Text
                    4
- 2000
/
Уг
\
г?
1
— v/
7
У л i
й
о?
I
/■
41
г.
X
I
-Л
'if<
V
^
-Л
/
/I
i?
У -
V *
N ■
' ^Tiw
r'lC
-V


к .Ык/чЧ s^ ^^№ч Г * - \ А
Химия и жизнь — XXI век Ежемесячный научно-популярный журнал Коньяк расширяет не только сосуды, но и связи. Тамара Клейман <dttc» НА ОБЛОЖКЕ — рисунок П. Перевезенцева к статье «О вихрях, что веют над Марсом» НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ - картина И.Билибина «Добрыня Никитич освобождает Забаву Путятичну от змея Горыныча». Добрыне пришлось взяться за меч. А вот всегда ли надо хвататься за скальпель при виде нагноившейся раны? Читайте об этом в статье С.С.Фейгельмана «Реабилитация гноя»
J СОВЕТ УЧРЕДИТЕЛЕЙ: Компания «РОСПРОМ» М.Ю.Додонов Московский Комитет образования А.Л.Семенов, В.А.Носкин Институт новых технологий образования Е.И.Булин-Соколова Компания «Химия и жизнь» Л. Н. Стрельникова Зарегистрирован в Комитете РФ по печати 17 мая 1996 г., рег.№ 014823 Издатель: Компания «Химия и жизнь» Генеральный директор В.И.Егудин НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ: Главный редактор Л.Н.Стрельникова Главный художник А.В.Астрин Ответственный секретарь Н.Д.Соколов Зав. редакцией Е.А.Горина Редакторы и обозреватели Б.А.Альтшулер, В.С.Артамонова, Л.А.Ашкинази, Л.И.Верховский, В.Е.Жвирблис, Ю.И.Зварич, Е.В.Клещенко, С.М.Комаров, М.Б.Литвинов, С.А.Петухов, О.В.Рындина, В.К.Черникова Производство Т.М.Макарова Служба информации В.В.Благутина Подписано в печать 7.04.2000 Отпечатано в типографии «Финтреко Адрес редакции 107005 Москва, Лефортовский пер.» 8. Телефон для справок: 267-54-18, e-mail: chelife@glas.apc.org (адрес предоставлен ИКС «ГласСеть») Ищите нас в Интернет по адресам: http://www.chem.msu.su:8081/rus/journals/ chemlife/welcome.html; hup ://www. ah a. ru/~ hj/; http://www.inforrnriauka.ru При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь — XXI век» обязательна. Подписные индексы: в каталоге «Роспечать» — 72231 и 72232 в каталоге ФСПС - 88763 и 88764 © Издательство «Химия и жизнь» 24 На станции «Мир» за четырнадцать лет работы провели более 400 экспериментов. Мы расскажем только о трех из них — о космической пшенице, космических кристаллах и космической болезни. Человек выделяет через легкие в среднем около 5-18 л С02 и 50 г воды в час. А с ними — около 400 микропримесей летучих соединений. Любое из этих веществ можно использовать как биологический маркер состояния организма. ИНФОРМНАУКА Н.Маркина ЛЕДНИКИ И ПРОБЛЕМА ПЕРЕНОСА ЖИЗНИ В КОСМОСЕ 4 Е.Лозовская МЫ НЕ НЕАНДЕРТАЛЬЦЫ И НИКОГДА ИМИ НЕ БЫЛИ 5 Н. Резник НА ПУТИ К СОЗДАНИЮ ГЕННЫХ ФЕРМ 5 Н.Коханович САХАРНЫЙ ДИАБЕТ ПОМОГУТ ЛЕЧИТЬ КРОЛИКИ 6 С.Комаров ЯДЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ МАРСИАНСКОЙ РАКЕТЫ 7 О.Белоконева УРАНОВЫЙ СЛЕД СДЕЛАЛИ ВИДИМЫМ 8 Н. Резник АБСТИНЕНТНЫЙ СИНДРОМ МОЖНО ЛЕЧИТЬ 8 Е.Краснова СУСЛИКИ И ТУШКАНЧИКИ БЕГУТ ИЗ ПОДМОСКОВЬЯ 9 С.М.Комаров ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА СТАНЦИИ «МИР» 10 В.В.Еремин, Н.Е.Кузьменко, И.М.Уманский ХИМИЧЕСКИЙ КИНОТЕАТР 19 В.А.Скрупский В ЗДОРОВОМ ТЕЛЕ - ЗДОРОВЫЙ ВЫДОХ! 24 Б.Силкин ОТЧЕГО УМЕР ПЕРИКЛ? 27 Е.Клещенко КАК ОТВРАТИТЕЛЬНО В РОССИИ ПО УТРАМ 28
Почему поверхность Марса начинает темнеть с приходом лета? Возможно, в этом повинен пылевой дьявол. Сегодня США потребляют слюды в 10-15 раз больше, чем Россия, причем особенно большим спросом пользуется в Америке не листовая (редкая и дорогая), а молотая слюда. Где только ее не используют! БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА С.С.Фейгельман РЕАБИЛИТАЦИЯ ГНОЯ 33 С. ЮАфонькин «ТЫ, КРОВЬ, УЙМИСЬ...» 37 О.Куликова, А.Шеховцов СЛОИСТЫЙ КАМЕНЬ 42 М.Т.Мазуренко ЛУК ПОБЕДНЫЙ, ЛУК МЕДВЕЖИЙ 47 М. Левицкий ЭЛЕМЕНТОЛОГИЯ 53 Урсула Ле Гуин АПРЕЛЬ В ПАРИЖЕ 60 САлексеев О ВИХРЯХ, ЧТО ВЕЮТ НАД МАРСОМ 66 Если «зародыши жизни», по С.Аррениусу, и переносятся в космосе, то лучшее транспортное средство для такого путешествия — лед. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ О фемтосекундной спектроскопии, которая позволяет разглядеть быстропротека- ющие химические реакции. ЖИВЫЕ ЛАБОРАТОРИИ зз БОЛЕЗНИ И ЛЕКЕАРСТВА Теперь уже известно, что микробы появляются в крови у здоровых людей после усиленной физической работы, длительного перегревания или переохлаждения, ионизирующего излучения и стрессах. Почему это происходит? 37 ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ В процессе свертывания крови участвуют в общей сложности около 60 различных соединений. 70 НОВОСТИ НАУКИ РАЗНЫЕ РАЗНОСТИ КОНСУЛЬТАЦИИ ШКОЛЬНЫЙ КЛУБ 22 40 48 50 ИНФОРМАЦИЯ КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ ПИШУТ, ЧТО... ПЕРЕПИСКА 68 70 70 72 УЧЕНЫЕ ДОСУГИ 56 ПИШУТ, ЧТО... ...установлено, что как в странах Запада, так и в России наименее удовлетворены жизнью люди с высоким и сверхвысоким интеллектом...
Ледники и проблема переноса жизни в космосе Московские микробиологи получили из Антарктиды пробы льда с рекордной глубины, более 3500 метров. В пробах найдены микроорганизмы с возрастом миллион лет, которых удалось оживить. Ученые считают, что лед — удобное транспортное средство для переноса жизни в космосе. Исследования поддержаны грантом РФФИ. Ледяной щит Антарктиды до недавнего времени считали безжизненным. Там, где зимой мороз достигает 80°С и сильные ветра, казалось, не может быть никакой жизни. Так думали ученые, пока около 15 лет назад микробиолог Сабит Салахутдинович Абызов не обнаружил в антарктическом льду микроорганизмы: бактерии, дрожжи, грибы. При температуре —55°С они оказались законсервированными в толще льда на глубине до 2500 м. Возраст этого льда — не менее 300 тыс. лет. Микроорганизмы во льду находятся в состоянии анабиоза, но часть из них возвращается к активной жизни, если их поместить в питательную среду. Тогда С.С.Абызов впервые обнаружил способность микроорганизмов к сверхдлительному анабиозу, что было зарегистрировано как открытие лишь в 1995 г. Группа С.С.Абызова продолжает работы в Антарктиде, и недавно удалось получить пробы льда с глубины 3500 метров. Ученые отбирают пробы из скважины на станции «Восток», которая, как предполагают, пройдет через весь ледниковый щит Антарктиды. Ее бурением руководит Арктический и Антарктический институт (Санкт-Петербург). По заданию микробиологов в Горном институте сконструировали специальную микробиологическую буровую установку. Из отрезка ледяного столба, керна, извлеченного из скважины, вырезают сердцевину, которая тает над колбой. Все операции выполняют в строго стерильных условиях, чтобы никакие микробы извне не могли попасть в талую воду. Колбы запаивают и доставляют в лабораторию для микробиологических исследований. Часть талой воды пропускают через специальные бактериальные фильтры и после окрашивания подсчитывают на них количество микроорганизмов. Таким способом установили, что в 1 мл талой воды содержится несколько тысяч микробных клеток. Какие же микроорганизмы увидели ученые в пробах льда? Бактерии, диатомовые водоросли, дрожжи, грибы, а также споры высших растений. Выделили даже новый вид актиномицетов. В основном древняя ледниковая микрофлора состоит из тех же микроорганизмов, которые встречаются и в наше время. Чтобы узнать, могут ли микробные клетки, находящиеся в анабиозе, вернуться к жизни, их высевали на питательные среды. Часть из них начинала расти и делиться, пробуждаясь от тысячелетнего сна. Ученые использовали также радиоизотопный метод, поскольку радиоактивный углерод могут усваивать только живые клетки. В пробы добавляли раствор гидролизата белка, меченого углеродом С14, Затем их выдерживали, фиксировали формалином, фильтровали и измеряли количество радиоактивного материала, осажденного на фильтре. Оказалось, что даже на глубине более 3,5 тыс. метров есть жизнеспособные формы. Сейчас исследователи проникли в глубь ледника до 3611 м. Скважина нависла над подледным озером, которое расположено в толще на глубине 3623 м. Возраст этого озера — около 1 млн. лет. Гляциологи выяснили, что оно никогда не замерзало полностью, только поверхностные слои воды превращались в лед. Бурение скважины остановлено, пока международная комиссия не решит вопрос об экологической безопасности озера. Последние пробы микробиологи взяли из нижних слоев льда, который образовался непосредственно из озерной воды. В пробах тоже есть микробы, хотя их меньше — несколько сотен в 1 мл талой ледниковой воды. Обработка этих проб еще не завершена, но, по предварительным данным, в них есть разнообразные бактерии и грибы. Итак, микроорганизмы способны сохраняться во льду в течение сотен тысяч лет. Это открытие чрезвычайно интересно для исследования проблемы внеземной жизни. Еще в начале нашего века шведский химик Сванте Арре- ниус выдвинул гипотезу, согласно которой живое вещество вечно и переносится с планеты на планету в виде зародышей. Что могло бы служить транспортным средством для зародышей жизни? Лед вполне подходит для этой цели. Он может защитить живые клетки от жесткой космической радиации и сухости, а низкая температура законсервирует их в состоянии анабиоза на сотни тысяч лет для длительного космического путешествия. «Ледниковый щит Антарктиды может служить моделью для исследования возможности внеземной жизни и переноса жизни в космосе», — считает С.С.Абызов. Совместно с американскими коллегами наши ученые планируют исследовать ледяные шапки Марса, а в будущем — состоящие изо льда ядра комет и покрытый ледяной коркой спутник Юпитера Европу. Институт микробиологии РАН, тел. 135-70-59, abyzov@inmi.host.ru
Мы не неандертальцы и никогда ими не были Ученым удалось выделить достаточное количество ДНК из останков неандертальского ребенка, который жил примерно 29000 лет назад, и сравнить ее с ДНК, полученной из останков другого неандертальца, а также с ДНК современного человека. Данные генетического анализа подтверждают сделанное ранее предположение о том, что неандертальцы не были предками современного человека. Результаты этих исследований недавно опубликованы в журнале «Nature» коллективом авторов, в который вошли Уильям Гудвин из Университета Глазго, российские ученые Игорь Овчинников из Института геронтологии, Галина Романова из Института археологии и Виталий Харитонов из Института и музея антропологии МГУ, а также Керстин Лиден из Лаборатории археологических исследований Стокгольмского университета. Прекрасно сохранившийся, почти целый скелет неандертальского младенца российские археологи нашли тринадцать лет назад в пещере Мезмайская, которая находится на Северном Кавказе на высоте 1300 м над уровнем моря, в 60 км от черноморского побережья. По оценкам специалистов, ребенку было от двух до семи месяцев от роду. Это второй случай в истории археологии, когда в останках сохранилась ДНК, пригодная для анализа. Уильям Гудвин объясняет это тем, что пещера находится на большой высоте и поэтому в ней было прохладно на протяжении всех прошедших тысячелетий. Анализ радиоактивного углерода позволил определить, что ребенок жил примерно 29000 лет назад, а строение скелета ясно указывает на то, что он был неандертальцем — об этом говорят выступающие надбровные дуги и необычно толстые кости конечностей. Когда митохондриальную ДНК, экстрагированную из кусочков одного из ребер младенца, сравнили с ДНК из останков неандертальца, найденных ранее в Германии, то обнаружилось явное сходство. Различие в последовательностях нуклеиновых оснований между этими образцами составило 3,48%, что соответствует случайному разбросу между ДНК разных субъектов. В то же время различие с образцами ДНК наших современников из разных регионов мира — Европы, Африки и Азии — составило в среднем 6,5-7,5 % . Два неандертальца оказались гораздо ближе друг к другу, чем к представителям любой из человеческих рас. Полученные данные позволили ученым предположить, что расхождение между ветвями человека и неандертальца произошло примерно 500 тыс. лет назад. Современные люди пришли в Европу 40 тыс. лет назад, предположительно из Африки, и вытеснили неандертальцев. Найденный на Кавказе младенец — это один из последних неандертальцев на Земле, и нет сомнений, что в это время в Европе уже появился современный человек. Но пересекались ли они во времени и пространстве — неизвестно, поскольку методы установления возраста останков не настолько точны. Однако некоторые ученые считают этот анализ неубедительным доказательством и утверждают, что любая митохондриальная ДНК, существовавшая 30000 лет назад, в том числе и неандертальская, будет отличаться от ДНК современного человека. Антрополог Джон X. Релетфорд из Нью-Йоркского университета говорит, что прояснить этот вопрос могли бы исследования ДНК человека, жившего в каменном веке. На пути к созданию генных ферм Методику получения трансгенных коз, которые дают с молоком биологически активные белки, разработали сотрудники Научно- производственного биотехнологического центра по животноводству Российской академии сельскохозяйственных наук под руководством академиков РАСХН М.И.Прокофьева и Л.К.Эрнста совместно с австрийскими коллегами. Создание генных ферм — одно из перспективных направлений животноводства. На этих фермах будут содержать трансгенных животных, то есть животных, в геном которых внедрены чужеродные гены, ответственные за синтез необходимых человеку белков. Один из таких белков — химозин, или сычужный фермент, основной компонент при производстве сыра. Химозин традиционно получают из сычугов молочных телят и овец. В связи с тяжелым экономическим положением объем их заготовок сегодня резко снизился, а тот фермент, который все- таки получают, низкого качества, потому что молодняк рано переводят на грубые корма. Положение могут поправить трансгенные животные, которые синтезировали бы химозин и выделяли его со своим молоком. Сначала сотрудники Научно-производственного биотехнологического центра поэкспериментировали с овцой — внедрили в ее геном генную конструкцию, созданную профессором Г.Бремом (Институт разведения и генетики животных, Вена, Австрия). К сожалению, полученная трансгенная линия овец давала мало молока. Тогда ученые решили создать линию трансгенных коз, ведь они дают много молока. Вообще, больше всего молока можно получить от коровы, но эти животные развиваются медленно, и первые результаты можно получить не ранее чем через 4—5 лет. Кроме того, внедрить чужеродный ген в геном коровы удается очень редко. Поэтому выбор ученых пал на коз: они дают больше молока, чем овцы, и уровень синтеза фермента у коз можно оценить уже через два года. Получают транс генных коз следующим образом. Сначала самкам несколько дней вводят гормоны, которые вызывают у них одновременное 5
созревание большого числа яйцеклеток и готовность к спариванию. Через 28—44 часа после спаривания надо извлечь эмбрионы из яйцеводов. Исследователи использовали для этого лапароскопию и обошлись без полостной операции. Полученные эмбрионы состояли из одной-двух клеток, в которые и вводили генную конструкцию с помощью пипетки для микроинъекций. Каждая клетка получила одну— две тысячи копий гена химозина крупного рогатого скота, модифицированного таким образом, чтобы полученный белок выделялся вместе с молоком. Обработанные таким образом эмбри- Сахарный диабет помогут лечить кролики Исследователи из НИИ трансплантологии и искусственных органов предложили использовать в лечении больных диабетом клетки поджелудочной железы кроликов, которые организм человека не отторгает. Еще не так давно больные сахарным диабетом неизбежно погибали, пока в 1921 году ученые не выделили инсулин из поджелудочной железы животных. С тех пор инсулин стал жизненно необходим больным сахарным диабетом. Однако даже ежедневная инъекция инсулина часто не может предотвратить тяжелейшие осложнения, связанные с поражением почек, глаз, нервной и сосудистой систем. В России, согласно официальным данным, более 400 тысяч человек не могут жить без инсули- оны пересаживали специально подготовленным самкам-реципиентам, по че- тыре-пять эмбрионов каждой козе. Восемь из двадцати трех коз принесли по одному детенышу, одна козочка из восьми оказалась трансгенной. Авторы методики довольны полученными результатами и планируют с ее помощью вывести коз, в молоке которых будет много химозина. Научно-производственный биотехнологический центр по животноводству Российской академии сельскохозяйственных наук, тел. 548-92-32 на. В действительности их раза в четыре больше. Вероятной причиной диабета ученые считают перенесенные ранее вирусные инфекции. Так или иначе, в поджелудочной железе человека, у которого развивается диабет, происходит самоуничтожение бета-клеток, вырабатывающих инсулин. Когда погибают 90% бета-клеток, больной начинает полностью зависеть от инъекций инсулина. Кроме того, бета-клетки выделяют в кровь не только инсулин, но и другие важные для организма вещества, например С-пеп- тид, амилин, из-за отсутствия которых развиваются осложнения. Исследователи из НИИ трансплантологии и искусственных органов выделили из тканей поджелудочной железы новорожденных кроликов бета-клетки и пересадили их в организм человека. Оказалось, что бета-клетки кроликов не только приживаются и служат источником инсулина в организме, но и защищают бета-клетки человека от разрушения. Дозу инсулина, вводимого такому больному, значительно снижают, а иногда инсулин временно отменяют. В Америке проводят подобные операции, пересаживая донорские ткани в поджелудочную железу больного диабетом. Однако ткани помимо бета-клеток содержат и другие клетки животного, которые называют балластными. Поэтому после операции приходится использовать жесткую терапию, чтобы организм не отторгал чужеродные ткани. Российские исследователи получили из донорской ткани кроликов такие культуры, которые не содержат лишних клеток. Организм человека их не отторгает, и опасную, подавляющую иммунитет терапию после трансплантации проводить не нужно. Пересаженные клетки кролика прекрасно работают, выделяя инсулин в течение года, а затем разрушаются. Как показал клинический опыт, повторные трансплантации бета-клеток в среднем один раз в год значительно продлевают жизнь больных сахарным диабетом. Операция трансплантации — несложная и неопасная: кроличьи клетки добавляют в организм с помощью простой инъекции. Своевременная трансплантация таких клеток больным детям помогает компенсировать заболевание на 10-30% и предотвратить многие осложнения. Женщинам с инсулинозависимым сахарным диабетом, планирующим беременность, также желательно использовать трансплантацию. Дело в том, что беременность после пересадки донорских тканей становится более вероятной и меньше риск осложнений. НИИ трансплантологии и искусственных органов, тел. @95I90-42-66 6
Ядерный двигатель для марсианской ракеты Благодаря запущенному двадцать пять лет назад реактору ИВГ-1 наша страна сохраняет лидерство в технологии создания ядерных двигателей для космических ракет. Возможно, эта технология пригодится при полете человека к Марсу в 2017 году. Двадцать пять лет назад в Семипалатинске прошел первый энергопуск ядерного реактора ИВГ-1, с помощью которого советские ученые начали отрабатывать конструкцию ядерного ракетного двигателя. Уже тогда предполагали, что такой двигатель понадобится во время полета человека к Марсу. Перестройка и последовавшие за ней трудности с финансированием науки затормозили работу, но планируемая на 2017 год экспедиция к Марсу оживила интерес к ядерному двигателю. На недавно прошедшей в Хьюстоне встрече специалистов России, США и Европейского союза был создан комитет по подготовке пилотируемого полета к Марсу. В него вошли 8 наших специалистов, 8 американских и 4 европейских. А среди 18 вопросов, которые этот комитет должен проработать, 4 связаны с энергетикой, в частности с использованием ядерного ракетного двигателя. «Наш реактор сейчас — единственный в мире действующий стенд для отработки конструкции такого двигателя. И все технологии производства двигателя у нас находятся пусть в замороженном, но во вполне работоспособном состоянии, что позволяет реанимировать производство в течение нескольких месяцев», — так охарактеризовал директор НПО «Луч» доктор технических наук Иван Иванович Федик положение дел с работами по созданию ядерного двигателя. История учит, что государство становится могущественным и обеспечивает свою безопасность, если оно активно осваивает пространства. Это и Англия — царица морей, и США, освоившие Дикий запад, и Россия, из года в год расширявшая границы до «морей полуденных». Но это движение было ограничено поверхностью планеты. В двадцатом веке перед человеком открылось новое бескрайнее пространство — космос. С самого начала отцы-основатели космической технологии задумывались над вопросом, как человек сможет улететь к дальним планетам и звездам. Нужен был двигатель, способный обеспечить необходимый импульс космическому кораблю. В наиболее концентрированном виде, насколько известно сегодня, энергия содержится в ядерном топливе. Поэтому уже в 40—50-х годах наши великие ученые, такие, как И.В.Курчатов, С.П.Королев, М.В.Келдыш, А.П.Александров, стали думать над ядерным ракетным двигателем. В 1959 году решили наконец приступить к его проектированию. Для этого создали НПО «Луч» и «Экспедицию 10» на Семипалатинском полигоне, где предполагали проводить испытания установки. Перед учеными стояла очень непростая задача. Ядерный двигатель представляет собой реактор, в котором вдоль тепловыделяющих элементов с ядерным топливом проходит поток газа — водорода. Он охлаждает элементы, а сам нагревается и с большой скоростью вырывается из сопла. При этом возникает импульс, толкающий ракету вперед. Температура этого газа на выходе должна быть очень высока — не менее 3000 градусов, а удельная тяга — 950 секунд. Только при этих условиях ядерный двигатель оказывается более выгодным, чем обычный, работающий на жидком топливе. Значит, тепловыделяющие элементы тоже должны работать при очень высокой температуре. В то время таких элементов не было. Поэтому помимо конструирования двигателя нужно было заниматься разработками во множестве смежных областей — от материаловедения до радиационной биологии. Ведь при работе двигателя газ, попадавший из него в окружающую среду, обогащался осколками деления ядерного топлива, и нужно было оценить наносимый вред. Руководителям проекта удалось собрать блестящий коллектив, который за десять лет сделал уникальную конструкцию, вполне работоспособную даже сейчас, спустя 25 лет. Основы технологий были созданы в 1965— 1970 годах, а к 1975 году на полигоне смонтировали стенд для испытаний двигателя, то есть действующую модель реактора, которая отличалась от рабочего двигателя тем, что была установлена не на ракете, а на земле. Испытания, проведенные в марте того года, были успешными, и ученые в СССР получили мощный стимул двигаться дальше. За прошедшее время они увеличили рабочую температуру до 3100 К, а ресурс работы двигателя, зафиксированный экспериментально, — до 4000 секунд. Американцы не смогли создать ничего подобного. Например, зафиксированный ресурс двигателя у них составлял 50 секунд, а температура газа на выходе — 2550 К. Получив такие результаты, они свернули все работы по этой тематике, а стенды с явно неудачной конструкцией разобрали. В итоге сейчас в области ядерных ракетных двигателей мы, несмотря на полузамороженное состояние работ, на 15-20 лет опережаем США. Это позволяет нашим специалистам на равных разговаривать с американцами при обсуждении совместных проектов. Правда, этот ресурс не вечен: нет притока молодежи в исследовательские лаборатории и весьма велика вероятность утратить эти технологии. После чего рано или поздно придется все начинать заново. НПО «Луч», тел. @95I37-94-49, @967M4-09-10, dvpluch@podolsk.ru 7
Урановый след сделали видимым В ГЕОХИ РАН ученые сделали уникальный экспресс-анализатор урана, который позволяет быстро и без предварительной очистки пробы воды определить в ней концентрацию урана, даже если она ниже ПДК в тысячу раз. Мониторинг окружающей среды сегодня невозможен без непрерывного наблюдения за содержанием токсичных веществ в различных водоемах. Особую опасность представляют загрязнения радиоактивными веществами, в частности ураном. Уран попадает в окружающую среду в результате аварий на атомных станциях и военных объектах, во время испытаний ядерного оружия, а также из-за несоблюдения правил хранения радиоактивных отходов. Все известные методы определения урана в воде или трудоемки, то есть требуют тщательной предварительной очистки воды от сопутствующих примесей, или малочувствительны, то есть с их помощью можно определить концентрации урана, в 100 раз превышающие предельно допустимые (ПДК урана -Ю-9 г/мл). В ГЕОХИ РАН, в лаборатории Галины Ивановны Романовской, разработали новый высокочувствительный лазерно-люминесцентный экспресс- метод (время анализа 1—3 минуты), с помощью которого можно определить содержание урана в любой, даже в сточной и морской воде, не тратя время на предварительную очистку пробы от других примесей. Этот метод «чувствует» концентрацию урана в 1000 раз ниже ПДК. Причем присутствие других металлов, например натрия, кальция, меди, железа, марганца, в концентрациях, в миллионы раз превышающих содержание урана, не мешает определению. Принцип действия нового анализатора основан на изменении интенсивности люминесценции полисиликатных комплексов урана, которые возбуждают лазерным излучением (длина волны 337 нм). Прибор успешно испытали в различных полевых и морских экспедициях. С его помощью составили карту загрязнения Черного моря ураном от Одессы до Балкан. Сотрудники лаборатории Романовской считают, что прибор будет полезен и для экологического контроля сельскохозяйственной продукции. Ведь широко применяемое в сельском хозяйстве минеральное удобрение суперфосфат — это продукт переработки апатитов, содержащих примеси урана. Поэтому некоторое количество урана часто попадает к нам на стол с овощами и фруктами. С помощью лазерно-люминесцентного анализатора можно будет следить за чистотой воды в различных регионах и составлять карты загрязнений ураном различных акваторий. Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского, тел. @95I37-75-27 Абстинентный синдром можно лечить Ученые из Санкт- Петербурга разработали метод лечения абстинентного синдрома электростимуляцией мозга. У авторов исследования есть опыт лечения этим методом людей, пораженных инсультом. Человек, прекративший принимать наркотики, испытывает болезненные муки. Это состояние называют абстинентным синдромом. Именно оно вынуждает больного возвращаться к приему наркотиков или отказаться от лечения наркомании традиционными способами, когда в начале лечения симптомы синдрома обостряются. Можно ли избавиться от абстинентного синдрома или облегчить его? Ученые-медики из Санкт-Петербурга предлагают воздействовать слабым низкочастотным током на определенные области мозга. Пугаться не надо: электроды во время этой процедуры не вживляют под череп, а размещают на голове. Новый метод лечения учитывает то обстоятельство, что при хроническом употреблении наркотиков изменяется функциональная активность различных областей мозга. Эту активность можно подкорректировать с помощью электростимуляции. Слабый импульсный ток (частота 5 Гц, напряжение 5—9 В, длительность импульса прямоугольной формы 100 мс) ускоряет перемещение веществ в мозгу, среди которых неорганические ионы, нейромедиаторы и пептиды, и нормализует функциональное состояние клеток мозга. Вся процедура занимает 3— 5 минут. Исследователи Е.П.Хар- ченко и С.Л.Шестернин пролечили методом электростимуляции 23 человека в возрасте от 17 до 35 лет. Все пациенты до лечения принимали различные опиатные наркотики, причем с разным стажем — от 3 месяцев до 20 лет. Им накладывали электроды на определенные участки головы, чтобы воздействовать на те области мозга, которые наиболее страдают при приеме наркотика и его выведении. Как правило, перед началом лечения больные были напряженными и опасались за ухудшение своего состояния после электростимуляции. Но уже после первой 8
Выпуск подготовили О.Белоконева, С.Комаров, Н.Коханович, Е.Краснова, Е.Лозовская, Н.Маркина, Н.Резник или второй процедуры практически все пациенты отмечали, что они «внутренне успокоились», «расслабились», у них улучшилось настроение, исчезли тревога и неприятные мысли, связанные с неспособностью прекратить прием наркотиков. Больные переставали думать о наркотиках и не сомневались, что преодолеют болезнь. Большинство пациентов после электростимуляции крепко спали и пробуждались в хорошем настроении. Эффект от первых процедур сохранялся 24—36 часов. Хотя электростимуляция, даже не подкрепленная лекарственной терапией, улучшала психическое состояние больных, она не всегда избавляла их от физических расстройств, но и не вызывала их обострения. Электростимуляция благотворно влияет на психику не только при опийной наркомании и алкогольном абстинентном синдроме. У авторов исследования есть опыт лечения людей, пораженных инсультом. По словам ученых, после первой же процедуры тревожное состояние и страх у пациентов сменялись успокоением, расслаблением и приветливостью. Ученые с успехом применяли свой метод и при лечении детского церебрального паралича. «Мы закончили первые успешные исследования по лечению инфаркта миокарда, — рассказывает Евгений Петрович Хар- ченко. — Более того, мы выявили, что микроэлектрости- муляция немедленно снимает боли различного происхождения». Авторы полагают, что электростимуляция влияет на множество различных физиологических, клеточных и молекулярных механизмов, определяющих деятельность мозга, в частности улучшает мозговое кровообращение и обмен веществ. Если учесть, что головной мозг регулирует практически все функции организма, то можно предположить, что у метода большое будущее и лет через десять электростимуляция, возможно, станет профилактической оздоровительной процедурой. Впрочем, ученые всегда осторожны, и потому они не упомянули о перспективах своих исследований. Институт эволюционной физиологии и биохимии им.И.М.Сеченова РАН, доктор биологических наук Евгений Петрович Харченко, kharchen@cc.ief.spb.su Суслики и тушканчики бегут из Подмосковья По последним данным биолого* суслики и тушканчики — это исче] зающие виды Московской обласп Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ. Каждый час человечество теряет один вид животных и растений. Этот безжалостный процесс происходит не только в далеких экзотических странах, но и рядом с нами. Пример тому — история крапчатого суслика и большого тушканчика в Подмосковье. За последние двадцать пет они стали обитателями Красной книги, а ведь сусликов было так много, что с ними вели борьбу! Около двадцати лет назад коллектив Дружины по охране природы Биологического факультета МГУ в рамках программы «Фауна», нацеленной на поиск редких животных в Московской области, начал изучать эти два вида степных грызунов. Несколько экспедиций, опросы местных жителей, обследование территории позволили очертить северную границу распространения сусликов и тушканчиков в южном Подмосковье на начало 80-х годов. Последние пять лет исследования продолжили двое из прежних участников: Шекарова Ольга Николаевна (научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН) и Краснова Елена Дмитриевна (сотрудник МГУ им. М.В.Ломоносова). Они проанализировали научную литературу первой половины нашего века, опросили около пятисот жителей из 55 населенных пунктов Зарайского, Каширского, Луховицкого, Серебряно-Пруд- ского районов Московской области и соседних районов Рязанской и Тульской областей, обследовали места, где могут селиться степные животные, и подвели итоги двадцатилетней работы. Выяснилось, что северная граница ареала большого тушканчика неотступно смещается на юг, причем с возрастающей скоростью, ареал как бы схло- пывается. За пятьдесят лет, прошедших со времени опубликования первых сведений о распространении этого вида в Московской области до начала 80-х годов, граница отступила на 5 — 10 км, а за следующие пятнадцать лет — еще на 30 — 40 км. У крапчатых сусликов, которых всегда было больше, чем тушканчиков, сократился не ареал, а количество и размер поселений. Их колонии теперь отделены друг от друга большими непригодными для жизни площадями — пашнями, а изоляция порой приводит к гибели остатков поселений. Этот процесс исследователи связывают с переменами в хозяйственном устройстве, происходящими в последние годы, —децентрализацией сельского хозяйства, быстрым, а нередко и бессистемным, изменением землеустройства. Вслед за сокращением поголовья скота началась массовая распашка ставших уже ненужными пастбищ — главных мест обитания крапчатых сусликов. Многие участки ос- тепненных лугов на холмах отвели под дачные застройки. И вот результат: в XXI век Московская область вступает без больших тушканчиков. Можно ли вернуть этих живот- \ \ ных на их прежние территории? Об этом авторы исследования говорят так: «Удастся ли в каком-нибудь фантастическом прекрасном будущем, когда государство будет финансировать реставрацию экосистем, повернуть события вспять, восстановить подмосковную популяцию большого тушканчика и сохранить остатки поселений крапчатых сусликов, зависит от того, как много мы, зоологи и экологи, успеем узнать об условиях обитания этих видов на тех территориях, которые они столь стремительно покидают. Но время и экономика пока работают против нас». МГУ им. М.В.Ломоносова, Краснова Елена Дмитриевна, voron@iitp.ru 9
Эксп ме С.М.Комаров На станции «Мир» за четырнадцать лет работы провели более 400 экспериментов. Но рассказать мы сможем только о трех из них, которые руководители программы сочли наиболее яркими. Космическое почвоведение Чтобы вырастить пшеницу в космосе, нужно ублажить и вершки, и корешки. У всякого приличного растения корешки живут в почве, откуда черпают воду и питательные вещества. Вода в почву попадает с дождем, а также из глубинных слоев грунта. Поэтому если растение выращивают в теплице, его надо поливать. И в том и в другом случае за перемещение воды в почве отвечает сила тяжести — именно она проталкивает влагу в капилляры и поры земли. А как будет вода распределяться в почве, если гравитации нет? Не зная ответа на этот вопрос, невозможно подобрать правильную агротехнику. Поэтому первый этап подготовки к выращиванию высших растений в космосе назывался так: «Выяснение механизмов миграции влаги в капиллярно-пористых телах». Первые шесть экспериментов, которые провели в конце восьмидесятых — начале девяностых годов на станциях «Салют-7» и «Мир», помогли понять проблему на качественном уровне. Оказалось, что если вода попадает в грунт в условиях невесомости, то она никуда не растекается, а остается в виде лужи, рассосать которую капиллярные силы почвы не могут. Получаются застойные зоны вперемешку с сухими участками. В этих зонах не просто много воды — там заполнены все капилляры и поэтому нарушен обмен газами с окружающей средой. Поэтому во влажном участке корешки задыхаются, а в соседнем сухом погибают от засухи. Потом нужно было получать количественные оценки, то есть ставить датчики влажности. Но годится ли здесь обычный датчик, применяемый в земных теплицах? Что этот датчик, приспособленный к работе на Земле, будет мерить там, в невесомости? Так ли он смачивается водой в невесомости, как при гравитации? Не повлияет ли введение датчика в грунт на распределение влаги и соответственно на результат измерения? Ответить на эти вопросы уда-
Растения, тянущиеся к свету лось в 1995 году, и появился датчик- регулятор. С его помощью определили, сколько воды и с какой скоростью следует подавать в грунт, чтобы она распределялась там равномерно. Теперь можно было приступать к работе с корешками. Но поначалу следовало понять, смогут ли они в отсутствие вектора гравитации расти в глубь грунта. Для этого в космосе провели такой эксперимент: в грунт с нерастворимыми удобрениями посадили семена, а после возвращения на Землю послойно проанализировали, сколько питательных веществ осталось в грунте. Оказалось, что их содержание уменьшилось во всем объеме, значит, корни заполнили весь субстрат, то есть они росли, ориентируясь не на вектор гравитации, а на содержание питательных веществ и влаги. Пора было переходить к решающим экспериментам, но тут выяснилось, что нет возможности найти те искусственные грунты, на которых отрабатывали режимы полива. Дело в том, что в советское время различные кор- необитаемые среды разрабатывали в Киеве, в Институте физической химии, и в Минске, в Институте физико-органической химии. В первом случае это были нейтральные среды с медленно действующими удобрениями, а во втором — ионообменные среды, насыщенные питательными элементами. Эти институты работали для теплиц, а исследователи космоса отбирали те грунты, которые им больше всего подходили. Распад страны никак не способствовал продолжению сотрудничества, поэтому пришлось взять грунт, который в свое время забраковали. К счастью, методика, позволяющая выбирать режим полива, была так хорошо отлажена во время предварительных экспериментов, что очень быстро удалось сделать этот грунт пригодным для использования в космосе. Проблема вершков А теперь поговорим о вершках. Как растение будет ориентировать себя в невесомости? Оказалось, что вектор гравитации вполне заменяет освещенность — как только проросток выберется из грунта, он начинает тянуться к свету. Те растения, что оказались в центре, тянутся вверх, а те, что сбоку, — вбок, потому что там есть зеркала, отражающие свет от лампы. Раз растение ориентируется на свет, то очень важно правильно посадить семя; если корешок станет расти по направлению к свету, растение не сможет правильно сориентироваться в невесомости и погибнет. Вторая проблема —охлаждение. На Земле растение избавляется от тепла, испаряя влагу. Выделяющаяся при этом энергия рассеивается в пространстве конвекцией — горячий пар уходит вверх за счет диффузии более быстрых молекул. А в невесомости конвекции нет, поэтому вокруг растения образуется облако горячего пара и оно получает тепловой удар. Значит, нужен поток воздуха. Но чем сильнее вентиляция, тем скорее испаряется влага, и возникает эффект суховея — растение засыхает, хотя влаги в грунте предостаточно. А если посев будет очень плотным, то воздушный поток не сможет пробить весь массив и на растениях заведутся грибы. На первый взгляд может показаться, что все эти эффекты очевидны. Но на самом деле каждый прием агротехники оплачен загубленными ра- ТЕХНОЛОГИЯ И ПРИРОДА стениями и дорогостоящими экспериментами на орбите — неизведанный путь чреват непредсказуемыми поворотами. Пшеница с этиленом Первый космический урожай пшеницы удалось снять в 1996 году во время экспериментов по программе «Мир»—НАСА. Космонавты посеяли семена американского суперкарлика, у которого на Земле высота кустиков достигает 24 см — на 15 см ниже, чем можно вырастить в космической оранжерее. Семена проросли, и по мере роста ученые зафиксировали первый принципиальный результат — в космосе растение развивалось так же, как и на Земле. В конце концов через положенные 90 дней космонавты «скосили» около трехсот колосков. Но все они оказались пустыми — у пшеницы не зародилось ни одного зерна. Да и сами космические растения отличались от земных: у них было в два-три раза больше побегов. Может, так проявилось биологическое действие космоса? Но все оказалось проще -— виновницей была конструкция системы жизнеобеспечения станции. В то время на «Мире» стояли пассивные фильтры очистки воздуха. Они хорошо очищают от высокомолекулярных соединений, а вот низкомолекулярные, например метан, пропускают. Для конструкторов это было не столь важно — таких веществ человек и обшивка станции выделяют мало, они малотоксичны и не принадлежат к списку веществ, содержание которых контролируется в атмосфере станции. Оказалось, что среди этих неконтролируемых веществ есть этилен, концентрация которого, как потом выяснили, в момент проведения эксперимента была 1 мг на кубометр. Для человека это количество не страшно — ПДК этилена равна 20 мг на кубометр. А вот для пшеницы его оказалось слишком много. и
Дело в том, что этилен — мощный гормон растений, который при содержании более 0,3 мг на кубометр может вызывать мужскую стерильность и повышенную кустистость пшеницы. Этот факт хорошо известен — селекционеры издавна используют вещества, выделяющие этилен для получения новых гибридов. Но кто же мог знать, что именно этилена на станции окажется так много, что это повлияет на ход эксперимента? Поняв, в чем дело, ученые на Земле провели эксперимент с этиленом и суперкарликом и получили такие же кустистые растения с пустыми колосьями. Пшеница без этилена Теперь до получения полноценного урожая оставался один шаг. К этому времени американцы отказались продолжать сотрудничество. Но контакты между учеными России и США сохранились. С помощью коллег из университета штата Юта отыскали карликовую пшеницу «Апогей», которая меньше всего реагировала на этилен — снижала урожай в его присутствии на 70%. Эту пшеницу в свое время специально вывели по заданию НАСА для космической системы жизнеобеспечения. Устойчивость к этилену в нее никто не закладывал, она сама по себе получилась такой, зато после космических исследований наших ученых американские стали получать гранты на исследование именно этой устойчивости. «Апогей» был несколько высоковат для оранжереи — 45 см, но искать другой сорт уже не было времени: станцию «Мир» со дня на день должны были закрыть, а перспективы продолжить эксперименты на строящейся Международной космической станции (МКС) крайне туманны. Поэтому ученые решили, что этилен свое возьмет и растения не вытянутся в полный рост. Новый эксперимент начали 20 ноября 1998 года. Он пошел крайне неудачно — семена посадили неправильно, проросло их очень мало, начало отказывать оборудование. Хорошо, что на борту еще оставались семена, и делянку засеяли вновь. Выросло 12 растений, которые с самого начала совершенно не отличались от земных, и очень скоро стало ясно, что колосья наполнены полноценным зерном. Удалось собрать более 500 семян, то есть по 40 штук на растение. А на Земле собирали по 70. Получилось, что этилен на борту на сей раз оказал совсем малое воздействие. Неужели все-таки проявилось биологическое действие космоса? Опять нет. Из разговора с космонавтами выяснилось, что за неделю до эксперимента к пассивным фильтрам на станции добавили электрокаталитические, которые удаляют из воздуха низкомолекулярные соединения. Конструкторы боролись с метаном — его стало слишком много в атмосфере станции, но заодно удалили и часть вредного для урожая этилена. После завершения этого эксперимента космонавт Геннадий Падалка оставил 10 семян на станции, а остальные забрал на Землю. Следую- Оранжерея «Свет» С1 ; права — фотография оранжереи «Свет», в которой выращивали пшеницу. Слева — вегетационный сосуд. В него насыпают грунт. Вода через перфорированные трубки попадает в поливинилформалевые жгуты и по фитилям, выходящим на поверхность грунта, распределяется по его объему. При посадке семян нужна гарантированная влажность. Поэтому сначала корни прорастают в фитили, а уже потом попадают в грунт. Чтобы выбрать материал, сквозь который корни легко проходят, проводили специальное исследование. В стенках сосуда сделаны дырочки для охлаждения грунта за счет испарения. Оранжерею освещает лампочка со специально подобранным спектром излучения. Чтобы свет не рассеивался, оранжерея со всех сторон закрыта стенками, на которые наклеена фольга. Окно наблюдений обычно тоже закрыто щитком. Изготовление, доставка оранжереи на борт станции и оснащение ее датчиками, микроанализаторами и компьютерами стоили около 5 миллионов долларов, причем эти деньги сначала давали болгары по программе «Интеркосмос», а потом американцы. Проведенные исследования обошлись примерно в 200 тысяч долларов. На МКС будет установлена оранжерея меньшего размера. Сейчас на Земле в ней отлаживают методику выращивания риса. Вегетационный сосуд Блок управления V б G Блок освещения | рлок выращивания ^растений ' . *
Г ' 7 '. ri,-^ щая экспедиция ставила эксперименты уже с семенами трех типов: све- жепривезенными с Земли, оставленными на борту и теми, что слетали на Землю и вернулись на станцию. Пшеницу нельзя сажать сразу — зернам полагается период покоя. Чтобы прервать его, и земные, и космические семена замочили и держали несколько дней при температуре +ЗвС. В результате все десять остававшихся на станции зерен проросли, но при посадке в грунт выжило только одно растение. И в июне созрели зерна второго космического урожая. Собрать же его удалось только в августе — ученые боялись, что положенные в пакет зерна заплесневеют, поэтому держали засохший колос в оранжерее. Часть зерен высыпалось, и осталось только пять зерен, про которые точно известно, что это второе поколение, выращенное в космосе. Из них на Земле вырастили вполне нормальные растения. То есть никакое воздействие космоса на растения не проявилось и через два поколения. Всего же коллекция наших ученых насчитывает около 1000 семян космического происхождения, над исследованиями которых работают многие специалисты. Что дальше? Если после реанимации «Мира» станут возможными длительные экспедиции, ученые попытаются вырастить в космосе еще растения второго поколения. Кроме того, им интересно узнать, на сколько хватит грунта и сколько времени оборудование проработает без ремонта. Если позволят средства, ученые хотели бы попробовать вырастить на станции рис. Он тоже входит в число элементов системы жизнеобеспечения, но растет совсем по-другому — в воде. Вообще, для каждого растения нужно придумывать свою космическую агротехнику. Например, в 90-м году на станции попытались выращивать салат и редиску. Выяснилось, что, несмотря на невесомость, питательные вещества все-таки оттекают к корнеплоду, то есть на перенос веществ влияет не гравитация, а внутренняя среда растения — капилляры и осмос. Редиска получилась красной, но мелкой. Чтобы сделать ее большой, нужно понизить температуру грунта, а в имеющейся оранжерее это невозможно. К сожалению, выращивание растений на борту стоит очень дорого — ежесуточно оранжерея потребляет до 120 Вт энергии и 0,8 литра воды. Поэтому до тех пор, пока у космического корабля не появятся могучие источники энергии, выращивать пищу на борту не удастся. Однако не будем забывать о психологической роли растений. Вот что вспоминает космонавт Николай Бударин: «Днем я наработаюсь, а вечером к оранжерее подлечу, открою ее — сижу, смотрю и радуюсь». Так же говорит и американский астронавт Майкл Фоул: «Это особое занятие — быть садовником, сжиться со своими растениями; ра: бота с ними сильно отличается от обычной деятельности в той экстремально техногенной, многого лишенной среде обитания, которая имеется в космическом полете». Этот эффект очень трудно оценить в денежном выражении, но, видимо, ближайшая перспектива космического сельского хозяйства — выращивание космонавтами растений «для себя». Человек будет осваивать космос и жить там. Живое существо нельзя загонять в экстремальные условия — сажать его в металлическую бочку. Люди должны жить в комфортных условиях, и чем дальше будет развиваться космонавтика, тем больше будут возрастать требования к условиям жизни в космосе. Тут нелишне вспомнить о том, что, развив в XVII веке технологию выращивания цветов, Голландия получает большие деньги от их продажи по всему миру. Кто знает, может быть, в недалеком будущем знание технологии космического сельского хозяйства, в чем Россия сейчас на много лет опережает конкурентов, тоже позволит зарабатывать неплохие деньги. Методику выращивания пшеницы в космосе разрабатывают ученые из ГНЦ РФ — Института меди ко-биологических проблем кандидаты биологических наук Владимир Николаевич Сычев и Маргарита Александровна Левинских, кандидат технических наук Игорь Григорьевич Подольский. Тел.: 195-21-60, факс: 195-22-53, vsychev@mmcc.jbmp.rssi.ru, rita@mmcc.ibmp.rssi.ru, igorp@mmcc.ibmp.rssi.ru. 13
I НН [ л микроэлектроника /Течь «Галлар» — первая установка для отработки начальных этапов технологии, В ней можно нагреть материал до 1300°С и вырастить в тигле монокристалл диаметром 25 мм Пень «Кратер-ВМ» (НИИ «Научный центр»)у в которой можно выращивать монокристаллы диаметром 50 мм. Ее смонтировали на виброзащитной платформе ОАО «Композит». В 1997 году пень доставили на станцию Главными героями в деле использования космоса для микроэлектроники были инженеры из подмосковного Зеленограда. Там, в Научном центре, придумали и отладили технологии, которые затем удалось испытать на орбите. Конечно, не одни зеленоградцы приложили руку к этим экспериментам. Оборудование помогали разрабатывать и в РКК «Энергия», и в ОАО «Композит», и в десятке других институтов. Но идеологию космического производства определяли в Научном центре. Космос привлекает микроэлектронщика невесомостью и бесплатным вакуумом. И то и другое хорошо для разных технологий. Сперва решили воспользоваться невесомостью, чтобы выращивать высококачественные монокристаллы: из них можно нарезать подложки для электронных компонентов нового поколения или изготовить какие-то уникальные приборы. Первые эксперименты с монокристаллами удалось поставить еще в 1976 году на станции «Салют-6», однако качественные монокристаллы разных соединений вырастили в девяностые годы на «Мире». К сожалению, в 1993 году финансирование этой космической программы сильно сократилось, и исследования до конца довести не удалось. А выращивали монокристаллы на борту станции двумя методами —зонной плавкой и конденсацией из газовой фазы. Первым методом получали монокристаллы ар- сенида галлия, такого качества, которое было недостижимо на Земле. Монокристаллы Зачем нужны монокристаллы арсени- да? От кремния, основного материала подложек для выращивания микросхем, рано или поздно придется отказаться. На нем, например, нельзя получить тактовую частоту свыше 3 ГГц. А на арсениде галлия можно достичь и 30 ГГц. Но выращивать монокристаллы арсенида очень сложно. На Земле они растут лучше всего при направленной кристаллизации, когда расплав находится в тигле и его медленно охлаждают. В получающемся монокристалле образуются дефекты. Во-первых, в материале из-за взаимодействия со стенками тигля возникают напряжения. Во-вторых, дает о себе знать конвекция: там, где растет монокристалл, расплав холодный, а с другой стороны — горячий; холодные слои постоянно перемешиваются с теплыми, и фронт кристаллизации перемещается неравномерно. В результате на квадратном сантиметре оказывается 105 дислокаций. Для сравнения: в кремниевых монокристаллах их плотность не превышает 1 дислокации на квадратный сантиметр. Чем опасны дислокации? Монокристалл разрезают на пластинки и делают из них подложки для микросхем. Если на такой подложке окажется дислокация, то микросхема работать не будет. А площадь подложки для одной микросхемы составляет от 4 до 30 квадратных миллиметров. Поэтому 99% выращенного арсенида галлия идет в брак. Чтобы снизить эту величину хотя бы до 80%, нужно уменьшить плотность дислокаций примерно на три порядка. Японские технологи стараются это делать, повышая вязкость расплава и соответственно замедляя перемешивание мощным магнитным Коллекция монокристаллов, полученных на станции «Мир» Оксид цинка Арсенид галлия Автоэпитаксиальные слои кремния
1Л': М т -а*: полем. Благодаря этому брак уменьшается до 80—90%. В невесомости можно сразу избавиться от обоих факторов. Во-первых, там нет конвекции, и дефекты от перемешивания расплава исчезают сами собой. Во-вторых, расплав не растекается по тиглю. Если придать ему шестигранную форму, жидкость не будет заливаться в углы и контакт между тиглем и материалом окажется минимальным. И действительно, в 1989—1990 году на «Мире» в установке «Галлар» методом направленной кристаллизации вырастили монокристаллы арсени- да галлия с плотностью дислокаций 102 см 2. Когда их привезли на Землю и передали на испытания прибористам- электронщикам, те поначалу не поверили, что такой материал бывает. Другим методом, осаждением из газовой фазы, на станции получали монокристаллы оксида цинка, теллу- рида и селенида кадмия, сульфида кадмия, теллурида свинца и некоторых других. Здесь невесомость тоже помогает избавиться от конвекции и связанных с ней турбулентных потоков в газовой фазе, Оптическая пень «Оптизон-1» на трех галогеновых лампах позволяет работать с образцами диаметром 8—20 мм Трудности роста Однако, как оказалось, восторг был преждевременным. Единичные монокристаллы диаметром 40—50 мм получать на станции можно, но организовать поточное производство весьма непросто. Станция постоянно колеблется из-за того, что на ней работают приборы и перемещаются космонавты. Неоднородны и гравитационное поле Земли, и аэродинамическое сопротивление — все-таки станция летает в верхних слоях атмосферы. Все это порождает микроускорения, воздействующие на расплав. Однажды во время эксперимента в установке «Оптизон» микроускорение оказалось настолько большим, что монокристалл оторвался от расплава. Поэтому лучшие результаты удается получать, разместив установку в центре масс станции. Такое препятствие делает производство монокристаллов на станции трудным — этим нужно заниматься на специальном спутнике. Но главная проблема — энергия. Для производства монокристаллов ее нужно много, по крайней мере 50 кВт. Если добывать такое количество солнечными батареями, их размер окажется сравним с футбольным полем и микроускорения станут очень большими. Поэтому для создания космического производства нужен ядерный реактор. Проблема с энергией оказалась главной бедой и для проведения дальнейших материаловедческих экспериментов на станции. Сейчас нашим ученым в общем-то понятно, как выращивать в космосе качественные монокристаллы диаметром до 50 мм. Но для промышленности требуются большие монокристаллы — диаметром 76, а в будущем и 400 мм. Чтобы ТЕХНОЛОГИЯ И ПРИРОДА поэкспериментировать в космосе с такими объектами нужно выделить хотя бы 15-20 кВт энергии из тех 45 кВт, что вырабатывают солнечные батареи станции. Но пока удается найти не более полутора киловатт. Поэтому с 1993 по 1999 год удалось поставить только 12 экспериментов. Помимо технологических трудностей космическому производству монокристаллов мешает высокая стоимость. Сейчас доставка одного килограмма груза на орбиту обходится в 20 тысяч долларов США, а его спуск — еще в 40 тысяч. На Земле материал получается дешевле. Большие надежды ученые возлагают на МАКС — многоразовый аэрокосмический самолет, который будет стартовать в космос с самолета «Мрия». Согласно оценке, стоимость доставки на орбиту, а также с орбиты на Землю одного килограмма груза с его помощью не должна превышать одной тысячи долларов США. К сожалению, программа МАКС входит в число проектов, замороженных после завершения перестройки. Космическая эпитаксия Разобравшись с монокристаллами, и наши, и североамериканские исследователи пришли к выводу, что надо попытаться воспользоваться вторым преимуществом космоса — бесплатным сверхглубоким вакуумом. Одна из наиболее перспективных технологий производства микросхем — метод молекулярной лучевой эпитак- сии. В установке для эпитаксии расположены испарительные ячейки. В них нагреваются и испаряются вещества, из которых нужно выращивать эпитак- сиальные слои. Пучок испарившихся молекул попадает на подложку, где они Сульфид кадмия Селение кадмия Теллурид свинца-олова Теллурид кадмия
^ El/ W Космическая установка для нанесения эпитаксиальных слоев и оседают, создавая тонкий слои определенного состава. Изменяя соотношение элементов в разных слоях, получают слоеный пирог, в котором перемежаются материалы с разным типом проводимости. Потом в этом полуфабрикате либо травлением, либо ионной имплантацией сформируют элементы микросхемы. Поскольку молекулярной эпитакси- ей удается получать сверхтонкие, толщиной всего в одну молекулу, слои, появляется возможность воспользоваться квантово-механическими эффектами, которые не проявляются в обычных микросхемах. Это открывает путь к принципиально новой микроэлектронике и, как результат, к созданию сверхбыстрых ЭВМ, систем искусственного интеллекта или, например, солнечных батарей со значительно более высоким КПД. Но этот метод требует глубокого вакуума, по крайней мере 10 9; каждый чуждый атом, особенно если это атом кислорода, губителен для тонкого слоя. А поскольку приходится часто перемещать подложки из камеры в камеру, вакуум надо создавать много раз. Получается долго и дорого. В космосе вакуум создавать не надо, поэтому наносить слои удается очень быстро, причем на огромные (по сравнению с земными) подложки — ведь в космосе нет никаких ограничений на размер вакуумной камеры. Вакуум в установке космической эпитаксии создает молекулярная ловушка. Станция летит в космосе с вакуумом 10 5. Если где-нибудь на ее внешней поверхности поставить металлический диск, то при движении вокруг Земли он будет отражать встречные молекулы и получится конус с вакуумом 10~14. Там-то и надо поставить технологическую установку. Давайте посчитаем, насколько рентабельно космическое производство. Возьмем, например, структуру из слоев арсенида галлия, легированного разными элементами для создания разной проводимости. Одна подложка весит 5 граммов. Доставка ее на борт и возврат на Землю обойдутся в 300 долларов. Поскольку вакуум ничего не стоит, нанести десяток слоев удастся практически бесплатно. А на Земле за каждый слой надо платить 400 долларов, и аналогичная десятислойная заготовка для микросхемы имеет себестоимость около 4000 долларов. Получается, что космическое производство, если бы удалось его наладить, было бы очень рентабельным. К сожалению, эта технология пока что находится на уровне проекта — нет средств, чтобы профинансировать эксперименты по изучению особенностей космической эпитаксии. Космической микроэлектроникой в Зеленограде занимаются кандидаты технических наук Владимир Юрьевич Андропов, Владимир Михайлович Бирюков и Евгений Васильевич Марков. Тел. 531-83-10, marl@mrtus.miee.ru attn Andropov. Справка На основе материалов, полученных на станции «Мир», изготовили и испытали опытные образцы несколько приборов. Это КМОП-транзисторы без дефекта «защелкивания» на основе однослойных эпитаксиальных структур кремния; ультрафиолетовый лазерный осветитель для субмикронной фотолитографии с разрешением 0,6— 0,8 мкм на основе монокристаллов оксида цинка; детекторы: рентгеновские, гамма-, медицинские многоэлементные с размером элемента 1x1x1 мм, миниатюрные индикаторы радиоактивности из монокристаллов теллурида и селенида кадмия; многоэлементные фотоприемники, акус- тотермометры для измерения температуры внутренних органов биологических объектов с чувствительностью 0,3°С и элементы лазерного телевидения из монокристаллов сульфида кадмия. Рассуждение корреспондента о специфике космоса На наш земной взгляд кажется, что ничего сложного в освоении космического пространства нет и, чтобы летать к ближним планетам и дальним звездам, остается только сделать корабль побольше да взять двигатель помощнее. Однако когда беседуешь с учеными, изучающими космос, становится ясно, что на самом деле люди только-только ступили на край совершенно незнакомого им поля деятельности. Блуждать по нему приходится как по топкому болоту в тумане, тщательно прощупывая почву перед каждым новым шагом, порой упираясь в топи и трясины. Там нет гравитации, там все по-другому. А чем это «по-другому» отличается от привычного для нас, можно сказать только после множества экспериментов. Поскольку экспериментальное оборудование возят на орбитальную станцию раз десять в год, эксперименты затягиваются на годы и стоят очень дорого. Зачем же нужен этот труд? Есть три способа использовать космическое пространство: для размещения производства, для изучения тайн Вселенной и для перемещения человечества на другие планеты. Последняя задача кажется наиболее актуальной. В конце концов, можно обойтись и без тайн Вселенной. Можно делать микросхемы и лекарства на Земле — вопрос не в принципиальной достижимости тех или иных свойств, а в цене. Но то, что рано или поздно ресурсы планеты будут исчерпаны, очевидно. В своей земной жизни человечество рано или поздно должно перейти к так называемому «устойчивому развитию», при котором потребляются только восполни- мые ресурсы, и в том количестве, которое обеспечивает устойчивость биосферы. На практике, неоднократно описанной в фантастических романах, это означает попытку установить глобальный контроль за численностью населения, потреблением и сознанием. Но развитие событий рано или поздно, в силу человеческой природы, сворачивает на путь бессмысленной растраты ресурсов в войнах за обладание этими самыми ресурсами. Кончается все это тупиком, в котором первобытные племена пасут домашних животных на развалинах космодромов и мегаполисов. Единственная возможность избежать такой трагедии и обеспечить свободное развитие человечества — освоение ресурсов за пределами Земли, то есть изучение космического пространства и колонизация других планет. Значит, нам придется отрабатывать методики жизни в космосе, начало которым положили исследования отечественных космонавтов на орбитальных станциях. 16
Как спланировать эксперимент в космосе ченые из Института медико-биологических проблем хотят в этом году (если, конечно, им предоставят время) вывести в космосе несколько поколений мышей. Беременность мыши длится 20 дней, половая зрелость наступает через полтора месяца. Значит, за полгода на станции «Мир» можно получить второе поколение. Вот как профессор Г.И.Горгиладзе рассказал об основной идее экспериментаторов: Мыши очень интересны тем, что рождаются с недоразвитым мозгом, клетки которого продолжают дифференцироваться после рождения. В невесомости отсутствует огромный массив информации — о силе тяжести. Значит, те клетки, которые ее анализировали, смогут заняться какой-либо другой работой. Или не будут формироваться вообще. Проследить за такими изменениями — главная задача экспериментаторов. Скелет и мышцы любого живого существа нашей планеты формировались при наличии гравитации. Поэтому у животных есть верх и низ. Когда гравитации нет, потребность в такой асимметрии отпадает. Как в этих условиях будут развиваться скелет и мышцы? Исходя из общих соображений, рано или поздно мышь должна превратиться в шарик с равномерно распределенными лапками, которыми нужно хвататься за решетку клетки. Но так получится, если у невесомости хватит сил вывести организм из состояния равновесия. Однако очень важно правильно спланировать эксперимент. Например, американские исследователи заставили мышей рожать на космическом челноке. Результаты оказались весьма неутешительными: множество мышат погибло, потому что клетка была слишком большая — детеныши отлетали от своих матерей и не могли сосать молоко. Поэтому нужно делать узкую клетку со стенками из сетки, за которую животные смогут хвататься лапками. Устойчивое положение им нужно еще и для того, чтобы успешно зачать новых мышат. В соответствии с планом эксперимента трех мышей покроют за пару дней до полета, а остальным придется это делать в невесомости. Что же планируют выяснить экспериментаторы? Если удастся обнаружить какие-то изменения во втором поколении космических мышей, значит, невесомость оказывает биологическое действие и его необходимо учитывать в ближайшем будущем, когда люди будут годами жить в космосе и на ближайшей к нам планете — Луне. Если же изменения не проявятся, значит, можно задуматься о том, что жизнь на Земле имеет космическое происхождение и память о пребывании в состоянии невесомости каким-то образом сохранилась за миллиарды лет. Гравирецеп и невесо! Одна из проблем, с которой сталкиваются космонавты, —это космическая форма болезни движения, в просторечии — морская болезнь. Наземные испытания не позволяют выявить ее в полной мере у будущих космонавтов, поэтому на борту станции половина из них начинает страдать этой болезнью. Процесс адаптации занимает около двух недель. Еще более важно узнать, оказывает ли космос какое-то воздействие на органы ориентации и обратимо ли это воздействие, — ведь человек рано или поздно возвращается из космоса на Землю, где есть гравитация, и его организму нужно четко представлять, где находится верх, а где — низ. Очевидно, что по мере освоения космоса эта проблема со способностью человеческого организма ориентироваться в невесомости будет проявляться все сильнее — в космосе окажется множество людей самых разных специальностей. Предъявлять к ним такие же требования, как к космонавтам, вряд ли удастся, а время пребывания в космосе может оказаться весьма длительным. Органы ориентации с самого начала оказались в центре внимания специалистов по космической медицине. Опыты ставили на спутниках, но наиболее интересные результаты получили на орбитальных станциях. Оказалось, что на всех животных — рыб, амфибий, птиц и млекопитающих — невесомость действует схоже. Они теряют ориентацию и координацию движений. Но у каждого животного это получается по- своему. Например, взрослый перепел сначала не может летать — ему трудно рассчитать силу взмаха крыла. Но постепенно он начинает осваиваться в пространстве, находит кормушку и клюет корм. А вот с птенцом, вылупившимся на борту, — сложнее. У него нет приобретенного опыта, а все врожденные инстинкты связаны с наличием вектора гравитации. Там, где этого вектора нет, инстинкт не срабатывает и птенец обречен — он не может клевать корм. Космонавтам приходилось кормить птенцов, держа их на своих руках. У мальков рыб другая проблема. После рождения они должны вынырнуть из воды и заглотить пузырек воздуха, чтобы наполнить им воздушный пузырь. Сделать этого они не могут — не знают, где находится граница вода— воздух. На Земле такой проблемы, конечно, нет — воздух всегда находится сверху. Взрослой же рыбе проще — она знает, что такое воздух, что такое вода и как выглядит граница их раздела. Чтобы понять, как невесомость действует на органы ориентации, ученые решили заглянуть непосредственно в них — посмотреть на их строение в микроскоп и померить электрическую активность клеток. Понятно, что такую работу на человеке провести невозможно. В качестве объекта исследования в 1995 году выбрали улиток, тритонов и пресноводных раков. Почему выбра- Примерно так выглядит статокония улитки статолит чувствительные клетки с ворсинками 17
ли именно их? Чтобы получить значимые результаты, нужно набирать статистику. Значит, животные должны быть маленькими, чтобы их много поместилось на станции, неприхотливыми и с просто устроенным вестибулярным аппаратом. Улитки как нельзя лучше отвечают этим требованиям. Их вестибулярный аппарат, статокония, устроен просто: полость, на поверхности которой разбросано всего 12—13 крупных клеток с чувствительными ворсинками, а в ней ка- мешек-статолит, который давит на ворсинки и подает сигнал о перемещении тела в пространстве. Улиток помещали в контейнер со специальным фильтром, чтобы запахи из него не отравляли воздух на станции. Контейнер летал в течение четырех месяцев. Это очень большой срок — треть жизни улитки. Потом их возвращали на Землю и сразу же после извлечения из спускаемого аппарата проводили исследование. Оказалось, что органы несколько изменяются. В норме вес камешков в правом и левом органе у виноградных улиток всегда разный. А в невесомости эта разница уменьшается. Изменяется и строение клеток рецептора — часть чувствительных волосков теряет свои каркасы. Самое же главное, резко изменяется электрическая активность клеток. Причем она не приходит в норму даже спустя месяц после возвращения на Землю. Но за столь долгий для улитки срок пребывания в невесомости гравирецепторы не деградируют: у молодых улиток, у которых органы только формируются, клетки росли даже быстрее, чем у тех, что остались на Земле. Получается, биологическую систему не так- то просто вывести из равновесия — она сохраняет орган, даже если его функция не особенно нужна. Проблемами ориентации в невесомости занимаются ученые из ГНЦ РФ — Института медико-биологических проблем — кандидат медицинских наук Георгий Иванович Самарин и доктор биологических наук Гиви Ильич Горгиладзе. Тел. 195-67-73, samarin@mmcc.ipbm.rssi.ru 18 На кадрах видеозаписи показан тритон, у которого на Земле был разрушен один из двух лабиринтов — органов ориентации. После этого рептилия стала наклонять голову в ту сторону, где не было лабиринта, а если ее помещали в воду, она быстро, с частотой шестьдесят оборотов в Минуту, вращалась вокруг своей оси. Но примерно через месяц эти болезненные симптомы исчезли, тритон восстановил способность нормально ориентироваться в пространстве, и его отправили на станцию «Мир». Пребывание в космосе оказалось Для него сродни шоку. На плоской поверхности контейнера он себя чувствовал довольно сносно. Но когда космонавт отпускал рептилию в свободный полет... Казалось бы, воздушная среда в невесомости должна быть для тритона сродни привычной водной стихии. Ничего подобного! Плавать дн^дйже не пытался. Вместо это- гб тритон падал б бесконечно глубокую яму, во всяком случае, вел себя именно так, как при падении с боль* шоу :$]ысрты. Он то растопыривал лапки в надежде затормозить падение, То сворачивался в кольцо, пытаясь «а кончике своего хвоста найти точку опоры. Самое же главное — снова проявился дефект ориентировки^* й тритон время от времени принимался вращаться вокруг своей осе. : Этот:-шок сказывался и после вое- враиХения на Землю — способность нормально ориентироваться в воде возвращалась лишь через несколько месяцев. Но оказывается, прерывание в невесомости не прошло ^ля тритона бесследно. К третьему помету рептилия вспоминала сЬстояйие невесомости и, попав в него^же п талась плавать, как; будто мйнсКила в привычной воде.
Химический кинотеатр Кандидат физико-математических наук В.В.Еремин, доктор физико-математических наук Н.Е.Кузьменко, доктор физико-математических наук И.М.Уманский 12 октября 1999 года Королевская академия наук Швеции присудила Нобелевскую премию по химии в сумме 7 900 000 шведских крон (более 800 000 долларов США) пятидесятитрехлетнему профессору Калифорнийского технологического института Ахмеду Зивайлу за исследование переходных состояний химических реакций с помощью фемтосекундной спектроскопии, использующей сверхкороткие лазерные импульсы. Предлагаемая ниже статья написана сотрудниками Московского государственного университета и Саратовского государственного аграрного университета, успешно применяющими этот метод в своей научной работе. Каким образом из одного вещества получается другое? Еще сравнительно недавно об этом можно было только гадать, так как химики располагали достоверной информацией лишь об исходных реагентах и конечных продуктах. В действительности же любая реакция представляет собой многозвенную цепочку превращений, которая начинается с первичного возбуждения межатомных связей (например, под действием света), продолжается их разрывом с возникновением различных неустойчивых промежуточных продуктов и завершается образованием новых, уже стабильных молекул. Детальное экспериментальное исследование этих элементарных стадий, составляющее предмет так называемой химической динамики, стало возможным лишь в последние годы благодаря достижениям фемтосекундной спектроскопии — метода, родившегося в конце 1980-х гг. после создания лазеров, способных генерировать сверхкороткие световые импульсы. Вниз по шкале времени Обычно превращения молекул, происходящие в газовой фазе (например, взрыв смеси водорода с кислородом), завершаются за тысячные или даже миллионные доли секунды. Однако элементарные стадии таких реакций длятся гораздо меньше, около 10 u с, а период колебаний ядер, с возбуждения которых и начинается все химическое действо, составляет 10 13 — 10 14 с. Для измерения столь малых промежутков времени используют особую единицу — фемтосекунду (фс): 1 фс = 10",5 с. В этом масштабе продолжительность «быстрых» элементарных стадий имеет порядок 10 фс, а «медленных» — 104 фс. Современные лазеры позволяют создавать световые импульсы длительностью до 4 фс. Теоретически задачи химической динамики решают следующим образом. Методами квантовой химии вы- 19
/ ОД W ' hi ' IA 1.6 ' f%8 ' 2$ A Расстояние Х-У числяют значения потенциальной энергии для всех возможных взаимных расположений атомных ядер, составляющих данную химическую систему, а затем находят траектории их движения по этой так называемой потенциальной поверхности. Минимумы потенциальной поверхности («ямы») соответствуют устойчивым молекулам, а максимумы («вершины») — неустойчивым переходным состояниям, или «активированным комплексам». Например, реакцию взаимодействия двухатомной молекулы XY и атома Z с образованием атома X и двухатомной молекулы YZ можно изобразить такой схемой: XY + Z -> [X...Y...Z] -> X + YZ. То есть в ходе этой реакции связь X—Y ослабляется и возникает некое переходное состояние, из которого потом получается продукт с устойчивой связью Y—Z. Вообще говоря, энергетическое состояние даже такой простой химической системы описывается четырехмерной потенциальной поверхностью: три координаты нужны для обозначения всех возможных расстояний между парами атомов (X и Y, Y и Z, X и Z), а четвертая — для соответствующих значений потенциальной энергии. Естественно, нарисовать такую поверхность на плоскости нельзя. Но можно ограничиться расстояниями между ядрами X—Y и Y—Z, и тогда поведение химической системы изобра- 20 зится сравнительно простой картинкой, похожей на топографическую карту (рис. 1). Это теория. А истинное поведение химической системы может быть намного более сложным, и поведать о нем способен лишь эксперимент, который позволял бы запечатлевать, как бы с помощью скоростной киносъемки, все детали процесса, длящегося лишь ничтожные доли секунды. Разумеется, продолжительность экспозиции каждого «кадра» такого химического кинофильма должна иметь порядок 1 — 10 фс, что и обеспечила современная лазерная техника. Покадровая съемка Для того чтобы с помощью лазерной спектроскопии узнать о деталях происходящих с молекулами сверхбыстрых превращений, необходимо приготовить исходные вещества в строго определенном энергетическом состоянии и со строго определенной взаимной ориентацией частиц. Разумеется, просто смешивая реагенты в колбе, этого достичь невоз- Сигналы, полученные при зондировании: а — переходного комплекса, б — продуктов реакции (R.B.Beznstein, A.H.Zewail, /. Chem. Phys., 1989, v. 90, p. 829) Двумерная проекция поверхности потенциальной энергии химической системы и путь превращения системы XY + Z в систему X + YZ* Крестиком обозначено переходное состояние можно. Однако проблему решает метод так называемых молекулярных пучков, когда частицы вещества с определенной скоростью как бы «выстреливаются» и по пути облучаются фемтосекундным лазерным импульсом, инициирующим химическую реакцию. А то, что с этими частицами затем происходит, позволяет узнать спектроскопия, для чего после первого импульса накачки система облучается вторым, зондирующим фемтосекундным импульсом. Этот импульс как бы считывает информацию о строении переходного состояния, фотографирует его с очень короткой экспозицией, когда все частицы кажутся почти неподвижными. Изменяя же время задержки между импульсами, можно получить нечто вроде кинофильма о ходе химической реакции. Вот, к примеру, реакция фотодиссоциации иодциана ICN, изученная методом фемтосекундной спектроскопии. Эта реакция протекает по схеме: ICN + hv -> [I...CN] -> I + CN. А что происходит при этом в действительности? Импульс накачки переводит молекулу иодциана в состояние, когда система оказывается неустойчивой и начинает превращаться в другую химическую структуру. А зондирующий световой импульс (кстати, с другой длиной волны) переводит группу CN в возбужденное состояние, в котором она излучает свет — флуоресцирует. Интенсивность флуоресценции как раз и представляет собой сигнал, измеряемый экспериментально (рис. 2). А самое главное заключается в том, что зондирующий световой импульс Время
3 Примеры колебаний напряженности электрического поля в лазерных импульсах, используемых для избирательного управления разрывом и созданием химических связей (WJakubetz et ail., У. Phys. Chem., 1993, v.97, p. 12609) с наибольшей вероятностью может возбудить группу CN именно в тот момент, когда расстояние между ее центром масс и атомом иода таково, что разность энергий возбужденного и невозбужденного состояний системы в точности равна энергии соответствующего кванта. В результате при одной длине волны зондирующего импульса максимум сигнала показывает, какова структура переходного состояния, а при другой длине волны дает информацию о структуре продуктов реакции. Поэтому, плавно изменяя длину волны зондирующего импульса, можно детально изучить всю динамику химической реакции на атомном уровне — как бы методом покадровой киносъемки. Фемтосекундную спектроскопию можно использовать не только для изучения механизмов реакций в молекулярных пучках, но и в растворах, а также на границе раздела фаз — в том числе на поверхности катализаторов. Кроме того, этот метод предполагают применять и для исследования механизмов действия биологически активных молекул. От исследования — к управлению Химия не только изучает окружающий нас мир, но и активно его видоизменяет, создавая новые вещества. В этом смысле химическая динамика делает первые, но обнадеживающие шаги. Сразу же после того, как были получены первые результаты исследования быстротекущих химических процессов в реальном времени, возникла мысль: а нельзя ли этими процессами управлять? Ведь если можно снимать документальные химические кинофильмы, то почему бы не заняться изготовлением собственной химической кинопродукции? Это, конечно, весьма непростая задача. Во-первых, для ее решения нужно знать все возможные пути химических превращений, то есть иметь полную информацию о многомерной поверхности потенциальной энергии. А во-вторых, нужно уметь в определенный момент времени помещать атомные ядра на определенные участки этой поверхности, то есть сообщать им точно дозированные порции энергии, что и позволяет излучение фемтосекундного лазера. Каждый его импульс имеет строго определенную интенсивность, длительность и частоту. Изменяя любой из этих параметров, используемых для энергетической накачки химической системы, можно, в идеале, инициировать любую элементарную стадию и в результате влиять на ход всей реакции в целом. Препятствует этому, однако, явление, называемое колебательной релаксацией. Например, если в трехатомной молекуле XYZ нужно избирательно возбудить колебания связи X—Y, не затронув связь Y—Z, необходимо учитывать то обстоятельство, что эти связи находятся в одной молекуле и, подействовав на одну из них, нельзя не повлиять на другую. Решить эту проблему удалось только потому, что перераспределение энергии между различными связями одной молекулы происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Фемто- секундный же лазер как раз и позволяет тонко регулировать длительность каждого импульса, его частоту и даже форму колебаний напряженности электрического поля в лазерном импульсе (рис. 3). Так, в «полутяжелой» воде HOD удалось избирательно разрывать связи Н—О и О—D, для чего использовался такой прием: сначала эту молекулу возбуждали импульсом инфракрасного излучения, а затем, через точно рассчитанное время задержки, разрушали ультрафиолетовым импульсом. Этот результат позволяет говорить о зарождении особого направления науки о веществах и их превращениях — химии отдельных связей (bond-specific chemistry). В этой области особенно перспективно использование квантовых эффектов, когда для активного управления химическим процессом применяют два одинаковых лазерных импульса с небольшой задержкой между ними. При этом поведение ядер определяется интерференцонными эффектами, а это значит, что на ход химической реакции может влиять не только интенсивность, частота и длительность электромагнитных колебаний, но и их фаза. Наверное, пройдет немало времени, прежде чем техника избирательного разрыва и создания связей между атомами найдет практическое применение в химическом синтезе. Но не следует забывать, что от первого примитивного кинофильма братьев Люмьер «Прибытие поезда» до нынешнего «Титаника» прошло всего сто лет. Поэтому можно не сомневаться, что со временем лазерное управление химической динамикой станет общедоступным синтетическим методом. 21
Внутренний мир протона Теория сильного взаимодействия (квантовая хромо- динамика) говорит, что протон состоит из трех кварков с дробными электрическими зарядами и кварки обмениваются безмассовыми глюо- нами, как бы склеивающими их (glue по-английски — клей). Кварки имеют и так называемый «цветовой» заряд, а поскольку глюоны тоже несут такие заряды, то они взаимодействуют не только с кварками, но и между собой (самодействие); испущенный глюон может сам породить глюон, кроме того, возможно образование из глюонов особых частиц (глюболов). Поэтому уравнения, описывающие глюонное поле, становятся нелинейными. На установке GERA в Гамбурге для изучения внутреннего устройства протонов их сталкивают с электронами. При этом рождаются виртуальные фотоны очень малой длины волны, которые позволяют «прощупывать» протон — дают как бы его снимки с высоким разрешением. В результате удалось более детально установить динамическую структуру глюон ного облака, стал более понятным механизм пленения кварков (конфайнмент), из-за чего их невозможно получить в свободном виде. Выяснили, что именно на глюоны приходится основная часть внутренней энергии протона. В целом можно сказать, что в умах физиков идет «глюонизация» этой частицы («Nature», 1999, v.400, р.21). Большие возможности для проверки квантовой хромо- динамики открывает новая установка RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), которая недавно введена в строй в Брукхей вене кой национальной лаборатории (США). Коллайдер оснащен сверхпроводящими магнитами, работающими при температуре 4,6 К. В двух его кольцах, расположенных одно над другим, ученые собираются разгонять в противоположных направлениях почти до световых скоростей тяжелые ионы (золота или меди), а затем сталкивать их между собой. При этом будут рождаться тысячи других частиц, которые станут анализировать сложные детекторы и суперкомпьютеры. Согласно теории Большого взрыва, в первые мгновения расширения Вселенной, когда температура превышала несколько триллионов градусов, кварки и глюоны еще не были заперты в протонах, нейтронах и других адронах, а были как бы свободны. Это особое состояние материи, называемое кварк- глюонной плазмой, и надеются впервые получить в Брукхейвене. Теоретики провели специальное исследование, чтобы выяснить, не могут ли эксперименты на RH 1С спровоцировать какую-либо космическую катастрофу, скажем, породить черную дыру, которая поглотит нашу планету; или вызвать «нестабильность вакуума», которая начнет распространяться со световой скоростью, — ведь никогда прежде человек не имел дела с такими температурами и плотностями. (Физики- ядерщики вспоминают, что, когда они готовили испытания первых атомных и водородных бомб, у них были аналогичные опасения — например, что взрывы разрушат всю земную атмосферу.) Хотя полностью исключить возможность подобных катаклизмов нельзя, их вероятность, по общему мнению, практически равна нулю. Подтверждением чему служит, в частности, существование в течение миллиардов лет Луны, которая содержит тяжелые металлы и постоянно обстреливается (не имея защитной атмосферы) космическими лучами, среди которых имеются частицы чрезвычайно высокой энергии («Nature», 1999t \A02, р. 596). Если такие выводы верны, то мы вскоре в этом убедимся, если нет, то об этом узнают разве что наши братья по разуму в далеком космосе. Кстати, на создаваемой Международной космической станции планируют изучать космические лучи, для чего в 2006 г. на нее будет доставлен специальный модуль ACCESS (The Advanced Cosmic-Ray Composition Experiment for the Space Station). Наземные, а также запускаемые на небольшие высоты средства наблюдения фиксируют не столько сами частицы, приходящие из разных частей Вселенной, сколько порождаемые ими в атмосфере Земли «ливни» вторичных частиц. Поэтому наблюдения на околоземной орбите позволят непосредственно определить состав космических лучей и их распределение по энергиям. Это поможет окончательно выбрать одну из гипотез, объясняющих происхождение частиц со сверхвысокими энергиями — 1019 эВ и выше, то есть в тысячу раз большей, чем сейчас достигают на самых мощных ускорителях («CERN Courier», 1999, № 10, р.9). Шаги фемтохимии M.Bonn et al., «Science», 1999\ v. 285, p. 1042 Если в физике высоких энергий используют в качестве «микроскопов» ускорители, то химики, чтобы разглядеть с атомным разрешением отдельные стадии химических реакций, применяют сверхкороткие импульсы света от лазера (за что А.Зивайл из Калтеха получил в прошлом году Нобелевскую премию — «Новости науки», 2000, № 1). ч /
В берлинском Институте им. Фрица Габера доказали, что подобные импульсы могут вызвать на поверхности металлического катализатора реакции, которые не идут там в других условиях. Исследователи осадили на поверхность монокристалла рутения атомы кислорода и молекулы оксида углерода, а затем провели две группы экспериментов. В первой из них кристалл постепенно нагревали, из-за чего сначала его покидали СО, потом — с повышением температуры — оставшиеся атомы кислорода рекомбинировали между собой, образуя молекулы 02, которые тоже уходили с поверхности. Если же кристалл освещали лазерными импульсами длительностью ПО фс и длиной волны 800 нм, то среди продуктов десорбции кроме оксида углерода выявлял и также и его диоксид. Так как в обоих случаях к поверхности подводили энергию, разница объясняется тем, как именно она распределялась. Когда кристалл нагревали, в нем усиливались колебания решетки и его поверхность становилась похожа на штормовое море, из-за чего находящиеся там молекулы порывали свои связи с ней и улетучивались. Поскольку связь Ru—СО много слабее, чем Ru—О, молекулы СО высвобождались первыми. Световые же импульсы слишком коротки, чтобы вызвать колебания массивной кристаллической решетки, но их энергию успевали перехватить шустрые электроны. В результате через полпико- секунды электронный газ в кристалле резко нагревался (до характеристической температуры 6000 К), отдельные электроны «допрыгивали» до атома кислорода и возбуждали связь Ru—О, которая начинала сильно вибрировать; поэтому атом О дотягивался до соседнего СО, образуя молекулу С02, и та уходила с поверхности (при этом связь Ru—СО из-за особенностей ее электронного строения не возбуждалась). Показано, что если до того, как электронный газ остынет (то есть с задержкой меньше 2 пс), дать второй лазерный импульс, то температура электронов станет еще выше и выход С02 увеличится. Как мы знаем, в автомобильных двигателях платиновые катализаторы способствуют преобразованию ядовитого угарного газа (СО) в углекислый (С02). Конечно, там эта реакция протекает не в вакууме, как в проведенных экспериментах, а при атмосферном (или более высоком) давлении. И все же лазерная химия позволит лучше понять отдельные этапы гетерогенного катализа и оптимизировать его. Твердый, как стишовит A.Zerret al., «Nature», 1999, v.400, p.340 Мощность и эффективность тепловых двигателей растете повышением их рабочей температуры, и проблема в том, чтобы найти для них подходящий конструкционный материал, способный переносить экстремальные условия. В последнее десятилетие большие надежды возлагают на керамики, но пока сфера их применения ограничена режущими инструментами — в двигателях их используют только в отдельных узлах, поскольку боятся их разрушения. Особое внимание материаловеды уделяют нитриду кремния (Si3N4), так как эта керамика обладает хорошими механическими свойствами, а также выдерживает резкие температурные перепады. В обеих известных разновидностях (альфа и бета) Si3N4 центральный атом кремния связан с четырьмя атомами азота, и каждый такой тетраэдр по углам соединен с двумя другими, обеспечивая более жесткую структуру, чем, скажем, в силикатах, где тетраэдры (из кремния и четырех кислородов) связаны в вершинах один с одним. Немецкие исследователи при высоких давлении и температуре A5 ГПа и 2000 К) получили новую «шпи- нельную» (как у магнетита Fe304) фазу Si3N4. В соответствии с принципом Ле Ша- телье в таких условиях возникла более плотная структура, которая при снятии давления сохраняла свое ме- тастабильное состояние (даже при ее нагревании свыше 700 К). Оказалось, что, наряду с тетраэдрами, в ней присутствуют октаэдры с вершинами из анионов азота, внутри каждого из которых расположен катион кремния; поэтому возникают две под- решетки — две трети катионов окружены шестью анионами (октаэдры) и треть — четырьмя (тетраэдры). Полагают, что новая форма Si3N4 будет столь же твердой, как плотная модификация кремнезема (S02), называемая стишовитом (он считается третьим по твердости материалом после алмаза и одной из форм нитрида бора; об истории открытия стишовита его автор С.МСтишов рассказывал в «Химии и жизни»— 1991, № 4,5). Не исключено, что существуют и другие метаста- бильные фазы Si3N4, так что поиск надо продолжить. Кстати, уже целый век исследуют железо-никелевый сплав «инвар» (Fe65Ni35), отличительное свойство которого — аномально низкий коэффициент теплового расширения в широком диапазоне температур (отсюда и его название — от слова «инвариант»). В конце XIX века такой материал открыл швейцарский физик Ш.Ги- льом, который за него, а также за другие сплавы с интересными свойствами получил Нобелевскую премию в 1920 г. Инвар стали широко применять в метрологии (известен также сплав с антиин- варным эффектом — аномально высоким коэффициентом расширения). При комнатной температуре инвар — ферромагнетик, а выше точки Кюри происходит разупорядочивание магнитных моментов атомов, и он становится парамагнетиком, причем одновременно пропадает его необычная особенность. Значит, она как-то связана с его магнитными характеристиками. В 60-е годы удалось качественно объяснить поведение инвара, предположив, что ниже точки Кюри у него есть два магнитных состояния: при более низких температурах — с параллельными спинами (ферромагнетик), а при более высоких — с антипараллельными (антиферромагнетик), причем второму состоянию отвечает меньший объем. За счет этого происходит компенсация расширения кристаллической решетки при ее нагревании. Теперь американским и шведским специалистам по физике твердого тела удалось наконец строго обосновать эффект путем квантово-ме- ханических расчетов (М. van Schilfgaarde et al., «Nature», 1999, v.400, p.46). Еще один феномен. Поликристаллические, то есть состоящие из отдельных зерен, металлы и сплавы могут при сильном нагреве переходить в сверхпластичное состояние, когда они становятся похожими на жевательную резинку и, значит, им легко придавать сложную форму (что нужно, например, при создании металлических матриц в композитных материалах). Но обычно для этого требуются очень высокие температуры. В Калифорнийском университете (в Девисе) выяснили, что если уменьшить размер зерен до 100 нм, то точки перехода в такое состояние для никеля и сплава Ni3Al станут соответственно 350°С и 650°С — на 470 и 450 градусов ниже, чем при микрометровых зернах (A.Mukherjee et al., «Nature», 1999, v.398, p.684). Подготовил
В здоровом теле ровыи I • t • Кандидат медицинских наук В.А.Скрупский Из всех явлений жизни нет более поразительного и более заслуживающего внимания физиков и физиологов, чем явления, сопровождающие дыхание. АЛавуазье Анализировать выдыхаемый воздух чрезвычайно просто — не нужны химические реактивы, пробирки, одноразовые иглы и лаборантка, мучающая ваш палец или локтевую вену. Надо только сделать выдох в специальное устройство, и через несколько секунд или минут анализ готов. Перспективность неинва- зивного направления в диагностике заболеваний очевидна — не придется испытывать боль и другие неприятные ощущения от забора крови, зато будет обеспечена полная безопасность от заражения СПИДом, вирусным гепатитом и другими инфекциями, да и средства удастся сэкономить. Медицина вплоть до XX века была в основном созерцательно-описательной наукой. Инструментальные методы исследования стали применять в ней намного позже, чем в естествознании. Нам, уже привыкшим к рентгеновским аппаратам и электрокардиографам, кажется странным, что в начале нашего века врачи не могли распознать рак легкого или инфаркт миокарда при жизни больного. Сейчас медикам известно более 10 тысяч разных болезней и более 3 тысяч симптомов и синдромов. Многие из них сходны. О том, как непросто поставить правильный диагноз, особенно в критической ситуации, зна- 24
Что нового ожидает пациентов XXI века в диагностике болезней? Эта область медицины в уходящем столетии развивалась очень бурно. Одно из ее важнейших направлений — неинвазивная диагностика, при которой не нужно прокалывать кожу пациента и брать его кровь. В этой статье рассказывается об одной ее разновидности — анализе выдыхаемого воздуха БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА ют все врачи, а о том, что иногда зто необходимо сделать быстро, до сих пор напоминает старая могильная плита на одном из кладбищ Рима: «Он умер от замешательства врачей». Прежде чем поставить заключительный диагноз, врач не только опрашивает и осматривает пациента, но и направляет его в лабораторию — сдать анализы крови, мочи, электрокардиограмму и т.д. Но до сих пор в обычных поликлиниках и больницах никто не направляет больных на анализ выдыхаемого воздуха. О том, что он возможен и полезен для диагностики, не слышали даже сами врачи. Кажется странным, почему этот легко доступный для анализа материал долгое время оставался без должного внимания медиков, физиологов, биологов. В нашей статье речь, конечно, не идет о показателях объема легких, потреблении кислорода и выделении углекислого газа легкими, хотя эти исследования давно уже проводятся и помогают в диагностике заболеваний. Мы говорим о самом выдыхаемом воздухе, его химическом составе, о летучих веществах, выделяемых из организма человека через легкие. Благодаря большой поверхности легких (около 90 м2) летучие вещества (этанол, аммиак, ацетон, уксусная кислота, фенолы и другие) очень быстро переходят из кровяного русла во внешнюю среду с выдыхаемым воздухом. Именно смесь различных молекул, выделяемых человеком, и составляет тот индивидуальный, неповторимый запах, по которому чуткий нос собаки фантастически точно находит своего хозяина из миллионов двуногих существ. По запаху же умели распознавать некоторые болезни древние целители. Запах больного тифом похож на аромат черного свежего хлеба, от больного золотухой пахнет прокисшим пивом. Известный в прошлом клиницист М.Я.Мудров наставлял молодых медиков: «Обоняние твое да будет чувствительно не к масти благовонной для влас твоих, не к ароматам, из одежды твоей испаряемым, кои все противны больным, но к запертому и зловонному воздуху, окружающему больного, к заразительному его дыханию, поту и всем его извержениям». В наше время этот метод исследования больного назвали бы органолептическим. В целом ряде случаев он позволяет у постели больного поставить правильный диагноз. Сладковатый «печеночный запах» выдыхаемого воздуха обусловлен нарушением обмена ароматических соединений и накоплением продукта превращения метионина — метилмер- каптана. Этот запах сырой печени часто мучительно преследует больных раком поджелудочной железы и может быть одним из первых симптомов этого недуга. Характерен запах аммиака в выдыхаемом воздухе при заболеваниях почек и уремии, «мышиный запах» у больных наследственной фенилкетонурией, запах кленового сиропа при нарушении метаболизма жирных кислот и накоплении ке- токислот и аминокислот в крови и моче, запах ацетона у больных сахарным диабетом. Резкий специфический запах изо рта — симптом ряда заболеваний полости рта и желудка (стоматит, пародонтоз, сиалоаденит, гингивит, гастрит, язвенная болезнь и рак желудка). При сердечно-легочной недостаточности от больных часто исходит неприятный кисловатый запах недоокисленных продуктов обмена, связанный с неполным сгоранием белков, жиров и углеводов в главной энергетической топке — печени. При высокой лихорадке, как отмечал еще С.П.Боткин, «...окисление хотя и увеличено, но дает много продуктов не вполне окисленных, иначе говоря, промежуточных химических веществ, составляющих переход между тканями и жидкостями организма и продуктами их окончательного окисления: водой, угольной кислотой, мочевиной, мочевой кислотой и другими». Больному могут досаждать не только реальные, но и мнимые запахи. При некоторых невротических состояниях люди с богатой фантазией могут предъявлять жалобы на периодически преследующие их запахи ацетона, духов, краски и т.д., хотя на самом деле от них не пахнет ничем. Но бывает и так, что необычный постоянный запах — единственная жалоба больного — это грозный симптом растущей опухоли передних отделов мозга. Сами больные часто не замечают запахов своего тела, так как обоняние у них угнетено, однако окружающим их здоровым людям выдыхаемые испарения сильно ударяют в нос. 25
Концентрация (в мг/м3) этанола и ацетона в выдыхаемом воздухе в Ззбелёвадее или'состоял иУ{* ^^ т Этанол Ацетон Сердечно-легочная недостаточность, компенсированный сахарный диабет, атеросклероз сосудов ног, Концентрация (в мг/м3) этанола и ацетона в выдыхаемом воздухе 3@бел£вадае или'состоял иУ{* ^^ т Этанол Сердечно-легочная недостаточность, компенсированный сахарный диабет, атеросклероз сосудов ног, ожирение 5,5 ди&те#^детв^ * ^^?J5s£lV ' °>11 Нормально протекающая беременность 0,12 Tgkgmkosw <5§р§вй дщювТ|14г!1<^мен«й?ги 0,5 Голодание 0,7 "КонтрольСздбрбвыв) т4 ;-^ — • 0,2 Но как бы ни был чувствителен нос человека или животных к запахам — это все-таки лишь ощущение. Если, например, насекомое и уловит в 1 см3 воздуха 100 молекул полового феромона, непосредственно измерить это нельзя. Создание приборов, способных распознавать рекордно малые концентрации веществ и «догнать обоняние собаки», П.Л.Капица считал одной из важнейших проблем физики будущего. Уже сейчас чувствительность спектральных и физико-химических методов исследования отдельных классов соединений приближается к обонянию собаки. А такие вещества без запаха, как окись углерода (угарный газ) или углекислый газ, приборы распознают намного лучше. В зависимости от уровня основного обмена человек выделяет через легкие в среднем около 5 — 18 л С02 и 50 г воды в час. А с ними — около 400 микропримесей летучих соединений. Поэтому любое летучее вещество, которое количественно определяется в выдыхаемом воздухе, можно использовать как биологический маркер состояния организма. 28 17 0,9 3,8 28,9 1.3 Как же образуется многокомпонентная газовая смесь, которая скапливается сначала в альвеолах легких? Если рассматривать живой организм как идеальную экологически чистую фабрику, куда поступают сложные пищевые комплексы и где все идет в дело, то он должен выбрасывать в воздух только С02 и пары Н20. Если же в выдыхаемом воздухе обнаруживается много побочных летучих веществ, значит, на этой фабрике где-то халтурят. Надо искать причину либо в поступающих продуктах питания (источниках образования летучих веществ), либо в цехах переработки (внутренних органах), либо в транспорте (крови, сосудах, органах выделения). Отсюда следует, что по результатам исследования выдыхаемых человеком летучих веществ можно судить о характере питания — хватает ли в рационе углеводов, нет ли избытка жиров, и много ли человек «принял на грудь», если он злоупотребляет алкоголем. По избытку или недостатку какого- либо химического компонента в спектре выдыхаемого воздуха можно предположить также наследственную ферментопатию (ущербность или отсутствие каких-то ферментов организма), заболевание печени, легких, почек, кишечника, центральной нервной системы, эндокринной системы, органов кроветворения. Чтобы получить хорошо воспроизводимые результаты анализа выдыхаемого воздуха, есть несколько путей. Можно сконцентрировать микропримеси летучих веществ из выдыхаемого воздуха в сотни или тысячи раз и затем определять на приборе с пределами обнаружения 10 5 — 10 4 г. Этот диапазон чувствительности доступен многим средним газовым хроматографам, и с их помощью собран уникальный фактический материал по составу выдыхаемого человеком воздуха. Если же обходиться без концентрирования, надо повысить чувствительность детектора до предельных возможностей — 10 8 — 10 9 г. На это способен газовый хроматограф с масс- селективным детектором, или хрома- то-масс-спектрометр. Наконец, можно сосредоточить основное внимание на нескольких компонентах выдыхаемого воздуха, а не на всем спектре летучих веществ. Тогда нужно выбрать селективный детектор для интересующей врача группы веществ или только для одного вещества. Автор этой статьи при анализе выдыхаемого воздуха у больных с инсультами в острой стадии и у нескольких больных при лечебном голодании использовал именно такой путь. Удалось также провести длительное мо- ниторное наблюдение за выделением этанола и ацетона в выдыхаемом воздухе у больных, находящихся в коме. Как оказалось, при инсульте с неблагоприятным исходом у больных выделяется намного меньше ацетона, чем у здоровых людей. В то же время диабетики, также впавшие в кому, выдыхают в десятки и сотни раз больше ацетона, чем здоровые. Возможности физико-химических исследований газовой фазы не ограничиваются анализом выдыхаемого воздуха. Ведь можно собирать и изучать пробы внутренних полостных газов: из разных участков бронхов при бронхоскопии, из желудка при гастроскопии, из толстой кишки при ко- лоноскопии, из мочевого пузыря при цистоскопии, из полости матки при гистероскопии. В некоторых клинических и научно-исследовательских лабораториях России, США, Швеции пациента помещают в цилиндрическую гермока- 26
меру, пропускают через нее воздух, а на выходе определяют в этом воздухе суммарную величину летучих выделений человека. Из более чем 400 соединений вырисовывается индивидуальный метаболический профиль больного. К наиболее изученным летучим веществам, выдыхаемым человеком, относятся ацетон и этанол. По данным автора статьи, проводившего анализ летучих эндогенных соединений на газовом хроматографе с фотоионизационным детектором, у больных сахарным диабетом, сердечно-сосудистой патологией, у детей с бронхиальной астмой, диатезом, у беременных женщин при токсикозах первой половины беременности содержание ацетона и этанола значительно отличается от здоровых лиц в контрольной группе (см. таблицу). Интересно, как изменяется выделение ацетона у здоровых людей, находящихся на полном голодании. За первые 4 — 5 суток оно увеличивается в десятки раз, а на 8 — 10 сутки у некоторых испытуемых содержание ацетона в выдыхаемом воздухе резко падает. Это можно расценить как сигнал к прекращению голодания из- за начавшейся декомпенсации и опасности необратимой дистрофии внутренних органов. Если бы медикам, которые наблюдают за голодовками протеста, дать портативные приборы, измеряющие содержание ацетона, смертей было бы меньше. Как показывает история, инструментальные методы исследования внедрялись в медицину не сразу. Пожалуй, только рентгеновские лучи быстро стали популярными. Гораздо медленнее входили в арсенал врачей стетоскоп Р.Лаэннека, токи Бергера —отца электроэнцефалографии. Как бы ни был талантлив ученый, иногда лишь точная аппаратура дает ему возможность получить хорошие результаты. Так, в 20-х годах уходящего века австрийский психиатр Ганс Бергер сумел выделить из хаоса сигналов головного мозга человека регулярные волны ничтожной амплитуды, и родилась электроэнцефалография. Может быть, пройдет совсем немного времени, и будут созданы доступные каждой лаборатории высокочувствительные анализаторы выдыхаемого воздуха. Они позволят заглянуть в биохимическую фабрику живого организма и поставить правильный диагноз практически на молекулярном уровне. Тогда обычный врач поликлиники будет направлять пациентов на анализ выдыхаемого воздуха, как сейчас направляет на анализ крови. яжелые войны, которые Афины вели в V в. до н.э., очень ослабили этот город-государство. Но окончательный удар ему нанесла страшная эпидемия, охватившая население в 430 г. до н.э. Среди многочисленных ее жертв был и Перикл, великий реформатор, один из основателей античной демократии, покровитель наук, искусств и философии. Вот уже не одно столетие ученые спорят, какая страшная болезнь сыграла такую роковую роль в древней истории. Долгое время виновницей считали чуму: так, по крайней мере, обычно трактовали свидетельство Фукидида, современника событий и одного из отцов истории. Но современным ученым нужны более строгие доказательства, поэтому Университет штата Мэриленд в Юни- версити-Парке (США) каждый год проводит конференцию, посвященную этой проблеме. На таком собрании в январе 1999 г. медикам была преподнесена загадка: не называя жертву по имени, им предложили назвать диагноз болезни, от которой скончался некий 65-летний мужчина. Было только сказано, что он проболел 11 суток, страдая вспышками острой лихорадки, болями в груди, рвотой, диареей, дурным запахом изо рта и красной сыпью. Так описывал последние дни правителя Афин сам Фукидид. Ведущий оратор конференции доктор Д.Дьюрек, инфекционист из Балтиморского госпиталя им. Бектона Дикинсона, счел, что наилучшим образом таким симптомам отвечает тиф. Он, между прочим, распространяется вшами, а это насекомое обычно бурно размножается в дни войны. Выступающему возразили: диарея, или попросту понос, тифу не свойственна. Тогда один из ученых предложил другую возможность: вирусное заболевание эбола, названное так по имени африканской реки, где его недавно обнаружили. Но научный сотрудник Гавайского университета в Маноа Р.Литтман опроверг эту гипотезу. Он сказал, что при этой болезни обязательно происходят обильные кровотечения, о которых Фукидид не написал ни слова; вряд ли он упустил бы их из виду. Однако версию эболы поддержал военно-морской врач с базы Сан-Диего (Калифорния) П.Олсон. По его мнению, совсем не обязательно, чтобы кровотечение было видно снаружи, а остальные симптомы болезни вполне соответствуют описанию Фукидида. Прежде чем делать окончательные выводы, было решено попытаться получить генетический материал останков если не самого Перикл а, то хотя бы его современников, погибших тогда же и лежащих на старом афинском кладбище. Однако нынешние греческие власти пока не дают разрешения на такую операцию. Загадка ждала ответа почти 2,5 тысячи лет, придется ей подождать еще немного. По материалам «Science» 27
Как отвратительно в России по утрам.. Маг открыл один глаз. Выглядел он вполне прилично. Будто и не пил больше меня. Вот что значат лишние столетия опыта. — Голова, сними... — Топора нет под рукой, — буркнул маг. Сергей Лукьяненко. Ночной дозор то бы мог подумать: механизм похмелья до сих пор не раскрыт. Так давно человечество знакомо с феноменами перепоя и недопоя, а о том, какие биохимические реакции лежат в их основе, по сей день идут споры. Нет, кое-что понятно уже сегодня. Этиловый спирт, после того как его проглотили, всасывается в кровь. Что дальше? Молекула С2Н5ОН для нас, строго говоря, не чужая, небольшие количества этого метаболита образуются и в самом организме. Однако после выпивки его концентрация возрастает в десятки раз — с 1—100 мг до граммов на литр крови, и расправляться с ним приходится энергично, как с любым чужеродным активным веществом. За уничтожение мусора у нас отвечают клетки печени. В этих клетках есть целое семейство ферментов, которые окисляют спирты до соответствующих альдегидов или кетонов — алкоголь- дегидрогеназы (АДГ). В человеческой печени найдено не менее шестнадцати разновидностей АДГ. Ту же реакцию проводят и некоторые другие ферменты, но, по-видимому, именно АДГ играют главную роль в интересующем нас процессе — утилизации этилового спирта. Интересно, что реакция превращения этанола в ацетальдегид обратима (рис. 1). Но при избытке этанола и достаточном количестве кофактора NAD+, который необходим для протекания реакции, она, конечно, пойдет вправо. Ацетальдегид поступает в распоряжение другой группы ферментов — альде- гиддегидрогеназ (АЛДГ), которые, в свою очередь, окисляют его до уксусной кислоты (точнее, до ацетата, ведь в 28
&-«*и * '*Ш- живой клетке большинство анионов находятся в форме солей). Здесь тоже нужен NAD+, но эта реакция протекает более сложно, и она, в отличие от предыдущей, необратима. Ацетат затем может связаться с так называемым коферментом А — одной из ключевых фигур в метаболизме. Получится ацетил-КоА, который вовлекается, например, в метаболизм жиров: из коротеньких «хвостиков» ацетата строятся длинные «хвосты» жирных кислот, причем, как легко догадаться, запасается энергия. Кстати, восстановленный кофактор NADH — тоже энергетическая «валюта», годится и для производства АТФ, и для обеспечения энергией других реакций. Так что мнение о высокой калорийности этанола— не ошибка, калорий он и вправду поставляет много. Но это единственное его достоинство с точки зрения диетологии. Еще один важный для практиков момент — генетическое разнообразие ферментов АДГ и АЛДГ у человека. Сегодня почти все медики согласны с тем, что основная причина тяжелого утреннего состояния — повышенная концентрация ацетальде- гида в организме. Поэтому человек, «умеющий пить» (как говорят медики, с высокой толерантностью), — это тот, у кого АДГ и АЛДГ работают эффективно и слаженно. Чтобы опьянеть, ему нужно много водки, и не будет у него ни перерывов в биографии, ни головной боли поутру. И наоборот. Например, мутация в АЛДГ2 — замена в белке остатка глу- таминовой кислоты на остаток лизина резко снижает активность фермента. Когда носитель этой мутации выпьет, этанол в его организме превратится в ацетальдегид, а вот ацетальдегид будет накапливаться, причиняя хозяину жестокие мучения. Эта мутация крайне редко встречается в европейских популяциях и широко распространена в азиатских. Так, у 50% японцев мутантны обе копии гена — это люди для застольной беседы погибшие. Конечно, из всякого правила есть исключения: скажем, про Великого Кормчего говорят, что метаболизм этанола у него был вполне на европейском уровне. Но все же, если вам придется угощать японских коллег, гостеприимство лучше проявить не традиционным способом, а подать, к примеру, борщ. Без сметаны — с лактатдегидрогеназой у них тоже могут быть проблемы... Начинка «торпеды» А если вам захочется узнать, что чувствует перебравший японец, мутан- тный по АЛДГ2, спросите у тех из наших соотечественников, кто лечился эспералем, лидевином или другими препаратами, содержащими дисульфирам (тетраэтилтиурамди- сульфид) (рис. 2). Действие дисуль- фирама как раз и основано на том, что он инактивирует АЛДГ. Как многие великие открытия, это было сделано случайно. В 1937 году английский врач Э.Э.Уильяме заметил, что рабочие завода, производящего резину, не переносят алкоголь. Симптомы — учащение пульса, повышенное давление, красное лицо и ощущение жара в верхней части тела (а затем внезапная бледность и падение давления вплоть до обморока), шум в голове, дурнота и озноб — отчасти напоминали похмелье, но похмелье супертяжелое. Причиной оказался дисульфирам, который в резиновой промышленности используют в качестве вулканизатора. Тут уже начинаются загадки. Понятно, что эффект связан с накоплением ацетальдегида в организме. Но что именно ингибирует ацетальде- гиддегидрогеназу: сам дисульфирам или продукты его обмена? Только ли АЛДГ инактивируется или какие-то еще ферменты? А если на другие ферменты, способные окислять ацетальдегид, дисульфирам не влияет, не эти ли ферменты — виновники рецидивов, которые хотя и редко, но все же случаются у «торпедированных»? Так или иначе, дисульфирамо- вая терапия остается одним из самых эффективных способов лечения. (Хотя, возможно, скоро появится альтернативный метод. Исследования на кафедре физиологии человека и животных МГУ показали, что выработка у животных иммунитета к чужеродной АДГ препятствует развитию алкоголизма: организм сам подавляет фермент, «разрешающий» пьянку.) Просто и сурово: положительные эмоции, связанные в сознании пациента со спиртным, перекрываются отрицательными. А если не только «наказывать» человека за прием спиртного, но и «награждать» за силу воли хорошим самочувствием, ликвидируя факторы физиологической зависимости, — не будет ли проще разорвать порочный круг? Далеко не все врачи (не только у нас, но и за рубежом), считают, что пациентов нужно полностью избавлять от похмельных мук химическими способами: таблетки создают опасную альтернативу собственным усилиям больного, заменяя зависимость от алкоголя зависимостью от медикаментов. Но, по-видимому, тут нужен разумный компромисс: вряд ли стоит «из педагогических соображений» заставлять пациента чересчур сильно мучиться. Тем более если такой эксперимент может завершиться смертью больного... От перепоя к недопою Возможно ли создать лекарство, которое бы одно снимало все неприятные ощущения «на следующее утро»? Едва ли. Во-первых, похмелье похмелью рознь. Головная боль, тошнота и ужас при мысли о спиртном у юной барышни после первой в жизни вечеринки, сердцебиение и трясущиеся руки специалиста со стажем — то и другое в быту часто называют похмельем, но для медиков это совершенно разные явления. Нехорошо с перепою может быть любому чело- 30
Катвхоламины m.m -г ■2Ш веку. Но до алкогольного абстинентного синдрома надо еще допиться. Интересно, что этот синдром (ААС, в зарубежной литературе «AWS», от английского alcohol withdrawal syndrome) был детально описан лишь в середине XX века. Тошнота и рвота, озноб, повышенное потоотделение, тревога и неуверенность, раздражительность, проблемы с концентрацией внимания, повышенное давление (иногда вплоть до инсульта), головная боль, учащенный пульс, бессонница, тяга к алкоголю, обостренная кожная чувствительность, болезненная восприимчивость к свету и звуку—словом, в этом состоянии швыряют кирпичом в кошку, «чтобы не топотала ножищами». Перечисленные симптомы присутствуют почти всегда, а делириум тременс — белые мышки и зеленые чертики — это уж как кому повезет. Во-вторых, алкоголь, как все мы знаем, вызывает в организме множество нарушений, а по законам физики, устроить беспорядок проще, чем навести порядок; опрокинуть мисочку с крупой можно одним движением, а собирать придется по крупинке. Злоупотребление одним- единственным веществом создает десятки проблем, каждая из которых нуждается в решении. В-третьих, абстинентный синдром развивается во времени. Общий принцип точно сформулировал Венедикт Ерофеев, нарисовав на страницах романа «Москва—Петушки» синусоиду с максимумом в момент опьянения и симметричным минимумом наутро. Но на самом деле для каждого параметра кривую придется проводить отдельно, и не все кривые будут такими правильными, и протянутся они в случае хронического алкоголизма гораздо дольше, чем одни сутки. Если хватит силы воли, острые симптомы перепоя, а затем абстиненции помаленьку сойдут на нет, наступит ремиссия... а затем, через заранее не известный промежуток времени, начнется «сухая абстиненция» — симптомы возобновятся и могут быть настолько тяжелыми, что человек «сорвется»... О множественных нарушениях Естественно, у разных больных и на разных стадиях абстиненции разные биохимические проблемы, разным должно быть и лечение. Фармакотерапии алкоголизма посвящены толстые книги, и бесполезно искать в них одно универсальное средство. Рассмотрим только несколько примеров. Пожалуй, самый заметный вклад в физиологию опьянения и абстиненции вносят рецепторы и ионные каналы, выбитые алкоголем из нормального рабочего режима. Возьмем, например, рецепторы гамма-аминомас- ляной кислоты (ГАМК), связанные с ионными каналами. Эти каналы пропускают внутрь нервной клетки отрицательно заряженные ионы хлора. При этом мембрана клетки (которая и в обычном состоянии несет на внутренней поверхности отрицательный заряд) становится сверхполяризован- ной. Если учесть, что проведение возбуждения — это деполяризация мембраны, становится понятным, что каналы ГАМ К отвечают за обратный процесс — торможение. Вот эти каналы ведут себя точно «по Ерофееву»: после приема алкоголя поток ионов хлора через каналы увеличивается (приятная расслабленность, невосприимчивость к раздражителям), а позднее, в отсутствие алкоголя, — резко снижается (тревога, повышенная возбудимость). Соответственно, лекарствами могут быть вещества, которые действуют на каналы так же, как и ГАМ К, или усиливают ее действие, например оксибути- рат натрия. Так называемые NMDA-рецепторы глутаминовой кислоты (точнее, ее соли — глутамата), наоборот, способствуют проведению сигнала, пропуская внутрь клетки положительно заряженные ионы натрия, калия и кальция. Алкоголь избирательно ин- гибирует поток ионов кальция (еще вклад в анестезирующий, седатив- ный и снотворый эффект алкоголя на допохмельных стадиях). При похмелье картина опять-таки зеркальная: поток ионов усиливается, усиливая и тревожное состояние. Особое внимание при лечении алкоголизма уделяют катехоламинам — группе веществ с характерным строением и общими путями синтеза (нор- адреналин, адреналин, норэпинеф- рин, дофамин) (рис.3). Рецепторы катехоламинов не связаны с ионными каналами, а передают клетке полученный сигнал через белки-посредники — так называемые G-бел- ки, о которых «Химия и жизнь» много писала. Алкоголь стимулирует выработку еще одного «гормона удовольствия» — дофамина и норэпи- нефрина (пьяное воодушевление). В похмельном состоянии удовольствие заканчивается, однако сам процесс не сходит на нет, а может приобретать неконтролируемый размах (классическая белая горячка с бредовыми видениями). Тогда синтез этих веществ приходится подавлять. А при сильной дрожи в руках назначают, наоборот, дофаминомиметики — вещества, стимулирующие дофаминовые рецепторы (парлодел). Роль адреналина — «гормона стресса» и норадреналина — медиатора возбуждения в комментариях не нуждается. Их избыток — это и тревога, и злобная раздражительность, и сердцебиение, и потоотделение, словом, все, что осложняет и без того нелегкое существование отравленного организма. Поэтому при абстинентном синдроме могут назначать, например, пирроксан, блокирующий альфа-адренорецепторы (он снижает давление, улучшает кровоснабжение мышц, кожи, слизистой). Практически обязательно назначение се- дативных препаратов, таких, как си- базон (диазепам), неулептил, сона- пакс. (В последнее время врачи пред- 31
почитают лекарства группы бензоди- азепинов.) С другой стороны, при подавленности и апатии больному могут назначать клофелин, который стимулирует адренорецепторы, чтобы избавить его от необходимости «подхлестывать» себя выпивкой. Альдегидное опьянение? Мы не ответили на вопросы: что именно связывает этанол и катехоламины, этанол и гамма-аминомасляную кислоту, этанол и глутамат? Одно дело — цепочка «этанол — ацетальдегид — ацетат», и совсем другое — «чудеса» с гормонами и нейромедиаторами, которые создают сначала опьянение, а затем похмелье. Далеко не на все эти вопросы есть ответы, споры, как мы уже сказали, идут до сих пор. Своеобразную биохимическую концепцию формирования алкоголизма предложила доктор медицинских наук Ирина Алексеевна Комиссарова, руководитель проблемной лаборатории регуляции метаболизма в медицинском научно-производственном комплексе «Биотики» (Москва). Ключевая «фигура» этой концепции — ацетальдегид. Как и этанол, он содержится в небольшом количестве даже в организме самого трезвого из трезвенников. Когда концентрация ацетальдегида в тканях увеличивается, оставаясь в пределах нормы, ткани начинают активнее потреблять кислород, интенсивнее протекают реакции, связанные с накоплением энергии. Ацетальдегид с полным правом можно назвать регулятором тканевого дыхания, и в этом качестве он даже полезен. Но все хорошо в меру. Авторы концепции высказали предположение, что картина острого алкогольного опьянения возникает при увеличении концентрации ацетальдегида, а не этанола! Согласно их данным, если экспериментальному животному заблокировать алкогольдегидрогена- зу (то есть перекрыть поступление избыточного альдегида), пьяным такое животное не становится, даже получив большие дозы алкоголя. Это предположение покажется менее странным, если учесть, что альдегид активизирует тканевое дыхание и обменные процессы: от изменений в режиме работы клетки не так уж далеко до психофизиологических реакций организма в целом. К тому же есть и другие примечательные факты: показано, например, что с увеличением внутриклеточной концентрации в 3—5 раз ацетальдегид ингиби- рует дыхательный ферментный комплекс, отвечающий за образование АТФ. (То есть уже не активизирует, а угнетает дыхание тканей.) Кстати, подобным действием обладают барбитураты, фенотиазины, димедрол, этиловый эфир и другие вещества, усиливающие действие спиртного. А когда ацетальдегида становится еще больше, он приобретает способность связываться с NH2-, SH- и СООН-груп- пами белков, инактивируя различные ферменты — в том числе и ферменты, отвечающие за превращения самого ацетальдегида. Так через 10— 12 часов после праздника формируется утреннее похмелье. Когда же прекращается приток этанола извне, возникает дефицит ацетальдегида: потому ли, что собственный ацетальдегид в организме перестал синтезироваться, или потому, что он чрезвычайно быстро окисляется до ацетата, или по обеим причинам сразу. Резко снижается тканевое дыхание, нарушается энергообразование — возникает абстинентный синдром. Таким образом, опьянение — сравнительно небольшое превышение нормальной концентрации ацетальдегида, состояние «перепоя» — его чрезмерный избыток, а абстинентный синдром — недостаток. Если это верно, то именно падение уровня ацетальдегида лежит в основе патологического влечения к алкоголю. Поглощение этанола — ближайшего родственника ацеталь- vV дегида по биохимическому «родословному древу» — восполняет нехватку, но лишь на время... А для излечения алкоголизма необходимо в первую очередь восстановить баланс между синтезом ацетальдегида и его трансформацией в этанол и в ацетат. Длительное поддержание такого равновесия дает устойчивую ремиссию, нарушение баланса — рецидив. Что же нужно делать для того, чтобы поддержать баланс? Сотрудники фирмы «Биотики» сделали из теории практические выводы. Препарат «Глицин» появился в наших аптеках раньше, чем возникла сама фирма, — еще в советское время, но придумали его те же самые люди. Активное вещество — аминокислота глицин (рис.4), вещество простейшего строения, но с очень любопытными свойствами. Во-первых, глицин — тормозной медиатор, действует примерно так же, как ГАМ К: включает канал, проводящий отрицательные ионы, и гиперполяриз мембран. Отсюда его седативное, успокаивающее действие, кстати, без снотворного эффекта. Во- вторых, поданным разработчиков, глицин связывает ацетальдегид и тем самым обезвреживает его. Строго говоря, тягу к алкоголю глицин не снимает, но общее состояние улучшает как у алкоголиков, так и у простых граждан, которые перепились случайно. Второй антиалкогольный препарат от «Биотики» — «Лимонтар», смесь лимонной и янтарной кислот. При чем тут эти кислоты? Все очень просто: это важнейшие звенья в цепочке реакций дыхательного цикла. Их задача — противодействовать аце- тальдегиду, который, как мы помним, угнетает клеточное дыхание. Читатель «Химии и жизни» легко догадается, что «Глицин» обладает общим антитоксическим и антистрес- сорным эффектом, а «Лимонтар» можно применять во всех случаях, когда нужно регулировать обмен веществ. Так и должно быть: лекарство, действие которого основано на центральных принципах биохимии, —это «лекарство от всего». Подобные средства можно смело рекомендовать всей семье. Но бедняге, который допился до зеленых чертей, все же придется принимать нейролептики... 32 Только в спокойной глади озера Отражается высокое небо. Лолько в ТРЕЗВОЙ ДУШЕ БИОТИКИ Медицинский НПК «БИОТИЩ» Только в спокойной глади озера www.mosmed.ru/biotiki ' Отражается высокое небо. ,E-mail:medicina@biotic.dol.ri Только в СПОКОЙНОЙ ДУШЮ Тел.: @95K21-41-33, ^Штражается высокая истина./' 321-35-33 Медицинские консультации 317-20-484 Спрашивайте в аптеках
Реабилитация ГНОЯ Доктор медицинских наук С.С.Фейгельман ачнем с печального факта: весь арсенал средств современной медицины оказался неспособным уничтожить микробов в ранах человека и потому проблема нагноения среди хирургических больных сегодня так же далека от решения, как, скажем, и сто лет назад. Еще пара фактов, и опять невеселых: гнойные осложнения увеличивают сроки лечения больных в 2 — 3 раза; они — главная причина смертности в хирургических стационарах. А между тем сей кризис имеет методологическую основу. Почти две тысячи лет хирурги руководствовались идеей Гиппократа о том, что нагноение вызывают проникающие в рану вредоносные невидимые существа, некие миазмы. Гиппократ рекомендовал убивать их, заливая рану кипящим маслом. Так и лечили раны более двадцати веков. Но вот в гное, взятом из раны, наконец обнаружили микробов — и гипотетические миазмы материализовались. Микробы — именно они виновники нагноения! Их стали уничтожать антисептиками, а потом и антибиотиками. И стало быть, в течение двадцати пяти веков общие представления о природе нагноения и его лечении, по сути, не изменились. Это более чем печально. Ведь существует иной взгляд на эту проблему. Гнойное воспаление — это инфекция или нет? Гнойные осложнения у хирургических больных традиционно рассматривают как своеобразное инфекционное заболевание. Потому и борются с ними так же, как с инфекциями. Однако небезынтересно рассмотреть в самом общем виде, в чем сходство и различия между нагноением и инфекционными болезнями. Со сходством все просто: в обоих процессах действительно участвуют микробы (как — речь пойдет ниже). А вот различий гораздо больше. 1. Если для инфекционного заболевания специфичность микроба-возбудителя обязательна (одно заболевание — один микроб), то в гнойной ране обнаруживают различных микробов, а иногда и несколько их видов одновременно. 2. Выздоровление инфекционного больного связано с исчезновением из организма микробов-возбудителей, в то время как в ране микробы присутствуют всегда, вплоть до ее полного заживления, и не мешают выздоровлению. 3. Обнаружение микроба-возбудителя у человека — это сигнал о начале у него инфекционной болезни; однако если возникла любая рана, то микробов в ней высевают практически во всех случаях, в том числе при таких «чистых» (не гнойных) операциях, как грыжесечение или удаление желчного пузыря. 4. Для инфекционного заболевания характерны общетоксические явления, в том числе бактериемия (наличие микробов в крови), а вот нагноение протекает, как правило, без общей интоксикации, хотя бактериемия тоже не исключена. Кстати, об этом последнем явлении — бактериемии при ранах и других заболеваниях. Она возникает уже в первые часы после травм и ожогов и сохраняется долгое время, однако общетоксичес- 3 БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА ких явлений или сепсиса при этом нет. То же и у больных язвенной болезнью: до операции и после нее бактериемия выявляется примерно в 20% случаев. У больных с патологий жел- чевыводящих путей рост микробов в крови отмечен почти у 70% больных, хотя общетоксические проявления при этом отсутствуют, равно как и в предыдущих случаях. Удивительно: в крови обнаруживают, как правило, стафилококков — явных гноеродных созданий, а сепсиса нет даже близко! Но и это не все, Теперь уже известно, что микробы появляются в крови у здоровых людей после усиленной физической работы, длительного перегревания или переохлаждения, ионизирующего излучения, а кроме того, при различных стрессовых ситуациях, когда нет никаких повреждений кожных покровов (ран). Кстати, было установлено, что как раз при стрессах источник бактериемии — это микробы кишечника. Вот это последнее — про кишечник и его микрофлору — давайте держать в уме при дальнейшем рассмотрении нашей проблемы. А пока — предварительный итог: микробов обнаруживают не только во всех гнойных и операционных, в том числе чистых, ранах — они появляются в крови при различных стрессовых ситуациях и при неинфекционных заболеваниях, не вызывая при этом каких-либо вредных для организма клинических проявлений. Не враги, а союзники Присутствие микробов во всех ранах, несмотря на стремление хирургов всячески помешать этому, указывает на определенную биологическую закономерность. В чем же ее суть? Еще полвека назад роль, которую микробы выполняют в гнойной ране, раскрыл наш замечательный соотечественник — академик медицины И.В.Давыдовский. Первое и главное, что он обнаружил, — это сходство микробов в ране и микрофлоры в кишечнике. И вывод: в обоих случаях, в ране и в кишечнике, микробы вы- 33
полняют одну и ту же работу — работу по ферментативному расщеплению субстрата. Субстрат раны — это мертвая ткань, субстрат кишечника — пища. Роль микробов в кишечнике хорошо известна. Известно и то, что нарушение его микрофлоры или подавление ее, например, антибиотиками вызывает тяжелое заболевание — дисбактериоз. А что в ране? Рана не заживает до тех пор, пока в ней есть мертвая (некротизированная) ткань. И единственный механизм, который создала природа для ее удаления, — это ферментативное расщепление участков некроза. Именно такую работу в ране выполняют микро- бы-сапрофиты, обладающие мощными ферментативными системами. Ну а кроме того, в ране происходит гидролиз за счет ферментов, поступающих сюда из крови, и затем распад некротической ткани лизосомальными ферментами разрушенных клеток. Вот и выходит так, что поступающие из кишечника микробы, которые заселяют гнойную рану, — вовсе не антагонисты организму и их присутствие в ране — отнюдь не результат агрессии. Проводя ферментативное расщепление мертвой ткани, они очищают рану и тем самым способствуют ее заживлению. И кстати, становится понятным, почему микробы присутствуют не только во всех случайных ранах, но и во всех ранах операционных. Ведь в любой ране есть мертвая ткань, больше или меньше. А теперь вернемся к стрессу. Известно, что при нем нарушается обмен веществ, а это ведет к тому, что в организме погибает больше клеток, чем в нестрессовых физиологических условиях. Клетки гибнут — возникают очажки некроза. Вот из кишечника с током крови и начинают подбираться к ним микробы-сапрофиты. А дальше — ферментативное расщепление, и понемногу все приходит в норму. В этом и состоит природный, биологический, смысл бактериемии, когда в крови обнаруживают микробов в тех ситуациях, когда ни о каком инфекционном заболевании и речи нет. Кстати, отсюда же ясно, почему невозможно достигнуть полной стерильности раны методами асептики и антибиотиками. Ведь сколь ни напички- вай организм последними, они не могут предотвратить поступление микробов в рану из кишечника. Сделаем еще один вывод: безуспешность попыток предупредить гнойное воспаление в ране с помощью тех же антибиотиков — свидетельство краха инфекционной теории нагноения. 34 Рана как лаборатория биологических закономерностей Для рационального лечения необходимо по крайней мере не вступать в конфликт с биологическими закономерностями, выработанными природой для заживления ран. А биологические закономерности — это постоянство явлений при определенных обстоятельствах. Что же это за явления? За последнее время получены интересные данные о биохимических изменениях, которые происходят в ране. Тотчас после ранения она резко закисляется — рН снижается до 5,0, а иногда и ниже. Развивается отек тканей. В стенках раны повышается концентрация солей, а в самой ране — осмотическое давление. Сюда поступают макрофаги (клетки крови, способные захватывать и переваривать мелкие кусочки тканей), а также микробы; в раневом «соке» повышается протеолитическая активность, то есть активность ферментов, расщепляющих белки. Традиционно эти изменения принято рассматривать как осложения в результате ранения: закисление раны — это якобы следствие нарушения обменных процессов, из-за чего накапливается молочная кислота; повышение концентрации солей — следствие нарушения водно-солевого обмена; отек тканей — из-за нарушения микроциркуляции крови и проницаемости сосудистых капилляров; ну а воспаление и нагноение — это, конечно, вредоносная деятельность микробов. Заметим, однако, что все описанные выше явления во всякой ране — стереотипны. Это принципиальный момент. Если изменения в ране — патология, то их следует предупреждать, бороться с ними, но если все это — закономерности, то, прежде чем бороться, надо бы вскрыть их суть. В чем целесообразность закисле- ния раны? Да в том, что кислая среда препятствует развитию действительно патогенной флоры. Для микробов, ведущих паразитарный образ жизни (а именно к ним относятся возбудители инфекционных болезней), оптимальная среда — нейтральная, рН около 7,2 — 7,4, А вот микробы-сапрофиты, поступающие в рану из кишечника, питаются продуктами расщепления мертвых тканей, и кислая среда для них — нормальная среда обитания. Рана закисляется — сапро- фитам хорошо, а патогенной флоре плохо. И результат: уже через несколько часов после образования раны в ней — без какого-либо лечения — остаются только микробы-сапрофиты. Идем дальше. Рост осмотического давления в ране, который возникает из-за повышения концентрации солей в ее стенках, направлен на вымывание из глубины раны нежизнеспособных клеток и мелких обрывков тканей, а повышение ферментативной активности раневого сока ускоряет расщепление мертвой ткани и ее последующее удаление из раны. Теперь о воспалении и нагноении в ране. Биологический смысл этих, кажущихся патологическими, явлений в том, чтобы ускорить очищение раны от мертвых тканей. Если некротизи- рованной ткани немного, ее удаляют макрофаги и другие клетки-уборщики (клинически этот процесс выражается.в воспалении, когда рана заживает без нагноения). Однако если некротической ткани в ране больше,
БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА чем ее могут утилизировать клетки-уборщики, то вот тогда здесь начинают размножаться микробы-сапрофиты, которые своими мощными протеолити- ческими ферментами расщепляют мертвые ткани. Возникает нагноение, имеющее, как видите, свой немалый смысл. В общем, все события, которые развертываются в ране и организме больного, подчинены одной целм — ускорить отторжение медт^ввй^ткани, без * J невоз- под их кие — г ч ^^ »риь/1 *зг
с 3 БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА дескать, он и убивает микробов. Однако выяснилось, что лизоцим не создает стерильности раны. А быстрое заживление происходит вот почему: интенсивно вылизывая рану, животное удаляет из раны мертвые ткани. Всего-то! В параллель с этим — другой пример. В начале XX века немецкий хирург К.Фридрих для получения стерильной раны предложил, говоря медицинским языком, иссекать края раны в пределах здоровых тканей, удалять из нее мертвую ткань. Теперь это — привычный метод хирургической обработки раны. И здесь, именно в этом случае, хирург действует в том же направлении, которое предусмотрено природой для быстрого заживления ран. В общем, вывод напрашивается сам собой: микробы и нагноение — часть механизма, созданного природой для удаления из раны погибших клеток и тканей. Это необходимо для ее заживления. Да, микробы участвуют в образовании гноя, но не как враги, а как союзники. Нагноение возникает не из-за того, что в ране много микробов; наоборот, микробы активно размножаются в тех ранах, где много мертвой ткани, благодаря чему происходит ее расщепление и удаление. Таким образом, обобщая все вышесказанное, признаем: воспаление в ране предупредить невозможно, ибо оно — естественно. А что касается профилактики нагноения, то тут усилия медицины должны быть направлены не на борьбу с микробами, которые полезны, а на причины, способствующие образованию в ране мертвой ткани. А как же все-таки лечить? Выше уже было сказано о том, что первичная хирургическая обработка раны с иссечением мертвой ткани — наиболее эффективный способ предупреждения нагноения. Однако такую обработку невозможно сделать во всех случаях — например, когда близко расположены крупные сосуды и нервы. Кроме того, некротическая ткань может образоваться и на поздних стадиях раневого процесса. Поэтому консервативное лечение раны остается важнейшей проблемой. Следуя отмеченным выше биологическим закономерностям процессов, которые протекают в ране, гипотетический препарат для ее консервативного лечения должен: 1) расщеплять некротические ткани, создавать в ране высокое осмотическое давление и способствовать в ней регенеративным, то есть восстановительным, процессам; 2) учитывая то, что в закрытых полостях суставов, брюшной и плевральной полостях при воспалении возникают спайки, между которыми может скапливаться гной, препарат должен обладать фибринолитической активностью: расщепление фибрина предупреждает образование спаек; 3) так как в ране (и в кишечнике тоже) при определенных обстоятельствах могут поселиться патогенные, то есть опасные для жизни, микробы, препарат должен обладать также бактерицидной активностью. И такой препарат, отвечающий всем перечисленным выше необходимым требованиям, был создан еще в 80-х годах у нас в стране в ЦИТО им.Н.Н.Приорова. Его рабочее название «КФ» — комплексно-ферментный препарат. Некролитическое действие «КФ» обеспечивает входящий в него пепсин — наиболее активный протеоли- тический фермент. Пепсин проявляет свое действие именно в кислой среде, а это очень важно — ведь в ране, особенно на первой стадии, среда, как мы уже говорили, кислая. Кроме того, пепсин способен расщеплять и коллаген (фибринолитический эффект), что препятствует образованию спаек. Помимо пепсина, в «КФ» входит аскорбиновая кислота (витамин С). Она усиливает протеолитическое действие пепсина, а помимо этого, сама по себе, выполняет несколько функций, крайне важных для ослабленного раневым процессом организма: препятствует снижению иммунитета и нарушению роста эластических волокон в ране; активизирует восстановительные процессы в ране; будучи сильным антиоксидантом, инактиви- рует в воспаленных тканях свободные радикалы, что также способствует быстрому заживлению ран. Еще один компонент «КФ» — глюкоза. Она необходима для того, чтобы создать в ране высокое осмотическое давление (как уже говорилось, это необходимо для вымывания из глубины раны погибающих клеток), а плюс к тому глюкоза восстанавливает энергетические затраты в клетках травмированных тканей. И еще. Несмотря на то что в составе «КФ» нет антибиотиков, он угнетает некоторые бактерии и микробы. Результаты применения «КФ» таковы: уже после нескольких перевязок рана, как правило, становится стерильной; он в два-три раза сокращает сроки отторжения некротической ткани в ране — соответственно уменьшается и время лечения; значительно сокращается число осложнений при открытых переломах костей; при гнойных артритах после введения в сустав «КФ» быстро купирует гнойное воспаление и препятствует возникновению контрактур. И последнее: «КФ» не вызывает никаких аллергических и общетоксических реакций. Это действительно препарат физиологического действия. Другого такого препарата в мире нет. Сегодня его по-прежнему успешно применяют там же, где он и был создан, — в ЦИТО. Для нас же важно, что эффективность «КФ» подтвердила правильность всех изложенных здесь теоретических посылок. И главная из них следующая: микробы в ране — отнюдь не враги, поэтому нагноение в ней — штука, конечно, неприятная, но при- родно необходимая. Мертвое должно быть отторгнуто от живого. Это — правило. Правило, подчиняющееся закону несовместимости живого и мертвого в организме — закону в живой природе такому же «железному», как и закон всемирного тяготения. Более подробные сведения о применении «КФ» при лечении гнойных процессов наши читатели могут почерпнуть из книг: 1. А.В.Каплан с соавт. Гнойная травматология костей и суставов. М.; Медицина, 1985. 2. Применение комплекса ферментной смеси бактерицидно-не- кролитического действия для профилактики раневой инфекции и лечения гнойных ран. Методические рекомендации. М.; Медицина, 1987. 36
ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ 22 марта 1791 года в газете американского города Салема была опубликована заметка о смерти девятнадцатилетнего юноши от небольшой резаной раны на ноге, которая кровоточила несколько дней. Причем это была не первая трагедия в семье несчастного молодого человека. Пять его братьев уже умерли при столь же странных обстоятельствах. Так впервые в США был зафиксирован случай семейной гемофилии — болезни несвертываемости крови. О наследственной природе этого заболевания и даже о том, что оно передается по материнской линии, косвенным образом говорилось еще в Талмуде, своде религиозных трактатов иудаизма: «Если у одной матери двое детей умерло от обрезания, то третий ее сын свободен от этого обрезания, все равно, будет ли он от одного и того же отца или от другого». Если же в результате операции два сына погибали у отца, который впоследствии вступил в брак с другой женщиной, то сын от последнего брака должен быть обрезан, поскольку ему не угрожает «проклятие кровоточивости». Религиозный обряд обрезания, столь важный для приверженцев ортодоксального иудаизма, связан с незначительным кровотечением. Следовательно, Талмуд рекомендовал не подвергать такому риску детей, у которых можно было подозревать наследственное нарушение свертываемости крови. 37
Заплатка За свертывание крови отвечают тромбоциты — самые маленькие клетки крови. Как следует из самого названия, именно тромбоциты ответственны за образование тромбов. При разрыве сосуда повреждается его эндотелиальная выстилка — слой специальных клеток, которыми сосуд «облицован» изнутри. Под выстилкой лежат длинные волокна основного белка соединительной ткани — коллагена, к которому тромбоциты способны прилипать. Внутри тромбоцита, прикрепившегося к волокнам коллагена, стягивается кольцо из микротрубочек, в результате чего меняется форма клетки: на ней возникают «сборки» — многочисленные выросты. Тромбоциты как бы растопыриваются и прочно застревают в нужном месте. Потом на их поверхности появляются белки, которые необходимы для прикрепления к ним новых тромбоцитов. Образно говоря, клетки подают сигнал собратьям «сюда, на помощь!». Затем из тромбоцитов начинает выделяться гормон серотонин. Он заставляет сокращаться гладкую мускулатуру в стенках сосудов вблизи раны. Смысл этого мероприятия ясен без комментариев. Наконец, прилипшие к ране тромбоциты выделяют вещество, стимулирующее деление клеток гладких мышц. Тоже понятно: края разрыва надо стянуть. Если поврежден капилляр, нередко для ликвидации кровотечения хватает кучи навалившихся на место повреждения тромбоцитов. Если же пострадал более крупный сосуд, включается механизм образования фибриновой пробки. Пробка Прикрепленные к ране тромбоциты выделяют специальное вещество — так называемый «фактор контакта». Оно запускает целый каскад взаимодействий белков, участвующих в образовании тромба. Их больше десятка, и многие из них названы фамилиями пациентов, у которых гемофилия была связана с отсутствием в крови именно этого компонента (например, факторы Коллера, Розенталя и Хагемана). В начале века номенклатура факторов свертываемости крови напоминала о Вавилонской башне. Один и тот же фактор в сочинениях разных авторов мог иметь до двадцати названий! Порядок удалось навести лишь в начале пятидесятых годов с помощью единой терминологии, которая теперь принята во всем мире и включает 12 факторов, пронумерованных римскими 38 числами. Большинство из этих факторов — белки. Первое впечатление от схемы взаимодействий факторов, влияющих на свертываемость крови, точно выразил в одном из своих сочинений французский исследователь гемофилии Ж.Фермилен: «Сложность схемы может охладить интерес к изучению данной проблемы». Поэтому, не вдаваясь в тонкости, отметим лишь ключевые моменты. Белок, выделяющийся из тромбоцитов при контакте с раной, опосредованно стимулирует фермент протром- биназу. Этот фермент превращает белок протромбин в тромбин, который, в свою очередь, воздействует на главный белок, необходимый для образования тромба, — фибриноген. В результате действия тромбина от фибриногена отщепляется пара участков, которые до этого скрывали места, необходимые для запуска процесса полимеризации. Получается фибрин — мономер, способный активно соединяться с такими же молекулами мономеров в длинные неразветвленные цепи. Это и есть «волокнина», которую Аристотель назвал основным компонентом сгустка крови. Специальный белок фибриназа стабилизирует полимерные нити фибрина, придавая им необходимую прочность. Таким образом на ране возникает настоящая заплатка из густо переплетенных нитей. Важно отметить, что строящиеся нити фибрина инакти- вируют тромбин, иначе он мог бы свернуть всю кровь в организме. Конечно, фибриновая пробка — это временная замена. Довольно скоро клетки эндотелия и гладкой мускулатуры начнут делиться и закроют своими телами брешь в стенке сосуда, и тогда сгусток будет только мешать кровотоку. Сгусток эффективно удаляет еще один белковый участник тромбо- генеза — фермент фибринолизин. Под его воздействием фибриновый тромб начинает распадаться и вскоре полностью исчезает. За тем, чтобы фибринолизин не растворял сгустки раньше времени, следит белок антифибрино- лизин. Протромбин Гришка Распутин Помимо двенадцати пронумерованных факторов, в процессе свертывания крови участвуют в общей сложности около 60 различных соединений. Как объяснить такую на первый взгляд избыточную сложность каскада белковых взаимодействий? Дело в том, что процесс образования тромбов очень важный, ответственный и во многом опасный. Представьте себе, что кровь начнет самопроизвольно свертываться в капиллярах. Или наоборот: ее свертываемость упадет ниже некоего предела. Тогда все люди станут гемофиликами! Процесс надо регулировать, и регулировать тонко. Известно, что на процесс сворачивания крови влияют вегетативная нервная система, гормоны и головной мозг. Под воздействием незначительного стресса свертываемость может уменьшаться. Логически такой эффект вполне обоснован. Обычно стресс готовит организм к физическим нагрузкам — учащается сердцебиение, увеличивается потоотделение, необходимое для охлаждения при беге или борьбе. Снижение свертываемости и, как следствие, увеличение текучести крови способствует ее лучшему прохождению через самые тонкие капилляры — улучшается снабжение ткани кислородом. С другой стороны, эмоциональное возбуждение и страх перед возможными ранениями способны увеличить свертываемость. (Именно подобными эффектами можно, кстати, объяснить колдовскую способность Григория Распутина голосом и взглядом останавливать кровотечения у гемофилика царевича Алексея.) Хороший пример «мудрости» фиб- риногенеза дают опыты с избытком тромбина. Теоретически 10 мг протромбина достаточно, чтобы возникший из него тромбин превратил весь фибриноген тела человека в фибрин, то есть чтобы свернулась вся кровь. На деле этого не происходит. Более того, инъекции изрядных доз тромбина не убыстряли, а во много раз замедляли свертываемость крови у подопытных крыс. Хотя молекулярный механизм этого явления еще до конца не ясен, логика его действия предельно понятна. В нормальных условиях концентрация тромбина в крови не должна выходить за разумные рамки, и, если концентрация тромбина подскакивает выше предельно допустимой, включаются механизмы, тормозящие свертываемость. Другими
ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ HAVQ| словами, организм «понимает», что при резком скачке количества тромбина надо обезопасить себя от массового появления тромбов, резко уменьшив свертываемость крови. Существует целый ряд препаратов, способных восстанавливать свертываемость крови у гемофиликов. Большая часть их — лиофилизированные (замороженные и обезвоженные) концентраты крови здоровых людей. Стоимость такого лечения — 6—10 тысяч долларов в год. К тому же всегда существует опасность получить с препаратом из крови какой-нибудь вирус, например ВИЧ. Поэтому неудивительно, что биологи пытаются создать принципиально иные лекарства против гемофилии, используя методы генной инженерии. Ловля на живца 80—85% больных гемофилией страдают от отсутствия в крови фактора VIII (антигемофильного глобулина). Такая гемофилия считается классической и обозначается буквой А. (В остальных случаях (гемофилия В) не хватает фактора IX.) Фактор VIII играет одну из ведущих ролей в каскаде реакций, стимулирующих превращение фибриногена в фибрин, и поэтому его отсутствие неизбежно приводит к гемофилии. В 1980-е годы американская фирма «Genetech» начала производить анти- гемофильный глобулин с помощью генно-инженерных методик. За этим выдающимся достижением стояла поистине ювелирная работа молекулярных биологов Ричарда Лона, Гордона Ви- хара и их сотрудников. Первой целью ученых было найти ген антигемофильного глобулина среди сотен тысяч генов человеческого организма. К счастью, в молекулярной биологии уже были отработаны подходы для решения подобных задач. Исследователи взяли не всю ДНК человеческих клеток, а лишь информационные РНК — то есть копии с ДНК, которые нужны для синтеза белков. Где-то среди этих молекул был и кусочек цепи нуклеотидов, кодирующий фактор VIII. Затем с помощью фермента обратной транскриптазы одноцепочечные РНК были превращены в двухцепочечные нити ДНК — по сути дела, в одиночные гены. Все полученные кусочки были встроены в бактериофаг (бактериальный вирус) «лямбда». Обычно это встраивание происходит таким образом, что каждый фаг получает по одному кусочку ДНК, которая встраивается в ДНК самого фага. Таким образом, все гены были «рассованы» по фагам. Теперь оставалось только найти нужный, единственный из них. Фаги нападают на бактерии и размножаются с их помощью. Лон и Ви- хар рассеяли фаги, содержащие гены, на поверхность чашек, покрытых слоем бактерий. Через некоторое время на «бактериальном газоне» появились светлые пятна — следы размножения фагов, уничтожающих бактерий. Каждое пятно содержало миллиарды потомков одного вируса, попавшего на данное место «газона». Где-то среди них было и пятно, содержащее ген фактора VIII. Как его найти? Для этого надо было знать хотя бы что-то об этом гене. Эту информацию можно было получить, изучив сам ан- тигемофильный глобулин, его белковую молекулу. Всего несколько миллиграммов фактора VIII было получено из 25 тысяч литров бычьей крови. Далее группа ученых из Королевской больницы в Лондоне взялась за изучение устройства антигемофильного глобулина. Им удалось разобраться в общей структуре молекулы и записать последовательность маленького ее кусочка — двенадцать аминокислот. Для дальнейшей работы такого фрагмента было достаточно. Каждая аминокислота зашифрована в ДНК тройкой нуклеотидов. Следовательно, теперь можно было определить, как именно расположены нуклеотиды маленького куска гена фактора VIII. Но напомним, что генетический код — вырожденный: троек нуклеотидов больше, чем нужно для кодирования 20 аминокислот, так что одной аминокислоте соответствует не одна, а несколько троек. В данном же случае последовательности из двенадцати аминокислот соответствовало более 147 тысяч разных нуклеотидных цепочек. Однако знания и опыт молекулярных биологов позволили значительно сузить этот спектр и синтезировать наиболее вероятный вариант. С помощью этого небольшого кусочка гена фактора VIII, который сыграл роль своеобразной наживки, среди тысяч пятен с размножившимися вирусами было выбрано одно, содержащее нужный ген. Выделение гена антигемофильного глобулина позволило не только наладить наработку фактора VIII, но и подробно изучить сам белок. Антигемо- фильный глобулин человека представляет собой чудовищно огромную молекулу. Этот белок состоит из 2332 аминокислот и имеет массу 330 тысяч дальтон. (Для сравнения: белок интерферон, помогающий нашим клеткам бороться с вирусными инфекциями, «весит» всего 19 тысяч дальтон.) Компьютерный анализ аминокислотной последовательности белка VIII показал, что три его сегмента в точности соответствуют трем фрагментам церуло- плазмина — белка, который переносит ионы меди в нашем организме. Этот любопытный факт говорит о том, что в процессе эволюции сложные белки возникали за счет комбинации более простых «строительных деталей». В результате детального анализа выяснилось, что у разных больных гемофилией А можно найти различные повреждения гена антигемофильного глобулина. В конце XX века известно как минимум семь подобных нарушений. Четыре из них — точечные мутации, то есть повреждения единичных нуклеотидов, которые ведут к замене всего одной аминокислоты в белке. Оставшиеся три нарушения представляют собой делеции — потери небольших участков гена. Как уже упоминалось, не все случаи гемофилии можно объяснить отсутствием в крови больных антигемофильного глобулина. У меньшей их части не хватает других белков, влияющих на свертываемость крови. Вместе с тем уже нет сомнения, что и эти, более редкие случаи будут со временем подробно изучены и в результате биологи создадут соответствующие лекарственные препараты против гемофилии. 39
Года три назад семья оленеводов-долган обнаружила у берегов реки Большая Балахня на полуострове Таймыр замерзший труп мамонта. Не сумев никому продать куски бивней, оленеводы сообщили о находке владельцу парижской туристической фирмы, которая обосновалась в местном поселке Хатанга и организует лыжные походы в Арктике. Глава фирмы Б.Бюиже приехал посмотреть на животное и отвез в Утрехтский университет (Нидерланды) образцы его шерсти, кожи и костей. Специалисты подтвердили, что они принадлежали мамонту. Замороженной туше было присвоено имя Ярков по фамилии нашедших его долган. Обычно извлеченные из мерзлоты останки быстро разрушаются при температурах выше нуля. Теперь специалисты надеются сохранить их, доставить в лабораторию и даже, если получится, «оживить» мамонта, клонировав его с помощью слонов. Одна телевизионная компания, желая снять фильм об этом, выделила на уникальную операцию два миллиона долларов. В середине октября 1999 г. 22-тонный блок замерзшего грунта с тушей переправили на вертолете в специально выдолбленную во льду пещеру близи Хатанги, где температура круглый год -15°С. Весной 2000 года тело зверя извлекут оттуда и передадут консилиуму ученых из разных стран. Удастся ли выполнить план воскрешения мамонта? Даже если и нет, по останкам Яркова ученые смогут узнать немало нового о мире, в котором он жил, о растениях той поры, патогенных организмах и многом другом («Science», 1999, №5441). 'Nfc/fiv? Никого не удивляет, что одноклеточные существа могут паразитировать в многоклеточных. Однако бывает и наоборот. Полной неожиданностью даже для специалистов стала находка круглых червей, или нематод, в раковинах одноклеточных животных форами- нифер. Эти существа относятся к тому же классу, что и обычные пресноводные амебы, но, в отличие от них, строят раковину. В 1995 г. профессор Биофака МГУ А.В.Чесунов просматривал коллекцию беспозвоночных, собранных в Атлантике у побережья Анголы, и обратил внимание на то, что в раковине редкой форамини- феры находились две нематоды. Позже похожих червей удалось найти и в фораминиферах из Белого моря. Все четыре новых для науки вида нематод в разной степени приспособились к обитанию внутри простейших. У самых эво- люционно продвинутых толстые веретенообразные самки очень отличаются от стройных длинных самцов (такое явление называется половым диморфизмом). Как и положено паразитам, органы чувств у найденных нематод редуцированы, а половая система очень развита. Очевидно, весь их жизненный цикл проходит внутри фораминифер, которые, защищаясь, создают для паразитов специальную камеру с тонкими кожисты- ми стенками. Питаются черви, судя по всему, осмотически, всасывая растворенные вещества всей поверхностью тела («Природа», 2000, № 3). Есть прекрасные новости для любителей крепкого кофе! Возможно, популярный напиток не так уж и вреден для здоровья, а в чем-то даже полезен. Ученые из Голландии утверждают, что кофе из кофеварок с экстракцией паром полезнее: оно содержит меньше веществ, плохо влияющих на сердце. Для проверки тридцать добровольцев каждый день в течение двух недель выпивали шесть чашек кофе, сваренного обычным образом. К концу этого срока у них в крови на 10% возрастал уровень гомоцистеина, который, как считают, повышает риск возникновения сердечно-сосудистых болезней. Причина увеличения его содержания — дитерпены, которые, по мнению ученых, задерживаются гущей в экстракционных кофеварках. Тем временем исследователи из Австралии нашли, что кофейный осадок захватывает от 78 до 90% свинца и меди, содержащихся в водопроводной воде. Доктор Мак-Лолин из Научно-промышленной организации здравоохранения считает, что с частицами кофейной гущи могут связываться также ртуть, кадмий и цинк, однако пока это не подтверждено. Растворимый кофе подобным действием не обладает, ведь в нем нет основного адсорбента — целлюлозы. И все же кофе — не лучшее средство от токсичных веществ. Во-первых, не все частицы с осевшими на них тяжелыми металлами можно удалить. Во-вторых, побочные эффекты от больших количеств кофе могут быть серьезнее, чем от тяжелых металлов (Chemweb.com, «Alchemist», 2000, 11 февр.).
Удивительно, но такое явление, как тошнота во время беременности, изучено еще не до конца. Исследуя его, Д.Ас- клинг и его коллеги из Каролинского института в Стокгольме вспомнили Гиппократа. Отец медицины утверждал, что женщины, беременные девочками, выглядят бледнее, чем будущие матери мальчиков. И теперь это мнение подтвердилось («Nature», 1999, 14 декабря). Медики изучили сведения о более чем миллионе рождений, зафиксированных в Швеции между 1987 и 1995 годом, и убедились, что такая корреляция действительно наблюдается. 44,3% матерей, госпитализированных по причине сильной дурноты в первые три месяца беременности, родили мальчиков, а 55,7% — девочек. В то же время у мам, которые страдали дурнотой весь срок беременности, соотношение полов новорожденных было равно среднестатистическому. Асклинг и его коллеги полагают, что главной причиной тошноты у беременных на ранних сроках может быть гормон хориони- ческий гонадотропин, который образуется в плаценте. (Выявление этого гормона в моче служит основным тестом на беременность.) Содержание хорио- нического гонадотропина в крови и моче в первые недели быстро возрастает, удваиваясь каждые двое суток, к восьмой—десятой неделе выходит на плато, затем начинает снижаться и с 20-й недели до родов держится на постоянном уровне. Очень сильная дурнота наблюдается у беременных при резком подъеме уровня гормона. Известно также, что у матерей, беременных девочками, этот уровень обычно выше. В 1994 году в США, в штате Оклахома, исследователи обнаружили останки неизвестного динозавра, жившего 110 млн. лет назад. Животное получило название «завропосейдон протелес» — в переводе с греческого это означает «доведенный до совершенства перед самым концом». В ноябре прошлого года на конференции Американского общества палеонтологии позвоночных об этой находке рассказали Р.Цифелли, М.Уэдел и К.Сандерс из Университета штата Оклахома. Сейчас трудно судить о всех достоинствах гиганта, но ученые убедились в одном: это было самое длинношеее животное за всю историю жизни на Земле. Один из найденных шейных позвонков достигал 1 м 40 см в длину, а вся шея вытягивалась на десять метров. Длина динозавра от головы до хвоста составляла 30 метров, при этом голова возвышалась над землей на 18 метров, так что животное могло щипать зелень даже с верхушек древовидных папоротников и хвойных деревьев. Управляться с такой шеей помогало то, что позвонки были пористыми и легкими. Останки завропосейдона сохранялись в осадочных породах сравнительно молодого возраста: к этому времени юрская эпоха царствования динозавров давным-давно завершилась и почти по всей Северной Америке они уже вымерли. Тем удивительней это практически последнее усилие эволюции, создавшей под конец эпохи беспрецедентного гиганта («Science», 1999, № 5443). Большинство авиакомпаний запрещает пассажирам пользоваться мобильными телефонами на борту самолета. Объясняют это, понятное дело, тем, что звонки и разговоры создают помехи в работе бортовой электроники. Однако недавно в «Wall street journal» появилась статья с другой точкой зрения на этот счет. Ее автор утверждает, что запрет преследуетдве цели: вынудить пассажиров пользоваться бортовым телефоном (внося плату на счет компании) и спасти от перегрузки каналы сотовой связи, поскольку один звонок с неба задействует сразу несколько наземных ретрансляторов. Кроме того, системе связи трудно локализовать источник звонка, чтобы выставить счет. Конечно, в вопросах безопасности полета должна быть полная ясность, так что вся бортовая аппаратура проходит специальные тесты. Вот только мобильные телефоны такого испытания не проходили. Вероятно, потому, что это дорого. Проверку осложняет то, что мобильные телефоны передают в широком диапазоне волн. Сотрудники Радиотехнического комитета по аэронавтике США еще в 1993 году попытались решить эту проблему. Они рассчитали вероятность помех для 37 разных портативных приборов, включая компьютеры и радиоприборы, и убедились, что помехи работе бортовой аппаратуры могут возникнуть только при взлете и посадке. Напротив, во время полета они мешают работе только систем комфорта, таких как подсветка и видео («Recherche», 2000, № 327). Пятнадцать лет назад Конгресс США принял закон о защите захоронений коренных жителей Америки. Согласно этому закону, всякая антропологическая находка должна быть предъявлена представителям индейских, эскимосских, алеутских племен и народностей, чтобы они могли перезахоронить останки в соответствии с обрядами племени. И только в случае отказа тела могут поступить в распоряжение ученых. Антропологам пришлось считаться с законом, чтобы их не обвинили в кощунстве и нарушении прав аборигенов. В ноябре 1999 г. разные научные учреждения США решили сдать останки 1070 человек. Какой культуре они принадлежали при жизни, выяснить не удалось, однако индейцы племени сиу забрали их и похоронили в братской могиле. Особенно жалко ученым было расставаться со скелетом так называемой Миннесотской девушки, который нашли еще в 1931 году около городка Пеликан-Рапиде. Кости прекрасно сохранились, хотя и пролежали около 7900 лет. Пришлось отдать и останки «человека из Браун- Вилли», жившего 8700 лет назад, и «кенневикского мужчины», который жил на юго-востоке современного штата Вашингтон — примерно в этом месте 9300 лет назад проходили маршруты первых американцев, перекочеваших из Азии. Американские археологи и антропологи считают, что этот закон тормозит развитие наук о человеке, мешает изучать его историю, и надеются, что смогут сохранить остальные объекты исследований («Science», 1999, № 5443).
Это не золотые россыпи, а окрестности шахты, где прежде добывали слюду ■4^^йКг:1 - Ш^ - да ^Мй?:*^?" Г'^^^^* * v.'. ->' >:if^r:,t Слоистый *»**«<. . •**■* ^J • камень Странный кристалл / О.Куликова,,, А.Шеховцов* г звестТО с о слюда 1* г ■л » Ъ ■ минерал, нам ,» *мзвёстТ?о С детства. На уроках при- Л^родоведенйя* мы восхищались ее слоистыми кристаллами, стараясь отщипнуть от цик тоненькую пластинку л так, чтобы не заметил учитель. А по- * том поднимали на улице чуть ли не каждый гранитный булыжник и сокрушались о том-то сверкающие черные крупинки слюды перемежаются в кгем с совершенно неинтересными -^^б%лыми и розовыми вкраплениями <£*> Чсварца и полевого шпата. Но кусок слюды очень напоминает изделие человеческих рук. Мало того — даже слюдяной карьер выглядит как свал- ка разбитых конденсаторов. Как же все-таки природа умудрилась сотворить такое? Слюда относится к минералам той же группы, что и полевые шпаты, цеолиты и глины. Все эти вещества — алюмосиликаты. Как и многие другие минералы, слюда родилась в недрах земли, на глубине в несколько километров, где при огромном давлении и температуре, достигающей 700°С, происходила кристаллизация горных пород из расплава, содержащего кремний с примесью металлов. Но для того, чтобы из такого расплава образовалась именно слюда, только этих условий недостаточно: необходимо направленное сжатие, которое
Структура кристалла слюды Связи между отдельными пакетами внутри кристалла слюды осуществляются за счет ионов K(Na) Нормальная проекция одного слюдяного пакета, показывающая положение ионов K(Na), Mg(Al и др.) и ОН АА АА W Нормальная проекция одного слоя слюды, показывающая положение ионов K(Na) и Ов возникает при смещении крупных блоков земной коры друг относительно друга. Впрочем, месторождения слюды не всегда находят там, где проходят сегодня границы кристаллических щитов. Процессы, связанные с образованием минерала, происходили в столь отдаленную геологическую эпоху, что только слюдяные жилы, быть может, и напоминают о том, что сотни миллионов лет назад в этих местах боролись друг с другом два куска земной тверди, слившиеся затем воедино. Привычные нам кристаллы растут сразу в трех направлениях, и потому с ходу назвать кристаллами плоские слюдяные листочки как-то язык не Щ Верхний K(Na) Ф Нижний K(Na) Ф Верхний ОН Ф Нижний ОН Ф Mg поворачивается. А между тем слюда — самый настоящий кристалл. Как и другие алюмосиликаты, она сложена из пирамидок-тетраэдров [SiOJ и [AIOJ, но эти пирамидки упорядочены в кристаллах слюды особым образом. Тетраэдры лежат двумя параллельными слоями. Основания пирамидок каждого из этих слоев расположены в одной плоскости, а вершины пирамидок верхнего и нижнего слоя повернуты навстречу друг другу, внутрь слюдяного пакета, где они взаимодействуют с «начинкой» — атомами магния, лития, железа или алюминия. Толщина такого сандвича составляет 10 ангстрем. Слюдяные пакеты уложены в стопку и соединяются в единое целое благодаря атомам калия (или натрия), находящимся между пакетам. О том, что связи здесь не ковалентные, догадаться нетрудно — минерал даже при небольшом усилии легко расщепляется на отдельные упругие листочки с абсолютно гладкой поверхностью, которые, однако, не так-то легко сломать поперек. Теперь, когда мы кое-что узнали о химическом составе слюды, становится ясно, что это целая группа кристаллов со сходной структурой. В зависимости от того, какие именно химические элементы образуют начинку сандвича, выделяют слюды алюминиевые, магнезиально-желези- стые, литиевые и другие. Кристаллы, содержащие железо и магний, окрашены. Они бывают бурыми, коричневыми, темно-зелеными, черными. Даже относительно тонкая пластинка такой слюды пропускает свет с трудом — ив голову не придет вставить ее в окошко, а ведь всем известно, что именно для этих целей использовали слоистый минерал наши предки. Значит, они брали какую-то другую его разновидность. Московское стекло Месторождения крупнолистовой слюды, пластинки которой имеют площадь хотя бы 10 х 10 см2 и, стало быть, пригодны для того, чтобы вста- j ВЕЩИ И ВЕЩЕСТВА вить их в оконный переплет, встречаются нечасто. Прозрачная слюда такого размера и вовсе редкость, а кусок этого минерала в виде куба со стороной 30 сантиметров хранят как самую настоящую диковину. В те давние времена, когда в Европе еще и слыхом не слыхивали о слюдяных окошках, да и вообще окна считались роскошью, наши предки уже использовали удивительный минерал, месторождения которого они обнаружили во владениях Великого Новгорода. При раскопках этого древнего города археологи находят кусочки слюды в культурных слоях, относящихся к X — XIV веку, хотя породы в непосредственной близости от города крупнолистовую слюду не содержат. Главное при добыче слюды — не повредить крупные кристаллы. Веками ее добывали вручную, и о том, как разрабатывали месторождение и двести, и пятьсот лет назад, можно судить по описанию, которое оставил академик И.И. Лепехин в своем рапорте о путешествии по побережью Белого моря в 1772 г. Это свидетельство очевидца тем более интересно, что речь здесь идет о месторождении, которое в течение нескольких столетий считалось чуть ли не единственным в Европе: «Слюдяные вара- ки находятся при озере Лоухском верстах в 20-ти от Керети. Крестьянская разработка, хотя и не по горным ведена правилам, однако весьма глубокие вскрыты копи, так что местами сажен до 60 (более 120 метров. — O.K. и А.Ш.) глубины видеть можно. Бараки состоят из дикого, однако слоистого камня, в котором перпендикулярные расселины наполнены кварцом, а сей камень единственно составляет слюдяную матку. Голова слюды всегда начинается от серяка, а хвост кончается в кварце. Слои слюдяные не точное, но всякое имеют положение: горизонтальное, вертикальное и перпендикулярное. Лежат также и под разными углами. Общественные слюдяные жилы по большей части от севера на полдень простираются». Добывали слюду по-простому: долбили породу при помощи нехитрых 43
инструментов. Иногда множили трещины в камнях огнем, постепенно углубляясь в недра. Особые неприятности доставляла вода, заполняющая «слюдяные ямы»: стоило ненадолго прекратить разработку — и с нею было уже не справиться, «яму» приходилось бросать. Ясно, что за сухостью копей тщательно следили. Конечно, крестьяне добывали слюду не для собственных нужд. Когда в 1635 г. Керетская волость была передана в управление Соловецкому монастырю, он стал получать с этого промысла немалый доход, продавая ценное сырье, в том числе и за границу. Только в 1653 г. через Архангельск в страны Европы вывезли более 240 пудов слюды, а стоила она ох как недешево: если за пуд черной икры иностранцы платили один рубль, то за пуд слюды — двенадцать. В средневековой Европе слюда была редкостью, и ею украшали изображения святых. А поскольку минерал этот привозили из Московии, то и называли его московским стеклом или мусковитом, так что название прозрачной алюминиевой слюды происходит не откуда-нибудь, а от названия русской столицы. Кстати, и в самой Москве мусковит пользовался спросом. Десятую часть добываемой слюды, самую лучшую, Соловецкий монастырь отдавал в казну — ее вставляли в окна кремлевских палат. Окна из слюды зимой не обмерзали. Мало того, в старину мастерам было известно, что «поелику большие слюдяные листы имеют всегда более или менее волнистую плоскость, то сквозь них хотя из комнаты и хорошо видно, но в комнату не видно». Так что зеркальные окна, которые в последние годы стали главными атрибутами офи- Так выглядит проходная Петрозаводской слюдяной фабрики, ныне закрытой. К сожалению, стройматериалы здесь продают, а не производят сов преуспевающих иностранных фирм, — вовсе не изобретение нашего времени. Сохранились, например, сведения о том, что уже в 1676 г. такие окна, сделанные из слюды, были в хоромах молодого Петра I. Старинные летописи сберегли для нас и еще один впечатляющий исторический факт: попытку простого человека воспарить в небо, используя «дивную и чудесную механику» — «летучую машину» с двумя слюдяными крыльями, петлями и рычагами. Это событие, имевшее место в 1694 г., поэт Роберт Рождественский отразил в своей поэме «Двести десять шагов»: Мужичонка-лиходей — рожа варежкою, — появившись из ворот скособоченных, дня тридцатого апреля на Ивановскою вышел-вынес два крыла перепончатых! Были крылья угловатыми и мощными, распахнулись — всех зажмуриться заставили! Были тоненькими очень — да не морщили. Были словно ледяными — да не таяли. Имени умельца история не сохранила, — вероятно, потому, что полет не удался. Трудно сказать, чем пленила его слюда — может быть, конечно, и красотой, ведь крылья стрекоз так похожи на слюдяные листочки! Однако выбор изобретателя в принципе нельзя назвать неудачным: даже очень тонкие пластинки слюды прочны и упруги. Благодаря этим уникальным свойствам слоистого кристалла, найти ему достойную замену было не так-то просто. Особенно долго, до начала прошлого века, добывали слюду для традиционных нужд военные моряки — слюдяные окна и фонари, в отличие от стеклянных, не разбивались при пушечных залпах. В XVII веке в Сибири открыли новые месторождения редкого сырья. Торговля велась с размахом. Слюду и изделия из нее, среди которых особой популярностью пользовались небьющиеся «зеркала под слюдой», везли в Европу и Азию. Но с распространением стекла спрос на нее упал. Прекрасное «Письмо о пользе стекла» Ломоносова обернулось извещением о смерти слюдяного промысла. К концу XVIII века большинство «слюдяных ям» было заброшено, их заполняла вода, и бывшие копи навсегда превращались в глубокие озера — сегодня в них уже рыба водится. Укротительница высоких энергий Интерес к слюде вновь появился с развитием промышленности в конце XIX века. Необычный минерал привлек внимание инженеров. Им открылись его новые, не менее удивительные свойства. Оказалось, что родившаяся в раскаленных глубинах слюда — тугоплавка (жаропрочность мусковита достигает 500—600 СС) и к тому же плохо проводит тепло. Минерал стали использовать в качестве теплоизо- лятора, покрывая слюдяным войлоком котлы паровозов. По сравнению с другими теплоизолирующими материалами это давало фантастическую экономию тепла, которая, по оценкам специалистов одной из канадских железных дорог, достигала 92 %. Вставляя слюду в окошки плавильных печей и делая из нее очки для рабочих на плавильных заводах, люди использовали сразу несколько физических свойств мусковита: прозрачность, жаростойкость и механическую прочность. Последнее было особенно важно в случае водомерных колонок котлов высокого давления — в их смотровые щели тоже вставляли слюду. Генератор электромагнитной волны частотой 10 ГГц (клистрон К-54). Излучение выходит из объема прибора через слюдяную пластинку, которая позволяет создать вакуумноплотное окно, не отражающее излучения
Еще одно важное свойство мусковита нашло применение в годы Первой мировой войны: химически инертную слюду, которой не страшны даже сильные кислоты вроде серной и соляной, не разъедали боевые отравляющие вещества. Очки противогазов, сделанные из слюдяных пластинок, прекрасно защищали глаза: в отличие от стекла, они не мутнели под действием удушливых газов, которые немцы уже ввели к тому времени в практику войны, и к тому же их осколками нельзя было поранить глаза — если слюда все-таки разбивалась, она просто рассыпалась в порошок. Но самое главное это то, что слоистый минерал оказался на редкость совершенным диэлектриком. Главным потребителем слюды стала бурно развивающаяся электротехническая промышленность. В ход пошли даже отходы: крохотные листочки слюды научились склеивать, делая из них высокопрочный материал, получивший название миканит; его, как и целые слюдяные пластинки, использовали в качестве изолятора. Позднее наладили и производство твердого изолирующего материала — микалекса, в состав которого входили молотая слюда и специальное стекло, спрессованные при высокой температуре. Именно из него изготавливали детали радиоламп. Технология создания надежной электрической изоляции пошла по пути производства материалов, где главной составляющей все время оставалась слюда — менялась только площадь кристаллов и связующие. Найти слюде равноценную замену так и не удалось. До сих пор этот минерал используют там, где есть высокие напряжения и большие мощности, — в крупных турбогенераторах и электродвигателях. Но тут не обошлось без парадоксов: Россия, обладавшая едва ли не самыми большими в мире запасами слюды, в конце XIX — начале XX века ввозила ее из-за границы, причем в числе экспортеров оказались Германия, Англия, Бельгия и Голландия, где зто сырье не добывали. Причина такого парадокса была в том, что в российской электротехнической промышленности доминировал в ту пору германский капитал, который отстаивал свои собственные интересы. С началом Первой мировой войны поставки слюды в Россию прекратились, и неоправданная зависимость от заграницы нанесла тяжкий удар по российской электротехнике. Наладить добычу отечественного сырья удалось только после Октябрьской революции — этого настойчиво требовали грандиозные планы электрификации страны. Из многочисленных разновидностей слюды наиболее известен прозрачный мусковит KAI2[AISi3OJ(OHJ Изолирующие материалы на основе слюды применяли в электронных лампах, телевизионных передающих трубках, деталях аппаратуры для самолетов. В ход пошел не только мусковит, но и некоторые другие разновидности слюды, которые в прежние времена спросом не пользовались. Но сегодня, когда традиционные конденсаторы и радиолампы почти полностью вытеснены компактными полупроводниковыми приборами, спрос на слюду вновь резко упал. Замерла работа на многих слюдяных рудниках и фабриках, остались без работы люди в шахтерских поселках. А между тем только общий упадок отечественной промышленности мешает сделать добычу слюды настоящей золотой жилой. Минерал продолжает раскрывать свои удивительные свойства и в который раз оказывается полезным — теперь уже в других отраслях индустрии. Блестящие перспективы Сегодня США потребляют слюды в 10 — 15 раз больше, чем Россия, причем особенно большим спросом пользуется в Америке не листовая (редкая и дорогостоящая), а молотая слюда. Где только ее не используют! Она придает прочность шинам, успешно применяется в качестве уплотнителя цементов, заменяет графит в качестве смазки трущихся деталей машин, не истираясь при этом сама. Самый крупный потребитель слюды — строительная промышленность. Дробленой слюдой посыпают огнестойкие мягкие кровельные материалы (такие, как рубероид), она служит наполнителем при изготовлении стеновых панелей и покрытий полов, увеличивает модуль упругости бетона при изгибе. Строительные материалы, содержащие слюду и ее производные, обладают исключительными тепло- и звукоизолирующими свойствами, а декоративная облицовочная плитка, кроме того, очень эффектна. Много слюды уходит на производство перламутровых пигментов, спрос на которые в автомобильной промышленности все время растет и уже достиг в США 500 тонн в год. Перламутровый эффект возникает из-за резкого перепада коэффициента преломления при переходе светового луча из одной среды в другую. Вводя в краску различные добавки, которые осаждаются на поверхности измельченных кристаллов (двуокись титана, железа, хрома), этот эффект можно усилить. Кстати, применение молотой слюды для изготовления красок имеет давние традиции: глазет и слюдяная бронза пользовались популярностью еще в XIX веке. И традиции эти продолжают не только автомобилестроители: золотистые и бронзовые типографские краски, красивые узоры на дорогих обоях — всем этим мы обязаны слюде. Более того, перламутровая пудра и тени для век — зто тоже продукция на основе слюды. Существуют, конечно, и другие вещества, которые используют в косметике с той же целью, но эти пигменты часто уступают природному минералу — ведь благодаря своей химической инертности он нетоксичен. О декоративном эффекте и говорить не приходится: еще прабабушки нынешних модниц использовали слюдяной порошок в качестве блестящей пудры для волос. И уж если мы ведем речь о применении слюды, следует сказать несколько слов и о ее природном производном — вермикулите. В каком-то смысле вермикулит — это умирающая слюда. Несмотря на свою удивительную устойчивость к всевозможным воздействиям, со временем слоистые кристаллы подвергаются изменениям. Все происходит точно как в поговорке: «Капля камень точит». Атомы калия, находящиеся между слюдяными пакетами, постепенно замещаются на воду и образуются гидрослюды. Вермикулит — одна из них. Нередко именно вермикулиту отдают предпочтение строители: ведь он обладает способностью вспучиваться при обжиге, увеличивая свой объем в 10- 20 раз. В результате получается очень легкий и огнестойкий материал, который плохо проводит звук и тепло. 45
3 ВЕЩИ И ВЕЩЕСТВА Но вермикулит имеет и весьма специфические области применения. Благодаря своей пористой структуре это прекрасный адсорбент ядовитых газов и дыма, его используют в установках для очистки промышленных вод. В химической индустрии он служит катализатором нефтеочистных процессов. Но особенно полюбился вермикулит цветоводам и овощеводам. Кто не слышал о выращивании овощей гидропонным способом! Так вот, их растят на вермикулите. Он обеспечивает такую аэрацию, режим тепла и влаги, которые трудно соблюдать в теплицах и питомниках, если использовать обыкновенную почву. К тому же, будучи хорошим ионообменником, вермикулит удерживает микроэлементы. Корни растений могут получать их затем из субстрата по мере надобности, и расход минеральных удобрений заметно уменьшается. Даже небольшая добавка вермикулита к земляным смесям может улучшить состояние комнатных растений и упростить уход за ними, во всяком случае, американские цветоводы придерживаются именно такого мнения. В принципе вермикулит можно получить из слюды химическим путем, да и не только вермикулит. Обрабатывая слюду различного химического состава разбавленными минеральными кислотами, ее разваливают на несвязанные между собой пластинки двуокиси кремния и получают, таким образом, совершенно новые алюмосиликаты сипласт и карбопласт, которые не встречаются в природе. В некоторых случаях (например, в строительной и лакокрасочной промышленности) они успешно заменяют слюду и вермикулит. Но что особенно важно, при производстве этих материалов в раствор переходят ионы металлов: калия, магния, титана, а если речь идет о редкометалльных слюдах, то еще и литий, рубидий, цезий, ванадий и даже скандий. Такой попутный способ добычи редких элементов всерьез интересует химиков, тем более что низкосортная слюда в больших количествах присутствует в рудах, добываемых ради цветных металлов, и просто-напросто складируется в отвалах. Алюмосиликаты и жизнь Несколько работ В.И.Вернадского, которого мы знаем как ученого, занимавшегося проблемами происхождения жизни, посвящены алюмосиликатам. Некоторые из тех, кто подробно изучал наследие выдающегося ученого, ставят их особняком, вне основного русла его научных интересов. И тем не менее можно предположить, что именно в этих трудах В.И.Вернадский подошел к решению главной проблемы особенно близко. Ученые давно сомневаются, что жизнь зародилась в так называемом первичном бульоне океана, где плавали первые органические молекулы абиогенного происхождения, — уж больно низка была их концентрация, а стало быть, ничтожна вероятность встречи друг с другом. К тому же не совсем понятно, на каком этапе и при каких условиях возник матричный синтез, который впоследствии стал основой воспроизводства биологических систем. Современные исследования позволяют предположить, что синтез первых молекул РНК (а может быть, и ДНК) происходил на природном субстрате, обладающем каталитической активностью. И на роль такого субстрата претендуют в первую очередь именно алюмосиликаты слоистого строения, многие из которых представляют собой различные стадии распада кристаллов слюды (в естественных условиях процесс распада идет очень медленно, но всему когда-то приходит конец). Известно, например, что азотистые основания нуклеиновых кислот адсорбируются на глине комплементарными парами (А-Т, Г-Ц или Г-У). Кроме того, ученым США удалось показать, что глинистый минерал слоистого строения — монтмориллонит — может работать как катализатор, обеспечивающий сшивку отдельных оснований между собой, причем таким неферментативным способом удавалось получить нукле- отидные цепочки, содержащие до 55 мономерных звеньев. А ведь глины — это последняя стадия разложения слюды. Да, кристаллы, как и люди, — рождаются, блистают, стареют и умирают. Но не исключено, что именно гибнущей слюде обязано своим существованием все живое на нашей планете. Впрочем, и на нынешнем этапе эволюции алюмосиликаты продолжают поддерживать свое детище — жизнь. После изучения пищевого рациона диких животных и вполне успешных экспериментов в лаборатории, специалисты стали рекомендовать цеолиты в качестве пищевых добавок. Выяснилось, что они не только работают как адсорбенты и ионообменники, но, кроме того, способны поддерживать элементный состав организма (см. «Химию и жизнь — XXI век», № 3, 1997). Впрочем, целебные свойства алюмосиликатов люди использовали давно. В китайской медицине измельченный мусковит принимали внутрь как лекарство при ослаблении сердечной деятельности, нервной депрессии, спазмах, судорогах, кишечных заболеваниях, как успокоительное средство. Да и в записях исследователей русского Севера XIX века можно найти сведения о том, что народная медицина использует слюду при самых тяжелых болезнях Поистине слюда — защитница рода человеческого. Удивительный минерал дал некогда приют молекулам, ставшим нашими предками. За слюдяными окошками укрывались наши прапрадеды от холодов и дождей. Слюда защищает нас от жара плавильных печей и бешеной энергии электричества. Удивительный минерал — в стенах и крышах наших домов. Сегодня слюдяной промысел в нашей стране переживает период тяжелого упадка, но хочется надеяться, что вновь, как уже бывало, возобновят добычу слюды рачительные люди, и тогда она раскроет свои новые свойства, которые послужат процветанию человечества в следующем тысячелетии. 46
Доктор биологических наук М.Т.Мазуренко ЖИВЫЕ ЛАБОРАТОРИ1 едвежии V ' • %', В большой луковой семье лук победный (Allium victo- rialis), он же черемша, занимает особое положение. Он сопровождал римские легионы по всему древнему миру — от островов Великобритании на западе до Средней Азии на востоке. Почти каждый римский воин носил у себя на шее амулет — нераспустившееся соцветие лука, спрятанное в полупрозрачную, но довольно прочную, заостренную на конце пленку. Легионеры считали, что этот лук обеспечит им победу. Растет он по всей территории бывшей Римской империи, а также на Кавказе, в Сибири, вплоть до Камчатки, в монгольских горных лесах, в Гималаях и Северной Америке. Внешне черемша совсем не похожа на лук огородный — на первый взгляд кажется, что у нее вовсе нет луковицы. На самом деле это не так. В основании розовых сочных стеблей находятся узкие конические луковицы, покрытые жесткик сетчатыми оболочками. Листья, котд у каждого растения вырастает три штуки, широкие, плоские, и похожи на листья ландыша, цветения лук победный оче^ он растет большими курт;| густым ярко-зеленым покг; листьев на 30—70 см возвы! ли соцветий с белыми зо| тов, из которых выступу ярко-желтыми пыльникя Но главное у лука nfl победные свойства и t соцветий. Это расте нами. Во всех его ч| масло, которое об римый запах, и мног] лоты —до 0,73% от| V ром первые переселен* Востоке спасались им oi Вот что пишет иссле Крашенинников в книге ли Камчатки»: «Черемшуj нок, не только употребл* считают лекарством, далы собирают ее много j шенной на солнце, сохр Зимой ее парят в воде ботвиньи, которая у hi щами. От цинги она то> ствует, как и кедровник, ва выйдет из-под снега, саются цинги. Казаки, бот «Гавриил» во врем'-j Jnsi дением и из-за сильного запаха в пищу ее не употребляли. В пределах огромного ареала у черемши есть мелкие разновидности. Например, на Камчатке растет лук охотский — именно его ели упоминавшиеся казаки и камчадалы. К удивлению ученых, собиравших его на опушках камен- ноберезников, уже в середине лета, в июле, стебли охотского лука ложатся на землю, листья желтеют, а коробочки с семенами — растрескиваются. Вокруг во с=_0 всю зеленеют травы, а лук готовится к зимней спячке, то есть ведет себя как торопливые эфемероиды, которые в лесах прорастают ранней весной, очень быстро проходят сезонный цикл и отмирают в мае, после появления листьев дуба. Это странно, потому что лук победный — никакой не эфемероид. А вот его родственник — лук медвежий, растущи£^^^вмЯНЙгтенистых лесах пс^^^^^^^^^Н^Кавказе, от- мир^ш^^^^^^^^^^^ак получается <^^^^^^^^^^^^Щт в темном очень мало света, ьях отпадает. Воз- и с тем, что он рас- дного лука. Что каса- о тут наблюдается лишь ге исключено, что сокраще- у камчатских растений связа- затенением, а с более коротким ционным периодом, медвежьего лука стрелка полегает чт*А^семена оказались как можно инского растения. По- 1ем растения зани- у многих эфеме- /1ян лука медве- рнистые веще- муравьев. На- авейник, но :ие растения, ывают мир- кохорами. ^^^ Не так давно черемша из леса перебралась и на дачные участки, где прекрасно себя чувствует в тени и не требует особого ухода. После отмирания растения муравьи растаскивают его семена по разным углам участка, и весной среди травы то и дело выглядывают маленькие флажки первых листьев лука. Через несколько лет на этом месте появится куртина красивых ярко-зеленых листьев. \корбиновая кислота \\ на Дальнем 11ИНГИ. ватель Степан ^писание зем- полевой ч<=| 1г в пищу, Ькие и ка [ высуш] ЙЮ1 Ква 47
к ЩфТ?тг^:.~щ k Большой вред от маленького пакетика По дороге на дачу мы каждый раз видим горящие помойки. Мне всегда казалось, что это очень вредно, но соседи считают, что такой вклад в загрязнение окружающей среды невелик. Объясните, кто прав? Р.Веденеева. Москва Каков бы ни был этот вклад (точно его посчитать практически невозможно), полимерные материалы сжигать нельзя. К такому выводу пришли ученые в Западной Европе, Японии и США еще в 70—80-х годах, когда этой проблемой занимались всерьез. Полимеры окружают нас повсюду — это упаковка, полимерная посуда, предметы быта, пакеты и сумки, отделочные материалы. Самые вредные из них — хлорсодержащие полимеры (поливинилхлориды, или ПВХ). При сгорании таких полимеров образуется большое количество высокоток- сичных и стабильных в природе полихлорирован- ных дибензо-пара-диокси- нов, дибензофуранов и би- фенилов. Более того, в изделиях из ПВХ всегда уже есть небольшое количество диоксинов, в связи с чем их применение в развитых странах ограничено. На Западе разрешенные к использованию изделия из ПВХ маркируют, что дает возможность собирать и утилизировать их отдельно от остального мусора. Чаще всего отходы из ПВХ используют при изготовлении труб и других изделий для подземных канализационных коммуникаций. В России нет законодательства по использованию изделий из ПВХ, поэтому у нас и продукты питания, и детские игрушки бывают упакованы или сделаны из весьма не безопасного полимера. Каждый из вас может выяснить, есть в полимерном материале хлор или нет. Для этого возьмите медную проволоку, зачистите ее конец наждачной бумагой, обмотайте зачищенное место тонкой пленкой полимера, оплавьте его на слабом огне, а затем подожгите. Если пламя зеленоватого цвета, что характерно для летучего хлорида меди, то в полимере есть атомы хлора. Значит, этот материал — ПВХ. Однако даже нехлориро- ванные полимеры, такие, как полиэтилен и полипропилен, сжигать опасно. Среди продуктов горения этих полимеров наряду с СО и С02 ученые обнаружили в большом количестве этан, этилен и их гомологи, ацетилен, летучие циклические и ациклические углеводороды и многие другие экологически опасные продукты. И хотя в них нет хлора, эти соединения тоже участвуют в образовании диоксинов в том случае, если в мусоре есть хотя бы следы металлов, а также органические и неорганические соединения хлора. Исследователи из Голландии, Швеции и Германии показали, что в присутствии металлов или их соединений (например, хлорида меди) диоксины образуются даже при нагревании смеси очищенного от органических примесей угля и поваренной соли. Более интенсивно диоксины образуются при замене угля на органические соединения, а поваренной соли на любые органические и неорганические соединения хлора. То есть медь катализирует не только процесс хлорирования ионным или ковалентно связанным хлором, но и собирает сложные полихло- рированные полициклические соединения (бифе- нилы, дибензофураны и ди- бензо-п-диоксины) из элементов или простых соединений. Потом оказалось, что аналоги меди (металлы переменной валентности) почти все могут быть катализаторами подобных реакций. Ученые однозначно доказали, что если выбирать из мусора стекло, металлы и полимерные материалы, то выбросы диоксинов в окружающую среду снижаются более чем в десять раз. Кандидат химических наук А.Ф.КОЛОМИЕЦ Удивительный орех На уроке биологии нам загадали загадку про дерево, плоды которого одновременно и яблоки, и орехи. Оказалось, что это кешью. Расскажите, пожалуйста, про это удивительное растение. Алексей Климов, Москва Крупные, чуть изогнутые орехи кешью пробовали многие, а вот увидеть само дерево удается не всем. Кешью, подобно манго и фисташке, относится к семейству Сумаховых (Апа- cardiaceae). Родина вечнозеленого кешью (еще его называют кажу и анакард) — Южная и Центральная Америка. Оттуда его завезли в Индию, затем оно перекочевало в Африку, Индокитай, на Филиппины и Мадагаскар. Деревья кешью чрезвычайно неприхотливы: переносят длительную засуху, растут на самых бедных (песчаных и каменистых) почвах. За редкую неприхотливость кешью иногда называют «верблюдом растительного мира». Рекордсмены доживают до 40—70-ти лет, а регулярно плодоносить орехи начинают с пятилетнего возраста. Плоды кешью своеобразны: они сразу и яблоки и орехи. Только орехи — плоды настоящие, а яблоки —
плоды ложные: они образуются из плодоножки ореха. Хотя ложный плод и называется яблоком кешью, по форме он больше напоминает красную или желтую грушу длиной от четырех до десяти сантиметров, на конце которой растет орех. Кисло- сладкие яблоки кешью очень сочные. Их едят свежими или делают из них варенье, желе, мармелады, сиропы, вино, острые маринады, приправы. Витамина С в их соке в шесть раз больше, чем в лимонном, а витамина В2 — в четыре раза больше, чем в апельсинах. Есть в плодах пектин и органические кислоты. К сожалению, попробовать яблоки кешью можно только в той стране, где они растут; зато орехи сегодня продают повсюду. Вкус у них замечательный, питательность — выше всяких похвал: 50% жира, 20% белков, сахароза, инвертный сахар, крахмал. В них содержатся и витамины: каротин, тиамин, рибофлавин, никотиновая кислота, а также микроэлементы. Орехи едят в поджаренном виде, посыпанные сахаром или солью. Кешью используют для приготовления шоколадных конфет, драже, кладут их в халву и ириски, в вафли и печенье, в халву и мороженое. У ореха кешью в ход идет не только лакомое ядро, но и скорлупа, в которой содержится до 30% масла акажу. Строго говоря, жидкость, заполняющую соты в скорлупе ореха, нельзя назвать растительным маслом, она состоит из двух фенол ьных соединений: анакардовой кислоты (90%) и кардола. Масло кешью применяют для защиты древесины от гниения и повреждения термитами, оно входит в состав препаратов для отпугивания москитов, используется в медицинской и фармацевтической промышленности. Раньше оно служило сырьем для производства фенолформальде- гидных смол, лаков, клеев, типографской краски. Кешью — камеденосное дерево. Если надрезать кору, из него вытекает липкая камедь, близкая по составу к гуммиарабику. Из молодых листиков кешью готовят салаты. Те же листья, только высушенные и измельченные, используют для чистки зубов. Кроме того, народная медицина многих тропических стран использует измельченную кору при пониженном кровяном давлении, для поднятия тонуса и аппетита, а также вместо хинина при малярии. Считают, что вытяжка из коры помогает при укусах некоторых змей, а корень кешью лекари прописывают как слабительное. Немногие смогут, даже если захотят, лечиться корой кешью или чистить зубы его измельченными листьями, но от его плодов не откажется никто. Е.КРАСНОВА Отчего засыхают деревья? Несколько лет назад я посадила на садовом участке две яблони. Этим летом они засохли. Выкопав деревья, я обнаружила бурую омертвевшую кору на нижней части ствола. Что я сделала не так? Т.Егорова, Подольск Скорее всего, вы допустили одну распространенную ошибку: не обратили внимание на расположение корневой шейки (места перехода корней в ствол дерева). Если корневая шейка при посадке окажется ниже уровня почвы (это может произойти при осадке земли вокруг саженца), в углублении начнет застаиваться влага, а летом, при поливах и дождях, здесь будет скапливаться смытая почва. Постепенно нижняя надземная часть ствола оказывается под землей, ее поражают почвенные грибки, микроорганизмы, иногда повреждают почвенные Л животные, в результате она загнивает и отмирает. Это заболевание называется микоз (синонимы «микозное увядание», «микоз сосудов»). В природе, среди диких растений, которые не пересаживают, оно не встречается. Получается, что садоводы сами сводят на нет плоды своего труда. Как же правильно посадить деревья? В центр посадочной ямы вбивают посадочный кол и к нему крепко привязывают стволик саженца, причем так, чтобы его корневая шейка была на уровне поверхности почвы. Многие думают, что кол служит для того, чтобы саженец не шатался на ветру, но основное его назначение — фиксировать деревце на определенной глубине. Если не использовать посадочный кол, то незакрепленное деревце может уйти в землю и погибнуть. Чтобы не ошибиться с глубиной посадки, отгребите от краев ямы лишнюю землю и положите поперек доску так, чтобы ее нижняя плоскость была вровень с корневой шейкой. Закрепив таким образом саженец, можно класть удобрения, засыпать яму, трамбовать вокруг нее почву, по- ливать — корневая шейка останется на нужном уровне. Если при поливах корни обнажаться — засыпте их. В течение трех месяцев (если вы сажали деревце весной) или до следующего лета (если сажали осенью) почва будет оседать и уплотняться вокруг корней. А затем можно убрать поса- дочный кол, он деревцу больше не нужен. В.П.ЧЕРНЫШЕВ prs-r^TO^s* Л ■ И1 - {
Поверхность придумал дьявол Вольфганг Паули U ™ _ _ „ I садится за компьютер? Включает его. А что такое включение с точки зрения физики? Соприкасаются два кусочка металла, возникает контакт, и по контакту начинает идти ток. Так вот, за этими словами — «возникает контакт» — стоит сложная химия и сложная физика. Сейчас мы присмотримся к контакту подробнее. Но прежде всего учтите, что в компьютере не один контакт (в выключателе) и не несколько десятков (в кнопках клавиатуры и мышки), а сотни! Каждая плата вставлена в разъем — а это контакты, процессор вставлен в плату — и это контакты, да и каждый джампер — тоже контакты. Итак, два кусочка металла. Любой металл на воздухе немедленно сорбирует кислород. При этом его поверхность перестраивается и возникают поверхностные структуры из атомов металла и кислорода. Хемосор- бированная пленка бывает устойчивее окисла — например, окисел вольфрама восстанавливается водородом при 500°С, а моноатомный (толщиной в один атом) слой кислорода на вольфраме — лишь при 120СГС. При сорбции изменяются многие свойства поверхности (например, работа выхода), но для нас сейчас важно другое. Наличие монослоя кислорода изменяет условия дальнейшего окисления. Чтобы окислить металл, молекула кислорода должна диссоциировать, атомы должны стать ионами, проникнуть сквозь оксидную пленку, добраться до металла и вступить во взаимодействие с ним на границе металл — окисел. Или же ионы металла должны диффундировать через окисную пленку и взаимодействовать с кислородом на границе окисел — атмосфера. В первом случае через пленку должны пробраться еще и электроны из металла — чтобы ионизовать кислород. При малой толщине пленки электроны туннелируют, при большой это невозможно, диффузия и окисление тормозятся (в частности, медленно окисляется алюминий, потому что окисел алюминия — хороший изолятор). Причем диффузия ионов в тонких пленках — это не обычная термоактивированная диффузия, она зависит от наличия в пленке электрического поля, которое возникает при ионизации сорбированных атомов. Часто оксидная пленка растрескивается, давая непосредственный доступ кислороду к свежей поверхности металла и увеличивая поверхность оксида. А на его поверхности сорбируются и влага из воздуха, и другие примеси. Получается пленка довольно сложного состава и структуры, во многих случаях диэлектрическая, что для электрического контакта очень плохо. Иногда (например, на меди) она — полупроводниковая, но от этого не легче: нелинейный и несимметричный (детектирующий) контакт — это страшный сон радиотехника. Но не все потеряно. Хороший контакт, контакт металл — металл, образуется так. Когда кусочки металлов, покрытых пленкой оксида, соприкасаются, они начинают вдавливаться друг в друга, друг друга деформировать. Контактные площадки увеличиваются, металл течет, слой оксида ломается (он хрупок), и куски оксида выдавливаются из зоны контакта. Металл соприкасается с металлом, ток течет прямо из металла в металл. Кончились ли на этом приключения нашего контакта, с которого при каждом замыкании сдирают оксидную шкурку? Нет, не кончились. Важна, однако, площадь этих контактных площадок. Чем сильнее прижаты контакты друг к другу, тем она больше. Если медный кубик со стороной 1 см положить на такой же медный кубик и он будет прижат к нему только собственным весом, то площадь соприкосновения составит не 1 см2, а в сто тысяч раз меньшую величину — 0,001 мм2. То есть площадь истинного контакта в итоге оказывается мала. И только если встать 50
на этот несчастный кубик ногами, площадь истинного контакта достигнет 0,1 см2. Когда ток протекает по маленьким контактным площадкам, то плотность его увеличивается и начинается нагрев. Нагрев этот тем больше, чем выше плотность тока и чем больше сопротивление, а обе эти величины возрастают с уменьшением размера площадок. Поэтому в устройствах, где протекают большие токи, контакты должны быть сильно прижаты друг к другу, поэтому выключатели конструируют так, чтобы при коммутации контакты стукались или терлись друг о друга для разрушения оксидной пленки. В компьютере нет таких больших токов, чтобы они могли опасно нагреть контакты, но розетки и вилки, через которые включаются электрочайники, фены и т.п., уже заметно нагреваются. Поэтому время от времени надо щупать розетки — не греются ли? Л.Намер «Он, CAAL Естественно, это было сказано о Ломоносове. Уже мното лет, кроме олимпиад по отдельным предметам, проводится так называемый Конкурс имени Ломоносова. Одновременно по нескольким предметам — математике, физике, химии, биологии, наукам о Земле, астрономии... вплоть до того, что как-то раз участникам предложили написать акростих на слово «Ломоносов». Идея понятна — победителем становится тот, кто более разносторонне образован. Понятно и происхождение названия конкурса — всем известен многогранный талант Ломоносова. Сегодня мы публикуем несколько задач по химии этого конкурса с ответами и комментариями, его устроителей. 1995 1. Химический анализ соединения азота с водородом, имеющего относительную массу 32, показал, что массовая доля азота в соединении равна 66%. Докажите, что результаты анализа неверны. 2. В комнату с температурой 25,0°С поместили два одинаковых стакана с дистиллированной водой и раствором серной кислоты с массовой долей 80%. Что можно сказать о температуре каждого из стаканов через некоторое время? 3. Могут ли растворы двух солей, образованных одной и той же кислотой, изменять фиолетовую окраску лакмуса: одна в синий, другая — в красный цвет? Дайте мотивированный ответ и обсудите возможные варианты с конкретными примерами. 4. Можно ли, имея тяжелую воду, получить LiAID4 и (ND4JS04FeS04x х6Н20? Приведите соответствующие реакции. Попробуйте получить продукты с максимальным выходом. Решения 1. Известно, что число атомов вообще и в молекуле в частности — целое число (слово «атом» в переводе с греческого означает неделимый). По результатам анализа N(N) = 320,66-1/14 приблизительно равно 1,5. Число атомов азота не может быть дробным, следовательно, анализ неверен. 2. Стакан с водой будет иметь температуру, меньшую, чем стакан с раствором серной кислоты. Стакан с H2S04, которая гигроскопична, то есть хорошо поглощает воду, будет нагреваться вследствие поглощения паров Н20 (которые испаряются, а затем диффундируют из стакана с водой). Стакан с Н20 будет слегка охлаждаться за счет испарения воды. 3. Возможны варианты. Принципиально различаются два случая. 1) КН2Р04 и К3Р04 Н Р04"^ Н+ + НР042 , -рН < 7 Р04^ + Н2О^ОН" + НР042, -рН > 7 2) КСН СОО и AI(CH3COOK сн3соо-+н2о±40н- + сн3соон, -рН > 7 А13^ + Н20^ Н' + AI(OHJ-, -рН < 7 4. Получить UAID4 можно. Приведем соответствующие реакции: D20 -> D2 + 1/2 02 (электролиз) D2 + 2Li -> 2LiD 4LiD + AICI3 -> LiAID4 + 3LiCI Получить (ND4JS04FeS04-6H20 не удается. Причина в том, что получить соль Мора можно совместной кристаллизацией сульфатов аммония и железа. Так как перед этим ион ND4 будет находиться в растворе в присутствии Н20 (которая, по предположению, перейдет в кристаллизационную, но воду), то будет происходить обмен ND4* + Н20 - ND3l-r + HDO. 1996 1. При сжигании неизвестного вещества в кислороде образовалось 3,6 мл воды и 2,24 л азота (при нор- 51
мальных условиях). Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 16. Определите молекулярную формулу вещества. Какими свойствами оно обладает? Где используется? 2. Определите, сколько граммов 10%-ного раствора оксида cepbi(VI) в чистой серной кислоте и 60%-ного раствора серной кислоты необходимо для приготовления 480 г 90%-ного раствора кислоты. 3. Для полного сгорания некоторого органического вещества потребовалось в два раза меньше кислорода, чем для полного сгорания следующего члена гомологического ряда. Какие это могут быть соединения? 4. Металлическая пластинка массой 50 г после пребывания в растворе соляной кислоты уменьшилась в массе на 1,68%, при этом выделилось 0,336 л газа. Из какого металла может быть изготовлена пластинка? Решения 1. Вещество может содержать водород, азот, кислород. Однако относительная молекулярная масса вещества 16-2=32 ограничивает число атомов кислорода до одного или полностью исключает его. По условию азота образовалось 2,24 л, что составляет 0,1 моль. Водорода в воде 0,4 моль; 0,1 моль N2 составляют 0,2 моль атомов азота. Соотношение азота и водорода в соединении будет 0,2:0,4=1:2. Простейшая формула — NH2- M(NH2)=16; M(N2H4)=32 совпадает с задаваемой в условии задачи. Отсюда формула исходного вещества H2N-NH2. Это гидразин — бесцветная жидкость при комнатной температуре. 2. В 100 г 10% олеума содержится 10 г S03 и 90 г 100%-ной серной кислоты. Если пересчитать содержание S03, то в 90 г H2S04 содержится всего A8/98).90=16,53 г воды, остальные 100-16,53=83,47 г в олеуме приходятся на S03. Аналогично в случае 60%-ной серной кислоты: 40+60A8/98)=11,02+40=51,02 г воды и 48,98 г S03. В 480 г 90%-ной серной кислоты содержится 0,9-480=432 г H2S04, или (80/98)-432=352,65 г S03 и D80-352,65)=127,35 г воды. Пусть надо взять х г олеума, тогда 60%-ной кислоты — D80-х) г. В олеуме содержится (х/100)-83,47 г S03, а в кислоте (D80-х)/100)-48,98 г S03, что в сумме составляет 352,65 г S03. Отсюда: (x/100)-83,47+(D80-x)/100)-48,98= =352,65. Решая уравнение, получим х=340,8 г олеума, а 60%-ной кислоты соответственно 480-340,8=139,2 г. (Это пример простой с виду задачи, потребовавшей непростых расчетов.) 3. Для окисления группы -СН2- (гомологической разности) нужно три атома кислорода. Поэтому исходное вещество также должно окисляться тремя атомами кислорода, тогда следующий член гомологического ряда будет окисляться шестью атомами кислорода. СН+(х+(у/4)H2=хС02+(у/2)х хН26, СХМН +(х+(у/2)+1,5H2= =(х+1)С02^((у/2)+1)Н20 Примеры веществ, окисляемых тремя атомами кислорода (первые члены гомологических рядов): СН3ОН — метанол, НООССН(ОН)СООН — гид- роксималоновая кислота, CH2N2 —диа- зометан, НО-СН2-СООН — гидрокси- уксусная кислота, НО-С(СООНK — три- карбоксиметанол. 4. Уравнение реакции: M+nHCI= =MCIn+(n/2)H2. Потеря массы составила 50-0,0168=0,84 г; х г металла выделяют (п/2)-22,4 л Н2, а 0,84 г — 0,336 л Н2, х=@,84-п-22,4)/ /B0,336)=28п г. Если металл одновалентный, то есть п=1, его относительная атомная масса равна 28 (кремний). Но кремний не растворяется в соляной кислоте и не может быть одновалентным. При п=2 относительная атомная масса равна 56, то есть металл — железо. Можно проверить варианты с п=3 и 4 и убедиться в том, что правильный ответ — только железо. 1998 1. Металлическое железо образует объемноцентрированную кубическую решетку. Расстояние между центром и вершиной куба 0,247 нм. Масса атома железа 9,03-Ю3 г. Рассчитайте плотность металлического железа. 2. Юному химику потребовалось определить плотность маленького кусочка (крупинки) полимера. Он решил эту задачу, используя воду, поваренную соль и технические весы, которые имелись в школьной химической лаборатории. Как он это сделал? Всегда ли этот способ пригоден для определения плотности вещества? 3. Представьте себе некоторое количество метана (СН4), в котором 50% атомов углерода представлено его изотопом ,3С (остальное — 12С), а 50% атомов водорода — это его изотоп дейтерий D BН). Изотопы статистически распределены по возможным положениям. Рассчитайте долю молекул метана с молекулярной массой 21. (Обычная задача масс-спектрометрии.) 4. Газообразный тритий (изотоп водорода 3Н) подвергается радиоактивному распаду с образованием газообразного гелия согласно следующему уравнению: Т2 -> 23Не + е. Определите, во сколько раз изменится давление в сосуде по истечении двух периодов полураспада трития. ■ к Решения 1. Плотность вещества — это отношение массы к объему. Таким образом, нужно найти объем ячейки и массу ячейки. Объем ячейки — это объем куба а3. Большая диагональ куба 2-0,247-Ю"9 м = 4,94-Ю-10 м. Сторона куба а = d/C-1/2) (это легко найти по теореме Пифагора) = 2,85-1010 м. Объем куба а3 = 2,315-109 м3 = 2,315- Ю-23 см3. Число атомов железа в ячейке = 1 (в центре) + 1/8-8 (в вершинах) = 2. Масса 2-9,03-Ю23 г = 1,803-Ю-22 г. Плотность 1,803.1 О*22 г/ 2,315.103 см3 = 7,79 г/см3. 2. Юный химик положил крупинку полимера в воду и стал добавлять туда поваренную соль. В какой-то момент крупинка всплыла в объем раствора. Значит, плотность раствора сравнялась с плотностью полимера. Затем юный химик определил плотность раствора соли. Так как у него не было справочника, чтобы узнать плотность раствора по ее концентрации, то он мог просто взвесить колбу с раствором, а затем взвесить ту же самую колбу с водой. Так как плотность чистой воды известна A г/см3), то отношение весов даст плотность раствора соли. Такой способ применим, если искомая плотность вещества не больше плотности насыщенного раствора соли и если вещество никак не взаимодействует с водой (не набухает, не растворяется). 3. Молекулярная масса 21 означает, что все атомы Н и атом С замещены тяжелыми изотопами. Так как вероятность замещения каждого атома составляет 1/2, то вероятность замещения пяти атомов составляет A/2M = 1/32. 4. Пусть N — исходное число молекул трития. При распаде образуется 2N молекул газа. За один период полураспада распадается N/2 молекул и получается N/2-2 = N. Всего в смеси находится N/2 + N молекул. После второго периода полураспада снова распадается половина имеющегося трития, то есть N/4. Остается N/4 молекул трития. Получается N/2 молекул гелия. Общее число молекул в смеси N/4 + N + N/2 = 7/4 N. Давление увеличилось в 7/4 раза. (Период полураспада трития 12,33 года, поэтому можно считать, что температура постоянна.) 52
<?^W4 стрология дает людям то, что не могут предложить фундаментальные науки. Она рассказывает о врожденных способностях, предугадывает судьбу, помогает принять правильное решение в сложной ситуации и предвидеть надвигающиеся неприятности. Астрологические предсказания основаны на том, что характер и судьба человека определены тем зодиакальным созвездием, под которым он родился (Рыбы, Овен, Телец и т. д.). Может быть, звезды и влияют как-то на судьбы людей, но в астрологических прогнозах смущает одно обстоятельство. Поскольку зодиакальных созвездий двенадцать, то получается, что все человечество делится на весьма незначительное количество групп. С этим трудно согласиться, поскольку в жизни неизмеримо больше характеров и судеб. Возникло предположение, что должна быть другая система, которая позволила бы связать дату рождения с интересующими нас признаками. И оказалось, что она существует, — это Периодическая система химических элементов. Кстати, задолго до ее открытия ученые сопоставляли некоторые металлы с планетами Солнечной системы и, соответственно, с судьбами людей. +S V Скрытые закономерности Периодической системы, помимо тех, которые знает каждый химик, старались найти давно. Связывали количество групп с музыкальными октавами, с количеством цветовых полос в спектре дневного света. Много раз ее пытались внешне модифицировать — известно более 500 вариантов ее графического изображения: в виде пирамиды, спирали, многопалубной этажерки, резерфордовской модели атома и многие другие. Однако недавно ученые обнаружили, что Периодическая система может служить астрологическим календарем, который правильнее называть элементологическим. Теперь, когда этот факт установлен, он не кажется удивительным. Ведь именно в атомах, из которых состоит каждый из нас и все мироздание, скрыта вся информация. Новую науку эле- ментологию признали после того, как вывели формулу, связывающую точную дату рождения с номером химического элемента: N = 1200х + ЮОу + z - 1300 400 ■+ 1 М ета л л Золото Ртуть Планета Солнце Меркурий Символ Cv\ \D Медь Серебро Железо Венера Луна Мяпп ? с сГ Свинец Олово Сатурн Юпитер А ПОЧЕМУ БЫ И НЕТ? N — номер элемента х — день рождения (от 1 до 31); у — месяц рождения (от 1 до 12); z — две последние цифры года рождения (от 00 до 99). Сделав необходимые вычисления, нужно от полученного результата взять только целую часть, отбросив десятичные знаки. В итоге вы получите номер химического элемента (по Периодической системе), который и является вашей путеводной звездой. Примечание: формула охватывает все элементы от водорода до нептуния. Элементы с более высокими номерами в элементологический календарь не включены, поскольку их химические свойства практически неразличимы. К тому же многие из них зафиксированы лишь в количестве нескольких атомов. Установив, какой химический элемент определяет вашу личность, вы можете сами составить ясный и надежный гороскоп. На первых порах достаточно школьных знаний химии. Например, один из важнейших вопросов для каждого человека — выбор спутника жизни. Ясно, что если вы — металл, то идеальную пару с вами составит неметалл. Каждый химический элемент может означать как мужчину, так и женщину. Здесь нет никаких предпочтений, за исключением некоторых частных случаев, о которых скажем ниже. Итак, предположим, что дата вашего рождения 4 августа 1950 г. По формуле легко вычислить, что ваш элемент — № 11, натрий. Идеальная пара для вас — галоид, например хлор F июля 1955 г.) либо бром A2 мая 1955 г.). Обратите внимание на то, что в Периодической системе подавляющее большинство принадлежит металлам и элементам с явно выраженными металлическими свойствами. Химически активных неметаллов, образующих с ними прочную пару, все- 53
го 16. Теперь становится понятным, почему прочные браки настолько редки. Ситуация усугубляется тем, что дефицитные неметаллы могут соединяться (CCI4, Р205, Вг2), снижая тем самым вероятность встречи с металлом. Хлору или иоду следует остерегаться взрывоопасного союза с азотом. Объединение азота с кислородом, в зависимости от ситуации, может сделать жизнь либо веселой (N20), либо удушливой (N02). Даже для очень прочного союза (например, Si и О) может возникнуть внешняя угроза (от F), поэтому будьте осторожны при выборе друзей вашего дома! Семейной паре Н?0 вряд ли следует приглашать в гости щелочные металлы. В наиболее трудной ситуации оказываются инертные газы. Единственный подходящий партнер для них — фтор. К счастью, инертность характера позволяет им спокойно переносить холостую жизнь. Отметим некоторые общие черты людей, попадающих в одну и ту же группу Периодической системы. Щелочные металлы энергичны, настойчивы, легко вписываются в любой коллектив. У щелочноземельных металлов приблизительно такой же характер, но они все делают мягче и деликатнее. Переходные металлы общительны, доброжелательны и могут сделать праздничным существование окружающих, окрасив будни во все цвета радуги. Немного особняком стоят наиболее тугоплавкие металлы (V, Mo, W), которые самоуверенны и неприветливы. Не так-то просто завоевать у них доверие, не говоря уже о том, чтобы растопить их сердце. На первый взгляд кажется, что быть благородным металлом означает быть богатым. Это типичная ошибка тех, кто только начинает знакомиться с элементологией. Исходить надо исключительно из физических и химических свойств элементов. У благородных металлов мало шансов на успех в предпринимательстве, так как они мало активны (за исключением золота, которое ярко окрашено и потому стремится выделиться, занимая руководящие посты). Зато с ними приятно иметь дело, поскольку они великодушны и благородны. Осмий, пожалуй, среди них наибольший домосед, так как тяжеловат на подъем (имеет наивысшую плотность). Радиоактивные элементы, как правило, талантливы, способны генерировать новые идеи и излучать потоки творческой энергии. Этап их созидательного подъема определяется периодом полураспада изотопа соответствующего элемента. Для любителей более точных прогнозов приводим формулу: t = 5logT t — период активной деятельности (годы); Т — период полураспада наиболее долгоживущего изотопа (секунды). Для урана — это практически вся жизнь (t = 80 годам), для франция — 15 лет. Характер углерода непредсказуем. Он может быть либо предельно твердым, либо мягким и податливым, притом он исключительно работоспособен. У галоидов достаточно ядовитый нрав до тех пор, пока они холосты, а затем все резко меняется. Не хочу утомлять читателя перечислением свойств непереходных элементов III — V групп. Гораздо приятнее самому взять учебник неорганической химии и свежим взглядом оценить их «человеческие» свойства. В судьбе человека есть обстоятельства не менее важные, чем выбор спутника жизни. Умение найти друга, наладить хорошие отношения в рабочем коллективе, подобрать группу для экспедиции или экипаж для космического полета. В этом случае у металлов, образующих бесконечное количество сплавов, неисчерпаемые возможности. Железо в сочетании с 54
* марганцем, хромом, никелем образует удивительно жизнестойкие коллективы, успешно противостоящие как агрессивному действию враждебного окружения, так и жизненным невзгодам. В компании, где есть железо, всегда желательно участие углерода, но только не очень значительное, поскольку стальная упругость содружества сменится излишней хрупкостью и коллектив даст трещину. Союз хрома, никеля, вольфрама и молибдена способен выдержать самую жаркую схватку с любым противником. Когда речь идет о коллективах металлов, то лидера всегда можно определить по известному ряду напряженности. Очень хорошо сочетаются в любых вариантах Fe, Co, Ni и Gd. Они ферро- магнитны, и потому между ними как в семейной жизни, так и в профессиональной деятельности легко устанавливается особое поле взаимопонимания. Отложим на время в сторону химические свойства элементов и посмотрим на Периодическую систему под несколько иным углом зрения. Подавляющее большинство элементов либо бесцветны (многие газы), либо имеют серебристо-серый «металлический» цвет. Тем заметнее на этом однородном фоне те немногие элементы, которые окрашены: F, CI, S, Си, Вг, I, Аи. Ясно, что эти люди чувствуют свою исключительность и стараются занять руководящий пост. Лишь четыре элемента имеют грамматический женский род — сера, ртуть, сурьма и платина. Если эти элементы относятся к женщинам, то указывают на их необычайную обаятельность. Если это мужчины, то они имеют неуживчивый характер. Элементы среднего рода — железо, серебро, олово и золото — в том случае, если они относятся к мужчинам, предполагают некоторую склонность к чисто женским профессиям и занятиям: вышивание, работа у ткацкого станка, ремонт железнодорожных путей, игра на арфе. В случае женщин — все наоборот: стремление водить поезда и самолеты, играть в футбол, на ударных инструментах. Впрочем, при неблагоприятных обстоятельствах эти склонности могут так и не проявиться. Ясно, что своевременное составление гороскопа поможет человеку найти свое призвание и сделать жизнь более гармоничной. Одиннадцать газообразных элементов (Н, Не, N, О, F, Ne, CI, Ar, Kr, Xe, Rn) имеют общие черты: спокойно подчиняются внешнему давлению со стороны начальства и прочих настойчивых людей, но при этом не теряют своей индивидуальности. В жидком состоянии находятся всего два элемента — Вг и Нд. У них исключительная способность легко перетекать из одного коллектива в другой, удержать их на одном месте довольно трудно. Подобная черта характера свойственна и галлию, вплотную подошедшему к указанной паре элементов (для Ga тпл = 30°С). Наиболее распространенные на Земле элементы можно расположить в ряд по степени убывания: О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na. Все они любят путешествия и хорошо себя чувствуют в любой точке земного шара. Земное ядро состоит в основном из Fe и Ni, такие люди во время застолья любят быть в центре внимания. В космосе главными элементами являются Н и Не. Это люди Вселенной, их страсть — межпланетные путешествия. Внимательный читатель, вероятно, заметил, что в наших схемах пока отсутствует прогноз, типичный для традиционной астрологии и указывающий, какие дни недели наиболее благоприятны для каждого знака зодиака. В элементологии все предусмотрено! Металлы здесь имеют явное преимущество, поскольку удачливые дни для них определяются исключительно их личными качествами. Степень окисления, наиболее типичная для данного металла, указывает номер благоприятного дня недели. Таким образом, у щелочных металлов — это исключительно понедельник, у алюминия — среда, у вольфрама — вторник, четверг, пятница и суббота (WCI2, WCI4, WCI5, WCI6), у рения — среда, четверг, суббота, воскресенье (Re203, Re02, Re03> Re207). Однако не будьте излишне оптимистичны. Если вы — вольфрам и удивлены тем, что вам не повезло во вторник, то, скорее всего, вашу удачу перехватил более энергичный кальций, для которого только этот день благоприятен. Кислород и галоиды находятся в зависимом положении от партнера. Их удачливые дни определяются числовыми индексами, которые они имеют в паре- с другим элементом. Например, объединение с рением сулит кислороду (см. выше) три удачливых дня — вторник, среду и воскресенье, а в паре с натрием — понедельник и вторник (Na20 и Na202). Со временем, вероятно, издадут элементологический календарь — таблицу, где каждый элемент будет снабжен картинкой и перечислением основных черт характера. Не станем утверждать, что в элементологии решены все вопросы. Истинная наука таких утверждений не терпит. В области высоких значений порядковых номеров элементов ее предсказательная способность невелика, поскольку на первое место выходят не химические свойства элементов, а их способность к радиоактивному распаду. Дальнейшее развитие элементологии будет опираться на достижения ядерной химии. У химиков перед остальными людьми появляется завидное преимущество, поскольку для них не составляет никакого труда взять в руки хорошую монографию по неорганической химии вместе с Периодической системой и узнать всю правду о себе, своих родных, знакомых и коллегах. Здесь уместно сделать одно предостережение. Как и в каждой истинной науке, некоторые нетривиальные результаты в элементологии могут быть получены не любителями, а только профессионалами. Не химиками, а именно элементолога- ми. Всего один пример. Допустим, вы родились 7 апреля 1955 г., стало быть, вы № 19, то есть К, и хотите найти себе пару, допустим, F. Такой вариант можно только приветствовать. Далее вы хотели бы, чтобы ваша пара была на 4 — 5 лет моложе вас. Попробуйте теперь определить точную дату рождения такого человека по нашей формуле. Скорее всего, вам это не удастся. Если вы в результате вычислений получили некую дату, то обязательно проведите обратное проверочное вычисление. Подставьте полученную дату в формулу, и вы, скорее всего, получите совсем не тот элемент, который ожидали. Ответы на подобные вопросы (в нашем примере — это 3 октября 1960 г.) может найти только профессиональный элементолог. 55
Pyroserpentes tricephalus Ryab. (Змей горыныч российский) Ю. Мефистойнен Большинству наших соотечественников реликтовое животное Pyroserpentes tricephalus известно как змей горыныч. Несмотря на то что данные современных исследований позволяют уверенно причислить его к жвачным, согласно расхожим представлениям, оно агрессивно и опасно. Даже в серьезных научных кругах порой можно услышать о том, что это существо нападало на мирные поселения, а в своем питании было плотоядным. Вот что пишет, к примеру, популярный западный источник (http://www.angelfire.com/ ak/forgottenworlds/dragons.html.): «Украинский историк 56
XIII века по имени Былины сообщает о небольшом драконе, терроризировавшем население Юго-Восточной России в течение нескольких десятков лет. В конце концов он был убит украинским охотником Добрыней, мстившим за смерть своего брата. Отметим для себя, что этот дракон, называемый го- рыныч, не был огнедышащим». К счастью, по крайней мере одна из нелепостей, содержащихся в этом высказывании, бросается в глаза любому человеку, мало-мальски знакомому с предметом: даже в народном наименовании животного — горыныч — явно прослеживается общий корень со словом «гореть», а его латинское название Pyroserpentes переводится как «огненный змей». Тем не менее огненное дыхание приписывают, как правило, не мирному Pyroserpentes, а группе хищных видов рода Draco (typ. occidentalis). Чтобы обосновать эту сомнительную точку зрения, драконологи выдвигают различные гипотезы. Так, Дж. Уол- кер заявляет, что роль горючего газа в этом случае играет якобы водород, выделяющийся в результате взаимодействия кальция, содержащегося в костях жертвы, с кислотой желудочного сока: Са + 2HCI -> СаС12 + Н2Т. Увы, данная гипотеза не выдерживает никакой критики. Ведь кальций, который действительно составляет значительную часть костного вещества (около 60%), находится здесь не в свободном виде, а в виде солей, в основном трехзамещенного фосфата кальция. Химическая реакция должна выглядеть при этом следующим образом: Са3(Р04J + 6HCI -> ЗСаС12+ + 2Н3Р04, и молекулярного водорода среди ее продуктов не будет. Кроме того, содержание кислоты в желудке не так уж велико и составляет обычно от 3 до 10%, причем у рептилий значение этого показателя сдвинуто, как правило, к нижней границе. Дело в том, что вопреки расхожему заблуждению соляная кислота желудочного сока только создает среду, необходимую для активизации пищеварительных ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина); сама же она участия в разложении пищи практически не принимает. Ко всему прочему, сохранять водород в организме в чистом виде чрезвычайно трудно. Уолкер пытается обойти эту трудность, утверждая, что при выдохе он, скорее всего, смешивался с воздухом, образуя гремучий газ. Однако любая неудачная попытка воспламенить эту смесь должна оканчиваться взрывом, и такие несчастные случаи среди драконов, если они имели место, должны были производить сильное впечатление на очевидцев. И все же исторических свидетельств о взрывающихся драконах мы до сих пор не имеем. Впрочем, отдавая должное западным исследователям, следует заметить, что их рассуждения нельзя назвать абсолютно беспочвенными. Среди продуктов переваривания пищи хищными организмами действительно есть горючие компоненты, к примеру кишечный сероводород и даже молекулярный водород, но образуются они уже на поздних стадиях разложения пищи, в кишечнике. Так что хищный дракон если и может быть огнедышащим, то совсем с другой стороны. Чувствуя слабое место «пищеварительной» гипотезы огненного дыхания драконов, ряд специалистов (Aelta, Bengtsson, Farmer) пытается убедить своих оппонентов в том, что его обеспечивал некий орган, секретирующий напалмоподобное вещество. Такой орган располагался будто бы позади драконьего желудка. Однако вопросы о составе этого «напалма» и его УЧЕНЫЕ ДОСУГИ физиологической природе исследователи обходят. Отголоски «напалмовой» гипотезы донесли до нас братья Стругацкие в своей повести «Понедельник начинается в субботу»; там они упоминают некую «огнедышащую железу», которую пытались обнаружить у змея го- рыныча сотрудники НИИ ЧаВо. Сегодня можно констатировать, что эта попытка оказалась неудачной: за «огненную железу» долгое время принимали межлопаточный воздушный мешок, входящий в дыхательную систему Pyroserpentes tricephalus. Важно помнить, что многие дракониды были изначально летающими организмами, а следовательно, как и птицы (а может быть, и птерозавры), имели воздушные мешки [Sacci pneumatici) — выросты легких. Эти образования способствуют так называемому «двойному дыханию», позволяя прокачивать воздух сквозь легкие в две фазы — туда и обратно, они же помогают летающим организмам облегчить тело. Видимо, предок змея горыныча тоже умел летать. Это доказывают не только воздушные мешки, но и небольшие рудиментарные крылышки, которые часто присутствуют на рисунках реликтового организма. Увы, дальнейшая эволюция эту способность у змея горыныча отняла. Но зато в результате эволюционных преобразований Pyroserpentes tricephalus приобрел способность к огненному дыханию. Специалистам из Института биологии Карельского НЦ РАН при участии отечественных и зарубежных коллег удалось получить ценные данные о биохимических и физиологических процессах, лежащих в основе этой уникальной способности змея горыныча. Несмотря на то что западные исследователи допустили много ошибок, надо признать, что первым правильную схему цепочки биохимических реакций предложил английский ученый Дедалус. В своей работе, опубликованной в 1972 г. в журнале «New Scientist», он впервые обратил внимание на то, что у многих жвач- 57
ных животных, в частности коров, в организме образуется значительное количество метана — продукта бактериального разложения целлюлозы. А ведь именно метан является основной составляющей горючего болотного газа, самовоспламенение которого приводит к появлению знаменитых блуждающих огоньков. В результате бактериального анаэробного брожения концентрация метана в рубце желудка коровы достигает 30%, в то время как для горения достаточно всего 15%. Но и это не все: в газовой смеси содержится значительное количество сероводорода и даже некоторая доля молекулярного водорода. Обычно избыток этих газов удаляется из желудка коровы с отрыжкой, которая возникает, например, если животное пугается. Горючесть газовой смеси, присутствующей в желудке коровы, доказана экспериментально. В своей научно-художественной книге «О всех созданиях — больших и малых» английский ветеринар Дж. Хэрриот приводит описание следующего опыта: «Фред сделал прокол корове, которую раздуло, и ошеломленный свистом выходящих наружу газов не нашел ничего лучше, как поднести к гильзе пробойника зажигалку. Пламя полыхнуло так, что запалило солому, и коровник сгорел дотла». Между тем с коровой, выступившей в роли живого огнемета, ничего страшного не случилось. Более того, освободившись от избытка газов, она испытала облегчение. А теперь представим себе раннюю форму змея горыныча, который перешел на питание травой и получил в результате мутации газовую смесь несколько иного состава — способную самовоспламеняться при отрыжке в условиях жаркого и сухого климата степей. Если причиной испуга было нападение хищника, то можно не сомневаться, что извержение пламени предполагаемой жертвой надолго отбивало у того охоту связываться с огнедышащим жвачным. Ясно, что такая форма Pyroserpentes tricephalus имеет гораздо больше шансов выжить и передать свой признак потомкам. Следует отметить, что строение зубов Pyroserpentes tricephalus вполне согласуется с гипотезой о том, что это животное было травоядным (см. схему). Переход на полностью растительную диету отразился и на внешнем облике змея горыныча. В частности, у него появился огромный кишечник, характерный для жвачных, а с ним и огромное брюхо (вспомним характерные профили коров), что, увы, навсегда отняло у него способность к полету. В природе летающие травоядные формы встречаются только среди насекомых. Не существует и не существовало травоядных рукокрылых, птиц, птерозавров. Разучился летать и змей горыныч. К сожалению, недостаток палеонтологических данных пока не позволяет реконструировать облик предковых форм Pyroserpentes tricephalus в деталях. Очевидно, они напоминали драконов рода Draco, но были, в отличие от них, всеядны. Дальнейшая специализация питания привела к появлению двух самостоятельных таксонов: Draco и Pyroserpentes. Подобные изменения (их называют дивергенциями) хорошо известны в биологии, например у ящериц рода Iguana. Итак, в результате Pyroserpentes tricephalus перешел к мирному выпасу в степях, где наряду с другими дикими травоядными играл важную роль в поддержании гомеостаза степных экосистем. Когда скотоводческие племена заселили степную зону, сайгаки, тарпаны, куланы и змеи горы- нычи были вынуждены покинуть исконные места обитания — их вытеснил домашний скот. Некоторое время коровы и лошади кое-как справлялись с нелегкой задачей, возложенной на них человеком, и экологическое равновесие в природе сохраня- Помпоний Квадрат динозавров в волнах ЖИЗНИ ет сомнении в том, что человечество еще не в полной мере оценило наследие В.И.Вернадского. Идеи, заключенные в трудах выдающегося ученого, содержат ответы на множество загадок. За примером далеко ходить не надо. Штудируя недавно труды В.И. Вернадского, автор обратил внимание на шесть эмпирических обобщений, которые великий ученый поместил в начале своей книги «Биосфера». Пятое из них звучит так: «Существует константное количество атомов, захваченных в данный момент живым веществом». Мысль эта совершенно поразительна. Ведь такое утверждение означает, что общее количество атомов, а стало быть, и суммарная масса всех существ, живущих на планете, всегда постоянны. Не следует ли из этого, что если умрет животное, которое весит, скажем, десять килограммов, то в ту же минуту оставшиеся в живых должны поправиться именно на эту величину? А может быть, на свет должны появиться новые особи (воз- 58
лось, но сегодня, когда выпас скота повсеместно сократился, степям угрожает настоящая экологическая катастрофа — забурьянивание и опустынивание. Наш долг — вернуть в степные районы всех перечисленных животных, и Pyroserpentes tricephalus в первую очередь. Ведь данный вид имеет не только экологическое, но и хозяйственное значение: есть сведения о том, что Никита Кожемяка использовал Pyroserpentes tricephalus для вспашки, и судя по всему, весьма успешно — так называемые «змеевы гряды» сохранились на Украине до сих пор. P.S. Желающие обсудить проблему эволюции и экологии Pyroserpentes tricephalus с автором могут написать ему по адресу: mefisto@krc.karelia.ru или mefi100@mail.ru с пометкой «Змей Горыныч». УЧЕНЫЕ ДОСУГ! •41 V* *"^ можно, другого вида), которые все вместе весят столько же? Вдохновленный этой идеей, автор не отказал себе в удовольствии рассмотреть ее более подробно на конкретных примерах. В первую очередь внимание привлекает нерешенная до сих пор проблема гибели динозавров. В случае кончины крупного ящера наивно ожидать, что его медленно растущие собратья быстро восполнят нарушенное равновесие и тем самым обеспечат строгое выполнение постулата Вернадского. При таком положении вещей естественно ожидать иного развития событий: недостающее количество живого вещества пополнится за счет другой группы организмов — существ способных быстро достигать половой зрелости и производить многочисленное потомство. Когда началась массовая гибель динозавров, эту нелегкую роль взяли на себя первые млекопитающие, чья масса в ту пору не превышала 9 килограммов. К тому времени они жили на Земле уже около 150 миллионов лет, но все эти годы провели как бы в тени гигантских ящеров. И вот наконец настал их час! Эволюция млекопитающих пошла по пути совершенствования воспроизводства, поэтому они смогли резко увеличить свою численность за короткий промежуток времени. Млекопитающие захватывали все больше атомов, живое вещество концентрировалось в этих мелких зверьках, и в конце концов крупным и медленно размножающимся динозаврам пришлось уступить. Они могли бы жить до сих пор небольшими группами, но постулат Вернадского их подкосил. Динозавры вымерли. А что же млекопитающие? Они размножились до того, что им некуда было поставить лапу, и потому возникла необходимость в сокращении их численности. Это привело к возникновению гигантских млекопитающих. Однако видовое разнообразие постоянно увеличивалось, а значит, должно было расти и суммарное число особей при постоянстве общей массы живых существ. Неудивительно, что большинство гигантских форм исчезло, хотя некоторые животные, такие, как киты или слоны, все же имеют довольно внушительные размеры. Безжалостный постулат продолжает свою работу и сейчас. Самый яркий пример его проявления — «волны жизни», то есть резкое периодическое увеличение численности полевок, леммингов и других мышевидных грызунов. Теперь всякому, усвоившему идею В.И. Вернадского, должно быть очевидно, что внезапное увеличение числа мелких быстро размножающихся животных происходит из-за одновременной кончины нескольких крупных млекопитающих. Это может быть случайным совпадением нескольких смертей в разных местах, а может быть и эпидемией среди носорогов или синих китов. Кстати, последнее вполне объясняет, почему иной раз целые полчища леммингов мчатся, не разбирая дороги, и бросаются в море. Таким путем они стремятся вернуть живое вещество в стихию, давшую им жизнь, ибо именно в море освободились те атомы, которые объединились потом в тельца этих славных грызунов! Но время идет, рождаются новые киты, умирают старые мыши, и все возвращается на круги своя, чтобы начаться вновь. В этом вечно меняющемся мире лишь одно остается постоянным — количество атомов, захваченных в данный момент живым веществом. 59 i
:^^ш^ i?.-'--' ^ № 0^ а£ *£&*т г«*ф, :»гЗ V: *- £Л ;Ш *>•, lV-5* Ш- £%й >lSrf А»'' хл Ала*
Урсула Ле Гуин Профессор Барри Пенниноль сидел в темноватой, холодной мансарде, уставившись прямо перед собой, то есть на стол, где лежали книга и корка хлеба. Хлеб был его ужином, а книга — трудом всей его жизни. Профессор Пенниноль вздохнул и поежился. Хотя нижние этажи старинного дома считались вполне фешенебельными, отопление в нем отключали второго апреля, независимо от погоды. Сегодня было как раз второе, и шел дождь со снегом. Если бы профессор Пенниноль поднял голову, то увидел бы смутные, возникающие из сумерек очертания двух квадратных башен Нотр-Дам чуть ли не на расстоянии вытянутой руки от своего окна: собор стоит на острове Сите, а Пенниноль жил на острове Сент- Луи, напоминающем маленькую баржу, которая тащится вслед за Сите в устье Сены. Но профессор Пенниноль не поднимал голову: он чересчур замерз. Огромные башни погрузились во мрак, а профессор Пенниноль — в тоску. Он с ненавистью уставился на свою книгу. Ею он заслужил год жизни в Париже. «Издайте или умрите», — сказал декан. Барри издал и получил преподавательский отпуск длиною в год, без сохранения содержания. Мансон-Колледж не настолько богат, чтобы платить учителям, которые не учат. И вот на свои жалкие сбережения он вернулся в Париж, чтобы снова по-студенчески жить в мансарде, читать в библиотеке рукописи XV века и смотреть на цветущие каштаны. Но ничего хорошего из этого не получилось. Ему уже сорок лет — многовато для одиночества в мансарде. Почки на каштанах непременно замерзнут от позднего снега. А работа осточертела. Кому какое дело до его построений, до его, Пенниноля, теории о загадочном исчезновении поэта Франсуа Вийона в 1463 году? Потому что его теория о бедняге Франсуа, о величайшем из несовершеннолетних преступников, обречена оставаться всего лишь теорией, доказать которую невозможно, ибо нельзя перешагнуть пропасть шириной в пятьсот лет. Доказательств не существует. А кроме того, так ли уж важно, умер ли Вийон на виселице в Монфоконе или (как полагал Пенниноль) в борделе по дороге в Италию? Это никого не волнует. Потому что никто, кроме него самого, настолько не любит Вийона. И никто не любит его самого, профессора Пенниноля, и сам он в первую очередь. Да и с какой стати ему испытывать это чувство? За что любить необщительного, неженатого, низкооплачиваемого педанта, который одиноко сидит в неотапливаемой мансарде старого дома, пытаясь написать очередную никому не нужную книгу? «Я нереален», — сказал он вслух, еще раз вздохнул и поежился. Потом встал, снял с постели одеяло, завернулся в него и так, закутавшись, вновь уселся за стол. Попытался зажечь сигарету. Несколько раз щелкнул зажигалкой, но безрезультатно. Снова вздохнул, поднялся, взял банку с вонючей жидкостью для заправки зажигалки, уселся, завернулся в одеяло. И наконец, заправив ее, щелкнул опять. Конечно, он пролил жидкость, и пролил довольно много. Зажигалка вспыхнула — и вспыхнул профессор Пенниноль, от ногтей до запястий. «О, дьявол!»— вскричал он и вскочил, размахивая руками, повторяя «Дьявол, дьявол!» и неистово проклиная судьбу. Никогда и ничего у него не получалось как надо. Почему? Часы показывалии 8.12 вечера, было второе апреля 1961 года. Человек сидел за столом в высокой, холодной комнате. За окном позади него из весенних сумерек поднимались две квадратные башни собора Нотр-Дам. На столе лежали ломоть сыра и громадная книга в переплете с металлическими застежками. Эта книга 61
на латыни называлась «О первичности огня как элемента по отношению к другим трем элементам». Ее автор уставился на нее с ненавистью. Рядом на маленькой железной плите что-то кипело на медленном огне в перегонном кубе. Жан Ленуар то и дело механически пододвигал стул на пядь ближе к плите, чтобы согреться, но мысли его были сосредоточены на более глубоких проблемах. «О, дьявол!» — наконец воскликнул он на французском языке эпохи позднего средневековья, захлопнул книгу и встал. Что, если его теория неверна? Что, если первоэлемент — это вода? Как доказывают подобные вещи? Должен же быть способ — хоть какой-то метод, который даст человеку уверенность — абсолютную уверенность — в одном- единственном факте! Но каждый факт спорит с другим фактом, авторитеты расходятся во мнениях, и никто и никогда не станет читать его книгу, даже эти злосчастные педанты в Сорбонне. Они чуют ересь. Почему? И вообще — за что? Зачем нужна была эта его нищая и одинокая жизнь, если он так ничего и не узнал? Он стал в ярости мерить шагами комнату, потом остановился. «Ну что ж! — сказал он, обращаясь к своей судьбе. — Превосходно. Ты мне ничего не дала — значит, я сам возьму, что хочу!» Книги лежали на полу, везде. Он подошел к одной из стопок, вытянул из нее нижний том, поцарапав кожаный переплет и ободрав себе пальцы, когда на него обрушились верхние фолианты, швырнул книгу на стол и стал пристально изучать какую-то страницу. Затем холодно, целеустремленно начал собирать все необходимое: серу, серебро, мел. На столе с рабочими принадлежностями все всегда было под рукой. Вот приготовления и закончены. Он помедлил. «Это смешно», — пробормотал себе под нос, вглядываясь из окна в темноту, где сейчас можно было угадать разве что очертания двух башен. Внизу, выкрикивая время, прошел стражник. Было восемь часов вечера и так тихо, что он слышал, как плещется Сена... Жан Ленуар пожал плечами, нахмурился, взял мелок, нарисовал аккуратную пентаграмму на полу возле стола, затем раскрыл книгу и начал читать, выговаривая слова звонким, но не очень уверенным голосом: «Haere, haere, audi me...» Заклинание было длинным и по большей части бессмысленным. Голос Жана Ленуара стал глуше. Торопливо произнеся последние слова, он захлопнул книгу, пошатнулся и начал оседать, прислонившись к двери и разинув рот. В центре пентаграммы стояла фигура человека, которая размахивала огненными, озарявшими ее слабым светом руками. Барри Пенниноль наконец успокоился и, погасив пламя, засунул руки в складки своего одеяла. Ожогов не было, и он снова уселся за стол. Посмотрел на свою книгу. Она не была ни серой, ни тонкой, без заголовка «Последние годы Вийона: изучение возможных вариантов судьбы поэта». Это была толстая, коричневая книга, и называлась она «Incantatoria Magna». На его столе?! Бесценная книга, изданная в 1407 году, единственная полностью уцелевшая копия которой хранилась в Амвросианской библиотеке в Милане! Барри Пенниноль стал медленно оглядываться по сторонам, и тут же рот у него начал медленно открываться. Он увидел плиту, какие-то химические принадлежности, две-три дюжины стопок самых невероятных книг в кожаных переплетах, увидел окно и дверь. Свое окно и свою дверь. Но, привалившись к этой самой двери, на полу сидело маленькое существо, черное и бесформенное, и издавало хриплые, лязгающие звуки. Профессор Барри Пенниноль был человеком если не смелым, то рациональным. Он решил, что сошел с ума, и потому без обиняков спросил: «Вы кто? Дьявол?» Существо дребезжало и подрагивало. Профессор решил прозкспериментировать: он бросил взгляд на невидимый уже Нотр-Дам и перекрестился. Существо встрепенулось — не вздрогнуло, а именно встрепенулось. Потом что-то проговорило слабым голосом на чистом английском... нет, на чистом французском... нет, скорее на каком-то странном французском. — Значит, вы от Бога, — сказало оно. Барри встал, приглядываясь. — Вы кто? — спросил он сурово. Существо подняло голову, обратило к нему вполне человеческое лицо и кротко ответило: — Жан Ленуар. — Что вы делаете в моей комнате? Последовало молчание. Затем Ленуар встал с колен и выпрямился во весь рост, составлявший ровно пять футов и два дюйма. — Это моя комната, — ответил он после долгой паузы, но очень вежливо. Барри окинул взглядом книги и реторты. Последовала еще одна пауза. — Как я сюда попал? — Я вас вызвал. — Вы доктор? Ленуар гордо кивнул. Теперь он выглядел совершенно иначе. — Да, я доктор, — подтвердил он. — Да, зто я вас вызвал. Природа не сдавалась, она не хотела, чтобы я овладел знаниями, но я овладел самой природой, я смог совершить чудо. А значит — к дьяволу науку! Я был ученым, — он устремил горящий взгляд на Барри, — но все, хватит! Меня называли и дураком, и еретиком, но, Богом клянусь, я еще хуже! Я — чародей, я — чернокнижник. Я — Жан Черный! Мое колдовство удалось. А значит, занятия наукой — просто потеря времени. Так-то! — произнес он, но вид у него был не слишком-то торжествующий. — Я предпочел бы, чтобы у меня ничего не вышло, — чуть успокоившись, сказал Ленуар, продолжая лихорадочно ходить по комнате, лавируя между томами. — И я тоже, — согласился профессор. — Кто вы такой? — Ленуар вызывающе посмотрел на Барри, хотя был на добрый фут ниже него. — Барри Пенниноль, преподаватель французского в Ман- сон-Колледже, штат Индиана. В Париже нахожусь в отпуске для дальнейшего изучения французского языка эпохи позднего средневе... — Он осекся. Только сейчас до него дошло. Язык, на котором говорит этот Ленуар... — Какой год у вас? Какой век? Ради Бога, доктор Ленуар! Кто правит этой страной? — воскликнул Барри. Ленуар пожал плечами на чисто французский манер. — Король Луи, — сказал он. — Луи XI. Гнусный старый паук. С минуту они стояли, пристально глядя друг на друга. Ленуар заговорил первым: — Так вы — человек? — Да. Послушайте, Ленуар. Я боюсь, что вы, то есть ваше заклинание... что вы там что-нибудь не так сказали. — Да, наверное, — согласился алхимик. — А вы француз? — Нет. — Англичанин? — засверкал глазами Ленуар. — Вы грязный, паршивый «годдэм»?* — Нет, нет! Я — из Америки. Я из... я из вашего будущего. Из двадцатого века после Рождества Христова. Барри был уверен, что сказал правду. Мансарда, в которой он стоял, его мансарда, она выглядела новой. Никак не построенной пятьсот лет назад. Она была пыльная, но новая. И копия «Albertus Magnus» (верхняя в стопке, у *Преэрительное прозвище англичан, соответствующее самому богохульному из английских ругательств того времени. (Примеч. пер.) 62
самого его колена) была новой, в переплете из тонкой, мягкой телячьей кожи, на которой ярко блестело вытесненное золотом название. И Ленуар стоял напротив него не в современном для Барри костюме, а в черном одеянии, и был явно у себя дома. — Садитесь, пожалуйста, сударь, — проговорил Ленуар. И добавил с утонченной, но рассеянной любезностью бедного ученого: — Не утомились ли вы с дороги? У меня есть хлеб и сыр, окажите мне честь разделить со мной трапезу. Они сидели за столом и ели хлеб с сыром. Сперва Ленуар попытался объяснить, почему он прибег к черной магии. — С меня хватит, — сказал он. — Хватит. Я был одинок, я с двадцати лет работал как проклятый, и ради чего? Ради знания. Ради того, чтобы постичь тайны природы. А их невозможно постичь. Ни в какую. Тут он всадил нож на полдюйма в стол, так что Барри даже подскочил. Ленуар был щуплым и маленьким, но отличался, по всей видимости, горячим нравом. И лицо его — слишком бледное и худое лицо — Барри понравилось: оно было умным, живым. Барри оно напомнило портреты одного прославленного физика-атомщика, мелькавшие в газетах до 1953 года. Возможно, из-за этого сходства Барри и не выдержал: — Кое-что можно постигнуть, Ленуар. Мы не так уж мало узнали о том о сем. — О чем же? — спросил алхимик недоверчиво. — Ну, я не ученый... — Вы научились делать золото? — Ленуар ехидно ухмыльнулся. — Нет, золото, не думаю, но бриллианты научились. -Как? — Углерод — ну, словом, уголь... при высокой температуре и под большим давлением, так, по-моему. Уголь и алмаз — это одно и то же, один и тот же элемент. — Элемент? — Повторяю, я не у... — Что есть первичный элемент? — выкрикнул Ленуар. Глаза его засверкали. — Первичных элементов около сотни, — ответил Барри холодно, стараясь не выказать охватившей его тревоги... Двумя часами позже, выжав из Барри все, что еще оставалось у того в голове от школьного курса химии, Ленуар бросился в темноту и вернулся с бутылкой. — О учитель! — воскликнул он. — Как смел я предложить вам один только сухой хлеб с сыром? Оказалось, он принес отменное бургундское урожая 1477 года; в том году у бургундского был особенный букет. Когда они выпили по стаканчику, Ленуар сказал: — О, если бы я мог вас чем-то отблагодарить! — А вы можете. Поэт Франсуа Вийон — это имя вам знакомо? — Да, — произнес Ленуар несколько удивленно. — Но он же писал не на латыни, а на французском, и писал всякий вздор. — Известно ли вам, как или когда он умер? — О да, его повесили здесь, в Монфоконе, в 1464 или 1465 году вместе с компанией таких же негодяев, как и он сам. А что? Через два часа в горле у обоих пересохло, дно бутылки тоже было сухим, а стражник возвестил, что теперь три часа ночи, холодной и ясной. — Жан, я устал, — сказал Барри. — И будет лучше, если вы отправите меня обратно. Алхимик не спорил. Он был слишком вежлив, слишком благодарен и, может быть, тоже слишком утомлен. Барри встал внутрь пентаграммы, выпрямился и замер — высокая костистая фигура, завернутая в коричневое одеяло, с сигаретой «Голуаз», дымящейся в руке. — Прощайте, — грустно сказал Ленуар. — До свидания, — ответил Барри. Ленуар стал читать заклинание с конца. Свеча мерцала, голос его звучал все тише. «Me audi, haere, haere», — прочел он, вздохнул и поднял глаза. Внутри пентаграммы никого не было. Свеча мерцала по-прежнему. «Но я успел так мало узнать!» — выкрикнул Ленуар в пустоту комнаты, ударив кулаками по книге. «И такой друг! Настоящий друг!» Он выкурил одну из сигарет, которые оставил ему Барри, потому что вкус табака Ленуару сразу понравился... Проспал он, положив голову на стол, часа два. Проснувшись, надолго задумался, зажег свечу, выкурил еще одну сигарету, потом раскрыл все ту же «Incantatoria» и начал громко читать: «Haere, haere...» — Ох, слава Богу! — воскликнул Барри, торопливо шагнув из пентаграммы и хватая Жана за руку. — Послушайте, Жан, я вернулся к себе в комнату, в эту же самую мансарду, но в ветхую, совсем ветхую и пустую — ведь вас там не было, и подумал: «Бог мой, что я наделал? Я бы душу продал, чтобы вернуться обратно, туда, к нему. И что мне делать с тем, что я узнал про Вийона? Кто мне поверит? Какие у меня доказательства? И, черт побери, кому я могу рассказать об этом, в конце концов? Кого это волнует?.. Я не мог уснуть, я целый час сидел и плакал. — Вы хотите остаться? — удивился Ленуар. — Да. Смотрите. Я не выпускал это из рук на случай, если вы меня снова вызовете. — Он робко протянул Ленуару восемь пачек «Голуаза», несколько книг и золотые часы. — За это можно будет кое-что выручить, — пояснил Барри. — Я знал, что бумажные франки здесь не годятся. При виде книг глаза у Ленуара вспыхнули от любопытства, но он не двинулся с места. — Друг мой, — проговорил он, — вы сказали, что запродали бы душу... и знаете, я тоже. В конце концов, как же такое случилось? То, что мы оба люди. И никаких дьяволов. Никаких расписок кровью. И мы — двое людей, которые жили, живут в этой комнате. — Я не знаю, — ответил Барри. — Мы подумаем об этом потом. Жан, я могу остаться с вами? Считайте, что здесь ваш дом. — И Ленуар изысканным широким жестом обвел комнату со стопками книг, ретортой, свечой. За окном, серые 63
на сером фоне неба, вырисовывались две огромные башни собора Нотр-Дам. Наступал рассвет третьего апреля. Позавтракав корками хлеба и сыра, они вышли на улицу и поднялись на южную башню. Собор не изменился, он был таким же, как в 1961 году, разве что чище, но Париж, увиденный сверху, поразил Барри. Под ним лежал совсем маленький город. Два небольших островка, усеянные домами, на правом берегу — еще дома, которые лепились друг к другу внутри крепостной стены, на левом берегу — несколько улиц вокруг Сорбонны. И это было все. Ленуар стал вырезать ножиком на ограде смотровой площадки собора дату — римскими цифрами. — Давайте ее отметим, — предложил он. — Я два года не был за городом. Давайте отправимся вон туда. — И он указал на окутанный дымкой зеленый холм, где виднелись несколько избушек и мельница. — На Монмартр, согласны? Я слышал, что там есть хорошие кабачки... Их необременительная жизнь легко вошла в колею. Сначала Барри было немного не по себе на многолюдных узких улицах, но в свободной черной одежде, которую ему дал Ленуар, он не выделялся ничем, кроме роста. Ну а что до дома, где вши были неизбежным злом, то Барри, отметим, никогда особенно не дорожил комфортом, и единственное, чего ему всерьез не хватало, так только утреннего кофе. Они купили постель и бритву (свою Барри захватить забыл), а затем Ленуар представил своего нового друга хозяину в качестве месье Барри, родственника Ленуара из Оверни, и все хлопоты по переселению профессора Пенниноля были закончены. За часы Барри выручил огромную сумму — четыре золотые монеты, на которые можно было прожить целый год. По утрам они ходили осматривать Бастилию и церкви или посещали второстепенных поэтов из круга Вийона. После завтрака друзья рассуждали об электричестве, атомной энергии, физиологии и других материях, которыми интересовался Ленуар, и проводили небольшие опыты и эксперименты в области химии, чаще всего неудачные. После ужина они просто болтали. Бесконечные легкие беседы переносили их из одного века в другой. Через две недели знакомства им стало казаться, что они знали друг друга всю жизнь. Оба были совершенно счастливы. Они понимали, что нигде не смогут применить те знания, которыми каждый из них наделил другого. Как мог Барри в 1961 году доказать то, что он лично узнал о средневековом Париже? Как мог Ленуар в 1482 году доказать ценность узнанных от Барри научных методов? В общем, они не рассчитывали на то, что их когда-нибудь услышат. Им просто хотелось учиться друг у друга. Они были счастливы впервые в жизни. Счастливы настолько, что у них начали просыпаться и кое-какие другие, самые земные стремления. — Я не думаю, — однажды вечером, сидя за столом, сказал Барри, — что вы когда-нибудь всерьез размышляли о женитьбе. — Пожалуй, нет, — неуверенно ответил Ленуар. — Я в очень невысоком церковном чине... и мне это как-то не пристало. А вы? — И я, — вздохнул Барри. — И дорого к тому же. Там, в моем времени, ни одна уважающая себя женщина не согласилась бы разделить мой образ жизни. Американки такие дьявольски уравновешенные, деловые, преуспевающие и очаровательные создания, что меня от них просто жуть берет. — А здешние женщины все маленькие как жуки и с плохими зубами, — заметил Ленуар мрачно. В тот вечер они больше не говорили о женщинах, но заговорили о них на другой день. Потом еще и еще. И вот наступил вечер, когда они осушили две бутылки «Монтра- ше» и порядком опьянели. — Давайте вызовем женщину, Жан, — похотливо пробасил Барри. — А что, если на этот раз появится дьявол? — А так ли велика между ними разница? Громко хохоча, они нарисовали пентаграмму. «Наеге, haere», — начал Ленуар, но вскоре на него напала икота, и продолжать пришлось Барри. Он дочитал последние слова. В комнату ворвался холодный воздух, запахло болотом, и в пентаграмме появилось создание с совершенно диким взглядом и длинными черными волосами. Создание было абсолютно голым и визжало. — Ей-Богу, женщина, — заключил Барри. — Это? — не поверил Ленуар. — Эй, возьмите-ка мой плащ! — сказал Барри, поскольку несчастное существо женского пола стояло с вытаращенными глазами и дрожало крупной дрожью. Бормоча «Gratias ago, domini», дама завернулась в плащ. — Латынь! — заорал Ленуар. — Чтобы женщина говорила на латыни? — Он был потрясен. Ее звали Бота. Она была, по-видимому, рабыней в хозяйстве субпрефекта Северной Галлии, жившего на одном из островков в грязном островном городе под названием Лютеция*. Бота говорила на латыни с сильным кельтским акцентом и даже не знала, кто был императором Рима в ее время. «Сразу видно, что из варваров», — проворчал Ленуар с презрением. И она действительно была из варваров, эта молчаливая и забитая рабыня, белокожая, со спутанными волосами, но ясным взглядом серых глаз. Когда мужчины убедили ее, что все происходящее ей не снится, она, должно быть, решила, что это — очередная выходка ее иноземного и всемогущего хозяина- субпрефекта, приняла случившееся как данность и перестала задавать вопросы. — Может ли ваша раба служить вам, мои повелители? — спросила она робко, переводя взгляд с одного на другого. — Только не мне, — буркнул Ленуар и добавил, обращаясь по-французски к Барри:— Продолжайте, я пойду спать в кладовку. — И вышел. Бота снизу вверх посмотрела на Барри. Никто из галлов и почти никто из римлян не был такого прекрасного, такого высокого роста. Никто из галлов и никто из римлян никогда не разговаривал с ней таким добрым голосом. — Фитиль у вашей лампы (это была свеча, но Бота свечей никогда не видела) почти сгорел, — сказала она. — Можно мне задуть его?.. Еще за два соля в год хозяин разрешил им использовать кладовку как вторую спальню, и Ленуар теперь спал один в большой комнате мансарды. А профессор и рабыня, перебравшись в кладовку, любили друг друга с упоением и нежностью. Прежде Бота жила как животное, женщину в ней видели все, а человека — никто. И вот всего за неделю она успела расцвести и ожить, оказавшись особой жизнерадостной и наделенной природным умом. «Ты становишься самой настоящей парижанкой», — упрекнул ее Барри однажды ночью. «Ох, знали бы вы, что для меня значит не защищаться все время, не бояться все время и не быть все время одной», — последовал ответ. Ленуар слышал их голоса, потому что стенки на чердаке были тонкими. Он уселся в постели и глубоко задумался. Около полуночи, когда все стихло, он встал, бесшумно приготовил щепотки серебра и серы, начертил пентаграмму и раскрыл книгу. Затем прочел заклинание нерешительно и очень тихо. Лицо у него оставалось настороженным. В центре фигуры появился маленький белый пес. *Древнеримское название Парижа. 64
Он опустил хвост и прижался к полу, потом несмело шагнул вперед, обнюхал Ленуару руку, посмотрел на него влажными глазами и робко, умоляюще заскулил. «Потерялся... Совсем щенок». Алхимик погладил белую шерсть. Щенок лизнул Ленуару ладонь и стал неистово прыгать вокруг него, празднуя свое спасение. На его белом ошейнике Ленуар заметил серебряную пластинку с выгравированной надписью: «Жоли. Дюпон, улица Сены 36, Париж IV», Жоли сгрыз корку и уснул, свернувшись под креслом алхимика. А тот снова открыл книгу и стал читать, по-прежнему негромко, но решительно, не испытывая страха и зная, что должно случиться... Утром Барри открыл дверь кладовки и замер на пороге. Лежа в постели, Ленуар гладил белого щенка и увлеченно беседовал с дамой, сидевшей у него в ногах, — высокой рыжей женщиной в серебристой одежде. Щенок залаял. Ленуар кивнул: «Доброе утро». Женщина улыбнулась дивной улыбкой. — Господи, твоя воля! — пробормотал Барри по-английски. — Доброе утро. Вы из какого года? Впечатление было ошеломляющим: она выглядела как Рита Хейворт, но одухотвореннее, словно Рита Хейворт и Мона Лиза в одном лице. — Я с Альтаира, примерно из VIII тысячелетия после ваших дней, — ответила она и улыбнулась еще пленительней. По-французски она говорила с акцентом первокурсника, которого приняли в университет лишь за успехи в спорте. — Я — археолог. Раскапывала руины Парижа III. Я прошу прощения, что говорю так скверно: разумеется, мы знаем язык только из надписей. — С Альтаира? Со звезды? Но вы — человек? — Колонизация нашей планеты осуществилась с Земли и началась примерно четыре тысячелетия тому назад — то есть через три тысячелетия после ваших дней. — Она рассмеялась чарующим смехом и взглянула на Ленуара. — Жан мне все объснил, но я пока еще путаюсь. — Ленуар, это же опасно! Как вы могли снова решиться на это? — обрушился на друга Барри. — Видите ли, мадам, до сих пор нам очень везло... — Нет, — сказал француз, — это не везение. — Но в конце-то концов вы играете не с чем-нибудь, а с черной магией! Послушайте, мадам, я не знаю вашего имени... — Кеслк. — Послушайте, Кеслк, — продолжил Барри, ухитрившись не запнуться, — у вас-то наука, должно быть, фантастически развилась... Так вот, возможно колдовство или нет? Существует оно в природе или нет? Возможно ли переступить через законы природы, то есть делать то, что мы, по всей видимости, делаем? — Я никогда не была свидетелем ни одного достоверного случая колдовства и не слыхала о них. — Так что же происходит? — удивился Барри. — Почему это дурацкое старинное заклятье — и только оно! — действует лишь тогда, когда его произносит Жан, и только здесь, а больше не действовало ни у кого и нигде на протяжении пяти... нет, восьми... нет, пятнадцати тысячелетий земной истории? Почему? И откуда взялся этот чертов щенок? — Этого щенка потеряли, — ответил Ленуар с невозмутимым видом. — Потеряли где-то возле нашего дома, на острове Сент-Луи. — А я сортировала осколки керамики, — сказала Кеслк с так же невозмутимо. — На месте, где был жилой дом, остров 2, раскоп 4, квадрат Д. Стоял прекрасный весенний день, но мне он был противен. Я его ненавидела. И его, и работу, и окружавших меня людей! — Тут она снова подняла глаза на маленького алхимика. — Я уже пыталась объяснить все это Жану минувшей ночью... Понимаете, мы улучшили расу. А у всех черепов из Америки, ранний период, зубы запломбированы. У одних из нас кожа смуглая, у других — белая, у третьих — золотистая. Мы все красивые и здоровые, и вполне приспособленные, и энергичные, и преуспевающие в своем деле. Наши профессии и уровень наших успехов планируются заранее, еще в Предшкольном доме, но иногда встречаются случаи генетического брака. Вот я, например. Меня обучили профессии археолога, поскольку учителя заметили, что я всегда не любила людей. Люди нагоняли на меня тоску. Все они похожи на меня внешне, и все чужды мне внутренне. Если все везде одинаковое, то где твой дом? Но теперь я увидела эту негигиеничную, недостаточно отапливаемую комнату. Теперь я увидела собор не в руинах. Теперь я встретила живого человека, он ниже меня ростом, у него плохие зубы и вспыльчивый характер. Теперь я дома, я там, где могу быть собой, и я больше не одинока. — Одинока, — мягко повторил Ленуар, обращаясь к Барри. — Одиночество, так? Одиночество и есть то самое заклятье, одиночество сильнее, чем... На самом деле все это не так уж противно природе вещей. Из-за дверей выглянула Бота, ее лицо, обрамленное черными волосами, залилось краской. Она застенчиво улыбнулась и на латыни вежливо пожелала новенькой доброго утра. — Кеслк не знает латыни, — с чувством глубокого удовлетворения сказал Ленуар. — Придется немного научить Боту французскому. Ведь французский — это язык любви, не так ли? Знаете что, нам надо выйти на улицу и купить хлеба, я голоден. Пока Ленуар надевал свою побитую молью черную мантию, серебряная туника Кеслк исчезла под удобным своей универсальностью плащом. Барри задумчиво скреб блошиный укус на шее, Бота успела причесаться. Все вместе они отправились купить себе что-нибудь на завтрак. Впереди, разговаривая по-французски, шли алхимик и специалист по межзвездной археологии, за ними, говоря на латыни и держась за руки, следовали профессор из Индианы и галльская рабыня. Узкие, заполненные народом улицы были залиты солнцем. Над ними возвышались квадратные башни собора Нотр-Дам. Рядом тускло блестела Сена. В Париже был апрель, и на берегах реки цвели каштаны. Перевод с английского Д.ДУДИНОЙ 65
О вихрях, ш~г* .*•.'- •,/ •'*: -Л '?£ -;*ч_ / Долина Лргир, ?<> 21 февраля 2000 лкйг : V- £«Ш •••• 400 т / 0- / 300%)
i—~ * 4 3 ^ Прометея, >'- II декабря $у% лг.^шЬ 1999 toda. fr->*£© В это шремя 'я* > A.**t WKUHHUHQAQCb i*^v 200 m ФОТОИНФОРМАЦИЯ j&%t# Прометея* 30 декабря 1999 года i*j
ДАлХИМ STREA Полезные ресурсы Интернет: www.rsci.ru Эксклюзивный ягйнт Str^m Ch^mirals (USA1 в Рпггим Поставки импортных реактивов по заказам и со склада Собственное производство реактивов в лабораторных условиях и реакторах МОС: Фосфор-ОС": Лиганды для МОС": Растворители": Метаплоцены Ti, Zr, Hf, Mg, Sr, Ba, V, Nb, Та, Mn, Fe, Co, Ni и лантаноидов, мостиковые цены, алкилметаллы (включая бутиллитий и реактивы Гринья- ра), производные дипивапоилметана Триалкил- и триарилфосфины, моно- и диалкилхлорфосфины, дифенилхлорфосфин, дифенилфосфин Дициклопентадиен, пентаметилциклопен- тадиен, дипивалоилметан Диметоксиэтан, тетрагидрофуран, гексаны, ди-н-бутиловый зфир 'Приведенные примеры не ограничивают список классов и соединений А также катализаторы и оптически активные катализаторы, хлориды редкоземельных металлов, фтор-ОС, алкил- и арилгалогениды, гидриды металлов (включая литийалюминийгидрид), реактивы электронной чистоты, летучие соединения для MOCVD&CVD и многое другое. Тел.: (8312) 753-772; факс: (8312) 750-799; e-mail: dalch@kis.ru, www.dalchem.nnov.ru 000 «ДАлХИМ», 603000, Нижний Новгород, А/Я 634 ♦ Гранты, фонды, научные конференции - большой каталог ресурсов ♦ Гранты, премии, стипендии для молодых ученых уникальный каталог "живых" ресурсов ♦ Официальный сайт программы "Молодые ученые России" : предварительная регистрация заявок на участие в конкурсах ♦ Масса полезных ссылок www.rsci.ru II МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА 13-16 ИЮНЯ Санкт-Петербург Петербургский СКК пр, Гагарина 8 хи^ия CHEI; fl STRY Тематические разделы выставки: • Химическая наука. XXI век • Технологии химических материалов • Оборудование для химического производства • Средства контроля и автоматизации • Лабораторное оборудование • Продукция химических предприятии - горюче смазочные материалы Организаторы выставки: Союз Российских городов, Администрация Санкт-Петербурга, Правительство Ленинградской области. Российский Союз Химиков, Российское химическое общество им. Д. И. Менделеева, ЗАО "Ортикон" G?Ti ^RTICON Тел.: (812I18-35-37, 264-00-67 E-mail: fair@atlant.ru лакокрасочные материалы - синтетические смолы химические волокна, нити - кино-фото материалы, магнитные носители - резинотехнические изделия реактивы, катализаторы - композиционные материалы, стеклопластики коагулянты, флокулянты бытовая химия - химическая продукция в строительстве химия в сельском хозяйстве тара, упаковка » Химическая продукция и маркетинг • Проектирование и строительство химических предприятии • Охрана окружающей среды. 68
.IllL^illlklV I 4. СКЛАДСКИЕ ПОМЕЩЕНИЯ И ВЫСТАВОЧНЫЕ ЗАЛЫ И АНГАРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЦЕХА, ОБЪЕКТЫ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ - И ПИЩЕВОЙ Эластичность и прекрасная адгезия ко кем идам осншии*. Телефоны: Крупнейшие выставки химического профиля в Северо-Западном регионе России 26 — 29 сентября Санкт-Петербург Выставочный комплекс Ленэкспо III международная выставка ТЕХНО ХИМИЯ VIII международная выставка ЗАШИТА ОТ КОРРОЗИИ Организаторы выставки: ОАО ЛЕНЭКСПО. РНЦ «Прикладная химия», АООТ ВНИИнефтехим. При поддержке: Министерства науки и технологий РФ, Российской академии наук, Российского химического общества имени Д.И.Менделеева, Министерства экономики РФ, Администрации СПб. Научные исследования и разработки в области создания новой техники и технологий для химических отраслей промышленности, новых материалов. Технология производства химических продуктов. Химические продукты и материалы, их применение в различных отраслях промышленности, в медицине, строительстве, сельском хозяйстве, на транспорте. Бытовая химия, парфюмерия и косметика. Промышленная экология и безопасность химических производств. Биотехнология, генная инженерия. Оборудование для производства, переработки и упаковки. Контрольно-измерительная техника и средства автоматизации. Лабораторная и аналитическая техника. Комплектные химико-технологические линии и установки. Транспортировка химической и нефтехимической продукции. Охрана окружающей среды, экологическая безопасность химических производств. Литература, информационные системы, базы данных. Современные методы и средства защиты металлов и материалов от коррозии в различных отраслях промышленности. Защита зданий, сооружений, промышленной аппаратуры. Оборудование для подготовки поверхности. Антикоррозионные и защитные материалы. Оборудование для нанесения защитных покрытий, технология их нанесения. Приборы и методы контроля для испытания коррозионной стойкости материалов. Техническое обслуживание и ремонт. ипенэШю 199106, Россия, Санкт-Петербург, Большой пр.В.О., 103 Тел. (812I19-52-31, факс (812I19-53-22 e-mail: averkina@mail.lenexpo.ru, http://www.lenexpo.ru
Пишут, что. КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ Если звездочки зажигают... В последнее десятилетие американская символика стала для российского потребителя чем-то привычным и даже банальным. Товары с эмблемами отдельных штатов, спортивных клубов и крупных корпораций пользуются у нас большой популярностью, а звездно-полосатый флаг США украшает даже нижнее белье. И надо сказать, американские производители экспортной продукции — истинные патриоты своей страны — постоянно заботятся о пополнении ассортимента товаров, снабженных подобной атрибутикой. А недавно свой патриотизм удалось проявить и американским ученым: журнал «USA Unlimited» (№ 4, 1999) сообщил об очередном успехе специалистов из Колледжа вредителей сельского хозяйства (штат Колорадо). С помощью методов генетической инженерии им удалось вывести колорадского жука с синей переднегрудью, которую украшают пятьдесят белых пятнышек. Их можно хорошо разглядеть и даже пересчитать, так как насекомое стало заметно крупнее. Полосатый жучок, поразительно похожий на американский флаг, по замыслу его создателей, может стать скромной, но эффективной рекламой американских ценностей. А для того чтобы новый организм мог успешно конкурировать с насекомыми дикого типа и постепенно вытеснить их, ученые снабдили его генами, которые обеспечивают высокий темп размножения. Большинство создателей новой разновидности насекомого находят удачной идею интродуцировать свое детище в зоне Панамского канала. «Мы вынуждены спустить американский флаг над этой территорией, — пишут исследователи. — зато теперь мы можем оставить там множество наших маленьких живых флажков. Благодаря им местные жители всегда будут помнить о США и с ностальгией вспоминать то время, когда наш флаг развевался над их головами». Учитывая, что колорадский жук питается почти исключительно картофелем, и заботясь о том, чтобы экологическое равновесие в природе не нарушалось, ученые из Колорадо рассчитывают в самое ближайшее время снабдить его новыми генами, благодаря которым насекомое сможет употреблять в пищу растения семейства крестоцветных, в частности капусту и редис. У. Ботвинюк ...если расходы на науку и образование становятся меньше некоторого порога, то наступает их необратимый коллапс («Вестник РАН», 1999, № 10, с.907)... ...древние римляне пытались оставить от греческой науки только «практически полезную» ее часть, что привело к мраку средневековья («Успехи физических наук», 1999, № 12, с. 1323)... ...булат, или дамасскую сталь, можно рассматривать как хороший пример композитного материала, где твердые частицы находятся в пластичной матрице («Доклады Академии наук», 1999, т.369, с.334>... ...в основе дифференцировки клеток при развитии организма может лежать неравноправие двух возникающих в результате деления сестринских клеток, когда одна из них управляет другой («Цитология», 1999, № 10, с.848)... ...в Гренландском университете методами генной инженерии растений вывели развесистую клюкву («Cranberry Today», 2000, №4, с.13)... ...если увеличивать содержание фул- леренов в структуре железоуглеродистых сплавов, то качество сварного соединения улучшается («Сварочное производство», 1999, № 11, с.24)... ...за последние четыре года астрономы открыли около 30 планет, вращающихся вокруг близлежащих звезд («Nature», 1999, т.402, с.732)... ...в России ежегодно случаются около 20 тыс. прорывов нефтепроводов, что приводит к значительным загрязнениям территории и потерям нефти («Вестник МГУ, серия Экономика», 1999, №5, с.75)... ...в твердой фазе кислорода при давлении 200 000 атм могут образовываться молекулы 04 («Physical Review Letters», 1999, т.83, с.4093)... ...анатомическое строение трахеи обеспечивает эффективную очистку воздухоносного тракта от слизи и посторонних частиц при кашле («Физиология человека», 1999, № 6, с.86)... 70
Пишут, что... ...объем воздуха, проходящий за единицу времени через легкие новорожденного, в два раза выше (на килограмм веса тела), чем у взрослого человека («Гигиена и санитария», 1999, №6, с.16)... ...в России заболеваемость туберкулезом увеличилась с 1991 по 1996 г. на 98,5% (детей — на 76%), а смертность от него за этот период возросла в 2,3 раза («Архив патологии», 1999, № 5, с.82)... ...за последнее столетие описаны около 5000 видов бактерий, разделенных на 20 типов, что сравнительно немного, если учесть, что насчитывают примерно полмиллиона видов насекомых («Молекулярная биология», 1999, № 6, с.1074)... ...несмотря на широкое применение химических средств защиты растений, загрязняющих окружающую среду, общие потери урожая в мире от вредителей и болезней растений составляют 20% («Биоорганическая химия», 1999, № 12, с.903)... ...документально подтвержденный рекорд долгожительства среди деревьев на территории России — лиственница, которая росла на северо-востоке Сибири с 310 по 1228 год, то есть 919 лет («Лесоведение», 1999, № 6, с.66)... ...согласно прогнозам, в течение всего XXI века основными источниками энергии будут нефть, природный газ и каменный уголь («Известия АН. Серия Энергетика», 1999, № 6, с.6)... ...в отличие от изобретателей, писателей, художников и представителей других творческих профессий, авторские права ученых практически не защищены («Проблемы науки», 1999, № 12, с.22)... ...установлено, что как в странах Запада, так и в России наименее удовлетворены жизнью люди с высоким и сверхвысоким интеллектом («Психологический журнал», 1999, № 6, с.52)... КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ Роботы-полицейские «Бандит забаррикадировался в маленькой комнате вместе с заложниками. Пока он раздумывает, что делать дальше, комнату наводняет горстка крошечных роботов, которые следят за ним, перемещаясь по полу, мебели, стенам, потолку...» Это не отрывок из сценария американского режиссера Спилберга, а будущая работа меняющих свою форму микророботов. Их конструируют сотрудники Технологического колледжа Мичиганского университета для того, чтобы использовать в криминальных ситуациях либо когда объект исследования недоступен человеку. Понятно, что такие роботы должны быть маленькими, поэтому конструкторы решили делать их не более пяти сантиметров в диаметре. Тогда микророботов можно как пули выстреливать в здание. Кроме того, они должны легко и быстро передвигаться и уметь координировать свои действия. То есть их нужно оборудовать камерами, тепловыми и инфракрасными датчиками, микрофонами и соответствующим программным обеспечением («Newswise», март, 2000 г.). В конце концов разработчики остановились на двуногой конструкции, которая может двигаться и по полу, и по вертикальным плоскостям (в том числе стеклянным — для этого есть специальные присоски с датчиками давления и вакуумными насосами). На все поверхности будет нанесено алмазное покрытие, уменьшающее трение и продлевающее жизнь источникам питания роботов. Программное обеспечение позволит управлять роботом, который будет «видеть» с помощью микрокамер. Он должен выполнять такие задачи, как, например, найти окно, добраться до него и сделать снимки, ловко обогнуть препятствия и согласовать свои действия с другими роботами. Профессор Лал Туммала, координатор проекта, считает, что во время захвата и обезвреживания преступников представителям правопорядка дорога каждая секунда, поэтому перед штурмом важно собрать как можно больше информации. О. Тельпуховская
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ В ТАБЛИЦАХ Учебное и спра-оч^ое посооие Н.Я.Турова А.Т.БЛАЖЕВСКОМУ, Тула: Триплекс — это два слоя стекла с полимерной (обычно полиакрилатной) прослойкой, которая не дает рассыпаться осколкам; триплекс идет на лобовые стекла автомобилей; боковые стекла, которые при ударе рассыпаются на мелкие, практически не режущие гранулы, просто закалены в особом режиме. А.Н.ВОЛКОВОЙ, Пушкино Московской обл.: Оптические отбеливатели (белые флюоресцирующие красители) входят в состав практически всех современных стиральных порошков, как российских, так и импортных; кстати, именно поэтому после стирки белые вещи лучше не сушить на ярком солнце: у ткани может появиться легкий цветной оттенок. Б.АДЪЯЧЕНКО, Саратов: Инсектицидные биопрепараты («битоксибацил- лин», «бикол», препараты под коммерческим названием «Стрела») содержат бактерии, убивающие личинок колорадского жука, а также других насекомых-вредителей; если верить разработчикам, по эффективности биопрепараты не уступают химическим инсектицидам. Сергею КАПИТОНОВУ, Москва: Нас тоже удивляет, что огурец с научной точки зрения — это ягода, а клубника — не ягода, но делать нечего, у ботаники свои законы, у гастрономии свои. С.В.БУРЕНИНОЙ, Ужгород: Джевелит, искусственный драгоценный камень швейцарского производства, с химической точки зрения представляет собой оксид циркония, как и наш фианит; его название происходит от английского «jevel» — драгоценность. М.Н.ИВАНОВОЙ, Вологда: Для маринования годится не только уксус, но и другие пищевые кислоты — лимонная, молочная. А.Е.СИМАКОВУ, Санкт-Петербург: Туристический примус нельзя заправлять этилированным бензином: продукты его сгорания очень вредны, а еще хуже то, что свинец может забить предохранительный клапан. П.В.РОМАНЦЕВУ, Томск: Чтобы избавиться от плесени на стенах в ванной, попробуйте покрасить их водоэмульсионной краской (она не такая стойкая, как масляная, зато сырости будет меньше), а в краску добавьте побольше буры (сколько сможете растворить). Корреспонденту «Кэцзи Жибао» в Москве ВАН ЦЗЯНУ: Спасибо за добрые слова; рады, что вам понравились новости в «Информнауке», — уж если наши журналисты жалуются, что российская научная периодика трудна для понимания, так вам, наверное, еще труднее... 140 стр. формата A3 55 таблиц-схем, посвященных производным одного и.in нескольких элеменюв, литература за последние 25 лет Fojve 5 тыс. ссы ок). Это пособие — для студентов и школьников, и мучающих угмубленный курс химии, а также для химиков и технологов. Примм1ыГ1 в < Таблицах^ способ представления материала позволяет к > кдому чтателю использовав его в том объеме и va том уровне, который ему необходим и доступен. Купшь пособие мо + ?ю за наличный; расчет (цена 120 руб., выдается I кассовый чрк) на химическом факультете МГУ, комн. 451. Теп. @95)921-48-88, е-inaih natalie@morg.chem.msu.ru 72
ПОЧЕМУ RAMBLER: самый широкий охват российского сектора Интернет; гибкое ^ планирование рекламных кампаний; оперативная ~Э информация ^ об эффективности ** рекламы; пробная -line www.rambler.ru ективное ~Э Лодвижение варов и услуг, Сфокусированное для заданной и; % квалифицированна Э помощь и консультации специалистов. у* Каждый месяц число наших клиентов увеличивается на 12% ВЫ С НАМИ' /0/_ч^^|_|^_в ООО "Компания СТЕК" ШЙХЙцО!©! Телефакс: @95)956-7004, @95)939-8609, @967O30937; E-mail: advert®stack.ne uuvojj http://www.rambler.ru/new/advert.shtml; http://www.rambler.ru/new/price.shtml
www.informnauka.ru Сообщите ндм о своих исследованиях, и мы расскажем о них всбму миру. textmaster@informnauka.ru Агентство