшой водорослевый реактор в биологической системе жизнеобеспечения заменил весь растительный мир Земли
62 Проблемы и методы современной науки Миниатюрный аэротенк. В нем жидкие отходы жизнедеятельности человеке разлагаются, минервлиэуются микробами-
Месяц наедине с хлореллой 63 газообменные коэффициенты водорослей и человека. А дело это первостепенной важности — без этого биологическая система жизнеобеспечения не сможет работать на космическом корабле, летящем к Марсу, или на планетной станции. Ведь биологический круговорот вещества не будет замкнут. Но если усложнить кругаворот, если в.систему жизнеобеспечения ввести новых участников — высшие растения и животных (третью часть пищи человека должны составлять животные бел- ьи), то есть включить в круговорот организмы с самыми разными газообменными коэффициентами, то все встанет на свое место, сбалансиру- ется. И хотя такой путь наиболее трудоемок, он наиболее правилен — для межпланетных кораблей конструируется копия земного круговорота вещества, конечно, сильно упрощенная... Не кислородом единым жив человек: без воды тоже долго не проживешь. В эксперименте, проведенном в Институте медико-биологических проблем, для питья, приготовления пищи и гигиенических нужд, брали воду не из водопровода, а из искусственной биосферы. Брали влагу из воздуха, когда она оседала на выходе из теплого водорослевого реактора, а в реактор возвращали воду, выделенную испытателем, в том числе его легкими и кожей. Воду из выделений человека очищала миниатюрная копня громадных аэротен- ков, тех, что работают на очистных сооружениях города. Здесь трудились микробы-минерализаторы. Полезные вещества, извлеченные из отходов жизнедеятельности человека, возвращали в искусственную биосферу. Например, продукты разложения мочевины покрывали третью часть потребности хлореллы в азоте. Всего же за месяц эксперимента в системе жизнеобеспечения прошло 1,5 цикла круговорота воды. Самый же отрадный результат эксперимента — это то, что за месяц существования искусственной биосферы, не было выявлено никаких признаков ее старения. Вот как об этом говорится в научном отчете: «Структура популяции хлореллы, производительность реакторов, степень расхождения газообменных коэффициентов человека и водорослей, накопление токсических примесей в атмосфере кабины в результате биологического разложения мочи и термической обработки отходов— все эти показатели стабилизировались на определенном уровне без какой-либо тенденции к направленным изменениям». Когда эксперимент кончился, когда была открыта стальная дверь кабины, испытатель немного посидел на пороге и шагнул из искусственной биосферы в настоящую. Врачи состоянием его здоровья остались довольны и в тот же вечер отпустили его домой. С. СТАРИКОВИЧ
Размышления 65 О разуме в космосе Международная академия астронавтики провела во время работы Астронавтического конгресса в Баку Симпозиум по внеземным цивилизациям. Это было деловое обсуждение технических проблем, связанных с поисками во Вселенной радиосигналов искусственного происхождения. Такими поисками занимаются пока считанные люди. В США группу энтузиастов возглавляет профессор К. Саган. В СССР небольшой коллектив под руководством члена-корреспондента АН СССР В. С. Троицкого установил приемные антенны под Горьким, в Уссурийске и в Крыму. А группа сотрудников Государственного астрономического института им. Штернберга, возглавляемая Н. С. Кардашевым, слушала радиосигналы космоса на Памире и на Кавказе. Недавню небольшие конические антенны, похожие на сахарные головы в обмотке из металлической спирали, установлены и на Камчатке. Большое расстояние между антеннами (Памир — Кавказ — Камчатка) необходимо для того, чтобы зафиксировать совпадающий сигнал, пришедший издалека. Разумных сигналов пока не обнаружено, но новости уже есть — В. С. Троицкий открыл новое радиоизлучение атмосферы. Наиболее сильно оно выражено утром и вечером, ночью атмосфера молчит. Что именно генерирует эти радиосигналы, пока неясно. Впрочем, в проблеме контакта до сих пор почти все неясно. О внеземном разуме спорят много лет, а до истины еще далеко. Но что важно, в самых разных суждениях так или иначе проступает общая для всех заинтересованность. Об этом свидетельствует и опрос, проведенный корреспондентами «Химии и жизни» среди участников конгресса. Хотя, конечно, многие из прозвучавших высказываний спорны, а с некоторыми вообще трудно согласиться. Корреспонденты: Ищут радиосигналы, надеясь обнаружить в космосе Разум. Но могут быть и другие признаки существования цивилизаций: преобразовательная деятельность в космических масштабах (высказывается, например, мнение, что «черные дыры» имеют искусственное происхождение) или насыщение космоса органикой, скопления которой можно попытаться обнаружить... Академик А. А. Михайлов (СССР): Представить себе наивысшие достижения, доступные высокоразвитым цивилизациям, невозможно. Предела этому нет. В космических масштабах человек физически ничтожен, но возможности разума безграничны — если, конечно, люди будут направлять свои усилия не на погибель себе подобных, а для того, чтобы обогатить и украсить жизнь. Член-корреспондент АН СССР И. С. Шкловский: Я не разделяю той точки зрения, что «черные дыры»- есть продукт деятельности цивилизаций. Я стою на позиции, которую можно назвать презумпцией естественности: все непонятные явления следует пытаться объяснить естественным путем, а не 3 Химия и Жизнь, № Г)
66 Размышления считать их заведомо результатом деятельности суперразумных существ. «Черным дырам» находят вполне естественное объяснение: уже известны физические процессы, которые могут вызвать катастрофическое сжатие звезды после того, как она исчерпает запасы своего внутриядерного топлива. Профессор С. А. Каплан (СССР): Гораздо проще найти -цивилизацию по радиосигналам, чем по спектрам весьма рассеянной органики. Органические молекулы могут блуждать и в ненаселенном космосе — об этом появляется все больше и больше сведений. Правда, на какой частоте ведет передачу другой мир, мы тоже пока не знаем. Поиск контактов на универсальной для космоса волне 21 см (излучение межзвездного водорода) не так уж безупречен, как казалось поначалу. Уровень помех из-за собственного излучения водорода может свести все усилия на нет. Кроме того, есть десятки других интересных и универсальных для Вселенной радиолиний. Например, линия излучения гидроксила или линии излучения органических молекул. В. С. Троицкий предложил искать контакт на волнах веществ, работающих в мазерах, например аммиака (волна 1,25 см) или формальдегида (волна 0,4 см). Так что выбор велик, и пока он не сделан, лучше предпринимать поиск в широкой полосе частот. Вероятность того, что в нашей Галактике есть сейчас н другие цивилизации, оценивается по-разному. Расчеты основываются на том, что любая цивилизация смертна. Она имеет свое начало и приходит к своему концу. Каков же в среднем срок жизни цивилизации, что может стать причиной ее гибели? И. С. Шкловский: Я очень скептически настроен и считаю, что жизнь — огромная редкость, что в нашей Галактике мы, наверное, вообще одни... С. А. Каплан: В Галактике 150 миллиардов звезд и, как полагают, несколько сот миллионов планет, на которых возможна углеродная жизнь подобная нашей. В кремниевую и прочую жизнь я не верю, и в одаренную разумом плесень, и в интеллектуальный океан — тоже. Большинство специалистов сошлось на том, что на одной из каждой тысячи землеподобных планет эволюция не остановится на общественных существах вроде муравьев, а дойдет до настоящего разума. Если принять это предположение в расчет, то в Галактике за все время ее существования может быть полмиллиона цивилизаций. А на скольких планетах есть разумные существа в данный момент — ответить труднее. Дело в том, что по-разному оценивают срок жизни цивилизации: от 10 до 200 тысяч лет. Так или иначе считают, что одновременно с нами в Галактике есть около десяти цивилизаций. И. С. Шкловский: Шкала времени для такой цивилизации, как наша — высокоразвитой, технологической, — на мой взгляд, очень коротка. Я оцениваю ее в несколько тысяч лет. Земная технологическая цивилизация еще очень молода, она не старше 350 лет, начало ей положил Галилей. Античные науки были дефектны в своей основе, они не постигли тайны движения. Ученые древней Греции, Рима полагали, что для того, чтобы тело двигалось, нужно постоянно толкать его. Только Галилей понял, что есть великий закон инерции... Как гибнет цивилизация? Возможные причины гибели цивилизации много обсуждались. Одной из важнейших я бы назвал потерю интереса к науке, к познанию, к информации. Инженер И. Котник (Югославия): Когда рождается какое-нибудь от-
О разуме в космосе 67 крытие, нужно время, чтобы его начали широко использовать. Но сроки сжимаются, и наступит время, когда открытие будут использовать немедленно. То есть разрыв сойдет на нет. А потом начнется отрицательный отсчет, когда машины станут проектировать человека. Это и есть конец человеческой цивилизации. С. А. Каплаи: В США проводили опрос — спрашивали, согласится ли человек отдать свой мозг бессмертной машине. Многие, особенно те кто постарше, соглашались. Но ведь машину, даже начиненную мозгами, не назовешь существом... Кстати, неясно — что считать началом цивилизации. Например, было высказано предложение считать цивилизованными людьми тех, кто знает имя своих прадедушек и прабабушек. Это не так уж наивно, ведь технологические признаки разумной деятельности могут быть самыми разными. Например, индейцы неплохо жили без колеса, а разделение труда встречается даже у животных. А. А. Михайлов: Если живые организмы эволюционируют, если в их мире возникают новые виды, то это же самое можно сказать о цивилизациях. У живых существ есть конец— смерть. Но это не значит, что все на свете кончается. От одних существ рождаются другие существа. Так и цивилизации: одна кончится, другая начнется. Цивилизация может постепенно эволюционировать и перейти в другой вид, может быть, совсем отличный от своей родоначальницы, может быть, стоящий на более высокой ступени развития. Это справедливо и в пределах одной планеты, и в пределах многих планет. Цивилизации могут перекочевывать с одной планеты на другую в поисках лучших условий существования. Доктор К. Эрике (США): Любая цивилизация, способная выйти в космос, будет жить до конца Вселенной. Если верно, что наша Вселенная пульсирующая, то срок ее существования— около 80 миллиардов лет. Полагают, что она существует всего 15 миллиардов лет. Значит, нам осталось 65 миллиардов лет. Правда, через 5 миллиардов лет людям нужно будет побеспокоиться: погаснет Солнце. Но если мы останемся на Земле, то срок жизни цивилизации будет очень коротким — около тысячи лет, потому, что потребности технологии уже вступили в конфликт с биосферой. Энергетические ресурсы уже истощаются, и без дополнительных источников энергии наша цивилизация начнет быстро деградировать. Конечно, можно удержаться на Земле, убив биосферу,— ее смерть развяжет нам руки для расщепления ядра в любых масштабах, не надо будет беспокоиться о перегреве планеты. Но на мертвой планете жизнь для людей станет тягостью. Выход из этой ситуации есть — на Луне можно вырабатывать любое количество ядерной энергии, не уничтожив ни одного дерева, ни изменив климат, не загрязнив воду. Поэтому выход человечества в космос нужен прежде всего для стабилизации наших отношений с биосферой. Многие искрение убеждены, что контакты со звездными цивилизациями могут быть опасны для человечества... С. А. Каплан: Бояться не нужно. Нас не завоюют и не съедят. К. Эрике: Если мы встретим цивилизацию технически более развитую, это опасно. Ибо представления о гуманности у нас могут не совпадать. Воевали же христиане, уверяя, что делают добро, — и превращали людей в рабов. Разумные существа других миров могут хорошо отно- 3*
68 Размышления ситься друг к другу, но это не означает, что они будут холить и лелеять нас. А. А. Михайлов: Обнаруженная цивилизация может быть такова, что придется десять раз подумать, прежде чем встречаться с нею. Что могло бы получить человечество от контакта с высокоразвитой внеземной цивилизацией? А. А. Михайлов: И очень много, и, может быть, очень мало. Много хорошего, а может быть, и иного плохого. Доктор Л. Наполитано (Италия): Прежде чем задаваться вопросом, что мы можем получить от контактов с другими цивилизациями, надо бы решить вопрос, что мы в состоянии получить от контакта людей здесь, на Земле. А вообще тут можно мечтать о чем угодно. Это то же самое, что заставить человека гадать, что он найдет в соседней комнате незнакомого ему дома. И. С. Шкловский: Контакт с другим миром может принести обогащение технологии и морали. Правда, не трудно вообразить и обратное. Но для этого надо предположить, что сигналы с другой планеты будут принимать только злые и глупые люди. Значит, на самом деле все будет зависеть от того, насколько мы окажемся готовыми к контакту. И. Котник: Я думаю, что встреча с высокоразвитыми существами поможет нам установить мир на Земле. С. А. Каплан: Любая цивилизация стремится к накоплению информации. Предполагают, что сейчас вся информация (в том числе и генетическая) увеличивается на 1019 бит за 15 лет. Эту оценку можно получить так. Допустим, что каждую секунду человек приобретает 10 бит информации (биологи могут здесь ввести свои поправки, но они мало изменят общую картину). За 15 лет проходит 5-Ю8 секунд, что даст не более.5-109 бит на человека. На Земле около 3-Ю9 человек, значит, прирост информации будет порядка 1019 бит. От внеземной цивилизации мы не сможем принять более 1011 бит в год — такова, по крайней мере, пропускная способность каналов связи. То есть мы получим не очень большую долю собственного прироста информации. Причем новые сведения в основном будут относиться к общественным дисциплинам: социологии, морали и прочим. Новых же фундаментальных сведений о строении мира, о неизвестных законах природы мы попросту не поймем, потому что еще не дозрели до этого. Так что контакт с другим миром не произведет переворота в технологии. Правда, некоторые сведения могут быть очень ценными: мы избавимся от ошибок и блуждания в темноте. Если бы вы получили возможность о чем-то спросить высокоразвитую цивилизацию, какой вопрос вы бы задали? А. А. Михайлов: Можно было бы спросить о многом из того, что сейчас интригует астрономов. Например, что такое квазары? Если они близко от нас, то это небесные тела одной категории, а если далеко, то это тела совсем другого рода. И. С. Шкловский: Я бы ничего не спрашивал, по крайней мере из той области, где работаю. Интересен сам процесс познания, а не получение готовых ответов... Л. Наполитано: Я хотел бы узнать, какие коммуникативные связи воз-
О разуме в космосе 69 можны между живыми существами. Животные пользуются некоторыми каналами связи, недоступными человеку. А как общаются друг с другом разумные существа в других мирах? Очень интересно. И еще я хочу знать, можно ли свести потери времени при общении к минимуму. Я говорю о непосредственном, мгновенном контакте; например, когда обжигаешь руку, то тут же ощущаешь боль. Возможен ли такой вид связи на большие расстояния: я тут что-то сделал, а кто-то другой немедленно это ощутил на большом расстоянии от меня? Тогда за секунду можно обсудить массу проблем. Считается, что цивилизации так далеко разнесены друг от друга в космосе, что непосредственный контакт между ними очень затруднен или просто невозможен. Думаете ли вы, что встреча когда-нибудь все-таки состоится? Л. Наполитано: В принципе нет ничего, что могло бы опровергнуть такую возможность. К. Эрике: Если их техника сильно ушла вперед, они смогут добраться до нас. Если же они очень далеко A00—200 световых лет), то контакт скорее всего ограничится связью. И. Котник: А может быть, контакт уже есть, и инопланетяне уже наблюдают за нами? Вот, скажем, недавно в Загребе я сам был свидетелем такого случая. Внезапно на некоторых улицах города погас свет... Я был в это время в радиостудии, откуда вел традиционную еженедельную передачу о внеземных цивилизациях. Когда кое-где погас свет, я сказал в микрофон, что летающие тарелки здесь ни при чем. Тут кто-то из слушателей позвонил в студию и посоветовал мне спуститься вниз и попробовать завести автомобиль. Вы знаете, машина не заводилась, да и не только моя... Говорили, что на электростанции все было в исправности, и тем не менее электричества не было целых шесть часов. Жители Загреба уверяли, что в небе парили «тарелки». Вот такая была необъяснимая история... Верите ли вы, что удастся найти следы другой цивилизации, которая жила до нас на Земле или которая в прошлом посещала Землю? К. Эрике: В окрестностях Солнечной системы в радиусе 15 световых лет могло существовать несколько цивилизаций. В поисках более пригодных звезд они могли прилететь к нам, когда человека пе было и в помине, например во времена динозавров. Высаживались ли они на Земле, мы никогда не узнаем — на земном шаре с тех пор произошло множество геологических и климатических катаклизмов. Коррозия и другие химические процессы тоже должны были разрушить материальные следы этого визита. Зато следы их посещения могли уцелеть на Луне или Марсе. Если миллионы лет назад пришельцы оставили на Луне свой космический корабль, он все еще на месте, подобно тому как навечно останутся там луноходы п апполоны... Мы верим, что Земля навсегда останется зелёной, голубой планетой — дарительницей жизни, колыбелью идущей вперед бессмертной цивилизации. И символично, что Симпозиум по внеземным цивилизациям завершился показом любопытнейшего фильма. Фильма не о космическом разуме, а о возможностях разума земного. Об этом фильме — на следующих страницах.
70 Проблемы и методы современной науки Беспокойная жизнь галактик В несколько десятков тысяч кадров пятнадцатиминутной ленты сотрудники Института прикладной математики АН СССР вместили сюжет о событиях, которые, по их мнению, разыгрываются в космосе. Авторы математически исследовали гравитационное взаимодействие галактического вещества. Цифровая вычислительная машина решала систему дифференциальных уравнений 6000-го пор ядка, а результаты расчетов воплощались в рисунки моделей взаимодействующих галактик на экране дисплея — специарьного устройства, которое переводит цифровую информацию в наглядные зрительные образы. Кинокамера вела съемку с экрана дисплея. Так был создан фильм из жизни галактик— об их рождении и эволюции, о событиях, развертывающихся в немыслимых по земной мерке масштабах, в беспредельном пространстве и бесконечном времени. Мы воспроизводим несколько кадров этого уникального фильма и предлагаем выдержки из пояснений, которые дали к этим кадрам создатели фильма — член-корреспондент АН СССР Т. М. Энеев, кандидат физико-математических наук Н. Н. Козлов и доктор физико-математических наук Р. А. Сюняев. Внимание астрономов уже давно привлекают удивительные особенности структуры некоторых галактик, например тонкие и протяженные «хвосты», четко вырисовывающиеся на фотографиях, или «мосты», связывающие между собой соседние галактики. Среди галактик с «хвостами» есть интересные сочетания, — пары галактик, «хвосты» которых направлены в противоположные стороны. Такие пары, как и галактики, связанные перемычками, получили название взаимодействующих галактик. С тех пор, как были открыты взаимодействующие. галактики, появилось немало гипотез, объяснявших их возникновение. Серьезного внимания заслуживает гипотеза, которая связывает появление аномальных деталей в структуре галактик с приливными эффектами — то есть с действием мощных гравитационных сил в межгалактическом пространстве. Источником таких сил могут быть сами галактики, расположенные близко друг от друга. Ими могут быть и мертвые квазары, претерпевшие гравитационный коллапс, или очень старые галактики, в которых звезды исчерпали запасы ядерной энергии. Такие космические объекты нельзя наблюдать непосредственно, с помощью оптических или радиоастрономических инструментов. Но их существование можно обнаружить по возмущениям в структуре галактик, мимо которых они прошли. В 1971—1972 годах в Институте прикладной математики АН СССР была проведена работа по изучению действия больших масс ве-
Беспокойная жизнь галактик 71 щества на динамику развития галактических структур. Результатом работы стала математическая модель изучаемого явления. Математическое моделирование галактик — дело весьма сложное, поскольку галактика представляет собой сложную систему, состоящую из многих разнородных элементов: газа, пыли, звезд. Математическая модель должна достаточно полно отражать особенности строения реальных галактик, и в то же время ей необходимо быть простой, чтобы ясно выявились основные эффекты гравитационного взаимодействия космических тел. Математическая модель галактики имеет вид структуры, включающей два характерных компонента — центральную часть, в которой сосредоточена вся масса галактики, и периферическую дискообразную часть, состоящую из точек- спутников исчезающе малой массы. В исходном состоянии точки-спутники равномерно распределяются вокруг центральной части и двигаются в одну сторону по круговым орбитам. Модель возмущающего тела весьма проста и представляет собой более или менее компактную структуру. Эволюцию структуры возмущенной галактики можно проследить в модели по изменению траектории движения точек-спутников. Положение точек в трехмерном пространстве описывается системой дифференциальных уравнений 6000-го порядка. В эксперименте прослеживалось движение сра- Фотография спиральной Галактики М51 из созвездия Гончих Псов *
72 Проблемы и методы современной науки !.£& та
Беспокойная жизнь галактик 73 Т= CU7S
74 Проблемы и методы современной науки зу тысячи точек-спутников, на которые оказывают гравитационное действие и ядро галактики, и пролетающее мимо тело. В каждый момент положение точек — спутников отображалось в изометрической проекции на экране дисплея ЭВМ. Киносъемка с экрана дисплея позволила детально проследить эволюцию структуры галактик. Важнейший эффект, обнаруженный в процессе исследования, — образование спиральных ветвей. Эти спирали весьма специфичны, они сильно выражены на далекой периферии и относительно слабо просматриваются в центральных областях. Такие наблюдения, возможно, позволят отличать спиральные ветви, возникшие в результате приливного взаимодействия, от спиралей, вообще характерных для структуры галактики. В эксперименте были рассмотрены разные варианты пролета массивного тела относительно галактики: перпендикулярно ее плоскости, над плоскостью, в плоскости против направления вращения и, наконец, в плоскости по направлению вращения. На стр. 72—73 представлены по шесть кинокадров, иллюстрирующих второй и четвертый варианты пролета. На самом деле каждый вариант пролета состоит из нескольких тысяч кадров. На первом кадре каждого фрагмента показано направление движения возмущающего тела и вращения галактики. Кадры на стр. 72 соответствуют пролету тела над плоскостью галактики на расстоянии 20 килопарсеков от ее центра. Масса галактики составляет 10й масс Солнца, масса пролетающего тела равна массе галактики. Естественно, эти параметры могут быть изменены на другие и приведены здесь лишь для наглядности. В данном случае период обращения точки-спутника по орбите радиусом 36 килопарсек (радиус галактики) составляет 2 миллиарда лет. На рисунках время Т отсчитываете* в миллиардах лет, а момент Т = 0 соответствует моменту наибольшего сближения возмущающего тела с галактическим ядром. Под действием приливных сил в Галактике образуются спиральные рукава: два из них четко оформлены, третий выражен слабее. Наиболее интересная особенность этого варианта — глубокая пространственная эволюция структуры галактики. Следующий вариант соответствует пролету в плоскости галактики, по направлению ее вращения. Очень интересная особенность этого варианта — захват вещества галактики пролетающим телом. Захватывается пятая часть галактического вещества. Это объясняется главным образом тем, что тело летит со сравнительно небольшой скоростью относительно галактики. Мертвый квазар, пролетевший мимо галактики и захвативший часть ее вещества, может таким образом, образовать новое скопление звезд и газа — новую галактику. Другая интересная особенность этого варианта — формирование «моста» между уже существующей и только нарождающейся галактиками (кадры Т = 0 и Т^-0,75). Не исключено, что в данном случае мы наблюдаем механизм образования реальных «мостов», существующих между реальными галактиками. Математическое моделирование процессов гравитационного взаимодействия позволило обнаружить эффекты, которые, возможно, помогут объяснить те удивительные структуры, которые мы видим на фотографиях реальных галактик. Конечно, еще рано утверждать, что именно эти механизмы и есть причины образования «хвостов» и «мостов». Но уже ясно, что гравитационное взаимодействие может быть мощным фактором, преобразующим структуру целых галактик.
АН СССР* 1724—1974 75 Как создаются приборы Науку и технику принято разделять: наука изучает природу, а техника ее преобразует. Вместе с тем техника питается новыми научными идеями, без которых она топталась бы на месте, а современный научный эксперимент нуждается в сложнейшем оборудовании — разнообразнейших приборах, добывающих новую информацию о природе. Часть этих приборов производится на специализированных предприятиях, отечественных и зарубежных. Но немалая часть представляет собой продукт творчества самих исследователей. Посреди просторного двора Института органической химии АН СССР, расположенного в Москве иа Ленинском проспекте, стоит двухэтажное здание Специального конструкторского бюро. Здесь более двухсот высококвалифицированных инженеров, техников, рабочих делают уникальные приборы для химических исследований. И. о. начальника СКВ Г Д. Спиридонов рассказывает: — Наше конструкторское бюро было создано в 1959 году в связи.со строительством корпуса модельных установок. В этом корпусе должны были отлаживаться перед внедрением в промышленность химические процессы, разработанные в институте. Всего тогда было создано 15 установок на общую сумму в 1,5 миллиона рублей; эти установки служат и по сей день. А когда это первое задание было выполнено, бюро переключилось иа разработку и изготовление приборов по заказам ИОХа к других институтов Академик наук, а также иа внедрение в серийное производство наилучших конструкций, пользующихся широким спросом среди исследователей. Например, сейчас один из московских заводов ежегодно выпускает около 1500 газожидкостных лабораторных хроматографов ЛХМ-8МД, конструкция которых разработана у нас. Физические методы исследования вещества, требующие сложного оборудования, начали проникать в химию примерно в тридцатых — сороковых годах нашего века и к пятидесятым годам полностью завоевали права гражданства. Но существовавшие тогда приборы модернизировались редко, их характеристики менялись незначительно; еще реже разрабатывались и еще медленнее находили распространение принципиально новые методы. Все сводилось к тому, что химики, пользуясь ограниченным числом традиционных приборов, изучали новые и новые объекты. Но лет пятнадцать — двадцать назад подход к применению приборов для физических исследований существенно изменился. Дело в том, что к этому времени был уже накоплен огромный экспериментальный материал: приложение традиционных методов ко все новым и новым объектам перестало давать новую научную информацию. Поэтому постепенно на смену лозунгу «старые методы — к новым объектам» пришел лозунг «новые методы — к старым объектам». Иначе говоря, развитие физических методов исследования пошло не вширь, а вглубь: серийные, приборы стали удовлетворять лишь текущие нужды исследователей, войдя в состав «сервнс-лабораторий»; истинное же научное творчество стало начинаться там, где создавались новые уникальные приборы. — Сейчас ежегодно у нас в СКВ делается примерно 40 типов изделий, в том числе 6—8 принципиально новых приборов на сумму около 700 тысяч рублей. Спору иет, некоторые однотипные приборы, например спектрометры ядерного магнитного резо-
76 АН СССР * 1724-1974 нанса или хроматографы, выпускаются серийно у нас и за рубежом, их можно просто купить. Но купленный прибор, пусть даже и самый замечательный, ничем не отличается от своих собратьев; с его помощью в любой лаборатории, в любой стране можно получить лишь одну и ту же информацию. В отличие от этого каждый создаваемый нами прибор уникален, его характеристики отличаются от характеристик аналогичных серийных приборов, и это позволяет исследователям получать уникальные научные результаты. О высоком классе наших приборов свидетельствует то, что некоторые из них получили высшие награды на международных выставках. Например, лабораторная установка для микробиологических и радиационно-химических исследовании МРХ-гамма-100 была удостоена Гран-при на Международной ярмарке в Брно в 1968 году; на Лейпцигской ярмарке 1969 года золотые медали получили препаративный газожидкостный хроматограф ЛХП-4, прецизионный эбулиограф ЭП-2, многокамерная установка для радиационно-химических исследований РХМ-гамма-20. Конструирование новых приборов для научных исследований имеет важную особенность. Функция любого обычного прибора, любого обычного механизма понятна любому квалифицированному инженеру. Он, например, может сам сконструировать новый спидометр или свеклоуборочный комбгйн, потому что как измерение скорости, так и уборка свеклы — операции, известные людям из жизненного опыта. Но как может конструктор усовершенствовать прибор, измеряющий какие-то тонкие характеристики атомов и молекул, до конца понятные лишь специалисту-исследователю? Вместе с тем, как может исследователь, не имеющий специальной конструкторской подготовки, реализовать свою идею? — За полтора десятка лет существования СКВ у нас сложился коллектив высококвалифицированных инженеров, техников и рабочих. Причем порой бывает трудно провести грань между трудом конструктора и исследователя или рабочего и конструктора. Но, разумеется, исходное задание дают иам ученые. Работа над новым прибором начинается так. Сотрудник института, задумавший усовершенствовать старый прибор или создать новый, составляет техпредложение, где в общих чертах описывает свою идею. Это предложение рассматривается дирекцией или, в случае его особой важности и сложности, академическим научным советом по приборостроению, и если оно признается актуальным, направляется нам для конкретной разработки. Но это не значит, что затем мы все делаем сами. Конструктор и автор идеи все время работают сообща; знания одного плодотворно дополняются знаниями другого. Когда в результате такой совместной работы рождается предварительный проект, за дело берутся опытные мастера- макетчики, которые начерно собирают прибор, на месте отлаживая детали конструкции по указаниям ученого и инженера. Затем действующий макет испытывается в лабораторных условиях, в результате чего выявляются его недостатки. И лишь после того как все выявленные недостатки устранены, готовится техническая документация, по которой в мастерских готовится опытный образец, который может занять постоянное место в лаборатории. А если прибор находит широкий спрос, эту документацию передают на приборостроительные предприятия. В научном приборостроении стирается грань между трудом ученого и конструктора — они работают в тесном творческом содружестве. Учений становится соавтором изобретении, а инженер — соавтором научных работ. По в научном приборостроении стирается также грань между умственным и физическим трудом, потому что рабочий, который делает новый прибор, — соавтор и ученого, н инженера. В. БАТРАКОВ Специальное конструкторское бюро — это небольшое самостоятельное предприятие. Здесь есть техническая библиотека и конструкторское бюро; механический цех и мастерская радиоэлектронной аппаратуры; здесь монтируются и налаживаются уникальные приборы для научных исследований
Как создаются приборы 77
78 АН СССР* 1724—1974 Рассказ об общей биологии О работе Отделения общей биологии АН СССР рассказывает академик секретарь Ян Вольдемарович ПЕЙВЕ. В Отделении общей биологии 10 научных учреждений. Два из них (Ботанический и Зоологический институты) — старейшие в стране. Ботанический институт ведет свое начало от Аптекарского огорода, созданного Петром I в 1714 году. Иными словами, институт на 10 лет старше самой Академии: в этом году ему исполнится 260 лет. У Зоологического института такой же почтенный возраст — ему тоже 260 лет. История этого института восходит к петровской «Кунсткамере», в которой были и зоологические коллекции. Старейшие институты вместе с гораздо более молодыми научными учреждениями ведут работу в важнейших областях общей биологии. Так, ботаники Академии наук СССР детально обследовали флору на всей территории страны. Они кропотливо изучали низшие и высшие растения, их структуру и химический состав и нашли немало новых лекарственных, кормовых и декоративных растений. Ботаниками созданы капитальные труды по флоре различных областей нашей страны и предложена научная система -высших растений, признанная в мировой литературе. Зоологи АН СССР тщательно изучали видовой состав различных групп животных и закономерности их географического распределения. Особое внимание зоологи уделяли промысловым животным, а также вредителям сельского хозяйства. Результаты зоологических исследований были опубликованы в 107 томах «Фауны СССР» и 105 томах «Определителей». Одной из самых крупных теоретических работ, выполненных в рамках Отделения общей биологии, следует считать создание академиком В. Н. Сукачевым биогеоценологин — на>- ки о взаимодействии живых систем между собой и с внешней средой. В наши дни бногеоценология становится фундаментом для многих исследовании биосферы, которые все ширятся, становятся все многограннее. II Отделение общей биологии отдает им много сил, тем более, что при Отделении функционирует Советский национальный комитет Международной биологической программы. В послевоенные годы академиком Е. Н. Павловским было создано учение о природной очаговости трансмиссивных болезней, что имело исключительно важное значение для районов Средней Азии и Сибири. А академик К- И. Скрябин разработал действенный комплекс мероприятии по уничтожению паразитических червей. Его работы нашли широкое применение в сельском хозяйстве. В наши дни в Институте эволюционной морфологии и экологии животных АН СССР разрабатывается система мер по борьбе с вредными насекомыми: колорадским жуком, хлебным .клопом-черепашкой, американской белой бабочкой. Недавно ученые Отделения общей биологии разработали эффективные меры по защите рыб от попадания в водозаборные сооружения.
Рассказ об общей биологии 79 Все более важное значение приобретают исследования Главного ботанического сада АН СССР, где под руководством академика Н. В. Цн- цина разрабатывается проблема введения в культуру и акклиматизации новых видов растений. В Главном ботаническом саду АН. СССР с помощью отдаленной гибридизации была получена многолетняя пшеница и другие гибридные культуры. В академических институтах весьма велик объем исследований по генетике и селекции: по химическому мутагенезу, космической генетике, полиплоидии растений и животных. Интенсивно изучаются молекулярные основы наследственности и изменчивости организмов. Недавно за развитие хромосомной теории наследственности и теории гена академик Н. П. Дубинин был удостоен Ленинской премии. Кардинальные исследования по биологии развития проводятся под руководством академика Б. Л. Аста- урова. Эти исследования касаются прежде всего методов управления иолом, размножением и развитием тутового шелкопряда. В производство уже внедряется метод получения желаемого пола у шелкопряда. Экономический эффект от внедрения этого достижения только в Узбекской ССР составляет 20 миллионов рублей в год. Тезис о том, что наука — самая выгодная сфера капиталовложений, полностью подтверждается в работах Отделения общей биологии. Вот еще один пример. Метод борьбы с подкожными оводами крупного рогатого скота, предложенный Зоологическим институтом, дает ежегодный экономический эффект в 450 миллионов рублей. Теперь эти оводы совсем не мучают животных в Эстонии и нескольких областях Украины. Народнохозяйственную пользу приносят и исследования Палеонтологического института, которые рисуют нам картину эволюции ландшафтов, климата и всей биосферы за последние полмиллиарда лет. Находки ископаемых организмов служат индикатором накопления осадков, что вовсе не безразлично при поисках полезных ископаемых. Интересное и практически важное исследование завершено в Лаборатории лесоведения и Институте леса и древесины СО АН СССР: разработаны методы прогнозирования лесных пожаров по совокупности метеорологических факторов и влажности горючих материалов. Изучены и процессы лесовосстановленпя в зависимости от размера пожарища и степени прогорания лесной подстилки. Выяснено, что в местах сильного прогорания лесной подстилки идет интенсивнее восстановление сосны, а в местах менее сильного прогорания — березы. Отделение общей биологии вместе с исследовательскими институтами ведет большую научно-организационную работу, контактирует с самыми разными учреждениями и ведомствами. Например, без таких контактов сотрудники Лаборатории гельминтологии АН СССР не смогли бы вылечить все поголовье домашних животных Одесской области и Дагестана от некоторых видов паразитов. При Отделении общей биологии функционирует девять научных советов по ключевым проблемам науки. Они заняты координацией исследований по рациональному использованию животного и растительного мира, биологических ресурсов водоёмов, по проблемам леса, а также по проблемам индивидуального и исторического развития животных и растений. Есть и совет по проблемам биогеоценологии и охраны природы. Так что сфера интересов Отделения общей биологии весьма широка, а функции многогранны.
80 Технология и природа Экономика водных ресурсов О проблеме водного баланса, о необходимости бережного использования водных ресурсов «Химия и жизнь» писала не раз. И не раз еще будет писать, потому что проблема пока далека от решения. Призрак водного голода все еще угрожает многим районам планеты. Испытывает недостаток воды и часть территории нашей страны. Президиум АН СССР, обсуждая проблему разработки научных основ рационального использования водных ресурсов, подчеркнул необходимость комплексного подхода к ее изучению. Одно из важнейших направлений работы в этой области — экономическая оценка водных ресурсов. Такие исследования ведутся, в частности, в Институте экономики АН СССР. Мы публикуем изложение статьи сотрудников института — академика Т. С. ХАЧАТУРОВА и М. Н. ЛОЙТЕРА, опубликованной в академическом журнале «Водные ресурсы». Сначала статистика. Каждый год в СССР расходуется на нужды промышленности 80 миллиардов кубометров воды, на мелиорацию— 130 миллиардов, на коммунальное водоснабжение—11 миллиардов. Еще 30 миллиардов кубометров потребляют остальные отрасли народного хозяйства. Всего 250 миллиардов кубометров в год — как раз полный годовой сток Волги. А в недалеком будущем эта цифра, вероятно, удвоится. Сколько стоит эта вода? Как будто недорого: считается, что себестоимость воды — 2 копейки за кубометр. Почему так мало? Ответ, на первый взгляд, кажется парадоксальным: оказывается, стоимость самой воды... в расчет не принимается! Дело в том, что экономисты учитывают эксплуатационные затраты, амортизацию оборудования, компенсацию потерь, прибыль водохозяйственных предприятий — короче говоря, всю обработку и доставку воды, но только не ее собственную стоимость. Получается, что вода — это какой-то бесплатный дар природы. Только обработка и доставка! При расчете себестоимости воды никто не учитывает, например, громадных затрат на пополнение водных ресурсов. Строительство магистральных каналов Иртыш — Караганда или Днепр — Донбасс никак не отразилось на себестоимости воды, а значит — и на себестоимости продукции предприятий, которые эту воду получили. То же самое происходит и с мелиорацией: все строительство и содержание крупных мелиоративных систем финансируется государством и никак не отражается на себестоимости сельскохозяйственной продукции, выращенной на орошаемых полях. Долгое время считалось, что природные богатства у нас едва ли не безграничны и уж чего-чего, а воды хватит. Возможно, эти взгляды и повлияли на расчет себестоимости воды. А теперь такой неоправданный оптимизм приносит плачевные плоды. Вот примеры. При орошении земель из-за несовершенства каналов и регулиру-
Экономика водных ресурсов 81 ющих сооружении до полей доходит только 60% воды, взятой в источниках водоснабжения. Если вспомнить статистические данные, приведенные в начале, то получится, что потери составляют круглую цифру в полсотни миллиардов кубометров! Кроме того, оросительные нормы, как правило, завышены, а учет воды неточен. Излишнее орошение часто приводит к повышению уровня грунтовых вод, заболачиванию и засолению почв и выводит из строя свыше 170 тысяч гектаров оросительных земель в год. Еще несколько цифр. За 1960—1970 годы было введено в действие 3,3 миллиона гектаров новых орошаемых земель, а действительный прирост обрабатываемых орошаемых площадей составил всего 1,6 миллиона гектаров. Иными словами, за десять лет из оборота выпало 1,7 миллиона гектаров— 16% орошаемых площадей страны. Не лучше обстоит дело в промышленности. Многие предприятия расходуют неоправданно много свежей воды — к чему экономить, если вода почти ничего не стоит? И получается, что при расчетном расходе на тонну стали 115 кубометров воды фактически расходуется 200—250 кубометров, на тонну азотистых удобрений идет до 400 кубометров... При этом отработанные воды нередко сбрасываются в водоемы без должной очистки, что делает их непригодными для использования другими потребителями. Возможность почти бесплатного пользования водой тормозит внедрение оборотных и бессточных систем водоснабжения, а это, в свою очередь, приводит к все большему загрязнению водоемов, к сокращению водных ресурсов. Потери воды могут и должны быть значительно сокращены. Особую роль в этом долж"ны сыграть экономические меры, в первую очередь — установление платы за пользование водными ресурсами. Такая возможность предусмотрена «Основами водного законодательства СССР и союзных республик», принятыми в 1970 г. Верховным Советом СССР. Плата за пользование водными ресурсами, естественно, увеличит себестоимость промышленной и сельскохозяйственной продукции. Точнее, в себестоимость продукта при этом войдут те вполне реальные затраты на водоснабжение, которые все равно производятся и сейчас, но просто пока не учитываются. Поэтому такое увеличение себестоимости не должно нас пугать. Наоборот— оно послужит толчком к упорядочению водопотребления, к введению технологически обоснованных норм, к ускорению строительства оборотных и бессточных систем и т. д., а это значительно сократит расход воды. Кроме того, переход на оборотное водоснабжение обычно связан с коренным усовершенствованием технологии, которое влечет за собой удешевление производства. Существенным стимулом к экономии воды будет и плата за водопользование в орошаемом земледелии. В условиях хозрасчетной работы промышленных и сельскохозяйственных предприятий такая мера будет способствовать бережному использованию водных ресурсов. Можно предполагать, что экономия составила бы 17—18% воды, потребляемой в стране. А это было бы равносильно сбережению многих миллионов рублей капиталовложений...
82 Статистика Численность научных работников и инженеров в мире, по данным ЮНЕСКО (в среднем за десятилетие 1960—1970 гг.) 0 людях науки В конце 1973 г. в нашей стране трудились 1,1 миллиона научных работников. Штаб советской науки — Академия наук СССР— насчитывал свыше 40 000 ученых. Его возглавляли 245 академиков и 452 члена-корреспондента АН СССР. По оценкам науковедов, ныне здравствующие и работающие ученые составляют 80—90% общего числа ученых за всю историю науки. Советское государство унаследовало от старой России около 300 научных учреждений (включая высшую школу), где было занято 11600 человек. В 1971 г. число научных учреждений в нашей стране достигло 5307, а количество научных работников — 1002900 человек. С 1950 по 1970 г. среднегодовые темпы роста числа . научных работников в СССР были вдвое выше, чем средние темпы роста числа рабочих и служащих. В 1940 г. в нашей науке было занято 0,2% населения, в 1950 г.— 0,4%, в 1960 г. —0,8%, в 1970 г. —1,3%. Начиная с 1964 г. ежегодный прирост численности научных работников в Советском Союзе превышает 50000 человек. В СССР число людей, занятых в науке, удваивается каждые 6 лет, в США — через 10—11 лет. Страны СССР США Западная Европа Европейские социалистические страны Япония КНР Латинская Америка Азия (без Японии и КНР) 1 Африка 1 Весь мир о о - * о о о ^ «С о о 8 в 9 3,5 3 21 5 35 9,5 100 Научные работники н инженеры , численность, s £ тыс. S S с -С \ 4800 34 3500 24 2000 14 1400 10 600 4,2 540 3,8 190—200 1,5 1000—1200 8 60—70 0,5 14000 100 Рост численности научных работников в СССР (тыс. чел.) Кандидаты наук 45,5 98,3 224,5 249,2 Доктора наук 8,3 10,9 23,6 26,1 Всего научных работников 162,5 354,2 927,7 1002,9 Привлекательность научных профессий, по данным социологических опросов A969 г.) 1 Науки 1 Физика 1 Математика 1 Геология 1 Химия Экономико-математические 1 исследования 1 Медицина 1 История 1 Философия 1 Биология 1 Экономика Филология Оценки по пятибалльной системе 1 юноши 3,81 3,61 3,59 3,44 3,43 3,25 3,13 3,02 3,02 2,95 2,93 девушки 3,89 3,91 3,95 3,99 3,75 1 3,98 ! 3,70 3,61 3,63 3,49 3,58
О людях науки 83 8 академических и отраслевых научно-исследовательских институтах нашей страны работают 55% научных работников, в высшей школе — 37% ( на промышленных предприятиях, в проектных и конструкторских организациях, в аппарате управления — 8% • Ученые АН СССР составляют менее 4% общего числа научных работников страны. Физико - математическими, химическими и биологическими исследованиями занято более половины ученых Академии наук. В 1971 г. на одного доктора наук приходилось около 40 научных работников более низкой квалификации, на одного кандидата наук — трое ученых без степени. В шестидесятые годы в нашей науке наметилась тенденция к омоложению ученых. Сейчас средний возраст научного работника АН СССР —38 лет, средний возраст кандидата наук — 42,2 года, доктора наук — 57,1 года. За двадцать лет A950—1970) число женщин в советской науке возросло в шесть раз, их доля в общем количестве ученых увеличилась с 36,3% до 39%. (Для сравнения: в Англии среди научных работников 16% женщин, во Франции — 9%). В научно- исследовательских институтах легкой и пищевой промышленности женщины составляют 80% всех сотрудников. Среди работающих в науке мужчин 32,5% кандидатов наук, 3,6% докторов наук. Среди женщин — соответственно 17,7% и 0,9%. Зато половину всех младших научных сотрудников и аспирантов составляют женщины. Кандидат экономических наук Ф. Г. ГУРВИЧ Распределение научных кадров в СССР по отраслям знаний р ■■ '■■■ 1 Отрасли знании I Техника I Физика и математика 1 Экономика Медицина Филология Химия Биология Педагогика Сельсксе хозяйство История Геология и минералогия Искусствоведение Философия География Право Ветеринария Архитектура Фармакология 1950 i О. О С s числ ботн 41495 10184 4584 21040 13601 12946 86? 1 8826 11932 8450 3626 3940 2686 2574 1046 2174 782 435 г. f) -0 25,2 6,3 2,8 13,0 8,4 8,0 5,3 5,4 7.3 5,2 2,2 2.4 1,7 1.6 0,6 1.3 0,5 о.з I960 i Р. О С X числ ботн г. о /0 1970 i Со О х числ бот и г. 1 % 1 129843 36.6 409470 44,1 | 28966 13884 31393 21234 26237 15091 14093 17970 16456 10671 5614 3375 4274 2249 3216 1438 781 8,2 3,9 8,9 5,9 7,4 4,3 3,9 5,1 4,6 3,0 1,6 0.9 1,2 0,6 0,9 0,4 0,2 95272 10,3 | 57518 48750 48721 45815 37342 31283 31146 25138 20342 12182 12039 7242 4765 4300 2590 1207 6,2 6,3 5,3 4.9 4.0 3,4 3,4 2,7 2,2 1,3 1.3 0,8 0,5 0,5 0,3 0.1 Академия наук СССР, академии наук союзных республик, отраслевые академии (данные на конец 1971 г.) I Академии АН СССР АН УССР АН БССР АН УзССР АН КазССР АН ГрузССР АН АзербССР АН ЛитССР АН МолдССР АН ЛатССР АН КиргССР АН ТаджССР АН АрмССР АН ТуркмССР АН ЭстССР ВАСХНИЛ АМН СССР АПН СССР Академия художеств СССР 1 те со о о *" t? к с s U I 1724 1919 1928 1943 1945 1941 1945 1941 1961 1946 1954 1951 1943 1951 1946 1929 1944 1944 1947 i* X С <и 4 5 2 * 5Г а 4 х& о о. Ш X в £2" 246 36777 76 32 30 36 41 31 12 20 16 18 18 35 16 15 162 36 15 7 10712 3817 3343 3172 4438 3691 1285 721 1558 1232 1008 2286 727 811 8193 4362 1429 358 S X X О. г о. (У О et * те i 45 675 262 114 100 109 108 93 30 36 51 42 39 89 43 38 161 264 129 103 >а на- о ь £* Ч* 3044 655 127 134 140 276 227 37 46 48 56 35 145 29 42 346 680 95 13 *аук ** X 1 те 1 15174 4256 955 1259 1198 1360 1367 517 414 577 442 347 752 316 409 3740 2666 623 124
БОРИС ВОЛОДИН
Литературные страницы 85 Ну кто еще из равных, чем век совпал с веком его «долгой длинной жизни» — так он сам ее назвал однажды, — оказался столь же счастлив: Клод Бернар? Дарвин? Гельм- гольц? Пастер? Менделеев? Эйнштейн? Ре- зерфорд? Они — да! Но многие, как Сеченов, всемирного признания не услышали — Иван Михаилович был признан при жизни лишь соотечественниками и своим учителем Карлом Людвигом; и многие, как Мендель, не услышали никакого. Начнем рассказ про то, как и почему оказалась поистине счастливой Павловская судьба. 1. Конечно не сразу все пришло, по начал Иван Петрович просто лихо. Всего второе исследование, еще студенческое — «О нервах, заведующих работою в поджелудочной железе», сделанное им вместе с однокурсником Михаилом Афанасьевым, было отмечено золотой медалью Петербургского университета (не так уж важно, что медаль награжденным не вручили: она застряла где-то в канцелярии). Окончив университет, Иван Петрович поступил в Медико-хирургическую академию, ибо не мыслил физиологии вне медицины, и, раздобыв рублей сто, отважился отправиться с этим сочинением на летние каникулы 1877 года в Бреславль, к маститейшему Рудольфу Гейденгайпу, прозванному «физиологом с пеленок», — поработать, а заодно убедить мэтра, что правы он с Афанасьевым, а не сам Гейденгайн. Речь шла о вопросе, на котором тогдашняя физиология споткнулась. Людвиг, Клод Бернар и Гейденгайн, дополняя друг друга, проникли в механику нервной регуляции слюнной железы — самой доступной из всех пищеварительных желез. И именно глава бреславльскон школы установил, что ею управляют нервные волокна двух видов. Импульсы одних вызывают собственно секрецию слюны. Импульсы других определяют ее химический состав — концентрацию солей, муцина, фермента, ибо в ответ на разные раздражители железа рефлекторно выделяет слюну разного состава. Казалось, тотчас откроется такой же механизм и у других желез — природа трафа- ретна. Поджелудочная — эта главная химическая фабрика пищеварительной системы '— сама просилась в руки. Ну, что стоило корифеям вивисекции сделать фистулы— отверстия для выведения сока наружу, подобраться к блуждающему нерву на любом нужном участке и начать раздражать его—механически или током? Но увы!.. Каждый экспериментатор получал свои, противоречащие всем прочим, результаты. Секреция железы то возбуждалась, то прекращалась от воздействия не только на блуждающий нерв, но и на седалищный и па любой другой, не имеющий к железе никакого отношения — просто от боли. А не повинны ли сами фистулы? Пошел спор, какая лучше, а какая маскирует истинную картину—излюбленная Гейденгайном временная, создаваемая перед самым опытом, или постоянная с серебряной или стеклян1 ной трубочкой, какие вставлял в проток железы Клод Бернар. или со свинцовой проволокой, как у Людвига. ...И вот, пожалуйте, является бородатый русский студент и утверждает, что в Петербурге они с товарищем накладывали собакам постоянную фистулу по Людвигу, которую Гейденгайн считал источником постоянного постороннего раздражения. Затем вместо того, чтобы отпрепарировать блуждающий нерв, они действовали на него химически: вводили собаке атропин, который, как известно, угнетает нерв, а затем физостигмин, действующий противоположно, и получали от атропина полную остановку секреции, а от физостигмина возобновление!.. Это уже пробовал делать один ученик Людвига — результаты были похожи, но сомнительны. И это же повторил один ученик Гейдепгайна, а у него ни атропин, ни физостигмин на секрецию не влияли, но, увы, уже после опубликования работы Гей- денгайну пришлось публично усомниться в точности экспериментов. Как поступить теперь? Дать пришельцу собаку — пусть ставит опыт, как ставил его у себя дома!
86 Литературные страницы ...И хоть ты тут провались со стыда сквозь бреславльскую землю—у Ивана Петровича не получилось ничего похожего на то, что им с Афанасьевым столько раз удавалось получить в Петербурге на глазах у нх университетских учителей! Атропин секрецию железы здесь не останавливал... Что должен был Гейденгайн сказать теперь? Что студенту не следует поучать профессоров? Но скажи он так, он не был бы тем Гейденгайном, который в отчаяньи воскликнул именно об этой треклятой проблеме в одной своей статье: «Я еще ни разу не предпринимал такого рода опыта, который был бы так богат собачьими жертвами и так беден соответственными им результатами...» И он стал всячески ободрять «господина Канарейку». Такое прозвище — «Негг Капа- rienvogel» — Гейденгайн прилепил своему ершистому гостю, как только тот явился в лабораторию, за ужасно желтый летний нанковый костюм, который Иван Петрович купил в Апраксином дворе специально для заграничного вояжа, соблазнившись яркостью и дешевизной. И предложил «русской канарейке» потратить остальное время на одно кропотливое, но преполезное исследование из той же оперы. Правда, не столько физиологическое, сколько гистологическое — об изменениях у кроликов тканей железы вследствие экспериментального выключения ее из нормальной деятельности. Гистологической работы — изготовления срезов, окраски тканей, микроскопии, зарисовки увиденного в препаратах — Иван Петрович не любил, но честно одолел заданную задачу. А воротясь в Петербург, упрямо разработал новый вариант фистулы поджелу дочной железы — довольно сложную операцию: кусочек двенадцатиперстной кишки вместе с протоком, в нее-впадающим, вырезается и вшивается в кожу, и секрет железы идет не в кишку, а в воронку, прикрепленную к телу собаки, а из нее в пробирку. Спустя три — четыре дня все заживает — и тут уж ни о каком постоянном постороннем раздражении речи быть не может. При такой фистуле Павлов снова подтвердил прежние свои с Афанасьевым выводы. Кроме того, он выяснил, почему в Бреславле ничего не получилось: он вводил слишком малые дозы атропина — Гейденгайн невольно навязал ему те дозы, какие применял его ученик. А еще немного спустя бреславльский мэтр сам пришел к такой же операции, и еще позднее он признал справедливым первое доказательство влияния блуждающего нерва на поджелудочную железу, которое добыл его молодой русский коллега. Лихое начало — не правда ли? Но успехами Иван Петрович никогда не кичился. За следующие работы ему вскоре была присуждена еще и золотая медаль Медико-хирургической академии. Но даже Серафиме Васильевне, своей суженой, по ко- * торой он тогда еще лишь вздыхал, Иван Петрович не рассказал ни о старой, ни о новой медалях: о них она случайно узнала от друзей. 2. В 1895 году в одном нз программных докладов Иван Петрович произнесет панегирик фармакологии как высокой теоретической дисциплине, которая «чрезвычайно может способствовать успеху физиологического знания, ибо химические вещества представляют собою тончайшие аналитические методы физиологии». И эти слова — не просто разумное суждение ученого. Они — итог многолетнего рабочего опыта Ивана Петровича. В 1878 году Сергей Петрович Боткин решил устроить при своей клинике лабораторию для изучения физиологического действия лекарственных веществ на организм — преимущественно на сердечно-сосудистую систему. Под лабораторию был отведен маленький — в две комнаты — деревянный домишко во дворе клиники. А возглавить лабораторию Боткин предложил Павлову, который был тогда еще студентом пятого курса академии. Врачи, проходившие у Боткина стажировку, писали диссертации о действии на сердце бромистого хинина и солей калия, настойки майского ландыша и настоя горицвета весеннего, и многого другого, чем с их легкой руки по сей день медики лечат
Борис Володин • Признание 87 «по науке» своих пациентов. Идейным и официальным руководителем их работ был Боткин, а фактическим — из-за крайней занятости патрона-—Иван Петрович, зачисленный потом в клинику ординатором. И не только руководителем, но изобретателем и главным исполнителем всех экспериментов. И именно опыт с препаратом майского ландыша, который Иван Петрович в 1882 году поставил вместе с врачом Богоявленским — в будущем видным терапевтом, натолкнул его на истинное открытие. Он открыл нерв, усиливающий сердечные сокращения. Сложность была в том, что нерв не представляет собою отдельной веточки: его волокна вплетены в другие топкие нервные ветви, идущие к сердцу. Мысль о том, что такой нерв существует, витала в воздухе. Но Иван Петрович предъявил реальные доказательства. Ни первая его ученическая удача, ни эта не были случайны. Кроме увлеченности, напористости и таланта за плечами Павлова была серьезная школа. Кафедру анатомии, гистологии и физиологии, иа которой он специализировался в университете, возглавлял академик Филипп Васильевич Овсянников, прошедший в молодости искус в лабораториях Клода Бернара и, конечно же, Карла Людвига, учителя всех тогдашних русских физиологов и доброй половины епропейских. Овсянникову принадлежит открытие сосудодвигательного центра в продолговатом мозгу. А практикум иа его кафедре вел экстраординарный профессор * Илья Фадеевич Цион, тоже ученик Бернара и Людвига, потрясающий, артистический вивисектор. Цион-то и стал истинным первым учителем Павлова — исследователя. Цион прославился, открыв «рефлекс Цио- на — Людвига»; от дуги аорты по особому депрессорному нерву, названному им еще «предохранительным клапаном сердца», в мозг и от него — к сосудам. Посредством этого рефлекса снижается кровяное давление, как только в аорте, в самом начале артериального русла, оно начинает превышать * Должность в тогдашних высших учебных заведениях — «младший» профессор, не возглавляющий кафедру. норму. Имя Карла Людвига Цион поставил рядом со своим в память о том, в чьей лаборатории и под чьим руководством родилось открытие. Этот его труд был удостоен высшей в прошлом веке научной премии Монтиона — ее присуждала Парижская академия наук. Ведь открытие депрессорного рефлекса было ярчайшим доказательством того, что нервная система — это механизм автоматической защиты организма не только от внешних опасностей, но и от нарушений его нормальной деятельности, ими вызванной, то есть, как станут говорить в следующем веке — аппарат саморегуляции. Но это не все. Цион первым в мире установил, что деятельность сердца регулируется дв>мя противоположными нервными воздействиями. За двадцать лет до него братья Веберы открыли нерв, замедляющий сердечные сокращения. Цион со своим братом открыл ускоряющий нерв. Знаменитый немецкий физиолог Гольц возмутился: не может быть — зачем сердцу такой нерв! Это все равно, что запрячь в телегу двух, лошадей, тянущих в противоположные стороны! Но через восемь лет Гольц сам сделался соучастником открытия нервов-антагонистов: он нашел в седалищном нерве сосудорасширяющие волокна, а работавшие в его же лаборатории ученик Сеченова Тарханов и молодой бельгиец Пютцейс четко доказали на тех же собаках, что в том же нерве идут волокна сосудорасширяющие. И после непродолжительного смятения стало утверждаться в умах соблазнительное своею простотой представление о нервном антагонизме, как возможной принципиальной основе регуляции всех процессов, всех органов. Казалось, остается только подтвердить, что этот принцип, действительно, универсален —действительно, определяет все. А еще Цион открыл ни много нн мало, что синтез мочевины происходит именно в печени, и в Петербурге, на кафедре Овсянникова, продолжал работу по физиологии кровообращения и начал исследования поджелудочной железы, которые должны были впоследствии привести- к раскрытию причин диабета. И вдруг добился в Медико-хирургической академии кафедры, оставленной
88 Литературные страницы Сеченовым из протеста против беспринципного поведения коллег. Занял ее. Погрузился в устройство тамошней лаборатории и еще более — во внутриакадемическую склоку. И через два года был вынужден покинуть и академию и Петербург, ибо несусветным своим высокомерием и реакционнейшими взглядами, которые уживались в нем с удивительным талантом исследователя, он вызвал форменное восстание тамошних студентов. Была студенческая демонстрация против Циона. Даже академию закрыли на несколько дней. А Цион, обосновавшись в Париже, хоть и продолжал работать, почему-то забросил свои петербургские планы. Зато они отпечатались в замыслах ученика, который всю жизнь не мог забыть, что именно Цион, первый, приобщил его к высоким законам исследовательского ремесла. Иван Петрович даже написал: «Такой учитель не забывается всю жизнь». Десять лет назад в университете, на лекции, продемонстрировав опыт с депрессор- ным рефлексом, Цион обронил с кафедры: «Каждый из вас носит в себе нерв моего имени». Теперь и он открыл «свой нерв». Но не только это ему было важно. Ему нужна была докторская степень — без нее даже мечтать нельзя о профессуре, если со временем забрезжит какая-то из шестнадцати возможных на восьми факультетах России вакансий по физиологии или хотя бы фармакологии. Ведь профессура — это лаборатория, где ты совсем себе хозяин, и это все- таки не шестьдесят два с полтиной ординаторского месячного жалованья. Будь Иван Петрович другим — уже в сентябре 1882 года мог бы напечатать в типографии Котомина и К0 тридцатистраничную брошюрку диссертации — не хуже тех, что, отпечатав там, защитили трое его подопечных. Но он в том сентябре напечатал лишь в «Еженедельной клинической газете» Боткина предварительное сообщение. Сослался в нем на свои статьи предыдущих лет о регуляции кровообращения. Заявил, что по данным новых опытов, в составе сердечных ветвей блуждающего нерва есть волокна «резко влияющие на работу сердца помимо изменения ритма» и волокна, являющиеся их антагонистами. И добавил: «Последний факт так глубоко изменял установившиеся воззрения, что вся моя работа потребовала пересмотра с самого начала, почему все подробности и всякие выводы отлагаю до заключения работы». Той осенью для него ничего не существовало, кроме новых и новых лихих острых опытов на собаках, обездвиженных кураре, и на изолированных собачьих сердцах, опытов с перерезками спинного мозга, с препаровкой сердечных нервов на отдельные пучочки, с механическим и электрическим их раздражением, с изучением реакции на настойку ландыша и на атропин. II книга «Центробежные нервы сердца», которую он лихорадочно писал вечерами, еще не успев остыть от горячки эксперимента, книга, а не диссертационная книжица, должна была воспроизвести во всей полноте новую, более сложную, чем рисовалась прежде, картину регуляции сердечной деятельности. Кроме двух открытых Веберами и Ционом антагонистических влияний на частоту, еще два — на силу сокращения и, быть может—это еще нужно изучить — не прямо на мышцу, а посредством импульсов, сужающих илн расширяющих собственные сосуды сердца. Далее он описал механизм, позволяющий проявиться то одному, то противоположному влиянию: периоды «физиологической перерезки нерва», периоды непрохождения импульсов — нерв «молчит», когда «говорит» другой. И все в книге — сквозь собственные опыты. Собственноручной работой Иван Петрович выверял, развивал, опровергал, подтверждал и уточнял все, что сделали или наметили добрых два десятка коллег, от маститых, как братья Веберы, Цион и Гейденгайн, до молодых, как он, Гаскелла и Левита. Гаскелл-то и подкузьмил его. В ноябре друзья передали, будто профессор Тарханов помянул какое-то сообщение в «Journal of Physiology». Английского Иван Петрович не знал; журнал, натурально, добыл в библиотеке— августовский, приплывший в Питер два месяца спустя после выхода. Приятель перевел ему кратенькое предварительное сообщение — еще короче, чем его собственное в боткинской газете: Гаскелл открыл усиливающий нерв у черепах!
Борис Володин-Признание 89 ...Введение к «Центробежным нервам» Иван Петрович специально построил так, чтоб было видно, как сразу все, кто увлечен проблемой, нащупывают новую сторону механизма, управляющего сердцем,— и Гас- келл, и Левит, и Гейденганн, и он сам. Но спокойной защиты он не ждал. В те времена щадить коллег и вообще-то не очень было принято, старые журнальные статьи — тому свидетельство. И сам Иван Петрович, хоть его официальное положение меж петербургских физиологов было куда как скромным, отличался незаурядной колючестью и, не считаясь с тем, что с коллегами ему еще долго «детей крестить», отношения портил без оглядки. Осмотрительности он и после не приобрел. Лет через десять, если не больше, его жена Серафима Васильевна сказала одному иноземному физиологу: «Mein Mann, nur ein Knabe, nur ein Knabe!».— «Мой муж — сущий мальчишка, сущий мальчишка!..» А тогда он еще не успел нажить будущей своей широты биологического мышления и мог в запальчивости публично декларировать, что настоящее 'полезное дело — лишь та область, которою занимается он сам, Иван Петрович, то есть физиология высших животных, а еще вернее — экспериментальная медицина. Правда, эту мысль впервые провозгласил не ординатор клиники Боткина Павлов, а сам Клод Бернар. Отец экспериментальной медицины даже прочитал как-то публичную лекцию в Сорбонне против «физиологов-лягушатников». Однако всяк сверчок знай свой шесток! К тому же Иван Петрович в пылу бывал просто несправедлив. На заседаниях физиологической секции Общества естествоиспытателей чуть не всякий раз атаковал, например, тончайшие нейрофизиологические работы Николая Евгеньевича Введенского и дерзил Сеченову, который защищал труд своего ученика. Он был еще студент академии, а не постеснялся в пух и в прах разнести неудачную работу самого Овсянникова, своего университетского учителя, и наговорил резкостей Тарханову, который попытался защитить эту работу. А ведь Тарханов после Циона возглавил в академии кафедру физиологии и даже предложил Павлову место ассистента. Но Иван Петрович от места отказался. Пошел ассистентом к профессору Устимовичу... 3. Защищал Иван Петрович в мае 1883-го. Рецензенты — доцент Дроздов и доцент Соколов (жаль, Боткина не было — грудная жаба; Соколов выступал вместо него), назвали работу Ивана Петровича подвижнической. И в самом деле: на то, что было сделано за считанные месяцы, другому исследователю понадобился бы год или два. Ну, а третьим рецензентом был Иван Романович Тарханов. И он, подтвердив, что работа заслуживает искомой степени, влил в мед дегтю: мол, Иван Петрович не должен считать себя автором открытия, ибо это открытие сделал Гаскелл, — надо бы диссертанту прилежнее читать иностранные журналы. Он словно -бы не приметил написанного в диссертации, и журчавший ручейком защитительный диспут разом вспенился и забурлил: председательствующему еле удалось удержать дискуссию в рамках, так сказать, парламентских. Иван Петрович тархановские доводы отверг. Степень, конечно, была присуждена и отпразднована со стажерами. А через год комиссия, в которую входил и Тарханов тоже, рассмотрела ученые труды Ивана Петровича и единогласно представила его к званию приват-доцента по физиологии. И только он им украсился, академическая конференция постановила командировать Докторов Павлова, Бехтерева и Левашева за границу для усовершенствования — с выплатой сверх прежнего скромного жалованья по 1200 рублен в год. Из двух лет командировки Иван Петрович решил проработать год у Гейденгайна и год в Лейпциге у Людвига. А только приехал с женой в Бреславль, как узнал о конкурсе, объявленном в Петербурге Академией наук, на соискание премии имени митрополита Макария, присуждаемой за исследования, отличающиеся оригинальностью. Все
90 Литературные страницы русские медики, его друзья, что были там, — Бехтерев, Левашев, Лукьянов, Стольников— стали уговаривать подать на конкурс диссертацию и статьи по той же теме. Лучше бы ие подавал. Написать рецензию Академия попросила Тарханова. В апреле 1885 года Иван Романович представил высокому собранию обстоятельнейший—на сорока страницах — отзыв, который и заключил словами: «Работы г. Павлова о центробежных нервах сердца, несмотря на интерес затронутых и отчасти им решенных вопросов, отличаются недостаточно основательной разработкой предмета и некоторой поспешностью выводов...» Премия Ивану Петровичу не досталась, и это был акт официального непризнания. Один из трех, им пережитых (следующие два пришлись на один и тот же 1889 год). Акты непризнания серьезно переживала его жена, Серафима Васильевна. А он даже обижал ее тем, что от всяких разговоров о них отмахивался, потому что мысли его были заняты совсем другим. В Бреславле и Лейпциге он вошел в новые для него сферы физиологии. Та, которою он прежде занимался и которую считал единственно важной, была физиологией органов. А Гейденгайн был первым человеком совсем новой физиологии — клеточной. И Людвиг был мощнейшим человеком другой физиологии — физико-химической. Людвиг, совершенно как проповедник, неистово хотел всех и юся убедить, что жизнь — лишь физика и химия и через них будет познана. (Говорил на лекциях для студентов: «Господа! Мы едим солнечный свет!») Он мечтал всю физиологию перевести на бесстрастный объективный язык цифр и графиков, изобретал приборы—кимографы, манометры, плетизмографы — и сам, и с учениками искал новые способы автоматически регистрировать физиологические факты— биение сердца, расширение сосудов, сокращение мышц, колебания давления. Гейденгайн слегка над ним посмеивался: только осмосом и диффузией жизнь не объяснить, как не объяснить и «жизненной силой» виталистов. Конечно, она — и химия и физика, но другая, завтрашняя химия и физика— именно тех живых молекул, из которых построены тела. Гейденгайн сказал о «Центробежных нервах»: «Вы хорошо охватили регуляцию важнейшего органа», а Людвиг сказал: «главного насоса», и оба были едины в том, что главное — и в молекулах, и в органах, и в физике. Но главнейшее— в познании целостной машины, где все части в непрерывном взаимодействии, — то, о чем мечтал еще Клод Бернар. Все, что делается сейчас, лишь подготовка к синтезу. Гейденгайн засадил его за эксперименты по нейромышечной физиологии — совершенно в том стиле, как те, что ставил в Петербурге Введенский, — будто наложил епитимью за грех молодости! Эксперименты пришлось вести даже не на лягушках, а на речных моллюсках, и статья, тотчас напечатанная, была названа Павловым с предельной простотой: «Как беззубка раскрывает свои створки (опыты и вопросы к общей мышечной и нервной физиологии)». Конечно, Иван Петрович и у моллюсков стал искать нервные волокна-антагонисты, моторные и тормозящие, то есть вызывающие сокращение и расслабление запиратель- ных мышц раковины. И он быстро нашел их. Но педантично изучая, как отвечают мышцы на нервный импульс, вдруг понял, что ответы не однозначны. Увидел факты, которые одним только антагонизмом не объяснить. За год, проведенный у Гейденгайна, расшифровать их не удалось — только выявилось сходство между ними и теми явлениями в ответах слюнной железы собаки на раздражение подходящих к ней нервов и в ответах мышц кошачьего зрачка, что не укладывались в заманчивую схему. Он закончил статью перечнем неразъясненных вопросов и Сожалением: «ввиду окончания срока моего пребывания в Брюсселе, я был лишен возможности продолжать исследования в указанном направлении». А в Лейпцигском институте у Людвига он попал в свою стихию —в кровообращение. Людвиг отдал ему в полное распоряжение «кровяные часы»—аппарат для измерения объема крови, протекающей в аорте или другом сосуде животного за единицу времени. Первый вариант прибора Людвиг сконструировал вместе с одним своим
Борис Володин ■ Признание 91 русским учеником — И. М. Догелем. В прошлом году «кровяные часы» усовершенствовал у него другой русский — Я- Я. Стольников, приятель Ивана Петровича. А когда Иван Петрович появился у Людвига — стоило ему упомянуть про «кровяные часы», и старик обрадовался, сразу повел показывать: он теперь добавил к ним электромагнитное устройство, которое автоматически подключало на нужное время и затем отключало ток крови из сосудов подопытной собаки к измерительным приборам. (Надо же было придумать такую механику, чтоб кровообращение так благополучно шло через прибор! Вне тела!) «Кровяные часы» точнейшим образом измеряли объем крови, которую желудочек сердца (левый или правый) выбрасывал в сосуды, и можно было вычислить объем одного сокращения. Иван Петрович сделал то, что не снилось еще пи Гаскеллу, ни Левиту—-никому. Он получил точные данные, как изменяется ударный объем сердца от раздражения усиливающего нерва, любого иерва. Людвиг пришел к ним неожиданно, когда Серафима Васильевна была одна (Иван Петрович в тот час, конечно, состоял при «кровяных часах» и собаке). Наговорил комплиментов об Иване Петровиче и закончил тем, что она — счастливая женщина, ибо ей досталось быть женой великого человека! 4. Он вернулся окрыленный. Ведь он все-таки был честолюбив, как бывают честолюбивы настоящие работники, — радость в том,: чтобы сделать больше и лучше. А Петербург огорошил: коллеги, сам Тарханов встретили радушно, но даже постоянной должности для него не оказалось, только временная. Боткин, хворый, замороченный, забыл приберечь вакансию. И после лейпцигских научных хором — опять деревянная сторожка в две комнаты. Написал министру просвещения: просил направить в любой университет, на любую экспериментальную кафедру — физиологии, фармакологии, патологии. Граф Делянов ответил: «Вакансий нет». Узнал, что в Томске создается университет, написал попечителю учебного округа Флоринскому, бывшему профессору акушерства в академии: «За мною компетентность в экспериментальном деле, надеюсь, не откажутся сказать свое слово профессора Сеченов. Боткин и Пашутин...» Но курс физиологии, если бы ничего затягивающего дело ие случилось, мог начаться у будущих томских медиков, оказалось, не ранее, чем через два года. Впрочем, попечитель обещал иметь Ивана Петровича в виду. «Вплоть до профессуры, в 1890 году, уже женатому и имевшему сына, в денежном отношении постоянно приходилось очень туго. Но благодаря товарищеской помощи во всяких видах и увлечению физиологией, не скажу, чтобы это очень омрачало мою жизнь». — Так Иван Петрович написал в 1904 году в автобиографии. Действительно, его спасала «товарищеская помощь». Он сам ни о чем не умел хлопотать. Постоянную ординаторскую должность, болтавшуюся в другой клинике, отыскали друзья и чуть ли не отвели за руку подавать прошение. А в Петербурге на такой оклад с семьей не прожить. Жену с сыном отослал к ее сестре в Ростов. Его самого приютили и кормили друзья — чета врачей Симановских. Но он был странно легкий человек: все украшалось физиологией. Радовался, что изобрел систему искусственного кровообращения, подключал к ней сердце и легкие собаки, отъединив их от остальной кровеносной системы. И на изолированных, но функционирующих сердцах и легких ловко изучил действие нескольких препаратов. И свирепел лишь' оттого, от чего свирепел всегда: позвал Боткина посмотреть опыт, а стажер не снял с системы зажим, и все полетело к свиньям. И именно в это время .он отважился сделать рывок — к синтезу. К познанию взаимодействия частей в единой машине, работа которой никак не искажена. К. тому, что еще никому не удавалось: увидеть физиологические явления в чистоте, без оглушающего действия наркоза, без боли, без кровотечений— всего, что только может ударить по нервной системе животного. Под-
92 Литературные страницы смотреть, как подсматривают чужую жизнь сквозь окно. Впрочем, о первых постоянных «окнах» в организм он еще семинаристом прочитал в «Физиологии обыденной жизни» Льюиса — в книге, определившей его выбор. Канадский охотник Сен-Мартен был ранен в живот. Продырявленный желудок спаялся с незажившим свищом брюшной стенки. Хирург Бомон вылечил Сен-Мартена и оставил при себе — камердинером и объектом для физиологических наблюдений. Бомон многое увидел. Например, увидел, что желудочный сок начинал выделяться у его подопытного, как только Сен-Мартен ставил перед собою тарелку с едой. Потом Басов и Блондло стали делать фистулы у собак. А у Гейденгайна он видел операцию искусственного «маленького желудочка», отъединенного от «большого» желудка, чтобы получать из фистулы чистый сок, не смешанный с пищей. Но у Гейденгайна что-то не выходило. Видимо, при операции оказывались пересеченными нервы желудка. Иван Петрович выстроил планы целой системы «окон» в пищеварительный тракт — в главную химическую фабрику организма. Переворошил всю литературу. Сделал кучу заготовок. Попутно написал несколько статей, подчистил остатки прежних опытов по кровообращению, чтобы больше не возвращаться к ним. Отшлифовал три стажерских фармакологических диссертации. И первую работу по пищеварению, быть может, из осторожности, обозначил сперва как фармакологическую. Это был «черновик». Наблюдение Еелось сквозь «окно» его собственной конструкции образца 1879 года — проток поджелудочной железы, выведенный на кожу. Вместе с лекарем Кувшинским они стали исследовать, как изменяется отделение сока железы после введения морфия, кокаина, спирта. Затем пошла чистая физиология — разные виды пищи: мясо, хлеб, молоко. Затем — все то же плюс изменение реакции во время сна. Изменялась! Со следующим стажером, лекарем Мет- том, в острых опытах принялись изучать влияние раздражений блуждающего нерва па состав ферментов поджелудочной железы. Метт — ясная голова — изобрел остроумный способ определения переваривающей силы ферментов: заполнял яичным белком капиллярные стеклянные трубочки. Прогрев их, чтобы белок свернулся, трубочки погружали в пробирки с соком на 10 часов. Затем измеряли линейкой, на сколько миллиметров убавился столбик белка. Но эти работы были лишь как бы каденции, как вариации в экспериментальном концерте, который Иван Петрович принялся разыгрывать в насквозь продуваемой метелями 1888 года ветхой лаборатории, и в котором каждая из партий непременно исполнялась в четыре руки — две всегда его собственные. А кодой, финальным обобщением, стала «Своим дорогим учителям проф. Е. Циону, проф. Р. Гейденгаииу и проф. К- Людвигу, в знак глубочайшей благодарности и уважения...» посвященная статья «Иннервация поджелудочной железы». Павлов мог бы назвать ее «Центробежные нервы поджелудочной железы» — по аналогии. Тут и там классическая вивисекционная методика «органной физиологии»: острые опыты с перерезками спинного мозга, чтоб исключить влияние центров; с препаровкой нервов на пучки в поисках антагонистических влияний; сравнение изменений давления секрета, выбрасываемого железой в фистулу, — с колебаниями артериального давления. Но обнаружив и секреторные и задерживающие нервные пучки, он увидел совпадение ответов железы с рефлекторным расширением и сужением ее артерий — не в том ли основа трофических нервных влияний? И все время искал сходства своих фактов со «счастливыми и остроумными опытами» Гейденгайна на слюнной железе. Этой работой, взяв все от классической методики, он поклонился учителям, и как бы подвел для себя черту под той физиологией, которая его взрастила. Но для новой физиологии ему нужны были новые условия. И—непременно—постоянные сотрудники. Врачи-диссертанты, прилежные, послушные, смотревшие в рот, терпевшие его взрывы, были удачей и неудачей. Они были гото-
Борис Володин • Признание 93 вы год бесплатно работать, покупали для своих опытов собак у ловцов и у мальчишек с Выборгской стороны, задабривали служителя. Кувшинский сделал ценнейшее для дела открытие. Вернее, его сделала собака, а он увидел и понял. Сок из фистулы поджелудочной железы разъедал рану, из- за гноя ничему нельзя было верить. И вот один из псов принялся обгрызать штукатурку в виварии и подгребать себе под живот. Нужны лодстилки из опилок — первый прием послеоперационного ухода за собаками! Но Кувшинский, как многие, исчез именно тогда, когда всерьез научился работать. А задуманная работа не могла быть без преемственности. Нужен был хоть один умелый постоянный помощник—надолго. Помощник нашелся, наконец. Им стала старая добрая знакомая, первая в Медико- хирургической академии женщина — штатный ординатор клиники Екатерина Олимпи- евна Шумова-Симановская, в чьем доме он нашел кров... У нее была отличная школа — университет она окончила в Берне. Только врачевания ей было мало — мечтала исследовать. Муж-невропатолог получил кафедру. Поехала снова в Берн. Два года проработала со знаменитым Ненцким — биохимиком, поляком-эмигрантом, за участие в восстании 1863 года приговоренным к виселице. Работы, в которых она участвовала, завершились синтезом салола. У нее были хорошие руки, хорошая эрудиция и совершение дамские нервы. Если что случалось: гибла на операции собака, иногда просто не выходил опыт-— не Иван Петрович, а она срывалась, заливалась слезами... Но именно с нею, Екатериной Олимпиев- ной, Иван Петрович сделал работу, перевернувшую физиологию, — эксперименты с «мнимым кормлением», впервые ярко осветившие систему нервного управления железистым аппаратом желудка. Первые опыты, поставленные на здоровом животном — «без наркоза и при строгом исключении всякого чувствительного раздражения». Почти двухмесячной подготовки требовала каждая серия экспериментов, вернее, каждая собака — объект серии. Нужно было сделать две или три операции. Сначала наложить желудочный свищ — сделать отверстие в желудке и брюшной стенке и вставить трубку, закрываемую пробкой. Собака поправлялась через три-четыре недели. Тогда ей делали вторую операцию — эзофаготомию: рассекали на шее пищевод и оба отверстия открытыми выводили на кожу. Кормили животное, вкладывая пищу прямо в желудок. Через две недели, когда животное поправлялось, начинали опыты. Сок, истекающий в опыте из фистулы, отвечал на десятки вопросов. Жадно проглоченные куски мяса или хлеба вываливались через отверстие пищевода, а желудок реф- лекторно работал так, будто пища попадала в него. По способу доктора Метта изучали переваривающую силу желудочного сока, выделяемого на разные виды пищи. Перерезали чревные нервы, перерезали блуждающие, доказывая себе, какие из них заведуют секрецией желудка. Один опыт—не опыт. Одна собака — не объект. Один результат—не закон. За каждым ответом всплывал новый вопрос. Модели «мнимого кормления» физиологии хватило на десятилетия. Но в боткинской сторожке нельзя было создать других моделей — уже задуманных. С изолированным малым желудочком. С окнами в кишечник. Со свищом между нижней полой веной и воротной веной печени. Здесь даже собаки с простой фистулой подчас гибли от нагноений операционной раны. Нужна была другая лаборатория. Нужны были операционные и послеоперационные комнаты с настоящей — как в клинике для люден — немыслимой здесь хирургической стерильностью. И вообще лаборатория дышала на ладан. Боткин стал совсем плох, а без него не давали ни медикаментов, ни денег на покупку и кормление собак, которых Павлову теперь были нужны десятки! А его работы стали сенсацией. Коллеги на физиологической секции наградили его и Екатерину Олимпиевну аплодисментами. Тарханов одалживал собак показывать студентам на лекциях. Кстати, он же дружески посоветовал Павлову составить программу и начать читать платный при-ват-доцентский курс экспериментальной физиологии при его
94 кафедре для студентов трех старших кур- г сов, которые наверняка запишутся почти все, — недурная материальная поддержка. Так к концу 1888 года он, наконец, смог вздохнуть. Снял на втором этаже дома на углу Введенской и Пушкарской четырехкомнатную квартиру, приличествующую приват-доценту, и выписал из Ростова в голые стены жену и сына. А тут еще просто привалило счастье — Варшавский университет, где работал Стольников и еще несколько почитателей Ивана Петровича, присудил ему премию Адама Хойнацкого: девятьсот рублей — как раз, чтобы привести в порядок гардероб и как-то обставиться. Но за час до того, как Серафима Васильевна присмотрела приличную обстановку, старый "приятель одолжил ненадолго у Ивана Петровича всю премию, да так и не вернул. Неудачи, как и удачи, не ходят поодиночке. Забрезжила в университете профессорская вакансия — и досталась не ему, а Введенскому. Иван Петрович сказал: «Ничего. Осенью отправимся в Томск. Там, говорят, хорошо. Лес рядом. И место обещано твердо». И вдруг — тревожное письмо от Друга, уже осевшего в Томске: «Немедленно начинайте хлопотать у министра, иначе вместо еас в Томске окажется Великий физиолог,— за него ратует Овсянников!..» И снова все рухнуло. По ходатайству Овсянникова граф Делянов назначил-таки профессором физиологии в Томск Владимира Николаевича Великого, однокурсника Ивана Петровича по университету, педантичного, работящего, покладистого — четырнадцать лет безропотного овсянниковского лаборанта. Серафима Васильевна разрыдалась и назвала Делянова дураком. Но если не считать еще газетных глупостей борзописцев из «Нового времени», это был последний акт непризнания ценности Павлова для науки. Да и что в ней понимал Делянов? Сообщив Ивану Петровичу, что вакансия уплыла, попечитель Флоренский обещал непременно добиться для него места профессора фармакологии. Все документы были вовремя поданы, резолюции наложены, и между министрами просвещения и военным, которому подчинялась академия, началась Литературные страницы переписка о переводе надворного советника Павлова из одного ведомства в другое. Но пока канцелярская телега скрипела, в Военно-медицинской академии (так теперь называлась Медико-хирургическая) ушел на пенсион профессор фармакологии Сущин- ский, и тотчас Тарханов и еще двое коллег (Боткина уже не было в живых) предложили избрать на это место Павлова. Телега же все скрипела, и посему 23 апреля 1890 года курьер вручил Ивану Петровичу свидетельство министерства просвещения о назначении его в Томск экстраординарным профессором университета по фармакологии. А 24 апреля он был избран экстраординарным профессором той же дисциплины, но в Военно-медицинской Академии. И из министерства в министерство пошли бумаги о возвращении надворного советника Павлова в прежнее подчинение. Не было ни гроша — вдруг алтын: не успел он осенью начать читать курс в академии, как его пригласили к вельможному лицу, руководившему организацией в Петербурге Института экспериментальной медицины, как это было задумано «на подобие Института Пастера в Париже». На Ивана Петровича обрушились похвалы его ученым заслугам, сделавшимся ныне широко известными. И ему предложено было возглавить в будущем институте физиологический отдел, иа что Иван Петрович согласился. Тотчас последовало предложение стать еще и директором института, но от этого Иван Петрович отказался. «Наконец, на 41-м году жизни, я получил профессуру, получил собственную лабораторию и теперь даже не одно, а сразу два места: профессора фармакологии (впоследствии физиологии) в Военно-медицинской академии и заведующего физиологическим отделом в Институте экспериментальной медицины. Таким образом вдруг оказались и достаточные денежные средства и широкая возможность делать в лаборатории что хочешь... Дальше потекла ровная жизнь, состоявшая из обычных лабораторных и семейных событий...» Так лн это было? (Окончание следует)
СОВЕЩАНИЯ И КОНФЕРЕНЦИИ Совещание по применению новейших физических и математических методов к исследованию координационных соединений. Июнь. Кишинев. Институт химии АН Молдавской ССР (Кишинев 28, Академическая ул., 3). Межвузовский семинар ■Физико-химические основы действия физических факторов на живой организм». Июнь. Москва. Московская ветеринарная академия A09472 Москва, Кузьминская ул., 23). Симпозиум по горению и взрыву. Июль. Черноголовка. Институт химической физики АН СССР (Черноголовка Ногинского района Московской обл.). Симпозиум по принципам и методам изучения взаимоотношений между паразитическими нематодами и растениями. Июль. Тарту. Институт зоологии и ботаники АН Эстонской ССР B02400 Тарту, ул. Ванемуй- зе, 21). МЕЖДУНАРОДНЫЕ ВСТРЕЧИ Международный семинар «Происхождение жизни» (к 50-летию теории академика А. И. Опарина). Август. СССР, Москва. 10-й международный конгресс почвоведов. Август. СССР, Москва. 9-я конференция Федерации европейских биохимических обществ (ФЕБС). Август. Венгрия, Будапешт. 10-й международный конгресс по водоснабжению. Август — сентябрь. Великобритания, Лондон. Конференция по структуре кристаллов. Август. Австралия, Канберра. 15-й международный симпозиум по горению. Август, Япония, Токио. 2-й международный симпозиум по генетике промышленных микроорганизмов. Август. Великобритания, Шеффилд. Конгресс Международной федерации обществ электронной микроскопии. Август. Австралия, Канберра. Заседание Международного комитета по электрохимической термодинамике. Август — сентябрь. Великобритания, Брайтон. 8-й международный симпозиум по морским водорослям. Август. Великобритания, Бангор. 14-й международный конгресс по истории науки. Август. Япония,- Токио. 3-й международный симпозиум по технологии химических реакций. Август. США, Эванстон. 8-я международная биометрическая конференция. Август. Румыния, Бухарест. ВЫСТАВКИ «Микрозонд-74» (при 7-й международной конференции по оптике рентгеновских лучей и микроанализу). 10—18 июля. Москва, Центральный стадион им. В. И. Ленина, павильон «Солнечный». Юбилейная национальная выставка «30 лет Польской Народной Республики». 19 июля—1В августа, Москва, ВДНХ СССР. Измерительно - испытательные программы и анализаторы. Устроитель — фирма «Ничимен», Япония. 3 — 12 июля. Москва, парк «Сокольники», павильон № 13. НАГРАЖДЕНИЯ Золотая медаль имени Д. К. Чернова 1973 года присуждена доктору химических наук И. И. КОРНИЛОВУ (Институт металлургии им. А. А. Байкова АН СССР) за цикл работ по теме «Металлиды и взаимодействие между ними». НОВЫЕ ЖУРНАЛЫ С января 1975 года издательство «Наука» начинает выпускать новые журналы: «Координационная химия» (главный редактор — член- корреспондент АН СССР Ю. А. БУСЛАЕВ); 12 номеров в год, стоимость годовой подписки — 21 р. 60 к. «Физика и химия стекла» (главный редактор— член- корреспондент АН СССР М. М. ШУЛЬЦ); 6 номеров в год, стой мость по д п и- ски — 9 р. «Биоорганическая химия» (главный редактор — академик Ю. А. ОВЧИННИКОВ); 12 номеров в год, стоимость подписки 21 р. 60 к. «Биология моря» (главный редактор — член-корреспондент АН СССР А. В. ЖИРМУНСКИЙ); 6 номеров в год, стоимость подписки — 9 р. «Физиология человека» (главный редактор — член- корреспондент АН СССР Н. П. БЕХТЕРЕВА); 6 номеров в год, стоимость подписки— 12 р. НАЗНАЧЕНИЯ Академик И. В. ПЕТРЯНОВ- СОКОЛОВ утвержден заместителем председателя Междуведомственного научно-технического совета по комплексным проблемам охраны окружающей природной среды и рациональному использованию природных ресурсов. Академик А. А. ВОРОНОВ утвержден первым заместителем председателя Президиума Дальневосточного научного центра АН СССР.
96 Информация Доктор биологических наук И. Б. ТОКИН назначен директором Мурманского морского биологического института Кольского филиала АН СССР. СООБЩЕНИЯ В городе Иваново в 1974 году организуется государственный университет. Университет создается на базе Ивановского педагогического института. Вологодский филиал Северо-Западного заочного политехнического института в 1975 году преобразуется в самостоятельное высшее учебное заведение— Вологодский политехнический институт. В 1974 году медали с премиями для молодых ученых Академии наук СССР будут присуждены за лучшие научные работы в области: биохимии, молекулярной биологии и биоорганической химии; океанологии; социально - экономических проблем развивающихся стран. К участию в конкурсе на соискание медалей допускаются научные и научно-технические сотрудники, преподаватели, стажеры-исследователи, аспиранты в возрасте до 33 лет. Организации, выдвинувшие кандидатов на соискание медалей, должны представить документы в Президиум АН СССР не позднее октября 1974 г. КНИГИ В ближайшее время выходят в издательстве «Наука»: А. Л. Бучаченко. Химическая поляризация электронов и ядер. 1 р. Газовая хроматография. Библиографический указатель отечественной и зарубежной литературы A967— 1972). 3 р. Ю. П. Китаев, Б. И. Бузыкин. Гидразоны. 2 р. 50 к. Методы элементоорган и ческой химии. Подгруппы меди, скандия, титана, ванадия, хрома, марганца, лан- таниды и актиниды. 6 р. 50 к. Теория и практика жидко- фазного окисления. 2 р. 50 к. Формы элементов и радионуклидов в морской воде. 1 р. 10 к. Химическое кобальтирова- ние. 1 р. 50 к. Энергия разрыва химических связей. Потенциал ионизации и сродство к электрону. 2 р. 85 к. НОВЫЕ ПРЕПАРАТЫ Эти лекарственные средства серийно выпускает отечественная медицинская промышленность. Применять их следует только по назначению врача. При отсутствии препаратов в продаже обращайтесь в аптекоуправления. этимизол Препарат, созданный в Институте экспериментальной медицины АМН СССР, относится к новому классу химических соединений и по механизму действия не имеет аналогов. По химическому строению — .диметил- амид 1 -этилимидазолдикар- боновой-4,5 кислоты. Препарат оказывает сильное действие на многие функциональные структуры головного мозга: возбуждает дыхательный центр, значительно увеличивая минутный объем дыхания (при этом, в отличие от лобелина, коркония, бемегрида и ко- разола, не вызывает побочных явлений), активизирует через посредство гипоталамуса адренокортикотроп- ную функцию гипофиза, в результате чего в крови возрастает содержание кор- тикостероидных гормонов. В хирургической, акушерской и терапевтической практике применяется как сильный дыхательный ана- лептик и как нестероидное антивоспалительное и противоаллергическое средство при бронхиальной астме и других заболеваниях. Длительное лечение препаратом, как правило, не сопровождается побочным действием и не вызывает осложнений. Этимизол не следует назначать при сильном психическом и двигательном возбуждении, а также лицам, страдающим тиреотоксикозом и тяжелыми формами неврастении. Литература: «Советская медицина», 1967, № 4, с. 127—131. НАТРИЕВАЯ СОЛЬ ЛЕВОРИНА Водорастворимая лекарственная форма противогрибкового антибиотика левори- на. Препарат эффективен против патогенных дрожже- подобных грибков, в частности относ ящи хся к роду Candida. Предназначен для лечения кандидозов слизистых оболочек полости рта, носоглотки, легких и других органов. Основное противопоказание к применению левори- на — повышенная чувствительность больных к препарату. Его нужно с осторожностью применять при бронхиальной астме. При лечении леворином иногда могут наблюдаться побочные реакции: кашель, повышение температуры. В этих случаях препарат отменяют. Литература: «Антибиотики и химиотерапевти- ческие препараты и их лечебное применение». Киев, 1970, с. 32—33. ЦИМИНАЛЬ Препарат широкого спектра антибактериального действия. Подавляет грамположи- тельную и грамотрицатель- ную флору, в том числе си- негнойную палочку; стимулирует развитие грануляци-
о одг 'чнеи^ и ии[\их V ^y\лл/v\лллллл/u^лллллллллллл/^^ dogHduhAeHMMHa 41 "иА BeioAudo)! 'Н^-жинэц jroZ6* .-Asodtfe ou 4HfueedueH xoAtfai» nsoduec ■MMdoiedogeix xi4H±nauuwon ! > tfoaee иинэаэненАу^ — MHdoiedogeu suainaoiojc^ ■tfoj a "9Ad 000 SI оионо—MMdoiedogeu ионНо< jKMHadtfaHa ю хнэффс иинээниууононс yiqwaejpuou* -tfadu ;tfoj в аоеииене 000£ ен eneiMhDDed KHdoiedooJ 'eLf "%0S—0€ ен etfAdi 4X30Hsi/aiMtroacModu ч±иэ1чаои! >13lfl/OaCOU aOtfOlOW XISHSL/eiH3WAdjOHM 3MH3H3WMd|J< ■кинэжденэоУоа О-юаэчхии-оннэахэикеох ui/tf sidohWojc ;-Mdu хи siKi/atfaduo и weidetfHeiDWHVnoHAaiDHatf tfoal > еаоэнен эиа±э±эа±ооэ 'ахээГпэа xisHtfade хин а эинеж< j -datfoD яхеаииаенехэА хэкиоаеои ryMiKMdutfadu Х1яннэи< » -miswodu tfoa х1янно!Э и aowaotfoa istfoa 'istfoa иоаэ< -Я1ии винеаоиэиээи ui/tf енэьенеенп^и ttHdoxedoQeyc i-avu iqtfoa vcmuvhv uutf KMdOivdogvu VHV109VdEVd KHH3odi3odo9Hdu одоннАен woiAihi3hh YfHHodoiHAdiOHOH и жиючиохедоп'эиээи-оннАеи жпнсоюэээд ^чллллллллллллллллллллллл^^ 'У^'^лллллллллллллллллллллллллллллл^ ■/Г 'oHHWHtfaj -uA 'эенАе>| — lAiHiSHH g toqxetaedgo иэиТгехчиАэнох eg *sw 521 4tfeYnoi/u laewHHee енаонехэд чянитеу* ^^ ; siiqwisa он mow Анэуо в£ "%96 — энаонехэА ен istf5 |-оа ишэиьо ч±эонви±нэфф£ -gAd 9*0 вн кэхэежин? istf5 ! -оа ионнэУпиьо gw [ яхэоууиохэ '-gAd 000 N ен киснет? I-sHawA кинэжоиаоиехииен 'tfoj a -gAd 0002 kmwohohcS ; KDiaeJMiDotf иууенаонехэА Hwnaoum э снинэнаеаэ оу J HMmvwoiav BMHvaMXAUogo OJO»D3hMHX31 HMtlHVlD KUtf ntfoa HOHhaow vwaiono BVHiodogo ▼HV103TdEVd d33 ионэв01И[/ egi34uaiHodi3 оюннэд^ивсохонэчиээ KHHeaodHinaodu тмЛимэни СЛЛАЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛАЛ/v — IS 'Э 'S 5N 'S "J- 4Z61 '«»«н -dA>K иинээнихаэ^еууйеф-он -иууиу» :edAiwdaiM[/ 'Maodn и1эоучэеашх1эаэ ууэинэгтчвои э эиУпошнэ! -odu 'винеаэиодее 'evviDe йен -suenxHodg 'нэа и yndaide ncogwodi andiDO 'чнеэиод tfex33hMHOid3LJMj '(енинох -odao уоиахэиэН WMM33hHiad -АиНихне э иеивэ a) yandAHg юэитснеткоас^иоэ 'нэь -ou винеаэиодее ,lяcodфэн 3HH33hHHOdx 'lЯlиdфэнol/Ad -awoi/J вэхоишак енино-Lod -ээ aoiedeuadu кинэнэу/^и ici/tf w3HHeceMOuoaHiod|j •хкиневэиодее xhj -Xdtf и ИНСЭ1/09 иоаэнАи xew ^оф xisHhHi/ced ndu ewodtf -ниэ oJOHDahMJeddowaj кин -энэ1/ Ki/tf oaiDtfado ээУпснеа -Hi/aeHeiDOoaodn нем (оннэгп HswHdiAHa и и и OHHaandiAHa) KDiaKHavyndy 'винэнэдоа -odn 1эетянэучА и я!эон1нэ1э -Head хи laemisaou 'eotf -Хэоэ xi4HDOHaaodn хиниэуу 3HH3YriedH03 laeaiscisa 'енин -oiodao leфяl/Aэ-ниниleэdн и не>{ 'ИОЮ1/ЭИМ иоаониииНе Э (HHWei/HXC-£-l/OtfHHM3MO ~У) eHMweiuMdxH3MO-g 41/03 VHMHOJ.Od3D J.VHMUMt/V 'Z 'x 'ZL6\ '"W 'eeiDtfadD энн -H3ai3deM3y -иинэаомтеу^ t/ W :edAiedaiH[/ 'Я01И1 -ewdatf xHMDahHjdai/i/e эи!иа -ced онжоууеоа эжмех е 'сниа -о.эиэН oja м aHHenisaHdu кэ -laetfcHi/geH cVjohh иинэнэуу -Hdu woHsi/aiHi/tf Hd|j 'awat -ис и xejomo xmmoqAi/j Hdu HecenouoaHiodu ledeuady 'HOMhOll -eu HOHHOHJ3HH3 xisHHeaodnTi -ифни 'Hed HHuedai ионэмэи -uwom woaiDtfado wishsi/31mh -i/ouotf 1ижАиэ эжмв! е 'иэ -иПмэфни хпннэнжоиэо 'аск xимээhифodx 'Hed xnYnoiAd -Hi/AHedJ xHMi/aw 'инэиэхэ || во-южо 'HHwdatfoHu кинэнэи kti/tf (ииснэиэАэ Hi/и KMHeand -tfXundu Ki/tf enmodou эНиа a) OHiDaw KDi3KH3wMd|j ■eojomo и Hed снин -еаитАэ^ои и снинэиаижее юАахэдоэоиэ 'инен! ион но i6 ви*1вмAофни
98 АН СССР* 1724—1974 27 декабря 1973 года, после того, как совершил мягкую посадку в заранее намеченном районе космический корабль «Союз-13», пилотируемый летчиками-космонавтами П. И. Климуком и В. В. Лебедевым, сообщение ТАСС об этом событии заканчивалось словами: «Полет корабля надежно обеспечивался средствами наземного командно-измерительного комплекса, включающего в себя измерительные пункты, расположенные на территории Советского Союза, и научно-исследовательские суда Академии наук СССР». Одно из научно-исследовательских судов, о которых шла речь,—океанский гигант «Космонавт Юрий Гагарин»» —вы видите иа фотографии. Это одно из трех десятков судов, плавающих под вымпелом Академии наук СССР. Об академическом флоте рассказал корреспонденту «Химии и жизни»» главный морской инспектор Отдела морских экспедиционных работ Президиума АН СССР капитан дальнего плавания кандидат географических наук Глеб Николаевич ГРИГОРЬЕВ.
АН СССР* 1724—1974 99 Под флагом Академии Изучение Мирового океана получает в последние годы все больший размах. И дело не только в том, что морские месторождения нефти обещают пополнить скудеющие энергетические ресурсы человечества, а биомасса морских организмов— стать новым источником пищи. Исследования огромных пространств земной поверхности, скрытых под водяной оболочкой планеты, необходимы для ответа на многие вопросы, касающиеся прошлого Земли, ее настоящего, а нередко и будущего. Интерес к морским исследованиям проявляют ученые самых разных специальностей. Поэтому большинство наших морских экспедиций —это экспедиции комплексные, они ведут работы одновременно в нескольких направлениях, изучая и гидрофизику водных масс, и геологическое строение земной коры под океанами, и гидробиологию моря. Институтов-судовладельцев, систематически ведущих исследования с помощью экспедиционных судов, в системе Академии наук СССР больше десятка. Самый главный из них, естественно, Институт океанологии АН СССР; ему принадлежат знаменитый «Витязь» и его младший собрат «Дмитрий Менделеев», базирующиеся на Тихом океане, «Профессор Добрынин» и «Академик Курчатов» на Балтике. Между прочим, «Академик Курчатов» — родоначальник целой серии однотипных судов, вошедших в строй за последние годы. В проектировании их принимала участие и Академия наук — их заказчик, а теперь хозяин. Озерный теплоход «Борок» не совершает кругосветных путешествий. Но сотрудники АН СССР ведут на нем исследования большого нвроднохоэяйственного значения «Академик Курчатов» — одно из самых крупных в мире судов, специально предназначенных для комплексных научных экспедиций 4*
100 АН СССР* 1724—1974 Это самые крупные в мире научно-исследовательские суда, прекрасно оборудованные для научной работы, способные принять на борт до 80 научных сотрудников — штат целого института— и при этом, как отмечали зарубежные газеты, по удобствам и комфорту не уступающие хорошему современному отелю. На таких судах можно выполнять обширные комплексные исследования. Ведут экспедиционные работы и другие академические институты — от Мурманского морского биологического института до Института биологии южных морей АН УССР на Черном море, от Института озероведения в Ленинграде до Сахалинского комплексного научно-исследовательского института. Экспедиционные суда Академии плавают по всем морям нашей планеты, изучают реки, озера и водохранилища Советского Союза. Вот данные о том, где находились некоторые из них, например, 7 февраля этого года, когда номер журнала готовился к сдаче в типографию: «Дмитрий Менделеев» вел в этот день гидрофизические исследования в районе Австралии, под 45° южной широты; «Академик Курчатов» и научно-исследовательское судно Сахалинского комплексного научно-исследовательского института ДВНЦ АН СССР «Пегас» работали в экваториальных водах Тихого океана; «Витязь» находился в Индийском океане, недалеко от Мальдивских островов, а «Михаил Ломоносов» и «Академик Вернадский» — в Атлантике, в районе Канарского архипелага... Ветеран академического флота — Единственное в мире немагнитное знаменитый «Витязь», с именем которого судно — шхуна «Заря»г нв которой связано немало были получены уникальные данные замечательных открытий о магнитном поле Земли
АН СССР* 1724—1974 101 «Доброхотному российскому читателю радоватися...» ПГРВЫь ШАГИ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НАУЧНОЙ пЕРЮЦИКИ Все началось с газеты, или, как принято было говорить в начале XVIII века, с курантов — с «Ведомостей о военных и иных делах, достойных значения и памяти, случившихся в Московском Государстве и во иных окрестных странах». Эта первая русская газета начала выходить, как известно, в 1703 году в Москве. Менее известно, что спустя 24 года газета была передана незадолго перед тем основанной Академии наук и переименована в «Санктпетербургские ведомости». С этого времени, а точнее, с «вторника 2 дня Генваря 1728 года» можно отсчитывать историю русской академической периодики. В третьем номере «Санктпетербургских ведомостей» было напечатано объявление: «Охотникам Российских ведомостей чрез сие известно чинится, что по ныне на всякий месяц лист Исторических, Генеалогических и Географических примечаний в ведомостях на Русском языке изданы, которые в Академической конторе ведомостей и на почтовом дворе получить можно, и будут оные и впред по вся месяцы издаваны, и тем, которые Российские ведомости по вся- годно держат, при скончании всякого месяца без денежно роздаваны». Первый выпуск «Примечаний» был отпечатан 23 февраля 1728 года. С этой даты можно отсчитывать уже историю отечественных научных журналов, хотя именно в первом выпуске «Примечаний» ничего в принципе отличающегося от сообщений, публиковавшихся в газете, читатель увидеть еще не мог. Впрочем, узнать, что «Фецкие и Мароканские королевские бра- тиа имели разные жестокие баталии между собою» или, например, что «Остендийская компания получила из Индии несколько из своих кораблей назад, которые богато нагружены», тоже было весьма и весьма небезынтересно. Но уже из второго выпуска «Примечаний» любознательные люди могли почерпнуть подробности того, как «В Маркий Анконе комета на небеси видима была». А из пятого — узнать не только «О некоторой женской персоне в Страсбурге, которая за 39 лет перед сим себя чреватую притворила и великую в себе болезнь сказывала», но и «О камне Азбесте, и полотне, которое из оного камня делается». Всего в 1728 году подписчики получили 12 выпусков «Примечаний», как и обещано было издателями. Кто же они были — эти издатели? Инициатива в выпуске «Примечаний» принадлежала редактору «Санктпетербургских ведомостей» адъюнкту Федору Ивановичу Миллеру. В составлении статей и заметок участвовали также Леонард Эйлер, Иоган Георг Гмелин и другие академики. Переводил эти статьи и заметки на русский язык, по всей вероятности, Василий Ададуров — вначале ученик академической гимназии, затем первый русский адъюнкт, а впоследствии, много лет спустя, куратор Московского университета. В конце того же 1728 года вышел первый том ученых записок Академии наук на латинском языке «Commentarii Academiae Sci- entiarum Imperialis Petropolitanae». Одновременно было выпущено в свет и «Краткое Описание Комментариев» на русском языке. Предисловие к этому изданию начиналось так: «Доброхотному российскому читателю радоватися. Зде предлагается тебе книга, в ней же все то содержится, в чем Профессоры
102 АН СССР* 1724—1974 здешния Академии Наук потрудилися...» Книга открывалась статьями «О первых учения Фисического фундаментах» и «О идете интегральном». Далее шли статьи по медицине, географии, истории. В отличие от статей и заметок в «Примечаниях», которые были написаны общепонятным языком и представляли собой, как сказали бы сейчас, произведения научно- популярного жанра, в «Комментариях» печатались специальные научные статьи. И это, по-видимому, предопределило неудачу с выпуском «Краткого описания»: немногочисленные тогда научно образованные люди предпочитали более полное издание на латинском языке, остальные же, как писал Миллер, и на русском языке «не умели понять, что читали». Поэтому в последующие годы «Краткие описания Комментариев» уже не выходили. Зато «Примечания» продолжали выпускаться вплоть до 1742 года и пользовались огромным успехом — их даже переиздавали. Один из номеров «Примечаний» — апрельский за 1729 год — был полностью посвящен химической теме. Прекращение выпуска «Примечаний» тяжело переживали все, кому дорога была русская наука. Очень высоко ценил «Примечания» и Михаил 8асильевич Ломоносов, который как раз в 1742 году, когда они перестали выходить, начал свою деятельность в Академии. В конце концов ему уда- Академические журналы сегодня Рассказывает начальник Управления по выпуску журналов издательства «Нвука» Нина Александровна ШАРАНОВА Журналы — зеркало науки, в них отражаются все ее особенности. В сегодняшних журналах отражаются сегодняшние особенности: бурный количественный рост исследовательской работы; непрестанное ускорение ее темпов и резкое лось добиться, чтобы издание общепонятного научного журнала было возобновлено. По первоначальному проекту, его хотели выпускать подобно «Примечаниям» как приложение к газете, но потом решили организовать самостоятельное издание. В январе 1755 года под редакцией все того же Миллера вышел тиражом 2000 экземпляров первый номер академического журнала «Ежемесячные сочинения к пользе и увеселению служащие». В нем были такие статьи: «Краткая роспись Великим князьям от Рюрика до нашествия татар», «Описание и изъяснение великого фейерверка, который... пред императорским зимним домом на Неве реке в первый вечер 1755 г. зажжен по изобретению профессора Штелина», «Об остатках города Пальмиры», «О воспе и прививании оной», «О ртутных горных заводах», «Каким образом известь наилутче приготовлять», «Шведские предложения о приведении в лучшее состояние некоторых всеобщих учреждений, до экономии касающихся»... История, пиротехника, археология, медицина, горное дело, химия, экономика. И никаких «жестоких баталий», и никакой «женской персоны». Первый настоящий, по всем статьям (во всех смыслах*) научный журнал. Интересно, что он был популярным, а по тем временам и массовым... В. РИЧ увеличение объема новой информации в общем объеме знаний; выдвижение на передний край научно-технической революции математики, физики, химии, биологии; создание все новых и новых научных дисциплин; возрастающая потребность у специалистов в информации по «чужим» областям науки; быстро возрастающая тяга к научным знаниям в самых широких слоях народа, связанная с широким проникновением науки в производство. Количественный рост. В предвоенном 1940 году наше издательство выпускало 35 журналов. Сегодня результаты и ее лед о-
Aft СССР #1724—1974 103 ваний, проводимых в Академии наук, публикуются в 144 журналах. Число их возрастает все быстрее: если за предпоследнее десятилетие появилось 45 новых журналов, то за последнее — 60. Рост объема новой информации. Главный источник такой информации — именно журналы. Значение их в общем объеме печатной продукции издательства сейчас необычайно велико. В прошлом году читатели получили 1155 номеров (выпусков) журналов и 1895 книг. Науки переднего края. Из 144 академических журналов 31 — по физике и математике» 28 — по биологии, 25 — по химии. Создание новых дисциплин. Приведу только один пример из пограничной зоны между химией и биологией: всего семь лет назад начала выходить «Молекулярная биология», а уже принято решение о выпуске «Биоорганической химии». возрастающая потребность специалистов в широкой информации, возрастающая тяга масс к научным знаниям. До 1965 года мы выпускали только один научно-популярный журнал («Природа») тиражом 30—40 тысяч. Теперь выходят пять научно-популярных журналов («Земля и Вселенная», «Квант», «Природа», «Русская речь», «Химия и жизнь») общим месячным тиражом почти 700 000 экземпляров. Самый молодой научный журнал на сегодня— это «Микроэлектроника». Он начал выходить в 1972 году. Но уже в ближайшие месяцы появится новый журнал, крайне нужный всем без исключения специалистам во всех без исключения областях деятельности, — «Социологические исследования». Впрочем, и этому изданию недолго придется держать первое место по молодости: скоро мы начнем выпускать еще около десятка журналов. Об одном из них — «Биоорганической химии» уже упоминалось. Назовем некоторые другие: «Письма в Астрономический журнал», «Биология моря», «Программирование», «Физика плазмы», «Координационная химия». По одним зтим названиям уже можно составить представление о некоторых основных направлениях и путях, по которым движется вперед наша наука... Пишут, что. ...если кварки существуют, то сечение их образования не превышает Ю-31— 10~35 см2 («Science News», т. 104, с. 312)... ...научный метод оптимального вождения автомобиля требует перехода от мышеч- но-двигательных (затылочных) рефлексий подкорки к абстрактному (лобному) мышлению коры мозга («За безопасность движения», 1974, № I, с. 7)... ...создана синтетическая пленка, которую можно использовать вместо человеческой кожи при лечении тяжелых ожогов («Design News», т. 28, № 21, с. 29)... ...сравнительно слабые магнитные и электрические поля могут существенно изменять свойства конструкционных материалов («Доклады Академии наук СССР», т. 211, с. 325)... ...гипофизарный гормон роста способствует развитию головного мозга («Medical News», т. 5, № 42, с. 6)... ...групповое спаривание свиноматок повышает показатель оплодотворяемости до 92% («Farmers Weekly», т. 79, № 22, с. 114). ...кварки и партоны представляют собой черные мини-дыры («Science News», т. 104, с. 277)... ...получены алмазы с электронным типом проводимости («Вестник Академии наук СССР», 1973, № 8, с. 28)...
104 АН СССР *1724—1974 «Наука» о науке Начало 'Книгоиздательской деятельности Академии наук было положено в 1727 г., когда была создана академическая типография. Это событие сыграло огромную роль в развитии науки и распространении научных знаний в стране. Кроме научной периодики, типография выпускала монографии и сборники по различным вопросам науки, календари, учебники. Организация типографии была в те годы делом далеко не простым. До нас дошло замечание одного из современников (очевидно, имевшего к этому прямое отношение), что «создать типографию труднее, чем организовать академию». Типография помещалась сначала в бывшем «дворце царицы Прасковьи Федоровны, который сейчас занимает Зоологический музей АН СССР. Полиграфическая база Академии тогда состояла из четырех ручных печатных станков, штат типографии насчитывал 18 человек. В 1737 г. академическая типография выпустила первый на русском .языке всемирный атлас, содержавший 22 карты. В 1745 г. был издан «Атлас Российский» с многочисленными великолепно -выполненными картами территории России. Эйлер писал, что карты атласа «.не токмо гораздо исправнее всех прежних русских карт, но еще многие немецкие карты далеко превосходят» и что «кроме Франции, почти ни одной земли нет, которая бы лучшие карты имела». Высокое качество исполнения чертежных и картографических работ стало одной из лучших традиций академических изданий. А два столетия спустя, в 1960 г., издательство Академии наук СССР (выпустило первый в мире Атлас обратной стороны Луны, составленный по фотографиям, которые передала советская автоматическая станция «Луна-3». Выдающуюся роль в истории русских академических изданий сыграл М. В. Ломоносов. Он заложил основы русской научной литературы во многих областях естествознания и техники. Ломоносов не только создавал оригинальные научные труды, но и редактировал книги других авторов, много занимался переводами. Особое значение имела проведенная им работа по созданию русской научно-технической терминологии. Высокому авторитету академических изданий способствовало сотрудничество в них многих выдающихся ученых, в том числе великого математика и механика XVIII в. Леонарда Эйлера. Академия наук напечатала более 450 работ Эйлера, «которые ©несли колоссальный вклад в развитие дифференциальной геометрии, математического анализа, теории чисел и других областей математики и механики. Академия опубликовала и несколько капитальных (монографий Эйлера. В частности, по специальному поручению Академии Эйлер подготовил к печати «Морскую науку» — фундаментальный труд по теории кораблестроения и кораблевождения. Огромное влияние <иа развитие теории машин оказали работы Эйлера «О машинах вообще» и «Начала теории машин». С самого начала своей .издательской деятельности Академия наук уделяла большое внимание публикации научных трудов крупнейших ученых всего мира. В конце XVIII в. было выпущено более 10 сборников переводов из знаменитой «Энциклопедии, или
«Наука» о науке 105 Толкового словаря наук, искусств и ремесел» Дидро и Д'Аламбера, только что (■в 1772 г.) -вышедшей во Франции. В 1789-—- 1790 гг. Академия издала русский перевод «Всеобщей и частной естественной истории» Бюффона. В XIX в. Академия выпустила значительное число книг, пособий и руководств по химии. В 1831 г. был выпущен учебник Г. И. Гесса «Основания чистой химии» — первый русский учебник, в котором были введены химические формулы и уравнения реакций, а также давалось понятие об атомных весах элементов. Даже в самые тяжелые "первые годы Советской власти рабоче-крастьянское правительство находило возможности для оказания помощи Академии, в том числе и в ее издательской деятельности. А в 1923 г. принимается решение о создании Издательства Академ-ии наук — ньшешнего издательства «Наука». С организацией специального академического издательства начинается быстрый poor числа изданий Академии. Белив 1918— 1923 гг. вышло в свет всего 155 названий книг и журналов общим объемом около 3000 листов, то за 1923—1933 гг. издательство выпустило 1752 названия объемом более 13 000 листов, а за 1933—1941 гг. — уже 4134 названия — больше, чем за все время издательской деятельности Академии в дореволюционный период. После окончания Великой Отечественной войны .принимаются меры для нового быстрого увеличения выпуска научных трудов. Значительно укрепляется полиграфическая база Академии наук СССР. Кроме ленинградской типографии — той самой, что была основана в 1727 г., академическому издательству передается одна из московских типографий, которая оснащается современной полиграфической техникой. А в последние годы в Новосибирске введена в строй новая мощная типография — она обслуживает Сибирское отделение Академии наук СССР. Во все нарастающих масштабах выпускают научную литературу академические издательства, созданные ныне во всех республиканских Академиях наук. Характерная черта продукции издательства «Наука» — разнообразие типов изданий. Издательство выпускает собрания сочинении ученых и писателей, (многотомные монографии, справочники, словари, учебники, библиографическую литературу и т. д. Большое место в изданиях Академии наук СССР занимают специальные серии, многие из которых издаются долгие годы и завоевали всеобщее признание. Среди них — серия «Классики науки», основанная в 1945 г. академиком С. И. Вавиловы-м; серия «Литературное наследство», созданная в 30-х годах по инициативе М. Горького и М. Кольцова; «Научно-библиографическая серия»; серии «Вторая мировая война в исследованиях, воспоминаниях и документах», «Литературные памятники», «Научно- популярная серия». Из общего числа книг, выпускаемых издательством «Наука», около 40% посвящены общественно-политической тематике, 22% — физико-математическим наукам, 17% —химии и биологии, 13% — геологии и географии. В 1973 г. издательство «Наука» выпустило 2240 книг объемом 32880 издательских листов, а всего, вместе с журналами,— более 51400 листов.
106 Книги В этом обзоре рассказывается о новых научно-популярных книгах, выпущенных в издательстве «Наука». В. И. Классен. Вода и магнит. Москва, 1973, 112 с, 27 000 экз., 20 коп. Споры о том, что же происходит с водой при воздействии на нее магнитного поля, далеко не закончены. По этому поводу существует несколько серьезных гипотез; одни из них ставят во главу угла коллоидные явления, другие — воздействие поля на ионы, находящиеся в воде, третьи — влияние поля собственно на воду. Но пока нет единой теории, пока проблем несравненно больше, чем готовых решений, омагничен- ную воду уже с успехом применяют на практике. Магнитная обработка помогает бороться с накипью в котлах (только на Саратовской ГРЭС это дает около 400 тысяч рублей годовой экономии); магниты, установленные в бетономешалках, позволяют примерно на 15% снизить расход цемента; магнитные поля ускоряют очистку сточных вод, извлечение ценных компонентов при обогащении руд, улавливание пыли капельками воды. «Вода и магнит» — обстоятельная книга; ее первая глава не случайно называется «Предысторией вопроса». А далее идет современная история — большинство литературных источников, приведенных в конце книги, датированы шестидесятыми — семидесятыми годами. Как изменяются свойства воды после магнитной обработки, в каких аппаратах омагничи- вают воду, как взаимодействует омагниченная вода с живыми системами — обо всем этом рассказано в книге. Биологический аспект, пожалуй, наиболее интересен; автор предполагает даже, что со временем омагниченная вода в биологии даст больший эффект, чем в промышленности. Два примера в подтверждение. При допо- севной обработке семян в омагниченной воде удалось значительно повысить всхожесть, урожай и сахаристость сахарной свеклы; широко распространенный в медицине раствор Рингера после омагничивания усиливает работу сердца, увеличивает амплитуду сердечных сокращений. Автор не претендует на абсолютную завершенность своего популярного труда. Более того, он заканчивает предисловие к книге мудрыми словами древних летописцев: «Еже аз писах и, недописах или переписах — не кляни бога для, а возьми да поправь!» Что ж, со временем специалисты, конечно, внесут немало поправок в нынешние взгляды на взаимодействие воды и магнита; мы же выскажем признательность автору за то, что он четко и ясно рассказал нам об этих взглядах. Я. Е. Гегузнн. Капля. Москва, 1973, 160 с, 40 000 экз., 20 коп. Целая книжка о капле — не слишком ли много для такого незначительного объекта? Да и автор сразу предупреждает, что науки о каплях нет. Правда, он тут же приводит слова из «Фейн- мановских лекций по физике»: «Не все то, что не наука, обязательно плохо. Любовь, например, тоже не наука». Однако некоторое сомнение все же остается. Но чем больше прочитано страниц, тем меньше остается сомнений о правомерности такой книжки. Ибо капля, как выясняется, сыграла в науке такую роль, что пренебрегать ею не следует. Первая демонстрация невесомости в опыте Плато и капельная модель ядра Я. И. Френкеля, точное определение заряда электрона и знаменитая камера Вильсона — все это имеет прямое отношение к капле. А еще есть множество явлений природы — от весенней капели до радуги, — которые могут быть поняты и объяснены только в том случае, если хорошо знать свойства обычной капли. Впрочем, сказать, что эта книга многое объясняет, сообщает не известные нам факты,— это значит не сказать о книжке главного. Учебник тоже многое объясняет. Если можно назвать но-
Книги 107 пулярную книжку изящной, то такое определение в данном случае подходит более всего (говорят же математики об изящном решении задачи!). Дело тут, видимо, и в мягком, ненавязчивом тоне, который выбрал автор, в удачном подборе примеров, в хорошем, чистом языке и даже в поэтических строках, которые вполне естественно соседствуют рядом с формулами. «Вчера здесь прошел замечательный дождик — серебряный гвоздик с алмазною шляпкой» — это Дмитрий Кедрин. «Светлые, словно из стали, тысячью мелких гвоздей шляпками вниз поскакали...» — это Некрасов. «Вот капля, как шляпка гвоздя, упала...»— это уже Бунин. Почему три поэта, с таким разным видением мира, сравнивают дождевую каплю, падающую на поверхность воды, с гвоздем? Этому есть объяснение, но не будем приводить его: лучше сами почитайте книгу. Возможно, многое в книге осталось бы хоть и изящным, но все же умозрительным, если бы не иллюстрации: превосходные кадры скоростной киносъемки. Мы видим, как сливаются капли в невесомости, как тают снежные сферы — обычные снежки; как капля, возникшая из перемычки, возвращается к породившей ее сосульке, как образуется этот самый «гвоздик» при падении капли в воду. Всплывают на "фотографиях пузырьки, рвутся мыльные пузыри и исчезает роса на паутине... Резерфорд — ученый и учитель. К 100-летию со дня рождения. Москва, 1973, 216 с, 20 000 экз., 1 руб. 16 коп. В 1971 году в Москве проходил XIII международный конгресс по истории науки. В том же году отмечалось столетие со дня рождения одного из крупнейших ученых нашего времени — Эрнеста Резерфорда. Поэтому в рамках конгресса состоялся особый коллоквиум, посвященный Резерфорду. Выступления участников коллоквиума и составили в основном сборник. Любопытное явление: совершенно не беллетризован- ные выступления читаются с большим интересом, чем иное научно-художественное произведение. Причина тому—и в личности самого Резерфорда, выдающегося ученого, незаурядного человека, и в том, что рассказывают о нем тоже люди незаурядные. Среди них — ученики Резерфорда (академик П. Л. Капица, английские физики, члены Королевского общества П. Блэ- кетт, Н. Фезер, С. Дэвонс, Д. Шёнберг...). Составители поступили верно, поставив в начало книги выступление самого Резерфорда, относящееся к 1936 году. Это последнее публичное выступление ученого, и заканчивается оно прекрасными словами: «Успех ученых зависит ие от идей отдельного человека, а от объединенной мудрости многих тысяч людей, размышляющих над одной и той же проблемой, и каждый вносит свою небольшую лепту в великое здание знания, которое постепенно воздвигается». На суперобложке изображена памятная медаль, которую Академия наук СССР выпустила к столетию Резерфорда. На оборотной стороне медали выгравирован девиз: «Доискивайся первоосновы вещей». Воспоминания, собранные в книге, — это, по сути дела, рассказы очевидцев о том, как Резерфорд следовал этому девизу. И нет ничего удивительного в том, что советская Академия отметила юбилей знаменитого английского ученого. «Такие люди, как Резерфорд, — говорил на коллоквиуме П. Л. Капица, — перестают быть национальной гордостью того государства, где они родились и работали, они становятся гордостью всего человечества». Обзор подготовила М. ФИЛИМОНОВА РЕЗЕРФОРД- УЧЕНЫЙ МУЧИТЕЛЬ
108 Только правда! Физики не только шутят. Научные работники не только работают. Иногда эти действия неожиданно совпадают. Публикуемые заметки подготовлены журналистом Н.г бывающим на многих ученых собраниях и намеревающимся бывать на них впредь. Поэтому он просил сохранить инкогнито, а также в отдельных случаях заменить реальные фамилии и имена ученых инициалами, мало что говорящими непосвященным. Все остальное в заметках — истинная правда. Если суждение, противоположное вашему, абсурдно, то ваше — тривиально. Если же противоположное — глубоко, то есть смысл задуматься и над вашим собственным... Этот метод проверки новых идей придумал Нильс Бор. Рассказал доктор наук П. На конгрессе был регламент — 20 минут и ни минуты больше. Держал речь уважаемый профессор; прошло полчаса, сорок минут — профессор говорит, председатель покашливает. Спустя примерно час докладчик спохватился и посмотрел на часы: о, господин председатель, я, кажется, немного... Председатель ответил: мсье, я полагал, вам пора было смотреть на календарь, а не на часы. Рассказал профессор И. ...Дельфины, простите за неакадемическое выражение, — крайне заезжены. На одного дельфина сейчас приходится что-то около пяти физиологов. Сообщил академик Ч. в ученом собрании Почему шашлыки вертят? Вовсе не затем, чтобы мясо жарилось со всех сторон; в гриле, например, этого не требуется — там и так жарко. Вертят шашлыки затем, чтобы с них не стекал жир. В ФИАНе предложен новый способ жарки шашлыка — в невесомости. Берется труба длиной 25 метров, ставится на-попа, скажем, пробиваются междуэтажные перекрытия, и труба протыкает все подряд пять этажей института. Ее слегка ва- куумируют, устанавливают источник высокой температуры (можно — инфракрасный излучатель). Кусочки баранины бросают в трубу на пятом этаже; падая в пустоте, они пребывают в невесомости, и поэтому жир с них не стекает. Внизу мож-
Научный фольклор 109 / но вынимать готовый хороший шашлык. Немного сложно конструктивно, зато принципиально новое решение вопроса... Рассказал профессор Р. в песу Журналы — это тара, в которой научная продукция доставляется потребителю. Следует помнить, что товар это скоропортящийся, и доставка его через год часто уже просто теряет смысл... Академик П. при обсуждении вопроса о научной информации Ко мне как-то приходил изобретатель, который требовал: дайте мне килограмм творога, я превращу его в волокно и сделаю из него дамское платье. Дайте мне это платье, и я превращу его опять в творог и при вас съем! Может, я ему зря не дал творог? Рассказал профессор И. Сокращаются ли сроки публикации научных работ? Особенно в стадии вылеживания? Вопрос, заданный академику А. Л. Яншину при обсуждении дел с научными журналами Академии наук — Нервная клетка — это самая важная проблема, — с большим чувством сказал академик А. — Можно сказать, что на ней держится... — Вся деятельность Президиума Академии наук, — перебил его академик Б. Из дискуссии в ученом собрании Однажды еще до войны в Академию наук пришло и такое предложение: использовать электричество от электрических скатов. Внушительная была бумага — с расчетами, обоснованиями и так далее. Довольно долго не знали, что с ней делать. Наконец решили: предложение отклонить, поскольку в наших территориальных водах электрические скаты не водятся... Рассказал академик Ф. в ученом собрании ...Этому человеку все ясно. Он уверен, что несет людям свет. Мы это называем комплексом Прометея... Из доклада доктора наук Д. Когда на собрании отделения обсуждался вопрос о том, имеют ли право члены- корреспонденты голосовать при выборах новых "членов- корреспондентов, выступил, академик А. и сказал: ««Я шел сюда сегодня и думал о том, что член-корреспондент нашей Академии — это единственная в мире биологическая особь, лишенная права воспроизводить себе подобных. Это ведь несправедливо». Рассказал академик Р. в редакции «Химии и жизни»
по Новости отовсюду ЗАМАЗКА ДЛЯ И КАНАЛОВ ПЛОТИН В институте ВНИИХИМпро- ект разработана универсальная синтетическая замазка — герметик ЦПЛ-2. Это мастика из двух составных частей, приготовленная на основе бутилкаучука. На нее не действуют ни влага, ни озон, ни кислоты, ни щелочи. В составе замазки нет никаких токсичных и дефицитных продуктов, она не уступает по долговечности мастикам на основе силиконовых каучуков, значительно превышает по стойкости тиоколовые композиции. Благодаря всем этим свойствам универсальная замазка ВНИИХИМпроекта как нельзя лучше подходит для герметизации швов между бетонными плитами на откосах каналов и плотин, для уплотнения стен, оконных и балконных блоков. Расход нового герметика — около одного килограмма на погонный метр шва. МОРОЗ НА ВЕНЕРЕ! До сих пор считалось, что из-за парникового эффекта на поверхности Венеры стоит страшная жара. Недавно голландские астрономы с помощью лазерной аппаратуры измерили температуру поверхности трех ближайших к нам планет и получили такие данные: Меркурий — плюс 170°, Марс — минус 49°, Венера — минус 43° С. Если верить этим измерениям, то на Венере не так уж плохо. СВЕРХУ ВИДНЕЕ Три ранее неизвестных озера на территории Ирана были обнаружены при фотографировании поверхности Земли с орбитальной станции «Скайлэб». Обследование этих озер показало, что их можно использовать для орошения садов и полей. Только в одном из озер содержится 600 миллионов кубометров воды. ВИТАМИН В,5 И СВЕРТЫВАЕМОСТЬ КРОВИ Витамин В,s (пангамат кальция) известен своей способностью стимулировать окислительный обмен в организме. Сейчас его широко применяют для лечения сер- дечно-сосудистых заболеваний и восстановления функции печени. Кстати, устойчивую форму пангамата кальция пока удалось получить только у нас в стране. В Институте микробиологии АН СССР обнаружили, что этот препарат обладает еще одним полезным свойством. Известно, что большие дозы витамина Bi2 иногда вызывают у пациентов ухудшение свертываемости крови. Если же вводить витамин В|2 вместе с витамином В|5, то свертываемость крови не изменяется. ФИОЛЕТОВОГО СМЕЩЕНИЯ НЕ БУДЕТ! Астрофизики Д. Роджерсон и Д. Йорк из Принстонского университета (США) с помощью телескопа, установленного на спутнике с<Ко- перник», изучили поглощение ультрафиолетового излучения звезды бета Центавра межзвездным веществом. По их расчетам, в настоящее время в 10 кубометрах пространства содержится один атом водорода. Такая плотность в десятки раз меньше той, при которой наблюдаемое ныне красное смещение (расширение вселенной) могло бы перейти в фиолетовое смещение (сжатие вселенной). КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ЖАРЕНОЙ РЫБЫ Когда хозяйки жарят рыбу, они настежь отворяют кухонные окна. Для крупных рыбоконсервных заводов такой способ очистки воздуха неприемлем. Простым про-
Новости отовсюду 111 ветриванием никак не удается ликвидировать запах в цехах. Если же поставить мощные вентиляторы и выбрасывать загрязненный воздух в атмосферу, вокруг завода можно будет ходить, разве что зажав нос платком... На рыбокомбинате в Пяр- ну испытана установка для каталитического дожигания газообразных выбросов об- жарочных печей. Вентиляторы отсасывают из печей воздух, он проходит через нагретый до температуры 350—500° С катализатор (были испытаны платиновые, палладиевые и меднохро- мовые катализаторы, разработанные в Физико-химическом институте имени Л. Я. Карпова) и очищается на 70—80%- Конечно, на рыбоконсервном заводе и после такой очистки не пахнет фиалками, но условия труда в этом случае значительно улучшаются. РАЗГОВОРЧИВЫЕ МЕДВЕДКИ Медведка — один из самых опасных сельскохозяйствен. ных вредителей. Энтомологи тщательно исследуют их привычки и повадки. На кафедре энтомологии Московского университета установили, что по сравнению с другими насекомыми у медведок одна из самых сложных систем звуковых сигналов. Они большую часть времени находятся в земле, и звуковая сигнализация— главный способ связи между отдельными особями. Наиболее разговорчив самец, он способен издавать пять видов звуков: призывные, сигналы, предшествующие спариванию, предупреждение о нападении, сообщения о территориальных притязаниях и сигналы угрозы. Более молчаливая самка издает лишь два последних вида звуков. Вполне возможно, что детальное изучение этой звуковой сигнализации поможет со вре- mm менем^ найти эффективный способ борьбы с медведками. ЛЮБИТЕЛЯМ МОРОЖЕНОГО Как сообщает журнал «Молочная промышленность» A973, № 6), в 1970 году в США было приготовлено 12,1 кг мороженого на душу населения, в Канаде — 5,8 кг, в Дании — 3,8 кг, в Финляндии — 2,6 кг. В нашей стране выпустили 375 800 тонн мороженого A,5 кг на каждого человека в год). Причем больше было приготовлено его не на юге, а в прохладных районах страны, например в Литве — 2,2 кг на душу населения в год (в Таджикистане же — 0,5 кг, а в Грузии— 0,7 кг). В будущем количество этого лакомства у нас обязательно будет год от года расти: по плану девятой пятилетки в 1975 году приготовят в полтора раза больше мороженого, чем в 1970 году. ТУРКМЕНСКИЙ ГУАР Гуар—не очень известное у нас растение. Между тем во многих жарких странах, особенно в Индии и Пакистане, его издавна выращивают на корм скоту. Кроме того, из семян гуара (а это бобовое растение) добывают полисахарид галактоман- нан, который используется в текстильной и бумажной промышленности, а также в производстве мороженого и мармелада как стабилизатор. Сотрудники Института ботаники АН Туркменской ССР решили узнать, как гуар будет чувствовать себя на юге республики, в предгорьях Копетдага. Их опыты показали, что гуар дает хорошие урожаи бобов и зеленой массы, если посеять его не поздно, в апреле (все- таки в Туркменистане прохладнее, чем в Индии). Бобы очень питательны — они содержат до 25% белка.
112 Интервью Огромное хозяйство Академии. На рисунке — новое здание Президиума Академии наук СССР. Так оно будет выглядеть в недалеком будущем, его строительство уже началось. Корреспондент «Химии и жизни» беседовал с Управляющим делами Академии наук СССР Григорием Гайковичем ЧАХМАХЧЕ- ВЫМ. Первый вопрос: что с новым зданием! Мы с вами беседуем в бывшем Нескучном дворце, где сейчас располагается Президиум Академии наук СССР. Дворец был построен в XVII! веке, примерно в то же время, когда создавалась Академия наук. Дом, безусловно, красивый, однако он давно стал для нас тесен; заняты все подсобные помещения, и все равно для некоторых отделений и отделов места не хватило: они находятся в разных местах Москвы, что, конечно, очень неудобно. Четыре года назад был объявлен конкурс на лучший, проект здания Президиума АН СССР. Первую премию получили работники проектного института АН СССР (ГИПРОНИИ) — архитекторы Ю. П. Платонов, А. И. Звезднин, С. А. Захаров, А. Б. Батырева и инженер А. А. Левенштейн. Здание возводится в районе площади Гагарина, на берегу Москвы-реки. Из окон его открывается вид на реку и парк, на Ленинские горы и Московский университет. Новое помещение будет достаточно просторным. В нем разместится весь аппарат Президиума. Здесь можно будет проводить научные конференции, съезды, конгрессы, симпозиумы. Самая большая аудитория — конференц-зал сможет • вместить более 1500 человек. Зал заседаний Президиума АН СССР с традиционным П-образным столом рассчитан на 200 человек. Здесь будут широкоформатная киноустановка, аппаратура для синхронного перевода и телеаппаратура — телевидение сможет вести передачи прямо с заседания Президиума. Комплекс зданий Президиума Академии наук будет очень удобным для повседневной работы и для приема гостей; к тому же он красив и удачно вписывается в панораму правого берега Москвы-реки. Строительство здания Президиума АН СССР — особое событие. А в чем заключается повседневная работа Управления делами АН СССР!
Огромное хозяйство Академии... 113 Сейчас придается большое значение организации науки. Научная деятельность ученого зависит в первую очередь от его таланта и трудоспособности. Но эффективность исследований зависит и от условий, в которых работают ученые, от ассигнований, от материально-технического обеспечения и от четкой административной и хозяйственной работы. Словом, от тех будничных дел, о которых обычно не сообщают в печати и не докладывают на конгрессах. Эти повседневные дела, ведение огромного хозяйства Академии наук возложено на Управление делами. То есть вы занимаетесь примерно тем же, чем подобные управления, скажем, в министерствах! Не совсем. Управление делами министерства обслуживает только само министерство, без институтов, заводов, трестов, объединений. А наше управление отвечает перед Президиумом АН СССР за хозяйственные дела всей Академии, всех ее научных учреждений. Несколько примеров. У Академии наук СССР много служебных, лабораторных и административных зданий. Управление делами следит за правильной их эксплуатацией. Только на капитальный ремонт в прошлом году израсходовано более 11 млн. рублей, почти в четыре раза больше, чем в 1960 году. Объем работы немалый. В состав нашего управления входит автомобильный отдел с автобазами. Раньше у каждого института, у каждого подразделения Академии был маленький гараж. С экономической точки зрения это нерентабельно. В 1959 году все автохозяйства при министерствах и ведомствах были ликвидированы и переданы в местные Советы. Только Академии наук, учитывая особую специфику ее работы, разрешили иметь свое автохозяйство, которое обслуживает институты и ученых. Крупные автобазы Академии есть в Москве, Ленинграде, других научных центрах; они рентабельны. Контроль за состоянием техники безопасности и охраны труда в институтах и лабораториях Академии также возложен на Управление делами. Надо отметить, что несчастных случаев стало намного меньше, особенно за последние 15 лет. Мы участвуем в организации научных съездов и конгрессов: принимаем участников, заботимся о них, создаем хорошие условия для работы. Каждый год у нас в стране проводится не менее трех-четырех крупных международных встреч ученых Надо сказать, что они всегда проходили у нас хорошо. Что вы считаете самым важным в деятель ности управления! Остановлюсь особо на очень серьезном участке нашей работы — на охране здоровья ученых и создании хороших бытовых условий. С первых дней Советской власти Коммунистическая партия уделяла этим вопросам большое внимание. Академии наук предоставлено право строить жилые дома для сотрудников. В научных центрах Академия наук заселяет ежегодно от 2500 до 3000 квартир. Только в Москве жилищный фонд Академии возрос с 40 000 м2 в 1955 г. до 300 000 м2 в 1973 г. Управление делами выявляет потребности в жилой площади, распределяет средства на строительство домов, контролирует правильное распределение жилья. Лет пятнадцать назад у Академии была в Москве небольшая поликлиника и совсем маленькая, на 25 коек, больница. А теперь мы можем гордиться сетью лечебно- профилактических учреждений — не только в Москве и Ленинграде, но и во многих научных центрах. Будет строиться новая большая поликлиника и многопрофильная больница в Москве, кардиологический санаторий в Подмосковье. Уже строятся больница в Ленинграде, санаторий на Южном берегу Крыма, пансионат на Рижском взморье. Кроме того, ученые и сотрудники АН СССР получают ежегодно 12 000 путевок в санатории и дома отдыха. Правда, для большого коллектива Академии этого недостаточно, поэтому мы и строим новые пансионаты и санатории. Разумеется, я упомянул только часть дел нашего Управления. Рассказать обо всем в одном интервью вряд ли возможно. В таком случае, чтобы общая картина стала яснее, может быть, вы просто назовете отделы Управления! Пожалуйста: капитального строительства, жилищно-коммунальный, лечебно-санаторный, автомобильный, охраны труда, юридический, планово-экономический, технический, организационный, хозяйственный, бухгалтерия. И у всех одна главная задача: создать благоприятные условия для работы Академии в целом. Видимо, подготовка к юбилею тоже входит в эту задачу... Безусловно. Подготовить и успешно провести юбилей Академии — прямая обязанность Управления делами. Надеюсь, что мы выполним ее с честью.
114 Словарь науки Академия Древнегреческому слову ака- Оемейя без малого 2400 лет от роду. Оно вошло в десятки языков, но нигде не звучит оно так высоко, как у нас. Самая авторитетная научная организация — Академия наук СССР, самое высокое из ученых званий — академик. Что же известно о проис хождении слова академия* Есть в мифах древней Греции герой по имени Акаде- мое (его имя мы произносим как Академ). Более всего он прославился тем, что помог близнецам Кастору и Поллуксу освободить Европу, похищенную Тезеем. В честь этого героя назвали один из садов в Афинах, где Академ якобы был похоронен. Сад Академа избрал для прогулок великий философ Платон D27—347 до н. э.), ученик Сократа и учитель Аристотеля. В те времена философы дискутировали друг с другом и наставляли своих учеников во время прогулок. Школа Платона была первой, получившей название академия. Есть сведения, что она существовала до 529 года н. э. под названием Академия Платона. Слово это перешло в латынь: academia — типичный грецизм. Потом, в течение многих веков, когда наука была не в почете, слово academia употреблялось нечасто. Оно возродилось лишь в XVI веке в Германии и стало обозначать сперва со- оощество ученых, а затем высшее учебное заведение. В русский язык слово академия вошло в конце XVII века. По одним источникам в 1697 г., в «Путешествии стольника Толстого», по другим — несколько раньше, в 1680 г. Пришло это слово, скорее всего, через польский язык. Однако еще за три столетня до этого, в XIV веке, в русский язык непосредственно из греческого вошли слова акадимия (графический вариант акадимиа) и акадимейский. В Лексиконе Берынды A627 г.) зафиксировано: «Акадимиа — училище, школа в Афинах, от Ака- дима, мужа афинского». Прилагательное академический фиксируется с 1715 г. Слово академик заимствовано в эпоху Петра I нз польского, где оно означает: «учитель, наставник, член академии». Другой же полонизм— академист (ученик), отмечавшийся с 1724 г., из русского языка впоследствии исчез. Во второй половине XIX в. в русском языке появился галлицизм (французское заимствование) академизм. Отмечается у Достоевского в письме к Майкову от 15 мая 1869 г. Во многих языках потомки древнегреческого акаде- мейя имеют совсем иной смысл, нежели в русском. Для примера обратимся к немецкому языку. В нем Aka- &
Академия 115 detnie может означать не только учебный институт (это, кстати, возможно и в русском — вспомните хотя бы Сельскохозяйственную академию), но и техникум, и профессиональную школу с углубленной программой, и училище, например торговое. Betriebsakademie — дословно «заводская академия» — на самом деле вечерние курсы повышения квалификации. Fechiakademie — это школа фехтования, Reii- akademie — школа верховой езды, Tanzakademie — школа танцев. В. Австрии Akademie означает обычно музыкально-литературный вечер, преимущественно благотворительный. У писателя Г. Фрайтага A816—1895) словом Akademie называется большой концерт. Немецкое Akademiker отнюдь не соответствует нашему понятию академик (для этого есть другое слово — Akademie mitglied — член академии). Akademiker— это лицо с высшим образованием, либо студент высшей школы, либо художник (обычно старой, классической школы), либо, наконец, вообще интеллигент. Akademischer Beruf — это не какая-то особая академическая профессия, а просто работа для человека с высшим образованием. Наконец, прилагательное akademisch— это ученый, учебный, студенческий, а также оторванный от жизни, сухой, чопорный. Несколько слов о других языках. Если спросить англичанина, что такое academy, то он скорее всего ответит: студия живописца, а может быть, — академия художеств или выставка произведении ее членов. Есть еще одно значение — привилегированное частное учебное заведение. В США academy также означает частную школу- интернат, а также военное училище и музыкальную школу. Во Франции academie — это объединение ученых или художников, научное общество, высшее учебное заведение или учебный округ, а также рисунок с обнаженной натуры. В Италии academie — собрание и заседание членов академии, а также концерт, литературный вечер, этюд, рисунок с натуры, отвлеченное рассуждение. И последний вопрос, очень интересный, но, к сожалению, не поставленный в этимологических словарях: что же означает первоисточник всех этих слов — имя мифического героя Академос? Первая его часть — один из важнейших индоевропейских корней ак (также ок, ср. русское о/со; ук — ср. русское наука). Его значения — высота, острие. От этого корня берут начало греческое акис — зрение и латинское oculus — глаз, зрение, взор, взгляд. Вторая же часть имени Академос — греческое демос — народ, хорошо известное всем из слова демократия — народовластие. Значит, слово академия можно толковать как «взгляд народа» или «народное око». И это толкование применительно к русскому языку кажется мне символичным. Т. АУЭРБАХ
116 Kiv- Ю<11й химик Эка невидаль- Дом на Петербургской стороне Дом как дом. Солидный, богатый. Судя по архитектуре, построен в XVIII веке. Над рисунком старинным тонким почерком написано по-немецки имя владельца: Schaf- firoff. Перед вами одно из первых каменных строений Петербурга. Находился этот дом на набережной Невы, в той части города, которая называлась раньше Петербургской стороной, а сейчас зовется Петроградской. Хозяином дома был тайный советник барон Петр Павлович Шафиров Но почему же изображение давным-давно не существующего дома помещено в этом номере журнала, посвященном юбилею Академии наук? По очень простой причине: именно здесь, в особняке на Петербургской стороне, впервые собирались члены академии, которая называлась тогда Академией наук и художеств. Петровский указ о ее создании вышел в 1724 году, первые заседания состоялись через год; а собственного здания для академии к тому времени построить не успели. Вот и приходилось встречаться в частном доме. Особняк Шафи- рова подходил для этой цели более других: во-первых, место удобное, а во-вторых, самого хозяина в Петербурге тогда не было — он был отправлен в пожизненную ссылку. П. П. Шафиров известен как крупный государственный деятель. При Петре I он занимал должность вице- канцлера. Славился он умением вести переговоры с иностранцами и написал первую в России книгу о международном праве. Карьера сто оборвалась в 1723 году: за служебные злоупотребления и обогащение за счет казны Шафиров был приговорен к смертной казни. Однако царь, помня о заслугах бывшего вице-канцлера, заменил казнь ссылкой, и тайный советник исчез из Петербурга. А дом его заняли на время ученые мужи. (Потом, после смерти Петра, его вдова Екатерина I
Кл^б Юный химик 117 амнистировала Шафирова, он получил должность президента Коммерц-коллегии, вернулся в столицу и вновь поселился в своем доме; академия там больше не заседала.) Теперь, пожалуй, самое любопытное об этом рисунке. Дом на Петербургской стороне, где собирались члены академии, упоминается в исторических книгах. Но как он выглядел, знают немногие. Скорее всего только те, кто знаком с коллекцией камер-юнкера Фридриха Вильгельма фон Берхгольца. Вы слыхали что-нибудь про нее? Придворный герцога Гольштинского фон Берх- гольц был в России дважды: в 1721—1727 и в 1742— 1746 годах. И во второй свой приезд он составил коллекцию рисунков (а точнее говоря, архитектурных чертежей) всех мало-мальски приметных петербургских зданий. Попал в коллекцию и дом Шафирова. Кто делал эти рисунки, неизвестно. Вряд ли сам Берхгольц: коллекция объемистая, у него, наверное, просто времени не хватило бы, да и неизвестно, каким он был рисовальщиком. Однако для историков, архитекторов и всех любознательных людей важнее другое — то, что коллекция существует. Правда, находится она не у нас в стране, а в Швеции, в Стокгольмском национальном музее. Покидая Россию, Берхгольц забрал коллекцию с собой. Однако помещенный здесь рисунок попал в редакцию не из Стокгольма, а из Ленинграда. Вот как это получилось. В поисках какого-нибудь изображения дома Шафирова я обратился в Эрмитаж, к заведующей Отделением рисунка Анне Николаевне Воронихиной. «Вы о том доме на Петербургской стороне, где заседала Академия наук? — спросила Анна Николаевна. — Можем дать вам для журнала фотокопию рисунка». Оказалось, что музей в Стокгольме прислал в Эрмитаж негативы снимков всей коллекции Берхгольца. Некоторые рисунки уже помещались в журналах; например, дом Шафирова — совсем недавно в «Науке и жизни». (Замечание для тех, кого интересуют такие рисунки и чертежи. Если вы будете в Ленинграде, зайдите в Петропавловскую крепость — там в Инженерном доме работает выставка петербургской архитектуры; среди множества экспонатов есть на ней и несколько фотокопий рисунков из коллекции Берхгольца.) И последнее. Если вы что- то коллекционируете, а друзья или родные относятся к этому с иронией, все равно не бросайте начатого. Не всякая коллекция принесет впоследствии пользу, но нельзя заранее сказать, что пригодится, а что нет. Вряд ли Берхгольц мог предполагать, что один из рисунков его коллекции будут печатать в тысячах экземпляров. О. ОЛЬГИН Возможны варианты ^ Еще раз о расстановке коэффициентов В № 11 журнала за 1973 г. была напечатана статья Г. Б. Вольерова, в* которой рассматривался алгебраический способ расстановки коэффициентов химических реакций. Предлагаю модификацию этого метода, которая принципиально не отличается от способа, разобранного в статье, но кажется проще и последовательнее. Пусть нужно расставить коэффициенты в реакции: аКМп04 , bHCl cKCl ' dMnCI. -| еС1.2 + -\- Ш20. Заметим, что число неизвестных равно числу веществ, участвующих в реакции (исходных и полученных).
118 Так как количество атомов каждого элемента в правой и левой частил уравнения равно, можно составить систему, в которой неизвестными будут коэффициенты: I а = с (баланс по К) а = d (баланс по Мп) \ b = 2f (баланс по Н) b = с + 2d + 2е (баланс по CI) 14а = f (баланс по О) откуда 5а = 2е. В простейшем случае а = с = d = 2; е = 5; b = 16; f = 8. 2КМп04 + I6HC1 = 2КС1 + 2МпС12 + + 5С12 + 8Н80. Во многих химических реакциях (как и в приведенной) число участвующих соединений на единицу больше числа элементов, образующих эти соединения. Поэтому уравнений в системе обычно бывает на единицу меньше, чем неизвестных. Такая система неопределенна и всегда может быть .решена в целых числах. При этом получается бесконечное число кратных решений. Если числа а, Ь, с и т. д. взаимно просты, то такая совокупность численных значений ко' эффициентов представляет собой единственный общепринятый набор коэффициентов химической peaкции. Известны и такие реакции, где число веществ меньше, чем число входящих в их состав элементов. Например: aFeCl3 -I bKCNS = cKCl + dFe(CNSK. (число веществ — 4, число элементов — 6). Казалось бы, .в этом случае расставить коэффициенты невозможно Однако в таких реакциях целые фрагменты соединения без изменений переходят из одних веществ в другие. Поэтому некоторые уравнения системы повторяются: |а = d (баланс по Fe) За = с (баланс по С1) b — с (баланс по К) b = 3d (баланс по С, N, S). Поэтому расстановка коэффициентов и в этом случае возможна и единственна. Бывают и другие случаи, когда число веществ, участвующих в реакции, на два и более превышает число элементов, образующих эти вещества. Клуб Юный химик Рассмотрим окисление сероводорода бихроматом калия в разбавленной серной кислоте: aH,S + ЬК2Сг207 + cH-,S04 = dS -J - + eK2S04 + fCr2(S04"K + gH20. В состав веществ входят пять элементов (Н, S, К. Сг, О), самих веществ —семь. Составим систему уравнений: [2а + 2с = 2g (баланс по Н) a+c = d + e + 3f (баланс по S) <2Ь — 2е (баланс по К) 2b = fcf (баланс по Сг) |7Ь + 4с = 4е + 12f + g (баланс по О). Получилось пять уравнении с семью неизвестными. У такой системы бесконечное число целочисленных не кратных друг другу решений. С формальной точки зрения однозначно расставить коэффициенты нельзя. Например, формально правильны такие уравнения: 3H2S + K2Cr207 + 4H2S04 = 3S + + Cr2(S04K + 7H20 + K2S04, 6H2S + КйСг207 + 5H2S04 - 7S -■- -bCr2(S04K-bHH20 + K2S04I 9H2S -f 2K2Cr207 + 7H2S04 = I OS 4- ; 2Cr2(S04K + I8H20 + 2K2S04. Однако с химической точки зрения верна только единственная совокупность коэффициентов, а именно первая. Дело в том, что концентрированная серная кислота может сама по себе окисл-ять сероводород: H2S04 ~r 3H2S = 4S 1 - 4Н20; хотя с разбавленной серной .кислотой эта реакция не идет, формальный математический подход эту возможность не исключает. Умножая на произвольное число коэффициенты реакций и затем складывая или вычитая уравнения, можно получить бесконечное число способов расстановки коэффициентов. Поэтому алгебраический способ может вызывать двусмысленность в толковании химических реакций там, где па самом деле ее нет. Только метод электронно- ионных уравнений, позволяющий отразить химическую суть процесса, дает одно-
Клуб Юный химик 119 значный способ расстановки коэффициентов (если, конечно, реакция окислительно-восстановительная). Наверное, можио сформулировать такое правило: при рассмотрении сложных процессов, в которых одновремевно протекают несколько параллельных или последовательных реакций, можно складывать только реакции, протекающие • последовательно. При сложении уравнений параллельно протекающих реакций возникает неоднозначность в расстановке коэффициентов суммарной реакции. Например, рассмотрим реакцию хлорирования фосфора, в которой процессы протекают последовательно: 2Р + ЗС12 - 2РС13 РС13+С12^РС15 2Р + 5С12 = 2РС1а " В этом случае умножение на произвольный коэффициент первой реакции неминуемо влечет за собой умножение на этот же коэффициент второго уравнения, и коэффициенты суммарной реакции (после сокращения) останутся теми же. Если же важно охарактеризовать в реакционной смеси соотношение трех- и пят-и- хлористого фосфора, необходимо рассматривать этот процесс как совокупность параллельно протекающих реакций: 2Р + ЗС12 = 2РС13, 2Р + 5С12 = 2РС1а. Такие параллельно протекающие реакции уже нельзя складывать, а нужно лишь указать долю каждой реакции в суммарном процессе. Формальное сложение этих уравнений приведет к неоднозначности в подборе коэффициентов, которые при этом не будут иметь химического смысла. В. ЖЕЛИГОВСКИЙ, 8 класс 23-й спецшколы, Москва В «Химии и жизни» A973, № 6) был описан простой самодельный прибор для электролиза воды. В химическом кружке Московского дворца пионеров мы повторили этот опыт. Он удался, и мы решили тогда провести количественный эксперимент. А именно: с помощью электролиза проверить число Авогадро. Мы поступили так: в течение 15 минут пропускали через раствор ток в 0,5 а (ток измеряли тестером, взятым в соседнем кружке, у радиолюбителей). Постоянное значение тока в ходе опыта поддерживали с помощью самодельного реостата, сделанного из карандашного стержня. За время опыта выделилось 59 мл водорода и 30 мл кислорода. Температура была 22° С, атмосферное давление — 740 мм рт. ст. Наш вопрос: на основании этих данных рассчитайте число Авогадро (заряд электрона равен 1,6-10-19 кулои). Решение — иа стр. 123
120 K"v6 Ю-- :й химик Многие слышали, наверное, о термочувствительных красках— таких, что изменяют цвет, когда повышается или понижается температура. Ими нередко пользуются в лабораториях и на заводах, чтобы быстро узнать, насколько нагрелся тот или иной предмет: ведь каждая термочувствительная краска меняет цвет при строго определенной температуре. Такие краски в магазинах не продаются. Поэтому мы попробуем сделать их самостоятельно. Синтезировать краски можно и дома, но только в случае, если у вас уже есть навыки экспериментальной работы — нам придется иметь дело с некоторыми ядовитыми веществами. Лучше все же работать в школе, под руководством преподавателя. Для синтеза потребуются йодистый калий, окись ртути и ляпис (все эти вещества продаются в аптеке), а также серная или соляная кислота. Воду желательно взять дистиллированную, хотя можно обойтись и дождевой. Приступим к синтезу. Сначала получим раствор соли двухвалентной ртути. Для этого растворим окись ртути в разбавленной серной или соляной кислоте (ОСТОРОЖНО! СОЛИ РТУТИ ОЧЕНЬ ЯДОВИТЫ!). К образовавшемуся раствору прибавим по каплям концентрированный раствор йодистого калия. Сначала выпадет красноватый осадок: 2KJ -|-HgCI2---2KCl + -!-HgJai. Потом, по мере прибавления KJ, осадок будет растворяться: 2KJ + HgJ2 - K2HgJ4. Мы получили широко распространенный в аналитической химии очень чувствительный реактив на ион аммония (в щелочной среде) — реактив Несслера. В присутствии иона NH^ он образует бурый осадок. К раствору ляписа прибавим вновь по каплям полученный реактив Несслера: 2AgN03+K2HgJ4 = = 2KN03 + Ag2HgJ4i. Отфильтруем и высушим осадок. У полученной нами соли есть отличительное свойство: выше 50° С она красная, ниже этой температуры — желтая. Если смешать эту соль с нитролаком и покрасить какой-либо предмет, то по цвету можно приблизи-
Клуб Юиый химик 121 тельно судить о его температуре. Получить другую термочувствительную краску — на основе Cu2HgJ4 — несколько сложнее. Смешаем 10 мл реактива Несслера с 50 мл 10%-ного раствора медного купороса. Прибавим к смеси 50 мл 5%-ного раствора сульфита натрия (эту соль можно купить в фотомагазине; лучше взять кристаллический сульфит, он растворяется намного быстрее). В осадок выпадет искомая II. НОВЫЕ ОПЫТЫ С ВОДОЙ соль: 2CuS<\ + K2HgJ4 + + Na2S03 + H20 --= = CusHgJ4i +2KHS04 + -,-NaBS04. Отфильтруем и высушим осадок. Эта соль при нагревании выше 70° С меняет цвет с красного на черный, причем более резко, чем серебряная соль. Заметим, что йодная ртуть HgJ2 также термочувствительна, но температура, при которой она меняет цвет, выявление гигроскопичности настолько широко распространено в природе, что наши опыты, приведенные в прошлом номере журнала, не исчерпали тему и на сотую долю, Поставим еще несколько экспериментов с различными веществами. Для начала займемся неорганическими солями, которые образуют кристаллогидраты. ОПЫТ 1. Кристаллизационная вода может быть связана с солью по-разному. Если связь прочная, то кристаллы будут сохраняться хорошо, а когда у них отнимут воду (скажем, прокаливанием), обезвоженная соль проявит заметную гиг*роско личность. А в том случае, когда вода связана слабо, кристаллы уже при комнатной температуре на воздухе самопроизвольно обезвоживаются, или, как говорят, выветриваются. Возьмем по нескольку ше (около 127°С); к тому же цвет при охлаждении меняется медленно. У этого соединения есть еще одна интересная особенность: при растворении ярко-красной соли в эфире получается бесцветный раствор. В заключение еще раз напоминаем, что все соединения ртути ядовиты, и просим вас после работы обязательно вымыть руки, и не один раз. В. В. ЖДАНКИН, П. П. ЛЕЩЕНКО кристалликов трех солей: медного купороса CuSO* •5Н20, железного купороса FeS04-7H20 н сернокислого натрия Na^SOi 10H2O. Положим их на лист бумаги и оставим на воздухе. Наблюдая за кристаллами через лупу, мы заметим, что сульфат натрия уже через несколько минут начинает покрываться белым налетом и вскоре превращается в белый порошок. Зеленые кристаллы железного купороса тоже превращаются в порошок в результате выветривания, хотя и несколько медленнее. А вот голубые кристаллы медного купороса даже через несколько суток остаются голубыми. Теперь от качественного опыта перейдем к количественному, воспользовавшись нашими весами. Мы будем измерять скорость выветривания. Для этого возьмем навески тех же солей (по 0,2—0,3 г, с точностью до
122 Клуб Юный химик 0,001 г). Чтобы ускорить опыт, навески поместим в эксикатор над прокаленным хлористым кальцием. Периодически будем взвешивать соли — сначала часто, затем реже — и записывать вес и время. Закончим измерения, когда в двух подряд идущих замерах получится один и тот же результат; допустимо отклонение ± 1 мг. После высушивания сульфаты натрия и железа стали гигроскопичными. В этом можно убедиться, поместив наши навески в атмосферу, насыщенную водяным паром, то есть в эксикатор над водой. Периодически взвешивая вещества, вновь добьемся постоянного веса. Обратите внимание на сульфат железа: он опять стал зеленоватым. Если же этот оттенок заметен слабо, оставьте навеску в эксикаторе иа 2—3 суток, но не более: иначе цвет станет желтовато-коричневым. Результаты опыта сведите в таблицу или постройте кривые, которые отразят зависимость потери кристаллизационной воды (и обратного процесса — образования кристаллогидрата) от времени. Интересно, конечно, определить, сколько молекул воды отнимается от FeS04 7H20 и Na2S04 10Н2О при выветривании на воздухе и при сушке в эксикаторе. Для этого и первый, качественный эксперимент надо поставить количественно, с помощью тех же весов. Сравните свой результат с теорией. ОПЫТ 2. Перейдем к органическим веществам, которые также могут поглощать воду из окружающей среды. Глицерин гигроскопичен, но природа этого явления несколько иная, чем у минеральных веществ. Не вдаваясь в подробности (вы их сможете найти сами в химической литературе), заметим лишь, что глицерин легко поглощает и отдает воду при изменении парциального давления водяного пара. Этим свойством мы н воспользуемся, чтобы предсказывать погоду — правда, весьма приблизительно. Превратим наши весы в гигрометр. Для этого 30— 40 капель чистого глицерина — он продается в аптеке — поместим в плоский сосуд, который поставим на левую чашку весов. Чем больше будет поверхность глицерина, то есть чем тоньше окажется его слой, тем чувствительнее будет наш гигрометр. (Это. между прочим, справедливо для всех адсорбционных измерений.) Глицерин обычно содержит немного воды, поэтому вначале его вес может самопроизвольно меняться. Через два-три часа приступим к наблюдениям — будем записывать вес глицерина и состояние погоды. Ошибок, конечно, будет немало, но мы уже предупреждали, что такой прогноз приблизителен. Если у вас есть барометр, то хорошо отмечать и атмосферное давление, а также температуру — по термометру, расположенному возле весов. ОПЫТ 3. Гигиенические свойства одежды во многом зависят от того, насколько ткань поглощает во-
Клуб Юный химик 123 ду. С помощью весов определим гигроскопичность трех распространенных тканей — шерстяной, хлопчатобумажной и капроновой. Нам понадобятся небольшие кусочки @,3—0,5 г) чистых неокрашенных тканей. Перед опытом их надо обезжирить, погружая два-три раза в чистый бензин — каждый раз в новую порцию. Отожмем образцы между листами фильтровальной бумаги и оставим на ночь на воздухе. Утром поместим образцы в эксикатор над хлористым кальцием и приступим к периодическому взвешиванию. Когда вес перестанет изменяться, запишем его, а образцы перенесем в эксикатор над водой. По мере увлажнения также будем взвешивать кусочки тканей (не забудьте записывать и время от начала увлажнения!). Результаты опыта выразите в виде кривых увлажнения для каждой ткани. Вычислите также величину увлажнения в процентах, приняв за 100% вес образцов после высушивания. Если опыт выполнен тщательно, вы сами без особого труда получите ответ иа вопрос — какая ткань гигиеничнее. В. ПЧЕЛИН Решение задачи (см. стр. 119) Как известно, число Авогадро No — это число молекул в одном моле вещества. Поэтому мы решим задачу, если определим, сколько молекул водорода или кислорода содержится в объеме, который занимает 1 моль газа. Это можно сделать, узнав число молекул Н2 или 02, выделившихся во время электролиза. При электролизе воды 2Н20=2Н2+02 идут также реакции: на катоде 4Н++;4е- = =2Н2, на аноде 40Н-=2Н20+02+4е-. Таким образом, при образовании одной молекулы 02 освобождаются четыре электрона, которые тратятся на выделение двух молекул Н2. В ходе электролиза через раствор прошел суммарный заряд q = it=0,5 а* •900 сек = 450 кул., а общее число электронов было равно 450: 1,6-10~19 = 2,81 Ю21. Так как для выделения одной молекулы водорода требуется два электрона, то образовалось 1,405-1021 молекул Н2, которые занимали в условиях опыта объем 59 мл. Далее можно поступить двояко — либо привести объем газа к нормальным условиям, либо вычислить, какой объем (Vo) занимает один моль газа в условиях опыта. Пойдем по второму пути. Воспользуемся уравнением состояния идеального газа (а водород и кислород при атмосферном давлении можно считать идеальными газами): PV=nRTo. У нас п=1, R=0,082 л-ат/град- моль, Т = 295°К и Р = 74/76 ат; отсюда Vo= =24,8 л. В этом объеме содержится 1,405-1021-24,8 0,059 5,90-1023 молекул Н*. Это и есть полученное нами число Авогадро. Если провести такие вычисления для кислорода, то число Авогадро окажется равным 5,80-1023. Среднее из двух измерений: 5,85-1023. От точного значения F,02-1023) оно отличается менее чем на 3%. Неплохая точность для такого простого эксперимента! Однако точность можно еще увеличить, если учесть, что собранный газ был влажным. Насыщенные пары воды при 22° С имеют давление 20 мм рт. ст.; значит, парциальное давление газов — 720 мм рт. ст., и мольный объем газа в условиях опыта равен 25,5 л. Расчет числа Авогадро даст в этом случае такие значения: для водорода _ 6,05-1023, для кислорода — 5,95-1023. Среднее значение 6,00-1023 почти ие отличается от табличного. И. ЛЕЕНСОН
124 Сельское хозяйство ...Огурец предпочитает красное V каждого из нас есть свой любимый цвет. Психологи утверждают, что это связано с особенностями человеческого характера. Люди спокойные, уравновешенные и в одежде, и в окружающей обстановке предпочитают мягкие спокойные тона и их сочетания. Люди темпераментные, экспансивные тянутся к ярким и резким цветам. Не последнюю роль в выборе любимого цвета играют мода и сооственные представления о том, «что кому идет». К последнему обстоятельству особенно серьезно относятся женщины: блондинка, например, отдаст предпочтение голубому перед коричневым, брюнетка — красному перед серым. Можно предположить, что несомненная тяга определенных людей к определенным областям видимого спектра связана с их физиологическими особенностями. Но это еще, как говорится надо доказать. А вот для растений неопровержимо доказано избирательное влияние разных цветов на интенсивность фотосинтеза. Недавно в растениях была открыта фотоактивная пигментная система, особенно сильно поглощающая свет в красной области спектра. Она начинает действовать уже при ничтожной освещенности. Кроме того, известна и другая регуляторная система, которая избирательно поглощает и использует для фотосинтеза синий свет. Эта система работает при достаточно сильном свете. Установлено также, что фотосинтетический аппарат одних растений в значительной степени использует для фотосинтеза монохроматический красный свет, других — синий. Таковы теоретические предпосылки исследования Г. И. Кособокова и Е. А. Черне- цовой, о котором и пойдет речь дальше (результаты исследования опубликованы в № 11 журнала «Пластические массы» за 1973 г.). Экспериментаторы выращивали огурцы двух сортов — Алтайский ранний 166 и Неросимый 40 под полиэтиленовыми пленками разных цветов — синей и красной. Контрольная же грядка была покрыта обычной белой пленкой. Под тремя разноцветными крышами огурцы росли три недели в одинаковых условиях. Потом растения сравнили. Под синей пленкой листья растений были втрое меньше, чем на контрольной грядке под белой крышей. Это вполне естественно: ведь синяя пленка хуже пропускает свет, а «синяя» фотосинтетическая система, как уже говорилось, требует интенсивного освещения. Неодинаково на разных грядках шел в листьях огурца и синтез аскорбиновой кислоты — витамина С. Вообще в самих огурцах этого витамина сравнительно немного; но в листьях он накапливается в довольно больших количествах и играет важную роль в окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают в растении. На первое место по производству аскорбиновой
...Огурец предпочитает красное 125 кислоты вышла «синяя» грядка: 1 Цвет пленки Белый Красный Синий 1 Содержание аскорбиновой кислоты (мг на кг зеленой массы) Алтайский Неросимый раинни 166 40 145,0 166,8 141,3 143,2 174.5 167,4 Пишут, что. По этому показателю, как явствует из таблицы, «красная» грядка оказалась на последнем месте. Но нас, потребителей, в растении Cucumis sativus интересуют вовсе не листья, пусть и насыщенные витамином С, а продолговатые зеленые плоды, которые мы в обиходе и называем огурцами. А лучший урожай огурцов неизменно оказывался как раз под красной пленкой. Вот средние результаты по девяти урожаям для сорта Алтайский ранний 166: 1 Цвет пленки Белый Красный Синий 2 и, * 2,77 3,11 2,45 Урожай 0 100 112,3 88,5 Ъ тук а 38,4 45,6 36,0 <-> О. и. U о 72,2 68,8 •68,1 Итак, можно с уверенностью сказать, что огурец предпочитает красное. Читатели, имеющие в своем распоряжении огуречные грядки, могут проверить этот тезис. Ю. ИВАНОВА ...температура ночной стороны Юпитера равна температуре его дневной стороны («Newsweek», 17 декабря 1973 г.)... ...соевые бобы используются при лечении некоторых видов кровоточивости («Medical Tribune and Medical News», т. 14, № 36, с. 1)... ...для разложения воды можно использовать тепло ядерного реактора («New Scientist», т. 60, с. 482)... ...ниже 0,38° К кристаллы 2. 2, 6. 6-тетраметилпипериди- нол-4-оксила-1 ведут себя как ферромагнетик («Science News», т. 104, с. 373)... ...на Серпуховском ускорителе получены ядра антитрития («Природа», 1974, № 1, с. 126)... ...серебристые облака Венеры содержат капельки серной кислоты («The New York Times», 10 декабря 1973 г.)... ...инсулин оказывает воздействие на рост и дифференциацию клеток («New Scientist», т. 60, с. 690)... ...в качестве ракетного топлива с высоким удельным импульсом можно использовать металлический водород («Astronautics and Aeronautics», т. 11, № 12, с. 46)... .1 литр эритроцитов человеческой крови развивает тепловую мощность, равную 116 микроватт («Medical News», т. 5, № 40. с. 10)...
126 Консультации ПОЧЕМУ ТРЕСНУЛИ ЗОЛОТЫЕ КОЛЬЦА В одиннадцатом номере «Химии и жизни» за 1972 год в заметке «Сколько золота» был опубликован рецепт раствора для чистки золотых изделий из книги П. Е. Каэарина «Химия и полезные советы» [иэд-во «Легкая промышленность», М., 1968). После этого редакция получила несколько писем, в которых читатели жаловались, что обработанные этим раствором кольца потемнели, а некоторые даже треснули. Письма читателей редакция направила во Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-кон- структорский институт ювелирной промышленности. Вот что нам ответили. Представленных редакцией писем недостаточно для детального выяснения того, почему треснули золотые кольца. Однако, как известно, изделия из золота — предметы, которыми пользуются долгое время. В течение этого времени упомянутые кольца могли подвергаться ремонту, в том числе и неквалифицированному — с применением сплавов, не содержащих драгоценных металлов. В этом случае весьма вероятно разрушение колец в месте пайки. Кроме того, производство золотых изделий — сложный процесс; при изготовлении их применяют литье, волочение и многократные пайки. В настоящее время качество изделий — наличие внутренних раковин, трещин, внутренних напряжений — специальными современными методами не контролируется. А внутренние дефекты в металле, возникшие в процессе его обработки, при соответствующем внешнем воздействии могут привести к разрушению золотых изделий. Так, например, летом прошлого года при переходе на новый способ электрополирования в кислом растворе партия колец и сережек разрушилась, хотя за 3—5 минут электрополирования с поверхности изделий был снят слой толщиной всего 1—3 мкм. Между этим фактом и тем, что писали читатели, можно усмотреть аналогию: в обоих случаях изделия подвергались действию активного раствора. По нашему мнению, в случаях, описанных читателями журнала, произошло несчастливое стечение обстоятельств: изделия, которые подвергли чистке, имели внутренние дефекты, и для чистки был взят неудачный раствор, который мог вытравить с поверхности изделий компоненты сплава. К сведению читателей сообщаем: все ювелирные предприятия страны уже второй год для снятия внутренних напряжений применяют заключительный отжиг изделий из драгоценных металлов в безокислительной среде; такая обработка делает изделия значительно прочнее. Треснувшие кольца можно отремонтировать с помощью пайки — в ювелирных мастерских, а потемневшие изделия следует очистить пастой «Ювелирная» или «Ад» (аргентум), а потом отполировать кусочком фетра или натуральной кожи. Пасту «Ювелирная» выпускает объединение Лен- бытхим, а препарат «Ад» — Таллинская фирма «Flora». МОЖНО ЛИ ВЕРНУТЬ РЕМНЯМ ГИБКОСТЬ Мы заядлые туристы-байдарочники, люди, в общем- то, опытные; но недавно мы совершили ошибку, прокипятив испачканные в в походе рюкзаки. В результате — покоробились, стали жесткими ремни застежек. Можно ли вернуть им прежнюю эластичность! Супруги Лутковы, Москва Если ремни сделаны из натуральной кожи и находились в кипящей воде очень недолго — не более 3 — 4 минут, то надежда еще есть. Они могли покоробиться не во время варки, а при сушке. Упругие свойства и гладкость кожи в значительной степени восстановить можно, промазав ремни несколько раз рыбьим жиром. Если же кожу варили долго, то она претерпела глубокие химические изменения. Вернуть ей первоначальные свойства нельзя. Собственно, это уже не кожа. В 1932—1933 гг. на Любочанском заводе Наркомата химической промышленности из кожаных отходов обувных фабрик при длительном кипячении их в воде получали заменитель казеинового клея. Не произошло ли то же с ремнями? ЧЕМ ПОЛИРОВАТЬ ПЛАСТМАССОВУЮ ГИТАРУ На пластмассовой крышке гитары появились царапины. Я не знаю, из какой пластмассы сделана эта крышка. Посоветуйте, пожалуйста, как отполировать поверхность гитары. Существуют ли специальные ласты! К. Раэмадэе, Тбилиси ^Лы не можем заочно определить, из кского пластика
Консультации сделана крышка гитары. Однако полагаем, что полировать ее можно так же, как оргстекло. Если царапины неглубокие, то полировать следует специальными пастами. Из бывающих в продаже пригодны пасты № 1, 2, 3, а также паста № 4 «ГОИ» (средняя) и паста № 5 «ГОИ» (тонкая). Полировальную пасту можно сделать и самому.- Для этого к расплавленному парафину добавляют окись хрома, предварительно хорошо растертую в ступке и просеянную через мелкое сито. Вводить ее в парафин следует маленькими порциями, все время помешивая расплав. Для приготовления пасты берут одинаковые по весу, количества парафина и окиси хрома. Следует постараться, чтобы окись хрома равномерно распределялась в парафине; остывшая паста должна получиться твердой, жирной на ощупь и однородного зеленого цвета. Пасту наносят на кусок фетра или фланели, затем приступают к полировке. Прежде чем полировать гитару, необходимо проверить, хороша ли паста, на маленьком участке пластиковой крышки — в наиболее незаметной ее части. ПРИМЕНЯЮТ ЛИ L-АСПАРАГИНАЗУ ПРОТИВ ЛЕЙКОЗОВ В вашем журнале [№ 1 за 1969 год) была опубликована статья «Аспарагин н лейкозы», в которой рассказывалось о ферменте L-acna- рагииазе, угнетающе действующем иа пораженные лейкозом клетки. В каком состоянии сейчас эти исследования! Удалось ли получить аспарагиназные лекарства против лейкозов! Н. И. Свиридов, гор. Калинин L-аспарагиназа (клеточный фермент, катализирующий переход аспарагина в аспарагиновую кислоту) оказалась первым веществом, поражающим только злокачественные клетки. Дело в том, что такие клетки нуждаются в аспа- рагине больше, чем здоровые, поэтому фермент, расщепляющий аспарагин, губительно действует на клетки, пораженные некоторыми формами лейкоза, лишая их этого вещества. В конце 1966 и в 1967 году начались эксперименты по клиническому испытанию L-аспарагиназы, полученной из кишечной палочки Е. coli. Первые же опыты показали, что лечение ферментом серьезно улучшило состояние больных, которые страдали острой лимфобластной лейкемией, не поддающейся лечению другими методами. Правда, тогда же стало ясно, что L-аспарагиназа действует далеко не на все формы лейкемии — клинической и экспериментальной. В конце 1969 года клинические испытания начались в Англии, Франции, ФРГ. Сообщения об аспарагиназе появились в печати; в научно-популярной литературе фермент был объявлен даже радикальным средством против лейкоза. К сожалению, это не соответствует действительности. В результате лечения L-acna- рагиназой состояние здоровья улучшалось только у 30% больных острой лимфобластной лейкемией4. Число частичных ремиссий у пациентов с другими формами лейкозов было значительно меньше. Кроме того, фермент довольно часто вызывал у больных побочные явления (из-за введения чужеродного белка): тяжелые расстройства функции печени и почек. Поэтому вскоре стало ясно, что L-аспарагиназа не оправдала тех надежд, которые возлагали на нее; сейчас препарат применяют очень редко. 127 И. Н. КИРИЛЛОВУ, Харьков: И а заочных факультетах химических вузов не готовят специалистов по аналитической химии. А. С. ОВСЯННИКОВУ, Славгород Алтайского края: О мастерстве стеклодува рассказывается в книге В. С. Лав- риненко «Как стать стеклодувом» (Саратов, 1968) и в «Химии и жизни»—№ 3—12 за 1966 год. Э. С. КОГАНУ, Донецк: Фотонегатив приобретет зеленоватый оттенок, если его обработают горячим истощенным фиксажем, содержащим хромовые квасцы. И. И. ОГОРОД НИ КОВУ, Комсомольск-на-Амуре: Если на банке с краской написано «содержит свинец», это значит, что наносить ее следует осторожно — кистью или валиком, а при работе с распылительными устройствами строго соблюдать технику безопасности. А. И. МЯ- КУШЕНКО, Днепропетровск: Шкурку, выделанную неопытным меховщиком, исправить нельзя. В. Г. БРЕ- СЛАВЦУ, Канск: Не выбрасывайте кресла только потому, что у них поролоновые подушки, органы здравоохранения разрешают применять поролон для набивки мебели. А. П. ИВАНОВУ, Челябинск: Вы правы, финикийцы вместе с солью, которую они добывали из морской воды, ели и сернокислый магний, то есть горькую английскую соль, но ее в морской соли очень мало. Чтобы она подействовала, человек должен съесть не менее 100 г морской соли.
В номе.с* Ю. А. Овчинников М. Гуревич О. Леонидов В. А. Коптюг Н. М. Жаворонков Г. Н. Флеров, В. С. Барашенков А. А. Баев Г. П. Георгиев И. А. Егоров С. Старикович В. Батраков Я В. Пейве Б. Володин Г. Н. Григорьев В. Рич 2 НАУКА И ПРОГРЕСС 10 ТРИ РУСЛА ИДЕЙ 18 ПШЕНИЦА ИЗ СИБИРИ 20 СЛЕДОВАТЕЛЬ ЭВМ... 27 НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ: ГИЯ МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНОЛО- 30 ИОННЫЙ ЛУЧ, ИЛИ ЧТО МОГУТ ТЯЖЕЛЫЕ ИОНЫ 38 ЖИВЫЕ СУСТАВЫ МАШИН 43 ОТ МОЛЕКУЛЫ — ДО БИОСФЕРЫ 4$ КАК РЕГУЛИРУЕТСЯ РАБОТА ГЕНОВ $0 ФЕРМЕНТЫ-КУЛИНАРЫ 58 МЕСЯЦ НАЕДИНЕ С ХЛОРЕЛЛОЙ 64 О РАЗУМЕ В КОСМОСЕ 70 БЕСПОКОЙНАЯ ЖИЗНЬ ГАЛАКТИК 75 КАК СОЗДАЮТСЯ ПРИБОРЫ 78 РАССКАЗ ОБ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ 80 ЭКОНОМИКА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ 84 ПРИЗНАНИЕ 98 ПОД ФЛАГОМ АКАДЕМИИ 101 «ДОБРОХОТНОМУ РОССИЙСКОМУ ЧИТАТЕЛЮ РА- ДОВАТИСЯ...» Н. А. Шаранова 102 АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЖУРНАЛЫ СЕГОДНЯ Г. Г. Чахмахчев Ю. Иванова 104 «НАУКА» О НАУКЕ 108 ТОЛЬКО ПРАВДА! 112 ОГРОМНОЕ ХОЗЯЙСТВО АКАДЕМИИ-. 124 ...ОГУРЕЦ ПРЕДПОЧИТАЕТ КРАСНОЕ 8 Последние известия 54 Фотоииформация 82 Статистика 95 Информация 103 Пишут, что... 106 Книги 110 Новости отовсюду 114 Словарь науки 116 Клуб Юиый химик 126 Консультации 127 Переписка Технический редактор Э. И. Михлин Корректоры Е. И. Сорокина, Г. Н. Нелидова Адрес редакции: 117333. Москва В-333, Ленинский проспект, 61. Телефоны: 135-52-29, 135-90-20. 135-63-91. £ «ХИМИЯ И ЖИЗНЬ*, 1974 Т 01792. Сдано в набор 12/11 74 г. Подписано к печати 28/111-74 г. Бум. л. 4. Усл. печ. л. 10,4. Уч.-изд. л. 11,0. Бумага 70Х100У16 Тираж 220 000 :*кз. Цепа 30 коп. Заказ 314. Чеховский полиграфический комбинат Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли г. Чехов, Московской области
• r..&* >**^Ч ЕГО ' <& 7:;Ь. v//v * - <$>*
& О, вы, щастливыя наукн! Прилежны простирайте руки И взор до самых дальних мест. Пройдите землю, и лучину, И степи, и глубокий лес, И нутр Рифейский, и вершину, И саму высоту небес... В земное недро ты, Химия, Проникни взора остротой И, что содержит в нем Россия, Драги сокровища открой. Отечества умножить славу И вящше укрепить державу Слеши за хитрым естеством. Подобным облекаясь цветом; И что прекрасно токмо летом. Ты зделай вечно мастерством. Ломоносов я ш ■^ Издательство «Наука» Цена 30 коп. Индекс 71050