Tags: журнал домашняя лаборатория
Year: 2016
Text
Наш новый адрес:
homelab@gmx.com
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
J
и
а и
5Ж
АВГУСТ 2016
ДОМАШНЯЯ
ЛАБОРАТОРИЯ
Научно-практический
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
domlab@ inbox.com
Статьи для журнала направ-
лять, указывая в теме пись-
ма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие го-
норары авторам статей не
выплачиваются и никакие оп-
латы за рекламу не принима-
ются.
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской деятельно-
стью и никакой ответствен-
ности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
При использовании материа-
лов этого журнала, ссылка
на него не является обяза-
тельной, но желательной.
СОДЕРЖАНИЕ
Вселенная внутри нас
Мир микробов (продолжение)
Осваиваем статистику (продолжение)
Некоторые методы органической химии
Технологический контроллер (продолжение)
Контроллеры технологических клавиатур
Физика для самых маленьких (окончание)
Вакуумное напыление
Культивирование нехороших растений
Лавка времени
Наука Плоского мира (окончание)
Август 2016
История
Ликбез
55
62
Химичка
75
Электроника
94
107
Мышление
117
Технологии
167
221
Литпортал
232
236
Биологически активные растения (продолжение)
В мире насекомых (продолжение)
Разное
348
373
Никакие претензии за не-
вольный ущерб авторам, за-
имствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается компенсиро-
ванным рекламой авторов и
их произведений.
По всем спорным вопросам следу-
ет обращаться лично в соответ-
ствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные ме-
стным нотариусом, копии всех
необходимых документов на афри-
каанс, в том числе, свидетель-
ства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
НА ОБЛОЖКЕ
Рисунок к публикации «Вакуумное напыление».
История
ВСЕЛЕННАЯ ВНУТРИ НАС
Нил Шубин
ГЛАВА 1.
И ВСЕ ЗАВЕРТЕЛОСЬ
С высоты птичьего полета я и мой напарник могли бы показаться двумя черными
песчинками, застрявшими высоко на склоне среди камней, льда и снега. Подходил
к концу наш долгий маршрут, и мы возвращались в лагерь, разбитый на гряде,
зажатой между двумя крупнейшими ледовыми щитами планеты. Под ясным северным
небом лежало пространство от дрейфующих льдов Арктики на востоке до безгра-
ничных ледниковых покровов Гренландии на западе. После продуктивного дня и
долгой прогулки мы, увидев эту величественную картину, почувствовали себя на
вершине мира.
Однако внезапно состоянию блаженства пришел конец, и все потому, что почва
под ногами переменилась. Мы пересекали полосу материковой породы, и бурый
песчаник уступил место участку розового известняка, а это, как нам было из-
вестно, верный признак того, что поблизости могут найтись окаменелости. Мы
уже несколько минут разглядывали валуны, когда я заметил необычный отблеск,
исходивший от одного из камней размером с дыню. Опыт работы в полевых услови-
ях научил меня прислушиваться к внутреннему голосу. Мы приехали в Гренландию
для охоты за мелкими окаменелостями, и потому я привык разглядывать камни
сквозь увеличительное стекло. Это блестела белая крупинка размером не больше
кунжутного семечка. Добрых пять минут я разглядывал камень, а потом передал
находку Фаришу, моему спутнику, чтобы услышать его авторитетное мнение.
Фариш замер, вглядываясь в крупинку, а потом посмотрел на меня с восторгом
и изумлением. Стащив перчатки, он высоко, метров на пять, подбросил их - и
крепко сжал меня в объятиях.
Подобный взрыв эмоций отвлек меня от абсурдности ситуации: бурный восторг
вызвала находка зуба размером с песчинку! Но мы нашли то, что искали три го-
да, потратив уйму денег, то, в погоне за чем не раз растягивали себе связки
на ногах: недостающее звено между пресмыкающимися и млекопитающими возрастом
около двухсот миллионов лет. Конечно, наш проект не сводился к поиску одного-
единственного трофея. Этот маленький зуб - лишь одна из ниточек, связывающих
нас с древностью. В гренландских скалах заключена часть тех сил, что некогда
сформировали наши тела, нашу планету и даже нашу Вселенную.
Отыскать связи с этим древним миром - все равно, что обнаружить в оптиче-
ской иллюзии первоначальный рисунок. Мы ежедневно видим людей, камни и звез-
ды. Но тренируйте глаза - и привычные вещи предстанут перед вами в необычном
ракурсе. Если вы научитесь смотреть на мир, то предметы и звезды станут для
вас окном в прошлое - таким огромным, что оно почти не поддается осознанию. В
нашем общем далеком прошлом случались страшные катастрофы, и они не могли не
отразиться на живых существах.
Как огромный мир может отразиться в маленьком зубе или даже в человеческом
теле?
Я начну с рассказа о том, как я и мои коллеги впервые попали на ту горную
гряду в Гренландии.
Представьте себе долину, простирающуюся так далеко, насколько хватает глаз.
И вы ищете здесь окаменелости размером с точку в конце предложения. Окамене-
лости и необъятная долина несопоставимы по размерам, но любая долина покажет-
ся крошечной в сравнении с поверхностью Земли. Научиться отыскивать следы
древней жизни - значит научиться смотреть на камни не как на неподвижные объ-
екты, но как на динамические сущности, часто с историей, насыщенной события-
ми. Это относится и ко всему нашему миру, и к нашим телам, представляющим со-
бой "моментальный снимок", запечатлевший определенный момент времени.
За последние полтора века тактика открытия мест для охоты за окаменелостями
почти не изменилась. В принципе, здесь нет ничего сложного: следует найти
участок, где на поверхности лежат камни интересующего нас возраста, причем
такие, в которых с наибольшей вероятностью могут содержаться окаменелости.
Чем меньше придется копать, тем лучше. Этот подход, который я описал в своей
публикации1 ллВнутренняя рыба", позволил мне и моим коллегам в 2004 году обна-
ружить остатки рыбы, готовившейся выйти на сушу.
Будучи студентом, в начале 80-х годов я вошел в группу, занимавшуюся разра-
боткой новых методов поиска окаменелостей. В нашу задачу входил поиск самых
ранних родственников млекопитающих. Ученые отыскали ископаемые остатки мелких
животных, напоминающих землероек, и их родственников-пресмыкающихся, однако к
середине 80-х годов зашли в тупик. Возникшую проблему лучше всего описывает
известная шутка: "Каждое найденное недостающее звено создает два новых пробе-
ла в ископаемой летописи". Мои коллеги внесли свой вклад в создание новых
1 «Домашняя лаборатория» №10-11 за 2015 г.
пробелов и были вынуждены заполнять их, в том числе разыскивая камни возрас-
том около двухсот миллионов лет.
Обнаружению новых местонахождений окаменелостей способствовали экономиче-
ские и политические события: в поисках источников нефти, газа и других полез-
ных ископаемых многие государства стимулировали создание геологических карт.
Поэтому практически в любой геологической библиотеке есть журнальные статьи,
отчеты и - на что мы всегда очень рассчитываем! - карты территорий, регионов
и стран с детальным описанием возраста, структуры и минерального состава по-
род, выходящих на поверхность. Задача в том, чтобы найти правильную карту.
Профессор Фариш А. Дженкинс-младший возглавлял исследовательскую группу в
Музее сравнительной зоологии в Гарварде. Поиск окаменелостей - это его хлеб,
точнее, его самого и его команды, и поиск они начали в библиотеке. Ключевую
роль в этом исследовании сыграли коллеги Фариша из другой лаборатории - Чак
Шафф и Билл Эймерал. Они использовали свой богатый опыт в геологии, чтобы
указать потенциальные места нахождения ископаемых, и, что тоже важно, натре-
нировались видеть на земле мелкие окаменелости. Совместная работа Чака и Бил-
ла нередко выглядела как долгая дружеская дискуссия: один выдвигал новую ги-
потезу, а другой с жаром пытался ее опровергнуть. Если гипотезе удавалось ус-
тоять, они выносили ее на суд Фариша, с его логикой и научным чутьем, для вы-
несения окончательного решения.
Однажды в 1986 году во время такой дискуссии Билл увидел на столе у Чака
копию справочника компании "Шелл" по отложениям пермского и триасового перио-
дов . Перелистывая страницы, Билл наткнулся на карту Гренландии с небольшим
заштрихованным участком отложений триасового периода на восточном побережье,
лежащем на 72-м градусе северной широты, примерно на широте самого северного
мыса Аляски. Изучив карту, Билл заявил, что именно с этого места следует на-
чать поиски. Завязалась обычная дискуссия: Чак доказывал, что горные породы
здесь не те, а Билл ему возражал.
Счастливый случай позволил завершить спор тут же, у книжной полки. За не-
сколько недель до этого Чак рылся в библиотечном хламе и выудил из него от-
тиск статьи лл0бзор стратиграфии триасовых отложений Земли Скоресби и Земли
Джеймсона в Восточной Гренландии", написанной датскими геологами в 70-х го-
дах . Мало кто мог тогда себе представить, что это чудом спасенное из макула-
туры сочинение определит нашу жизнь на десять лет вперед. Дискуссия закончи-
лась буквально в ту минуту, когда Билл и Чак взглянули на карты в статье.
Аспирантская комната находилась чуть дальше по коридору, и, как это час-
тенько случалось, в конце дня я заглянул к Чаку. Билл вертелся тут же, и было
ясно, что они только что по обыкновению спорили. Билл сунул мне оттиск ста-
тьи. Это было именно то, что мы искали. На восточном побережье Гренландии,
напротив Исландии, имелись отложения, в которых встречаются остатки первых
млекопитающих, динозавров и другие сокровища.
Карты выглядели необычно, даже пугающе. Восточное побережье Гренландии -
место удаленное и гористое. Названия местностей связаны с именами путешест-
венников прошлого: Земля Джеймсона, Земля Скоресби, полуостров Вегенера. И
некоторые из них, как мне было достоверно известно, именно там и погибли.
К счастью, хлопоты легли на плечи Фариша, Билла и Чака. Имея за плечами в
сумме шестьдесят лет полевых работ, они накопили множество знаний о проведе-
нии экспедиций в самых разных условиях. Хотя какой опыт мог подготовить нас к
предстоящему путешествию? Один опытный руководитель экспедиции сказал мне
как-то: ничто не сравнится с первым путешествием в Арктику.
Во время моей первой экспедиции в Гренландию я многому научился, и это при-
годилось мне через одиннадцать лет, когда я затеял собственную экспедицию в
Арктику. В тот первый раз я взял с собой в страну слякоти, льда и вечного дня
протекающие кожаные ботинки, маленькую старую палатку и гигантский фонарь, да
и вообще допустил столько ошибок, что улыбался только тогда, когда повторял
мною же придуманный девиз: "Никогда ничего не делай в первый раз".
Самый неприятный эпизод той экспедиции был связан с выбором места для лаге-
ря: решение следовало принимать быстро, прямо когда мы осматривали местность
с вертолета. Пока работает мотор, деньги, образно говоря, вылетают в трубу:
стоимость часа аренды вертолета в Арктике может достигать трех тысяч долла-
ров . С учетом бюджета палеонтологической экспедиции, скорее ориентированного
на использование битого пикапа, чем вертолета ЛЛБелл-212", это означает, что
нельзя терять ни минуты. Оказавшись над местом, которое при изучении карт в
лаборатории казалось нам пригодным для стоянки, мы быстро отмечали важные для
нас элементы. Их немало.
Нужен сухой, плоский участок, расположенный близко от источника воды, но
при этом на некотором расстоянии от моря, чтобы избежать встреч с белыми мед-
ведями. Участок должен быть укрыт от ветра и находиться недалеко от выходов
горных пород, которые мы собираемся исследовать.
Мы хорошо представляли себе общий план местности, поскольку изучили карты и
фотографии, сделанные с воздуха, и потому нашли чудесный небольшой участок
тундры в центре широкой долины. Здесь имелись небольшие протоки, из которых
можно было брать воду. Место было сухим и ровным, так что мы могли спокойно
поставить палатки. К тому же отсюда открывался великолепный вид на гряду за-
снеженных гор и на ледник у восточной оконечности долины. Но вскоре мы поняли
свою главную ошибку: на доступном для пешехода расстоянии не было нужных гор-
ных пород.
После того как лагерь был разбит, мы ежедневно отправлялись на поиски кам-
ней. Мы взбирались на самые высокие точки местности вокруг лагеря и пытались
разглядеть в бинокль хотя бы один их тех скальных выходов, которые буквально
бросались в глаза на картах в найденной Биллом и Чаком статье. Мы ориентиро-
вались еще и на то, что камни - красноцветный песчаник - должны иметь харак-
терную окраску.
В поисках красных камней мы попарно покидали лагерь: Чак и Фариш взбирались
на холмы, чтобы высмотреть красноцветы на юге, а мы с Биллом пытались разгля-
деть , что находится на севере. На третий день обе команды вернулись с одной и
той же новостью. Примерно в десяти километрах к северо-востоку виднелась уз-
кая красноватая полоска. Остаток недели мы обсуждали этот выход и разглядыва-
ли его в бинокль. Иногда, при правильном освещении, казалось, что это серия
гряд, идеальная для поиска окаменелостей.
Было решено, что мы с Биллом отправимся к камням. Поскольку я не имел ника-
кого представления о том, каковы в Арктике дороги, я выбрал неудачные ботин-
ки, и переход оказался тяжелым испытанием: сначала мы пересекали поля булыж-
ников, потом небольшие ледники. . . но в основном шли по грязи. Жидкая глина
неприлично хлюпала всякий раз, когда мы вытягивали из нее ногу. Мы не остав-
ляли следов.
Три дня мы искали дорогу, но, в конце концов, смогли найти надежный путь к
желанным камням. После четырехчасового перехода красноватая полоска, видимая
из лагеря в бинокль, превратилась в череду скал, хребтов и холмов, состоящих
из тех самых камней, которые мы искали. Если нам повезет, на поверхности мо-
гут найтись окаменелости.
Теперь задача состояла в том, чтобы как можно быстрее вернуться сюда вместе
с Фаришем и Чаком, сократив время перехода и сохранив максимум времени для
поиска окаменелостей. Возвратившись обратно всей командой, мы с Биллом чувст-
вовали себя такими гордыми, как будто демонстрировали гостям новый дом. Фариш
и Чак, уставшие после перехода, но возбужденные предвкушением поисков, даже
не затеяли обычную дискуссию. Они методично сканировали взглядом почву.
Мы с Биллом направились к гряде, расположенной примерно в километре, чтобы
посмотреть, что ждет нас дальше к северу. После передышки Билл начал огляды-
ваться в поисках чего-нибудь интересного: наших коллег, медведей или каких-
либо других проявлений жизни. Наконец он произнес: "Чак лег". Взяв бинокль, я
действительно увидел Чака, ползающего на четвереньках. Для палеонтолога это
означает лишь одно: окаменелости.
Мы быстро зашагали туда. Чак и в самом деле нашел кусочек кости. Однако наш
поход в одну сторону длился четыре часа, и теперь мы вынуждены были возвра-
щаться. Фариш, Билл, Чак и я растянулись шеренгой на расстоянии метров десяти
друг от друга. Метров через пятьсот я что-то увидел на земле. Это ЛЛчто-то"
отсвечивало знакомым блеском. Опустившись на колени, как Чак час тому назад,
я разглядел его во всей красе: чудесный кусок кости размером с кулак. Слева
были другие кости, справа - еще и еще. Я окликнул Фариша, Билла и Чака.
Ответа не последовало. Я огляделся и понял, почему: они тоже стояли на чет-
вереньках. Мы оказались на поле, усыпанном обломками костей.
В конце лета мы вернулись в лабораторию с ящиками окаменелостей, которые
Билл начал собирать, как объемный пазл.
То были кости существа длиной около шести метров, с рядом плоских листовид-
ных зубов, длинной шеей и маленькой головой. Судя по анатомии конечностей,
это был динозавр, хотя и не самый большой.
Динозавры этого типа, прозауроподы, занимают важное место среди палеонтоло-
гических находок в Северной Америке. В восточной части континента динозавров
раньше находили вдоль рек, автомобильных трасс и железных дорог, то есть в
местах, где горные породы оказываются на поверхности. Знаменитый палеонтолог
Ричард Сванн Лулл (1867-1957) из Йельского университета обнаружил прозауропо-
да в каменоломнях Манчестера, штат Коннектикут. Правда, каменный блок содер-
жал лишь заднюю часть тела животного. Опечаленный ученый узнал, что блок с
передней частью был включен в опору моста в Южном Манчестере. Лулл описал
лишь заднюю часть динозавра. Только при разборке моста в 1969 году остальные
фрагменты также были освобождены. Кто знает, какие окаменелости скрыты в глу-
бинах Манхэттена? Ведь знаменитые коричневые дома на острове построены из тех
же самых камней.
Прозауропод (Sellosaurus).
Холмы Гренландии образованы широкими каменными ступенями, которые не только
рвут ботинки, но и могут многое рассказать о происхождении камней. Твердые
слои песчаника, почти такие же прочные, как бетон, выходят из-под более мяг-
ких , хрупких слоев. Практически такие же ступени есть и на юге: слои песчани-
ка, алеврита и сланца протянулись от Северной Каролины и Коннектикута до са-
мой Гренландии. Эти слои содержат характерные разломы, заполненные осадочными
породами. Они указывают на места расположения древних озер в глубоких доли-
нах, которые возникали при растрескивании земной коры. Расположение древних
разломов, вулканов и озерных отложений в этих слоях почти такое же, как в
озерах современной Восточно-Африканской рифтовой долины (Виктория и Малави):
движение в недрах Земли привело к расщеплению участков поверхности, а в обра-
зовавшихся провалах появились реки и озера. В прошлом такие рифтовые рассели-
ны тянулись вдоль побережья Северной Америки.
В поисках окаменелостей мы следовали вдоль «правильных горных»
пород (выделены черным цветом). Успешные поиски в Коннектикуте и
Новой Шотландии привели нас в Гренландию.
С самого начала наш план состоял в том, чтобы вести поиски вдоль этих тре-
щин. Знание того, что в скалах на востоке Северной Америки можно найти остат-
ки динозавров и мелких существ, близких к млекопитающим, позволило нам оце-
нить значение того обнаруженного Чаком оттиска геологической статьи. Это, в
свою очередь, привело нас на север Гренландии. Затем, уже в Гренландии, мы
продолжали идти вдоль той же нити за находками, подобно голубям, семенящим за
крошками хлеба. Эта работа заняла три года, но подсказки, найденные нами в
красноцветах, в конце концов привели нас с Фаришем на тот обледеневший хре-
бет.
С вершины гребня наши палатки казались малюсенькими. Наверху шумел ветер,
но выступ розового известняка, на котором сидели мы с Фаришем, образовывал
укрытие, так что мы спокойно смогли разглядеть находку. Ликование Фариша под-
твердило мое подозрение, что белое пятнышко на камне - это действительно зуб
млекопитающего. Три бугорка и два корня: именно так он и должен выглядеть.
Ободренные находкой, мы расширили круг поисков в Восточной Гренландии и в
последующие годы нашли другие остатки млекопитающих. Это было небольшое, по-
хожее на землеройку животное вдвое меньше домовой мыши. Возможно, это и не
был изумительный скелет, заслуживавший особого места в музее, однако же его
ценность заключалась в другом.
Это был скелет одного из самых ранних ископаемых существ с нашим типом зу-
бов : их режущая поверхность образована бугорками, смыкающимися при соединении
верхних и нижних зубов, а ряд разделен на резцы, клыки и моляры. Ухо животно-
го также напоминает наше и содержит мелкие кости, соединяющие барабанную пе-
репонку с внутренним ухом.
Форма его черепа, плеч и конечностей тоже как у млекопитающих. Вполне веро-
ятно, животное имело шерсть и другие признаки млекопитающих, такие как молоч-
ные железы. Когда мы жуем, слышим высокие звуки или поворачиваем кисти рук,
мы используем те части скелета, развитие которых можно проследить от приматов
и других млекопитающих до исходных структур у этих небольших существ, живших
двести миллионов лет назад.
Камни тоже связывают нас с прошлым. Разломы в земле - вроде тех, что приве-
ли нас к окаменелым остаткам млекопитающих в Гренландии - оставили свой след
и в наших телах. Гренландские горные породы - одна из страниц в громадной
библиотеке, в которой хранится история нашего мира. До появления этого ма-
ленького зуба мир существовал уже миллиарды лет, и с момента его появления
минуло двести миллионов лет. За это время на Земле возникали и исчезали океа-
ны, вздымались и разрушались горы, а на Землю, совершавшую свой путь в Сол-
нечной системе, падали астероиды. В слоях горных пород запечатлены изменения
климата, атмосферы и земной коры, происходившие на протяжении миллионов лет.
Изменение - это обычный порядок вещей: тела растут и умирают, виды появляются
и исчезают, любой элемент и признак нашей планеты и Галактики подвержен как
внезапным превращениям, так и постепенным изменениям.
Камни и тела - это ллкапсулы времени", несущие в себе отпечаток тех великих
событий, которые их сформировали. Молекулы, составляющие наши тела, возникли
в результате космических событий на заре Солнечной системы. Изменения атмо-
сферы Земли сформировали наши клетки и весь метаболизм в целом. Изменения ор-
биты планеты, появление гор и другие революционные сдвиги на самой Земле -
все это отразилось в наших телах, в мозге и в нашем восприятии окружающего
мира.
Как и жизнь и история наших тел, эта история строится вдоль временной шка-
лы. Наш рассказ начинается примерно 13,7 миллиарда лет назад, когда в резуль-
тате Большого взрыва возникла Вселенная. Затем мы познакомимся с историей на-
шего скромного уголка Вселенной и увидим, какие последствия образование Сол-
нечной системы, Земли и Луны имело для наших органов, клеток и содержащихся в
них генов.
ГЛАВА 2. ЭХО
ДАЛЕКИХ ВЗРЫВОВ
В основном тело состоит из водорода: на каждый атом кобальта, например,
приходится почти четыреста миллионов атомов водорода. А по массе в нас содер-
жится так много кислорода и углерода, как ни в одном другом объекте в извест-
ной нам Вселенной.
Интересную историю может рассказать элемент, которого в нашем организме
нет: гелий - второй после водорода наиболее распространенный элемент во Все-
ленной. Структура его такова, что он не обменивается электронами с другими
атомами. Поэтому гелий не может участвовать в химических реакциях, определяю-
щих жизненно важные процессы в организме живых существ, такие как метаболизм,
рост и воспроизводство. Напротив, кислород и углерод, которых во Вселенной
примерно в двадцать раз меньше, чем гелия, легко вступают в реакции с другими
элементами и образуют разнообразные химические связи, необходимые для сущест-
вования живой материи. Способность вступать в реакции - обязательный признак
элементов в составе тел. Лентяям здесь не место.
Соотношение атомов - лишь один из отличительных признаков нашего тела. Оно
организовано подобно матрешкам: мельчайшие частицы составляют атомы, группы
атомов образуют молекулы, а молекулы формируют клетки, ткани и органы. На ка-
ждом уровне организации возникают новые свойства, так что каждый элемент
сложнее суммы составляющих его частей. Можно досконально изучить атомный со-
став печени, но это не поможет нам понять, как она функционирует. Иерархиче-
ское строение, при котором более мелкие элементы составляют более крупные
структуры с новыми свойствами, является базовым принципом строения мира и от-
ражает нашу глубочайшую связь со Вселенной, Солнечной системой и Землей.
Откройте современный научный биологический журнал - и с большой вероятно-
стью вы найдете там дерево родственных связей. Любое создание - от человека
до чистокровной лошади или элитной коровы герефордекой породы - имеет родо-
словную. Изучение родственного древа позволяет понять связь между живыми су-
ществами, обнаружить момент возникновения того или иного вида, даже выявить
причину выраженной склонности к заболеваниям у некоторых индивидов. Именно по
этой причине врачи интересуются семейной историей болезни своих пациентов.
Современной биологии известно, что наша семейная история простирается дале-
ко за пределы нашего вида и включает в себя историю всех других живых су-
ществ . Для обнаружения подобных связей требуется сравнительный анализ различ-
ных видов.
Порядок возникновения видов отражен в признаках живых существ: близкие род-
ственники имеют больше общих признаков, чем дальние. У коровы больше общих
органов и генов с человеком, чем с мухой: волосяной покров, теплая кровь и
молочные железы есть у всех млекопитающих и отсутствуют у насекомых. Пока
кто-нибудь не обнаружит волосатую муху с молочными железами, будем считать
мух дальними родственниками людей и коров. Внесите в этот список рыб - и вы
обнаружите, что рыбы связаны с людьми и коровами теснее, чем с мухами. Мы мо-
жем утверждать это, поскольку рыбы, как и люди, имеют позвоночник, череп и
другие части тела, отсутствующие у мух. Мы можем и дальше следовать этой ло-
гике, добавляя в список новые и новые виды и строя семейное древо, объединяю-
щее людей, рыб, мух и миллионы других видов, обитающих на планете.
Но зачем ограничиваться лишь живыми организмами? Солнце сжигает водород.
Другие звезды сжигают кислород и углерод. Основные атомы, из которых состоят
наши руки, ноги и мозг, служат топливом для звезд. Но не только атомы наших
тел распространяются по всей Вселенной: в космосе обнаружены и молекулы. Со-
ставляющие элементы белков и других биологических молекул - аминокислоты и
нитраты - приносят на Землю метеориты, покрывают каменистую поверхность Марса
и спутников Юпитера. Если наши химические родственники встречаются на звез-
дах, метеоритах и других небесных телах, значит, ниточки наших древнейших
связей с Вселенной уходят куда-то далеко в небо у нас над головой.
Научиться различать детали Вселенной - форму галактик, свойства планет,
компоненты двойных звезд - непростая задача. Глаза привыкают к темноте посте-
пенно , и так же постепенно приходит осмысление. Чтобы обнаружить в темноте
какой-то рисунок, глаза нужно тренировать. Если вы разглядываете в телескоп
или бинокль светящееся скопление звезд, ваше воображение и ожидание начинают
создавать миражи. Чтобы их удалить и действительно обнаружить в космосе слабо
светящиеся объекты, нужно научиться пользоваться периферическим (боковым)
зрением, за которое отвечают наиболее восприимчивые светочувствительные эле-
менты глаза. Это позволяет уловить слабый свет и выделить отдельные объекты.
Если вы научитесь правильно смотреть на небо, над головой возникнут цвета,
глубины и формы - точно так же, как окаменелости начинают бросаться в глаза
на фоне песка.
Научиться различать небесные объекты - лишь первый шаг в усвоении законов
неба. Наши отношения со звездами в значительной мере изменились в начале XX
столетия благодаря "гарему Пикеринга" ("живым компьютерам Гарварда"). Перед
директором Гарвардской обсерватории Эдвардом Чарльзом Пикерингом стояла слож-
ная задача, требовавшая серьезной вычислительной и аналитической работы. В
обсерватории накапливались изображения звезд, созвездий и туманностей. Их бы-
ло так много, что даже регистрация данных и нанесение их на карты были чрез-
вычайно трудоемкой задачей. Конечно, в те времена еще не существовало мощных
вычислительных машин и все расчеты приходилось делать вручную. Пикеринг был
чудовищно скуп. Однажды в порыве гнева он заявил сотрудникам, что за полцены
наймет для выполнения этой работы свою служанку. Идея понравилась ему самому,
и он в самом деле взял на работу в обсерваторию горничную Вильямину Флеминг.
Вильямине Флеминг был двадцать один год, и она воспитывала маленького сына.
Муж бросил ее, и она осталась без работы и средств к существованию. Пикеринг
сначала доверил ей уборку дома, а затем, после произнесенных во всеуслышание
слов, привел в обсерваторию для регистрации новых данных. Получив щедрое по-
жертвование , Пикеринг смог нанять еще нескольких женщин. Конечно, тогда он не
мог предположить, что в его группе вырастут величайшие астрономы того времени
(да и любого времени, если уж на то пошло). Работавших у Пикеринга женщин на-
зывали "гаремом Пикеринга" или (уже в наши дни) "живыми компьютерами Гарвар-
да" : они работали с сырыми астрономическими данными - фотографиями неба - и
определяли их смысл.
Генриетта Ливитт, дочь священника, пришла в обсерваторию в 1895 году. Сна-
чала она трудилась на добровольных началах, а потом стала получать жалование
- тридцать центов в час. Она полюбила астрономию еще в школе, и эта любовь
помогала ей долгие годы, пока она выполняла скучнейшую работу по составлению
каталогов фотопластинок с изображениями звезд и туманностей.
Ливитт знала, что звезды различаются по цвету и интенсивности свечения. Од-
ни звезды маленькие и бледные, другие яркие и крупные. Тогда не было возмож-
ности узнать, как размер звезды связан с ее реальной яркостью, поскольку ка-
жущиеся бледными звезды могут быть большими, но очень далекими, и наоборот.
Ливитт восхищали звезды, которые с регулярностью в несколько дней или меся-
цев превращались из ярких в тусклые и обратно. Она нанесла на карты семна-
дцать сотен звезд, указывая все характеристики, которые только смогла опреде-
лить : яркость, расположение, периодичность изменений яркости. Она обнаружила
удивительную закономерность: существовала прямая связь между длительностью
циклического колебания яркости и реальной яркостью звезд.
Идея Ливитт выглядела абсолютно мистической, но оказалась очень глубокой.
Зная, что свет движется с постоянной скоростью, и зная реальную и видимую sip-
кость звезды, можно рассчитать расстояние от Земли до этой звезды. Таким об-
разом, Генриетта Ливитт придумала способ измерения космических расстояний.
Живые компьютеры Гарварда.
Нужно представлять себе астрономию того времени, чтобы оценить революцион-
ную мощь открытия Ливитт. Со времен Галилея и до времен Пикеринга люди смот-
рели на небо и все более и более отчетливо видели планеты, звезды и туманно-
сти. Но главный вопрос оставался без ответа: как велика Вселенная? Существует
ли что-нибудь за пределами нашей Галактики - Млечного Пути?
Как только Ливитт обнародовала свою идею в 1912 году, другие астрономы при-
нялись калибровать небо. Один голландский ученый использовал правило Ливитт
для измерения расстояний между звездами. Он получил огромное число: размер
галактики превосходит возможности воображения. Затем Эдвин Пауэлл Хаббл, воо-
ружившись идеей Ливитт, с помощью самого мощного телескопа того времени бук-
вально за одну ночь изменил наше представление о Вселенной.
В 1918 году Хаббл, бывший студент-юрист и обладатель стипендии Родса Окс-
фордского университета, ставший впоследствии астрономом, использовал новый
огромный телескоп в обсерватории Маунт-Вильсон, чтобы найти одну из звезд,
обнаруженных Ливитт. Это особая звезда: она окружена облаком газа, которое
тогда называли туманностью Андромеды. Когда Хаббл применил к этой звезде рас-
четы Ливитт, у него получился странный результат: звезда и все окружавшее ее
облако оказались гораздо дальше всех других известных тогда объектов. Так
стало понятно, что эта группа небесных тел находится гораздо дальше любой са-
мой дальней звезды нашей галактики. Это не облако газа - это другая галакти-
ка , находящаяся на расстоянии многих световых лет. Так туманность Андромеды
превратилась в галактику Андромеды, а небо над нашими головами сделалось еще
шире и еще древнее.
С помощью самого мощного телескопа Хаббл исследовал все объекты, содержав-
шие переменные звезды Ливитт. Галактика Андромеды и Млечный путь были лишь
вершиной айсберга: небо буквально кишело галактиками с миллиардами звезд.
Многие светящиеся облака газа, за которыми астрономы следили уже более ста
лет, оказались группами звезд, лежащими далеко за пределами нашей галактики.
В нашу эпоху, когда люди начали интересоваться возрастом Земли (тогда счита-
лось, что он составляет от десяти до сотни миллионов лет), определение воз-
раста и размера Вселенной показало, что наша планета - лишь крохотная точка в
необъятном пространстве, состоящем из бессчетного множества галактик. И все
это потому, что люди научились смотреть на небо по-новому.
Хаббл применил еще один метод изучения небесных объектов. Свет от прибли-
жающегося к нам источника кажется скорее синим, а от удаляющегося источника -
скорее красным. Этот сдвиг связан с тем, что свет обладает волновыми свойст-
вами: волны, излучаемые приближающимся к нам источником, будут выглядеть бо-
лее сжатыми (длина волны будет меньше), по сравнению с волнами, излучаемыми
удаляющимся источником. Более длинные волны образуют красную часть спектра,
более короткие - синюю. Если правило Ливитт позволяло измерять расстояния ме-
жду небесными объектами, то анализ цветового сдвига позволил оценивать ско-
рость их движения.
Так Хаббл обнаружил удивительную закономерность: галактики излучают свет,
смещенный в красную часть спектра. Это могло означать лишь одно - небесные
тела удаляются от нас, а Вселенная расширяется. И это расширение не хаотично:
все тела рассеиваются из общего центра. Давным-давно вся материя Вселенной
находилась в этой центральной точке.
Эта новая идея понравилась далеко не всем. Некоторые эксперты ее просто
возненавидели. Появилось множество альтернативных теорий происхождения Все-
ленной. Сторонник одной из них подшучивал над теорией Хаббла, называя ее тео-
рией ллбольшого взрыва". Но тогда не существовало прямых доказательств ни у
теории Хаббла, ни у альтернативных теорий.
Доказательства были получены случайно - как побочный результат внедрения
новых средств связи. С прорывом в развитии беспроводной связи и с расширением
международной торговли и сотрудничества в конце 50-х годов возникла настоя-
тельная потребность научиться передавать через океан радиосигналы и телеизо-
бражение. С этой целью НАСА запустила специальный спутник ЛЛЭхо-1". Этот спут-
ник, имевший вид большого блестящего металлического шара, был предназначен
для передачи сигналов из одной части земного шара в другие. Проблема заключа-
лась в том, что возвращавшиеся на Землю сигналы часто были слишком слабыми,
чтобы их можно было интерпретировать.
Арно Элан Пензиас и Роберт Вудроу Уилсон трудились в ллБелл лабораториз" - в
те времена это был рай для творчески мыслящих ученых - над параболической ан-
тенной, способной уловить самые слабые микроволновые сигналы, отраженные
ллЭхо-1". Они потратили много времени, сил и средств, чтобы создать нужную ан-
тенну. Однако в 1962 году НАСА запустила ЛЛТелстар" - спутник, который не про-
сто отражал радиосигнал, но усиливал его. Для Пензиаса и Уилсона это означа-
ло, что в их антенне НАСА больше не нуждается.
Однако у этого события была и хорошая сторона: освобожденные от прежней за-
дачи Пензиас и Уилсон смогли следить за радиосигналами из космоса. Правда,
высокая чувствительность антенны, столь важная для решения задач НАСА, пре-
вращала работу с ней в сущий кошмар. Она принимала абсолютно все сигналы, да-
же самые слабые, и все шумы - почти как ненастроенный телевизор.
Попытки ученых устранить шумы напоминали поиски иголки в стоге сена. Снача-
ла они попытались отсеять сигналы радиостанций. Не помогло: помехи сохраня-
лись . Тогда они охладили детектор до -270 °С - при этой температуре молекулы
практически прекращают двигаться. Помехи никуда не делись. Они заглянули
внутрь детектора и обнаружили, что внутри его... загадили птицы. Удаление
продуктов птичьей жизнедеятельности слегка помогло, но помехи все же оста-
лись . Этот фоновый шум продолжался днем и ночью и был примерно в сто раз
сильнее ожидаемого.
Тем временем ученые из Принстонского университета с помощью компьютерного
моделирования обосновали гипотезу: если Большой взрыв действительно имел ме-
сто, то в космосе должно было сохраниться некоторое количество энергии (как
дым после взрыва). И после 13,7 миллиарда лет охлаждения и расширения Вселен-
ной это реликтовое излучение должно было присутствовать повсюду и иметь опре-
деленную длину волны. Это было вполне строгое количественное предсказание, не
допускающее неоднозначности. Знакомый показал Пензиасу и Уилсону статью, и
они немедленно поняли значение своих статических помех. Фоновый шум не был
шумом: это был сигнал. Именно это и предсказывала теория. И за открытие сле-
дов Большого взрыва Пензиас и Уилсон в 1978 году были удостоены Нобелевской
премии.
Я охочусь за окаменелостями и ищу древние реликвии в земле. Но астрономы -
это тоже своего рода палеонтологи. Как заметил Карл Саган, сейчас мы видим
свет звезд, бесконечно давно образовавшийся в ходе химических реакций. Бес-
крайность космоса означает, что попадающий нам в глаза свет реален, однако
возник он еще до появления нашего вида и даже до рождения нашей планеты.
Тысячелетиями человек считал себя венцом всего сущего на планете, лежащей в
центре Вселенной. Наука изменила этот взгляд. Ливитт, Хаббл и другие раскрыли
нам глаза на то, что мы живем на краю огромной галактики среди множества дру-
гих галактик, а наша планета - лишь одна из множества других. Дарвин и другие
биологи тоже сказали свое слово: наш вид - скромная веточка на гигантском
древе жизни на Земле. Но каждое открытие, отодвигающее нас из центра мирозда-
ния в дальний угол, позволяет нащупать совершенно новые связи между нами,
другими видами организмов, всей Вселенной. Все галактики, как и каждое живое
существо, каждый атом, молекула на Земле тесно связаны. Все эти связи начина-
ются из одной-единственной точки 13,7 миллиарда лет назад.
Рождение
звезд
Поскольку история зарождения нашего вида связана с океанами, реками и са-
ваннами, наши органы чувств настроены на восприятие химического и физического
мира воды и суши - мы должны были уметь видеть и слышать хищников, добычу,
полового партнера. Никогда в истории нам не приходилось оценивать гигантские
расстояния во много световых лет или временные промежутки в миллиарды лет.
Чтобы научиться оперировать подобными величинами, нам нужно переделать инст-
рументы, верой и правдой служившие нам до сих пор. Логика, творчество и изо-
бретательность позволяют нам расширить восприятие.
Однако физические законы, существовавшие 13,7 миллиарда лет назад, находят-
ся за пределами нашего понимания и даже абстрактного воображения. Гравитация,
электромагнетизм - все эти знакомые нам силы не могли существовать независи-
мо . Даже материи в нашем обычном понимании еще не существовало. Все, что есть
сейчас во Вселенной, было сконцентрировано в одной точке, обладавшей гигант-
ским запасом энергии. В таких условиях физика малых частиц (квантовая механи-
ка) и больших тел (общая теория относительности) представляют собой часть
единой, более сложной и пока неизвестной нам теории. Чтобы понять все это,
нужен новый Эйнштейн.
Примерно 0,000000000000000000000000000000000000000001 секунды спустя после
взрыва Вселенная имела температуру около
1000000000000000000000000000000000000000000000000 градусов по Фаренгейту, и
начиная с этого момента мы уже в состоянии понять до определенной степени
суть происходившего. Начался период чрезвычайно быстрого расширения Вселен-
ной.
Большой взрыв отличается от обычного, при котором объекты разлетаются в
разные стороны, тем, что в данном случае расширялось само пространство. Со
временем в результате расширения происходило охлаждение. С постепенным расши-
рением и охлаждением Вселенной стали возникать знакомые нам силы и частицы.
В формуле Эйнштейна Е = тс2 заключен ключ к пониманию тех давних событий.
Это уравнение описывает связь между энергией и массой. Поскольку скорость
света велика, для получения небольшой массы требуется огромная энергия. Верно
и обратное: исчезающе малое количество массы можно превратить в гигантское
количество энергии.
Спустя одну триллионную секунды после Большого взрыва Вселенная имела раз-
мер бейсбольного мяча. Заключавшаяся в ней энергия была источником возникно-
вения огромной массы. По мере расширения пространства в соответствии с зако-
ном Эйнштейна энергия превращалась в массу, в данном случае в короткоживущие
частицы. В этой горячей и маленькой Вселенной все было нестабильным: частицы
возникали, сталкивались и распадались, снова и снова, триллионы раз.
На том этапе развития Вселенной существовали частицы двух видов: вещество и
антивещество (материя и антиматерия). Эти сущности с противоположными свойст-
вами аннигилируют при контакте. По мере превращения энергии в массу частицы
вещества и антивещества сталкивались, едва успев образоваться. Большинство
столкновений приводило к полному исчезновению частиц. Но если бы это было
только так, ни нас, ни Земли, ни Млечного пути просто не существовало бы.
Частицы разрушались бы с той же скоростью, что и возникали. Совсем небольшого
(около миллиардной доли процента) преобладания вещества над антивеществом бы-
ло достаточно для того, чтобы вещество одержало верх. Физик Лоуренс Максвелл
Краусс однажды заявил, что все мы являемся прямыми потомками не только наших
дедушек и бабушек, но и этого ничтожного перевеса вещества над антивеществом.
Через секунду во Вселенной появились, хоть и ненадолго, частицы, которые мы
уже смогли бы опознать. Это был набор субатомных частиц, возникающих на крат-
кий миг в самых мощных атомных ускорителях: лептоны, бозоны, кварки и подоб-
ные им.
Через три с небольшим минуты после зарождения Вселенной начала складываться
одна из несущих опор мира (а также страх и ужас школьников) - периодическая
система. В периодической таблице химические элементы расположены в соответст-
вии с массой их ядра. Таблица того далекого времени чрезвычайно обрадовала бы
современных учащихся, поскольку в ней было всего две ячейки, занятые водоро-
дом и гелием (возможно, еще существовало немного лития).
Водород и гелий остаются самыми распространенными элементами во Вселенной:
водород составляет примерно 90 % материи, гелий - около 5 %. На долю всех ос-
тальных элементов, из которых состоим мы и которыми мы обмениваемся со звез-
дами, приходятся ничтожные доли процента.
Через триста тысяч лет Вселенная остыла и расширилась настолько, что появи-
лись настоящие атомы. Электроны заняли орбиты вокруг ядер. Эта комбинация
ядер и электронов стала основой реакций, определяющих каждый момент нашей
жизни. Мы живем в мире электронов, обмен которыми происходит за миллионные
доли секунды. Я пишу, а вы читаете за счет энергии, высвобождающейся в ре-
зультате этого беспрерывного обмена. Молекулы в наших телах в ходе различных
взаимодействий постоянно обмениваются мельчайшими заряженными частицами. Не-
которые перемещения электронов сопровождаются выделением энергии, например
реакции с участием кислорода. Другие реакции служат для связывания атомов в
молекулы или молекул между собою. Эти процессы определяют связь между атмо-
сферой планеты, ее климатом и метаболизмом всех живых существ. Когда вы едите
яблоко, электроны из его атомов через реакции метаболизма проникают в ваши
клетки. В яблоко электроны попали из минералов почвы и из воды, пролившейся
на землю в виде дождя. Электроны из обоих источников уже бесконечно долго
циркулируют в мире. Они возникли задолго до появления нашей планеты, Солнеч-
ной системы, даже звезд.
В процессе охлаждения и расширения Вселенной мельчайшие частицы стали обра-
зовывать ядра, ядра с электронами образовали атомы, а различные атомы смогли,
наконец, вступать во взаимодействие, столь необходимое для формирования более
крупных частиц. Постепенно начинала все большую роль играть гравитация.
Примерно миллион лет спустя после Большого взрыва Вселенная остыла и расши-
рилась до такой степени, что начали возникать частицы материи достаточно
большого размера, чтобы форма вещей в значительной мере стала определяться
силами гравитации. Под влиянием разных сил установился определенный порядок:
сила гравитации заставляет тела сближаться, а тепло и более загадочные силы
вроде темной энергии вызывают отталкивание. Эта связь определила тот порядок
вещей, который мы наблюдаем во Вселенной - от формы облаков газа и звезд до
формы галактик и планет. Более того, эта связь объясняет эволюцию самой химии
от таблицы с двумя элементами до таблицы с сотней элементов.
Как из двух элементов, существовавших 13,69 миллиарда лет назад, возник мир
атомов, из которых сформированы наша планета и наши тела? По мере нашего пе-
ремещения по периодической таблице от более легких элементов вроде водорода и
гелия к более тяжелым, таким как углерод и кислород, ядра становятся все тя-
желее . При определенных условиях два маленьких ядра могут объединиться, обра-
зовав одно крупное. Арифметика этого процесса зависит от физических свойств
конкретных ядер. В большинстве случаев 1+1 не равно 2: результат объедине-
ния ядер не равен их сумме. Часто новое ядро легче суммы составляющих его
ядер, так что при слиянии ядер некоторая часть вещества теряется. Но, как
следует из уравнения Эйнштейна, вещество на самом деле не исчезает: оно пре-
вращается в энергию. Таким образом, при термоядерных реакциях может образовы-
ваться огромное количество энергии.
Люди пытались использовать эту энергию, но в обычных условиях ядра самопро-
извольно не сливаются. Нужно затратить много энергии, чтобы запустить такую
реакцию. Используя этот принцип, создатель водородной бомбы Эдвард Теллер
сконструировал первый термоядерный реактор, соединив аппарат, в котором осу-
ществлялось слияние ядер, с атомной бомбой. Атомная бомба поставляет энергию,
выделяющуюся в результате расщепления атомного ядра. Для запуска этой реакции
требуется немного энергии. На атолле Эниветок, одном из Маршалловых островов,
Теллер и его коллега Станислав Мартин Улам установили систему под кодовым на-
званием "Айви Майк" (Ivy Mike), сопоставимую по размерам с небольшим заводом.
В ходе испытаний в ноябре 1952 года энергия взрыва атомной бомбы способство-
вала слиянию атомов водорода в реакторе, в результате чего последовал мощный
взрыв.
Теллер следил за происходящим у сейсмографа в подвале геологического фа-
культета Калифорнийского университета в Беркли. После взрыва атолл Эниветок
полностью оголился, в его центре образовалась дыра диаметром полтора километ-
ра. Фрагменты коралловых рифов разлетелись на расстояние до двадцати пяти ки-
лометров . Изучая обломки, ученые обнаружили, что энергия взрыва вызвала слия-
ние некоторых крупных ядер, в результате чего возникли новые элементы, прежде
не встречавшиеся на планете. Их назвали эйнштейнием и фермием - в честь Эйн-
штейна и Ферми, идеи которых помогли понять, какая энергия таится внутри ато-
мов .
Термоядерные реакции являются основным источником энергии звезд. Но между
небесными телами и бомбой Теллера - Улама существует принципиальное различие:
для запуска термоядерной реакции Теллер использовал атомную бомбу, тогда как
реакции внутри звезд происходят за счет гравитации.
Доказательства существования этих реакций можно увидеть и сегодня. Если в
подходящую погоду, пользуясь боковым зрением, достаточно долго рассматривать
созвездие Орион, сконцентрировавшись на трех звездах в его "поясе", то можно
увидеть размытое светящееся пятно, известное как Большая туманность Ориона.
Если навести на него телескоп, туманность приобретет структуру и станет похо-
жей на большое облако с несколькими некрупными звездами внутри. Эта туман-
ность представляет собой огромное облако газа и, примерно как первичная Все-
ленная, дает начало новым звездам, которых насчитывается около семисот. Ко-
нечно, учитывая расстояние от нас до этой туманности, мы смотрим на фотогра-
фии новорожденных звезд примерно с тысячелетним опозданием.
В процессе образования звезды облако газа становится все массивнее, и чем
больше частиц оно к себе притягивает, тем сильнее в нем гравитационное притя-
жение. В какой-то момент масса облака газа преодолевает критическое значение,
и гравитационное притяжение становится неудержимым процессом, в ходе которого
весь газ втягивается в центральную точку. Силы гравитации заставляют сливать-
ся ядра всех элементов. В результате возникают новые комбинации ядер, и вме-
сто ядра с одним протоном образуется более тяжелое ядро с двумя протонами.
Однако эти новые ядра легче суммы прежних. В соответствии с уравнением Е =
тс2 потерянная масса превращается в огромное количество энергии, выделяющейся
в космическое пространство.
Размер и продолжительность жизни любой звезды определяются этими противопо-
ложно направленными силами, действующими внутри звезды: сила гравитации затя-
гивает элементы внутрь, а тепло термоядерных реакций заставляет их разъеди-
няться .
Звезду можно сравнить с двигателем, который сначала использует одно топли-
во, а затем, когда оно заканчивается, переходит на другое. В обычных звездах
в результате слияния атомов водорода образуется гелий. Солнце - именно такая
звезда. Со временем, когда заканчивается водород и меняются условия, звезда
переключается на слияние атомов гелия. Так продолжается и дальше: звезда на-
чинает потреблять гелий, превращая его в более тяжелые элементы. Когда закан-
чивается гелий, термоядерные реакции начинают поглощать еще более тяжелые
атомы, и так далее. В результате образуются кислород, углерод и другие хими-
ческие элементы. За счет термоядерных реакций внутри звезд периодическая сис-
тема разрослась от двух атомов до десятков.
Звезды могут использовать в качестве топлива даже более тяжелые атомы -
вплоть до определенного предела, установленного законами физики и химии. Этот
пограничный элемент - железо - занимает специфическое место в периодической
таблице. Ядра более легких элементов могут сливаться, выделяя огромную энер-
гию. Более тяжелые ядра тоже могут сливаться, но их структура такова, что при
этом выделяется значительно меньше энергии. В результате для слияния этих
ядер требуется затратить больше энергии, чем выделяется в реакции. Если бы, к
примеру, в основе работы ядерного реактора лежало слияние ядер железа, такой
реактор давал бы меньше энергии на выходе, чем нужно было бы затратить на его
работу.
Это правило неприятно для звезд, зато для нас оно чрезвычайно выгодно. По
мере того как звезды потребляют легкие элементы и постепенно продвигаются
дальше по периодической таблице, в их центре накапливается железо. По мере
расходования топлива и накопления железа термоядерные реакции ослабевают, и
звезды начинают излучать меньше тепла. При определенных условиях ядро железа
может поглощать энергию (своеобразное обращение ядерного взрыва). Это может
запускать мощную цепную реакцию, заканчивающуюся взрывом, в ходе которого за
считанные секунды может выделиться больше энергии, чем звезды вроде нашего
Солнца способны выделить за все время своего существования.
Такой взрыв является одним из механизмов образования сверхновых звезд (вто-
рой механизм - столкновение звезд). Принцип действия сверхновых звезд напоми-
нает принцип действия устройства Теллера - Улама: энергия одного взрыва за-
пускает термоядерные реакции нового типа. Помните, мы говорили о термоядерных
реакциях между элементами тяжелее железа? Сверхновые звезды выделяют так мно-
го энергии, что в них эти энергозатратные реакции могут иметь место. Все эле-
менты тяжелее железа, такие как кобальт и цезий в наших телах, происходят из
сверхновых звезд.
Для нас это очень важно. Взрывы сверхновых звезд распространяют атомы мерт-
вой звезды по всей галактике. Это один из механизмов перемещения атомов между
звездами.
Таким образом, мельчайшие частицы наших тел имеют столь же долгую историю,
как сама Вселенная. Вскоре после Большого взрыва возникли атомы водорода, а
позднее их рекомбинация начала приводить к образованию более тяжелых элемен-
тов, из которых складывались звезды и сверхновые звезды.
В небе, как в лесу, происходит постоянный круговорот веществ. Во Вселенной
столько звезд, постоянно производящих и выделяющих химические элементы, из
которых могут формироваться новые звезды, что все атомы, достигшие нашей пла-
неты, раньше уже были частью множества разных солнц. Каждая галактика, звезда
или живое существо является временным владельцем частиц, прошедших через рож-
дение и смерть множества существ и объектов. Частицы внутри нас миллиарды лет
путешествовали по Вселенной и еще долго после нашей смерти и исчезновения
Земли будут частицами других миров.
ГЛАВА 3. ПОД
СЧАСТЛИВОЙ ЗВЕЗДОЙ
4,6 миллиарда лет
С момента Большого взрыва возникло и исчезло множество звезд и галактик. Мы
- я имею в виду Солнечную систему - появились сравнительно недавно. Для объ-
яснения происхождения нашего уголка Вселенной требуются неординарные идеи и
сложная наука. Шведский философ Эммануил Сведенборг обдумывал этот вопрос всю
жизнь. Он родился в 1688 году и большую часть прожитых им восьмидесяти лет
считал необходимым обдумывать по одной важной проблеме каждый день. В молодо-
сти он был натурфилософом, пытавшимся интуитивно проникнуть в суть вещей. Он,
например, логически пришел к заключению о существовании нервов и нервной сис-
темы. Обратив свой взор к космосу, Сведенборг предложил теорию происхождения
Солнечной системы. Он считал, что Солнце образовалось из облака газа и пыли,
сконденсировавшегося в результате коллапса. Когда Солнце обрело форму, часть
первичной пыли осталась вращаться вокруг молодой звезды в виде диска из мель-
чайших частиц. Со временем часть этого облака образовала планеты Солнечной
системы. Эта идея не получила развития до тех пор, пока двадцать лет спустя,
в 1755 году, философ Иммануил Кант тоже не занялся изучением происхождения
Солнечной системы. Созданная им теория очень походила на теорию Сведенборга.
Пьер Симон Лаплас (1749-1827) был одним из величайших математиков всех вре-
мен. Некоторые называют его "французским Ньютоном". Именем Лапласа названы
математические и статистические законы: существуют, например, уравнение Лап-
ласа, оператор Лапласа и преобразование Лапласа, которые служат для описания
законов электричества, магнетизма и движения тел в пространстве. Его настоя-
щей страстью было изучение порядка во Вселенной - формы планет и орбиты не-
бесных тел. Для описания небесных процессов он преобразовал философские идеи
Сведенборга и Канта в математические формулы.
Лаплас предположил, что если облако пыли достигает определенного размера,
частицы внутри него начинают взаимодействовать таким образом, что силы грави-
тации сближают их, а другие силы расталкивают. Если при определенных условиях
силы гравитации побеждают, бесформенное облако пыли может превратиться в кру-
тящийся диск. Со временем силы притяжения между частицами пыли расщепляют
диск на несколько концентрических кругов (представьте себе полосатую летающую
тарелку). Если масса пыли в этих кругах достаточно велика, частицы могут
слипнуться, образуя планеты. Однако столь значительные события, конечно же,
происходят не за одну ночь, а за миллионы лет.
Математические расчеты Лапласа способствовали тому, что идеи Сведенборга и
Канта из интересных концепций превратились в проверяемые гипотезы. Однако в
конце XVIII и в начале XIX века не существовало технических возможностей для
создания необходимых измерительных инструментов. По этой причине наши пред-
ставления о процессе образования Солнечной системы оставалось смутными еще
более ста лет.
Но, наконец, пришло время большой науки. В 1983 году ученые из Голландии,
Англии и США. создали спутник, способный двигаться по орбите вокруг Земли и
следить за звездами. Этот предшественник космического телескопа ллХаббл" осо-
бенно успешно выполнял одну функцию: он измерял инфракрасный спектр всего не-
ба и определял, сколько тепла излучает каждая звезда. За всю свою жизнь звез-
ды излучают самые разные лучи: от видимых, до инфракрасных, ультрафиолетовых
и гамма-лучей. Наши глаза способны воспринимать лишь узкий участок спектра из
всего диапазона волн, посылаемых звездами, так что для получения максимума
информации астрономы вынуждены использовать разные телескопы, каждый из кото-
рых настроен на восприятие света с определенной длиной волны.
Инфракрасный сигнал, идущий от далеких объектов, нередко очень слаб, поэто-
му для его регистрации требуется ликвидировать все источники помех, включая
те, что создаются в результате вибрации атомов. Чтобы остановить движение
атомов, детекторные устройства телескопа охлаждали жидким гелием до -270 °С.
Запаса жидкого гелия на спутнике хватало только на один год, поэтому проект
представлял собой своеобразные гонки со временем. Работа была сделана, и не-
нужный больше спутник просто остался на орбите. Годы спустя группа ученых
предложила вновь зарядить спутник гелием, чтобы привести сенсорные устройства
в рабочее состояние. Однако из-за недостатка средств и разработки новых тех-
нологий спутник так и остался выключенным.
Несмотря на краткосрочность службы детекторов спутника, проект оказался
весьма успешным: менее чем за год были составлены карты 96 % неба. Спутник
заносил на карту новые астероиды и кометы и вдруг, в начале 1984 года, он за-
фиксировал вспышку на одной из звезд, сопровождавшуюся таким невероятно мощ-
ным выделением тепла, которое никак не соответствовало размеру и типу звезды.
Это было неожиданно. Ученые имеют представление о том, сколько тепла выделяют
разные звезды, и с этой звездой явно было что-то не так. Источник дополни-
тельного излучения был идентифицирован при детальном изучении фотографий.
Звезда была окружена большим облаком пыли, удерживавшим тепло. Эта система,
Бета Живописца, стала первым примером солнечной системы, застигнутой в период
зарождения. Интуитивное предсказание, облаченное в математические формулы,
через двести лет нашло наглядное подтверждение.
Вскоре после своего появления наша Солнечная система напоминала Бету Живо-
писца. В системе царил хаос: вращавшиеся вокруг Солнца фрагменты разного раз-
мера сталкивались между собой. Притяжение Солнца способствовало тому, что бо-
лее тяжелые объекты обосновались на более близких к нему орбитах, более лег-
кие частицы и газ кружились в отдалении. В определенной степени это положение
вещей сохраняется до сих пор: Солнечная система состоит из более плотных
внутренних планет (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и газообразных внешних
(Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун).
Фото системы Беты Живописца (Р Pictoris) с планетой р Pictoris
b, которая представляет собой планету-гигант — в несколько раз
большую чем Юпитер — и возрастом, примерно, десять миллионов
лет. Значит планеты-гиганты могут образовываться очень быстро.
Кометы вокруг звезды Бета Живописца, в представлении художника.
Что бы мы ни искали - пасхальные яйца, окаменелые кости или новый тип сол-
нечной системы, - часто за одним открытием следуют другие. То, что раньше ка-
залось редкостью, теперь обнаруживается повсеместно, часто прямо у нас перед
глазами. За годы, прошедшие после обнаружения пыли в системе Бета Живописца,
были запущены новые спутники, построены еще более сильные телескопы и разра-
ботаны более мощные компьютеры для обработки поступающей из космоса информа-
ции. Эти технические достижения изменили наше представление о мироздании.
Солнечная система - далеко не единственная во Вселенной, а лишь одна из мно-
гих в нашей галактике. В небе множество других звезд, находящихся на разных
стадиях развития и окруженных самыми разнообразными планетами.
Мощные технологии и великие идеи трансформировали наше представление о не-
бесах. Однако определенную роль в этом сыграл случай. В предрассветные часы 8
февраля 1969 года гигантский огненный шар разбудил жителей мексиканского шта-
та Чиуауа. Это был большой метеорит, развалившийся на куски в атмосфере Зем-
ли . На место происшествия прибыло множество ученых и коллекционеров. Учитывая
масштаб взрыва, коллекционеры рассчитывали на богатый урожай, но они не могли
себе даже представить ценности упавшего объекта, пока не пригляделись к нему.
Серое тело камня было испещрено мельчайшими белыми точками. Метеориты с таки-
ми крапинками были известны и раньше, хотя встречались чрезвычайно редко. Ла-
бораторные исследования нескольких ранее обнаруженных метеоритов с подобными
крапинками позволили определить химический состав первичных камней, состав-
лявших Солнечную систему.
Метеорит развалился. Его фрагменты разлетелись по пустыне на расстояние до
сорока километров. В последующие годы было собрано от двадцати до тридцати
тонн обломков. Даже сегодня, спустя почти сорок пять лет, иногда находят ку-
сочки метеорита.
Метеорит выбрал удачное время для падения. В 1969 году активно разрабаты-
вался космический проект ллАполлон". Полет ЛЛАполлона-8", облетевшего Луну, со-
стоялся за два месяца до падения метеорита. Уже планировался старт следующего
"Аполлона", и лаборатории по всей Америке собирались заняться анализом лунных
камней. Теперь, без дополнительных трат для налогоплательщиков, небесные кам-
ни шли буквально в руки. Мексиканский метеорит был настолько огромным, что
его хватило множеству лабораторий.
Альенде — крупнейший углистый метеорит, найденный на Земле.
Упал в Чиуауа, Мексика, 8 февраля 1969 года.
Ученые провели стандартный анализ химического состава метеорита. Некоторые
минералы были точно такими же, как на Земле, и это говорит об общности исто-
рии многих тел в Солнечной системе, как предсказывали Сведенборг, Кант и Лап-
лас. Возраст минералов можно определять как по часам, ориентируясь на ско-
рость распада атомов. Когда зарождается минерал, его атомы образуют кристал-
лическую решетку. Однако некоторые атомы, такие как уран или свинец, изменя-
ются с постоянной скоростью согласно физическим и химическим законам. Если
известно относительное содержание различных форм атомов в минерале и скорость
их превращений, можно рассчитать время формирования минерала. Уран-238 очень
медленно превращается в свинец-206. Половина исходного вещества претерпевает
это превращение лишь за 4,47 миллиарда лет. Благодаря низкой скорости атомных
превращений уран и свинец являются идеальными атомами для анализа возраста
очень древних минералов. Концентрация урана и свинца в мексиканском метеорите
позволила определить время образования Солнечной системы: это случилось 4,67
миллиарда лет назад.
Что происходило тогда на Земле? Непосредственные свидетельства вряд ли уда-
стся обнаружить: для это требуется найти камни, образовавшиеся в процессе ох-
лаждения земной коры и оставшиеся за миллиарды лет неизменными. Проще всего
изучать геологические процессы в местах, где горные породы наслоились друг на
друга, как в торте. Наибольший интерес представляют нижние, самые древние,
слои. Но чтобы добраться до них, нужно пробурить очень глубокую скважину, а
это слишком дорого для обычного геологического исследования. Кроме того, бу-
рение - в определенном смысле выстрел наугад, поскольку невозможно точно ска-
зать , на какой глубине следует проводить анализ. Более простой способ заклю-
чается в поиске мест, где древние породы выступают на поверхность. Но пробле-
ма в том, что земная кора находится в постоянном движении. В таких динамиче-
ских условиях слои уходят вглубь, нагреваются и размываются под действием во-
ды и ветра. В идеальных геологических условиях пласты пород сохранялись бы,
как слои торта, но в реальности земная кора напоминает торт, который раздели-
ли на части, раздавили, а потом сильно нагрели. Теперь представьте себе, что
99,99999 % этого торта выбросили. Так вот, ваше ощущение от поедания оставше-
гося можно сравнить с тем, что чувствуют геологи, пытающиеся разыскать свиде-
тельства, относящиеся к временам, когда образовалась наша планета.
Австралийский хребет Jack Hills.
В некоторых местах на планете возникает ощущение первозданности природы -
как будто древний ландшафт был законсервирован. В засушливых, пустынных об-
ластях запада Австралии есть хребет Джек-Хиллс с отвесными скалами желтого и
оранжевого цвета, поросшими кустарником. На камнях сохранились рисунки абори-
генов, живших здесь десятки тысяч лет назад. Здесь так сухо и жарко, что мел-
ководные заливы расположенной поблизости Акульей бухты стали домом для стран-
ных микробных построек, имеющих форму дверной ручки. Эти микробные сообщества
одни из самых древних жителей Земли: возраст их ближайших окаменелых родст-
венников составляет свыше двух миллиардов лет. Скальные выступы на суше до-
полняют эту древнюю картину. Это тоже древние камни. Время сильно изменило
их, и эти изменения запечатлелись на их поверхности, как морщины на лице. Эти
горные породы являются свидетелями большей части истории нашей планеты.
Они претерпели множество изменений. Им пришлось пережить все мыслимые и не-
мыслимые мучения - образование внутри горячей магмы, сильнейшее давление при
погружении в глубины Земли и, наконец, огромное напряжение при выходе на по-
верхность. Каждый момент истории запечатлен в этих камнях. Задача в том, что-
бы научиться правильно их читать.
Любой камень на Земле является свидетелем истории, и если его "прочитать",
он становится летописью и своеобразным термостатом или барометром, отражающим
состояние нашей планеты. Чтобы вырвать эту историю у камней, мы должны рас-
смотреть их в самом разном приближении - и с высоты птичьего полета, и под
микроскопом. Мельчайшие частички камней - отдельные крупинки песка или мине-
ралов - рассказывают интереснейшие истории. Одна из таких крупинок, циркон,
обладает уникальными свойствами. Циркон практически невозможно разрушить, он
может пережить сильнейшее нагревание, высокое давление, эрозию и буквально
любую другую возможную муку.
Из крупных, чистых кристаллов циркона получаются отличные поддельные брил-
лианты. Но для тех, кого интересует происхождение нашей планеты, циркон на-
много ценнее драгоценных камней, поскольку благодаря своей прочности он слу-
жит замечательным окошком в прошлое. Горы, в которых есть циркон, появляются
и исчезают, но сам циркон не изменяется (почти) никогда. Судя по содержанию
урана и свинца, возраст циркона в камнях с хребта Джек-Хиллс составляет 4-4,4
миллиарда лет.
Химический состав циркона указывает не только на возраст Земли. Обилие раз-
личных форм кислорода в этом кристалле можно объяснить исключительно контак-
том зарождавшейся горной породы с водой.
Солнечная система начала зарождаться более 4,6 миллиарда лет назад, а уже
4,1 миллиарда лет назад на нашей планете появилась вода.
Голубые
брызги
Мы с вами живем на голубой планете - единственной известной пока планете с
большим запасом жидкой воды. Внутри нас тоже есть океан. Тело взрослого чело-
века примерно на 57 % состоит из воды. С годами мы высыхаем, поскольку тело
новорожденного ребенка содержит около 75 % воды. Большая часть воды в орга-
низме сосредоточена не в крови, а заключена в клетках мышц, головного мозга и
сердца. Метаболизм пищи и кислорода зависит от воды, как и рост и взаимодей-
ствие наших клеток. Даже воспроизводство, зависящее от подвижности яйцеклеток
и сперматозоидов, требует наличия жидкой среды. Фактически любая реакция в
организме в той или иной степени нуждается в участии воды.
Но не только это связывает нас с водой: в наших телах заключена история са-
мой воды. Первые 2,7 миллиарда лет жизнь развивалась исключительно в воде, и
это отразилось на всех системах нашего организма. Многие отделы нашей головы
развиваются из серии вздутий, которые затем превращаются в кости челюстей,
ушей и гортани, а также в обслуживающие их мышцы, нервы и артерии. Эквива-
лентные структуры обнаружены у всех существ, имеющих голову, включая рыб. У
таких животных кости переходят в структуры, определяющие форму и функцию
жабр. В определенном смысле мышцы, нервы и кости, с помощью которых мы гово-
рим, жуем и слышим, соответствуют жаберным структурам наших предшественников
- рыб. Эта глубокая связь отразилась и в окаменелостях, по которым можно про-
следить превращение жаберных костей в структуры нашей головы, включая кости
уха.
Итак, большую часть своей истории мы провели под водой - вплоть до выхода
на сушу около трехсот миллионов лет назад. Это обстоятельство способствовало
появлению специфической функции почек, заключающейся в поддержании баланса
воды и соли. Репродукция у наземных животных тоже меньше зависит от воды, чем
у водных: оплодотворение происходит внутри тела, а развивающийся плод отделен
от внешнего мира мембранами и сосудами, защищающими его и связывающими с ор-
ганизмом матери. Наши руки и ноги, адаптированные к жизни на суше, представ-
ляют собой модифицированные плавники рыб. Наше существование на суше обеспе-
чивают те же органы, которые позволяют рыбам жить в воде.
Почки человека и других млекопитающих - великолепная адаптация для жизни на
суше. Почки с особым строением помогают сумчатым крысам и антилопам жить в
безводных пустынях, пользуясь только той водой, которая содержится в пище. Но
даже в этом самом специализированном органе наземных животных прослеживается
водное происхождение. Все бесчелюстные рыбы, с которыми мы разошлись от по-
следнего общего предшественника около полумиллиарда лет назад, имеют очень
примитивные почки. Эта специализированная ткань, тянущаяся вдоль всего тела,
отделяет жидкие отходы метаболизма из кровотока прямо во внутреннюю полость,
откуда они выводятся наружу через отверстие в задней части тела. Костные ры-
бы, с которыми мы разошлись от общего предка четыреста пятьдесят миллионов
лет назад, имеют уже более оформленную структуру: этот сгусток ткани связан
со специализированной системой, через которую выводятся жидкие отходы. В сво-
ем новейшем варианте, как в организме млекопитающих, система фильтрации рас-
положена не вдоль всего тела, а только в нижней части спины.
В процессе внутриутробного развития наши почки последовательно проходят три
стадии превращения. На первой стадии это специализированная ткань, протянув-
шаяся вдоль всего тела и открывающаяся в полость тела, практически как у бес-
челюстных рыб. На второй стадии эта система приобретает такой же вид, как у
костных рыб: локализуется вдоль спины и соединена со специальной выводящей
системой. Взрослая форма, сменяющая две предыдущие, формируется в конце пер-
вого триместра беременности. Таким образом, в процессе внутриутробного разви-
тия мы повторяем историю наших древних предков, обитавших в воде.
Наша связь с водой неслучайна. Молекула воды отличается особенными свойст-
вами.
Она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода и напоминает
голову Микки Мауса: крупный атом кислорода - голова, а более мелкие атомы во-
дорода сверху - уши. Отрицательный заряд сконцентрирован на атоме кислорода,
а положительный - на стороне водорода. Такое строение воды объясняет хорошую
растворимость в ней самых разных веществ. Соли, белки, аминокислоты - в воде
растворяется такое множество соединений, что это обеспечивает возможность
протекания жизненно важных реакций. Нам больше не требуется водная среда во-
круг нас, но наша жизнедеятельность неизменно связана с наличием водной среды
внутри организма.
Вода имеет еще одно свойство, которое легко обнаружить на кухне: она может
находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии, причем эти переходы
осуществляются в достаточно узком интервале температур. Наша жизнь еще и по-
тому так тесно связана с водой, что она присутствует на планете в твердом
(лед), газообразном (водяной пар) и жидком состоянии, обеспечивающем протека-
ние всех процессов в живых организмах. Более 97 % воды на планете содержится
в океанах, а остальная вода распределена между облаками, льдом и источниками
пресной воды, причем каждая форма в нашей жизни чрезвычайно важна.
Вода на Земле.
Вода является незаменимой средой не только для химических процессов в нашем
организме, но и для метаболизма всей планеты. Вода в виде дождя и вода от
таяния льда и снега вызывает эрозию гор и почвы, в результате чего минералы
возвращаются в море.
Это постепенное выветривание уравновешивает процесс формирования новых гор.
Находящиеся в воздухе молекулы, многие из которых оказывают значительное
влияние на климат и состояние атмосферы, находятся в постоянном круговороте
между горными породами и морем, и круговорот этот осуществляется водой. Вода
поддерживает связи, необходимые для существования жизни на Земле.
Вода внутри наших тел и в океане многое может рассказать о своем происхож-
дении. Поскольку вода состоит из двух частей водорода и одной части кислоро-
да, можно считать, что две части атомных ядер в ее составе возникли в резуль-
тате Большого взрыва, а одна часть - в результате термоядерных реакций внутри
звезд. Но, хотя история атомов, составляющих молекулу воды, является общей
для Вселенной, история молекул воды связана с Солнечной системой. Химическая
структура молекул воды на Земле (в частности, содержание в ней различных изо-
топов водорода) отличается от структуры молекул воды в составе льда на коме-
тах, астероидах, на других планетах. Анализ льда с кометы Хейла - Боппа, едва
не столкнувшейся с Землей в 1997 году, показал, что состав этой воды отлича-
ется от состава земной воды. У многих это открытие вызвало сильное разочаро-
вание , поскольку в то время считалось, что источником воды на Земле были
именно кометы. Сторонники этой гипотезы вновь восторжествовали в 2011 году,
когда новые зонды, посланные на другие кометы, такие как Хартли-2, обнаружили
явное сходство изотопного состава воды на кометах и в земных океанах. Но ис-
тория воды не связана исключительно с кометами: чем пристальнее мы рассматри-
ваем Солнечную систему, тем больше воды мы находим. Более мощные телескопы и
новые спутники позволили обнаружить воду на Луне и на астероидах. Следы воды
обнаружены и в еще более неожиданных местах. Ближайшая к Солнцу планета Сол-
нечной системы - Меркурий. Температура здесь достигает 400 °С (этого доста-
точно, например, чтобы расплавить свинец). Искусственный спутник Меркурия
ллМессенджер", выведенный в 2004 году на орбиту планеты специалистами НАСА,
прислал фотографии глубоких кратеров на полюсах Меркурия. Так вот, по своим
отражающим свойствам структура вещества в этих кратерах соответствует струк-
туре льда. Вода могла сохраниться здесь по той причине, что в кратерах, скры-
тых от солнечных лучей на планете без атмосферы, скорее всего, очень холодно.
Такое обилие воды в Солнечной системе может говорить о том, что вода прибыла
на Землю из космоса. Кроме того, определенное количество воды на Земле могло
выделиться из минералов в процессе образования планеты. При очень сильном на-
гревании (а именно такие условия, скорее всего, были на Земле четыре с поло-
виной миллиарда лет назад) минералы могут высвобождать связанные молекулы во-
ды. В любом случае, принесли ли воду кометы или она выделилась из камней при
формировании Солнечной системы, каждый стакан выпиваемой нами воды происходит
из источника столь же древнего, как сама Солнечная система. И, как рассказы-
вает нам циркон, жидкая вода на нашей планете существует уже не менее четырех
миллиардов лет.
Наша история складывалась под влиянием воды, наше существование возможно
благодаря воде, и наше будущее, с большой вероятностью, тоже будет зависеть
от воды.
Близнецы-уродцы
После изматывающей трехдневной конференции в Калифорнии я развалился на ди-
ване в гостиничном холле, ожидая автобуса в аэропорт. Напротив расположился
знаменитый ученый. Часть его лица скрывала от меня крышка его лэптопа. Мое
внимание привлекло выражение его лица. Он глядел на экран, то смеясь, то не-
доверчиво качая головой. Мне стало неудобно оттого, что я слежу за ним, так
что я отвел взгляд. Заметив мое смущение, сосед кивнул мне головой, пригласив
взглянуть на экран. На экране я увидел скалу с хорошо знакомым мне рисунком
поверхности. Характер расположения слоев говорил о том, что эти породы сфор-
мировались в древних дюнах. Я много раз видел такой рисунок, когда отправлял-
ся на поиски окаменелостей в Канаду или в Африку, и несколько раз даже нахо-
дил окаменелости в таких породах. Скала манила к себе. Палеонтологи любят
этот тип камней. Но эти фотографии были сделаны не на Земле, а на Марсе. Мой
коллега входил в состав группы ученых, занимавшихся анализом изображений,
присланных марсоходом ллСпирит". Эти фотографии были присланы на Землю накану-
не.
В фильме "Близнецы" (1988) Арнольд Шварценеггер исполняет роль супермена,
отправляющегося на поиски давно потерянного брата. В конце концов он находит
брата-близнеца (его играет Денни Де Вито) - невзрачного, не обладающего ника-
кими талантами человека с криминальным прошлым. Они родились от одной матери,
но судьба одного многим одарила, а другого оставила ни с чем. Увидев брата,
персонаж Шварценеггера многое начинает понимать о самом себе. Точно так же мы
многое можем узнать о нашей планете и о нас самих, если внимательно пригля-
димся к нашим соседям по Солнечной системе - Венере, Марсу и Юпитеру. В про-
шлом мы - персонаж Шварценеггера, в будущем - Де Вито.
Фотографии песчаников США. (вверху) и Марса.
Много тысяч лет люди смотрели на небо в надежде узнать что-то о жизни, вре-
мени и нашем месте во Вселенной. Телескопы помогли нам приблизить дальние
объекты и обнаружить спутники далеких планет и каналы на Марсе. В последние
сорок лет мы запустили сотню ракет к Луне, астероидам и другим планетам и их
спутникам и даже в более далекие миры, находящиеся за пределами гравитацион-
ного притяжения нашего Солнца. "Аполлон-8" позволил людям впервые вырваться
из гравитационного поля Земли и войти в поле другого небесного объекта. Обле-
тая вокруг Луны в канун Рождества 1968 года, Уильям Андерс увидел восход Зем-
ли над Луной. Через двадцать пять лет беспилотный космический корабль
"Вояджер" начал выходить из Солнечной системы, вырвавшись из гравитационного
поля нашего Солнца и погрузившись в глубины космического пространства. Инже-
неры настроили камеры таким образом, чтобы можно было увидеть Землю. Голубой
оазис воды и воздуха, единственный среди известных нам обитаемых миров, был
маленьким шариком для "Аполлона-8" и едва заметной точкой для "Вояджера".
Еще до начала реализации проекта "Аполлон" исследования Венеры в значитель-
ной степени изменили представление о нашем месте во Вселенной. Эта яркая пла-
нета похожа на сферу, но если вам представится возможность, взгляните на нее
в бинокль или телескоп. Вы увидите то, за что чуть не казнили Галилео Гали-
лея, когда он в 1610 году впервые описал свои наблюдения. Венера, подобно на-
шей Луне, проходит от фазы полумесяца к целому диску, и обратно. На основании
этих наблюдений Галилей доказал, что планеты, включая нашу, вращаются вокруг
Солнца, а не наоборот.
Венера по размеру напоминает Землю и располагается ближе к Солнцу. Долгое
время считалось, что она больше всего похожа на Землю, и именно по этой при-
чине первые межпланетные аппараты ученые направляли именно сюда в надежде
найти жизнь. Некоторые даже полагали, что когда мы спустимся на планету, мы
найдем тропический мир, напоминающий тот, что был на Земле в эпоху динозав-
ров.
Первые подозрения о том, что на Венере происходит что-то странное, возникли
в 30-х годах, когда был создан телескоп нового типа. Этот телескоп, установ-
ленный в обсерватории Маунт-Вильсон в Калифорнии, не измерял интенсивность
света, а выдавал электромагнитный спектр излучения. Этот спектр указывал на
то, что атмосфера Венеры на 99 % состояла из диоксида углерода.
В 1962 году Венере повезло - именно сюда земляне решили отправить первый
межпланетный корабль в рамках проекта "Маринер". Это было очень серьезное
предприятие. Взлет космического корабля опасен и сегодня, а уж в 1962 году
тем более. Старт корабля "Маринер-1" с самого начала пошел не так, как было
задумано, так что пришлось в аварийном порядке взорвать корабль, чтобы избе-
жать катастрофы, которая могла бы погубить города на побережье Флориды. Сле-
дующая ракета, ллМаринер-2", могла нести не более пятнадцати килограммов при-
боров для всех научных исследований. После удачного старта путь ллМаринера-2"
к Венере продолжался около трех с половиной месяцев. Те немногие приборы, ко-
торые перенес корабль, позволили сделать чрезвычайно важные открытия. Выясни-
лось, что на Венере плавится даже свинец: температура на ее поверхности со-
ставляет около 480 °С. Давление на поверхности планеты в девяносто раз пре-
восходит давление на Земле. Чтобы почувствовать, что это такое, нужно опус-
титься под воду на глубину около километра. Кроме того, анализы подтвердили,
что атмосфера планеты практически полностью состоит из углекислого газа.
ЛЛМаринер-2" обнаружил, что наша ближайшая родственница, по размеру почти наш
близнец, больше напоминает ад.
Почему планеты-близнецы так сильно различаются? Отчасти ответить на этот
вопрос помогли новые исследования. В 60-х годах, пока НАСА осваивала Луну, в
Советском Союзе конструировали машины для отправки на Венеру. Попасть на Ве-
неру и собрать о ней какие-либо данные - сложнейшая задача. Чтобы аппарат
смог оторваться от Земли, он должен быть легким, но в этом-то и сложность:
гигантское давление на Венере оставляет очень мало времени на сбор данных:
вскоре после посадки аппарат будет раздавлен, как жестяная банка при игре в
футбол. Неудивительно, что история первых запусков - сплошная история катаст-
роф. ллВенера-1" потеряла контакт с Землей еще в полете, а ЛЛВенера-2" - при
посадке на Венеру. ллВенера-3" разбилась при посадке. ЛЛВенера-4" вошла в атмо-
сферу Венеры, послала несколько сигналов и исчезла. Но настойчивость возна-
граждается. ЛЛВенера-9", запущенная через четырнадцать лет после ЛЛВенеры-1",
опустилась на Венеру и послала на Землю первые черно-белые фотографии. Сле-
дующие аппараты высаживались на планету и производили анализ почвы и атмосфе-
ры. Что они обнаружили? На Венере бывают гром и молния. На Венере есть магма-
тические горы, очень напоминающие земные. Конечно, Венера очень горячая, на
ней высокое давление и ее атмосфера заполнена углекислым газом, но она удиви-
тельно похожа на нашу родную планету.
Затем, в 1978 году НАСА запустила космический корабль ЛЛПионер". Это была
миниатюрная научная лаборатория, способная, кроме прочего, определять состав
облаков и атмосферы. Когда ЛЛПионер" погрузился в облака Венеры, одно из уст-
ройств зафиксировало присутствие серной кислоты. Затем это устройство проана-
лизировало атомный состав серной кислоты, в частности, изотопный состав ато-
мов водорода. Соотношение атомов водорода в веществе зависит от наличия жид-
кой воды. И тут ученых ждал сюрприз: сегодня Венера твердая и сухая, как ка-
мень, но когда-то здесь были океаны.
Поверхность планеты Венера.
Венера и Земля родились как близнецы, но судьба их сложилась по-разному.
Венера потеряла воду, а Земля ее сохранила: Венера находится слишком близко к
Солнцу, чтобы жидкая вода могла здесь задержаться. Именно исчезновение воды
может объяснить многие различия двух планет. На Земле вода облегчает удаление
углекислого газа из атмосферы через сложную цепочку химических взаимодейст-
вий. На Венере такие реакции невозможны. Венера напоминает закрытую емкость,
наполненную газом: вулканы выбрасывают углекислый газ, и удалить его нет ни-
какой возможности, так что со временем давление только нарастает. С увеличе-
нием давления поднимается и температура. И этот парниковый эффект на Венере
возник в результате исчезновения воды.
Другой наш сосед по Солнечной системе, Марс, рассказывает иную историю. Мы
пока еще не обнаружили здесь действующих вулканов, извергающих лаву, и не за-
фиксировали движений коры. Но вид каньонов и каналов планеты свидетельствует
о том, что они были сформированы под действием воды. Над поверхностью возвы-
шаются застывшие вулканы. Если здесь когда-то была вода, то температура долж-
на была быть примерно такой же, как у нас на Земле. Поверхности, все еще хра-
нящие следы воды, изменились со временем и рассказывают о падении множества
больших и малых метеоритов, произошедших здесь миллиарды лет назад. Недавно
проведенные исследования показали сезонное присутствие жидкой воды на плане-
те, но ее количество несравнимо с тем, что когда-то сформировало глубокие
каньоны. Активная геологическая жизнь Марса осталась в далеком прошлом.
Многие различия между Венерой и Марсом объясняются тепловым балансом. Вене-
ра потеряла воду, поскольку располагается слишком близко к Солнцу: вода испа-
рилась, и цепная реакция привела к дальнейшему повышению температуры на пла-
нете. Марс находится относительно далеко от Солнца и поэтому, по-видимому, он
не получал достаточно тепла, чтобы сохранить жидкую воду. Недостаток тепла в
определенной степени связан и со сравнительно небольшим размером этой плане-
ты. При прочих равных условиях удельная площадь поверхности малых объектов
больше, чем крупных (и удельная площадь поверхности кожи у детей больше, чем
у взрослых). Но чем больше площадь поверхности, тем больше потери тепла: дети
замерзают в холодной воде быстрее взрослых. Вот и с планетами та же история.
Марс из-за малого размера утратил и свое тепло, и геологическую активность.
Жизнь планеты полностью зависит от времени и места ее появления, от ее раз-
мера и состава. Наша планета обитаема лишь по той причине, что она возникла
на правильном расстоянии от Солнца, находится в гравитационном равновесии с
соседями, имеет правильную массу, необходимую для сохранения жидкой воды и
атмосферы и поддержания круговорота веществ. Кого прикажете благодарить за
это?
Хвала
Юпитеру
Древние римляне считали, что бог Юпитер следит за соблюдением норм и зако-
нов и тем самым регулирует отношения в обществе. Планета Юпитер играет анало-
гичную роль в физическом и биологическом мире.
Масса Юпитера в два с половиной раза превышает массу всех остальных планет
Солнечной системы, вместе взятых. Он в триста с лишним раз тяжелее Земли.
Внутри него могут поместиться одиннадцать сотен таких планет, как Земля. Имея
гигантскую массу и мощное гравитационное поле, Юпитер оказывает очень сильное
влияние на своих соседей. Он привлекает астероиды и кометы, а также соревну-
ется с Солнцем, затягивая планеты на свою орбиту. Это противостояние Юпитера
и Солнца определило орбиту Земли и оказало серьезное влияние на ее историю.
Более 4,6 миллиарда лет назад, когда вихрь пыли кружился вокруг звезды,
впоследствии ставшей Солнцем, возникли сгустки вещества (как и предполагали
Сведенборг, Кант и Лаплас). Силы притяжения планет определили их взаимное
расположение. Представьте себе, какое влияние оказывали на формирующуюся Зем-
лю все другие планеты, Солнце и центр притяжения внутри самой Земли. Юпитер с
его сильным гравитационным полем в значительной степени определил, сколько
вещества может быть использовано на формирование Земли и где в Солнечной сис-
теме она окажется.
Результаты компьютерного моделирования показывают, что Юпитер образовался
раньше Земли. Соревнование с Юпитером за остатки вещества повлияло на конфи-
гурацию остальной части Солнечной системы. Если бы Юпитер образовался ближе к
Солнцу, возможно, в Солнечной системе было бы меньше планет, но они были бы
крупнее. Если бы он расположился дальше, возможно, возникло бы больше малень-
ких планет. Размер нашей планеты и ее расположение относительно Солнца (то
есть основные факторы, определившие наличие воды и жизни) в значительной мере
связаны с влиянием Юпитера.
Но Юпитер повлиял не только на наличие воды на нашей планете, но даже на
размер, форму и функционирование наших тел. Юпитер определил размер Земли и
тем самым силу гравитации на ее поверхности. Простой мысленный эксперимент
позволяет выявить целую сеть взаимосвязей. Если бы Юпитер расположился ближе
к Солнцу, Земля была бы крупнее и тяжелее, и обитатели Земли были бы вынужде-
ны выдерживать гораздо более сильное земное притяжение. Даже если бы такая
странная Земля смогла удержать жидкую воду, что маловероятно, жизнь на плане-
те была бы совсем другой. Инженерам хорошо известно: прочнее та балка, что
толще. При прочих равных условиях на более тяжелой Земле жили бы более тол-
стые существа, которые лучше справлялись бы с силой земного притяжения. И,
напротив, на маленькой Земле сила притяжения была бы меньше, и живые существа
вырастали бы более высокими и легкими. Масса Земли определяет силу притяжения
и тем самым влияет на все без исключения аспекты нашей жизни - от размера и
формы тела до того, как мы передвигаемся, едим и взаимодействуем с нашей пла-
нетой .
Нам невероятно повезло: сначала небольшой перевес вещества над антивещест-
вом, потом формирование Юпитера, сделавшего нашу планету обитаемой, и, нако-
нец, случайный выбор из миллионов сперматозоидов одного единственного, кото-
рый определил наш геном, - все это позволило нам родиться здесь. Но практиче-
ски наверняка еще через миллиард лет Солнце израсходует весь запас водорода,
расширится и станет слишком горячим. Земля потеряет воду. Потеря воды приве-
дет к парниковому эффекту и перегреву поверхности планеты. Наша Земля станет
такой же, как Венера. Возможно, дальше от Солнца найдется другая планета с
жидкой водой и условиями, пригодными для жизни. Возможно, это будет какое-то
более отдаленное тело Солнечной системы, на котором сейчас есть лед, напри-
мер, один из спутников Юпитера, такой как Европа, или спутник Сатурна Энце-
лад. Наше везение и совершенство условий, определивших наше существование -
преходящи.
ГЛАВА 4.
О ВРЕМЕНИ
4,5 миллиарда лет
Перемещение в машине времени на четыре с половиной миллиарда лет назад было
бы не только сверхъестественным, но и опасным. Чтобы выжить в атмосфере без
кислорода и под кислотными дождями, понадобились бы такие скафандры, которых
пока не создала современная технология. Постоянное падение с неба камней и
льда иногда разогревало поверхность Земли до тысяч градусов по Фаренгейту.
Никаких океанов при такой температуре появиться, конечно, не могло: жидкая
вода могла возникать, однако она вскоре испарялась. Возможно, вы надеетесь
хотя бы увидеть дивные лунные ночи? Забудьте об этом. Луны еще нет. Следы
превращения того странного мира в современный можно обнаружить на разных не-
бесных телах Солнечной системы. Шесть космических аппаратов, спускавшихся на
Луну, доставили нам пробы грунта. С помощью миниатюрных наборов геологических
инструментов были собраны образцы камней из кратеров вулканов, с возвышенно-
стей и низин лунной поверхности. Эти образцы теперь хранятся в жидком азоте в
Хьюстоне и Сан-Антонио. Несколько небольших фрагментов были подарены высоко-
поставленным иностранным гостям, а еще несколько выставлены на обозрение пуб-
лики. Основная масса камней (около трехсот пятидесяти килограммов) все еще
остается неизученной. Но те образцы, которые побывали в лабораториях, помогли
узнать много интересного о происхождении нашего мира.
Один из наиболее важных фактов состоит в том, что камни с Луны совершенно
обычны и для Земли. По структуре и составу лунные камни ближе всего к земным
по сравнению с любыми другими в Солнечной системе. Один общий признак интере-
сен особенно. Атомы кислорода могут существовать в разных формах - в зависи-
мости от числа нейтронов в составе ядер. Измеряя содержание тяжелых и легких
атомов кислорода в камнях, можно определить один очень показательный пара-
метр . Камни в составе каждого небесного тела в Солнечной системе характеризу-
ются определенным соотношением тяжелых и легких атомов кислорода, поскольку
содержание кислорода в камнях зависит от их расстояния от Солнца в момент
формирования. Так вот, соотношение изотопов кислорода в лунных и земных кам-
нях практически одинаковое, и это говорит о том, что Земля и Луна сформирова-
лись на одном расстоянии от Солнца - возможно, на одной и той же орбите.
Тем не менее, между земными и лунными камнями существует очень важное раз-
личие . Лунные камни почти не содержат определенной группы атомов - так назы-
ваемых летучих элементов. Эти элементы - водород, сера и азот - обладают од-
ним общим свойством: они имеют тенденцию испаряться при повышении температуры
(отсюда их название). В далеком прошлом лунные камни по какой-то причине ра-
зогрелись до такой степени, что утратили летучие компоненты. О чем же это
свидетельствует?
Согласно одной из наиболее интересных современных теорий, образование Луны
можно сравнить с гонками на выживание - популярным в 70-х годах автоспортом,
в котором спортсмены намеренно (и без всякой жалости к технике) сталкивались
друг с другом (выигрывал последний автомобиль, сохранивший способность дви-
гаться) так, что детали летели во все стороны.
Подобный характер соударений может служить моделью, описывающей происхожде-
ние системы Земля - Луна. Более четырех с половиной миллиардов лет назад
крупный астероид (возможно, размером с Марс) столкнулся с формировавшейся
Землей. И, как в гонках на выживание, это привело к выбросу легких частей ка-
ждого небесного тела и к слиянию их более тяжелых частей. Пыль и мелкие об-
ломки, лишившиеся летучих элементов, стали вращаться вокруг Земли в виде дис-
ка. Со временем обломки слились в Луну. Центральные части двух небесных тел
не разлетелись, а из-за сильного удара разогрелись, перешли в полужидкую фор-
му - и позднее остыли, образовав новое ядро Земли. В результате удара ось
вращения Земли сместилась на 23,5°.
Столкновение Земли с астероидом. Образование Луны.
Сначала на одной солнечной орбите находились два крупных небесных тела. По-
сле столкновения они превратились в Землю и Луну, которые с тех пор кружатся
вместе в орбитальном танце, влияя своим гравитационным полем друг на друга.
Согласно законам физики, скорость суточного вращения Земли связана с месячным
оборотом Луны.
Влияние этого события на нашу жизнь очевидно и глубоко: длительность суток
и месяцев, как и смена времен года, непосредственно связаны с рождением сис-
темы Земля - Луна. Все часы и календари на планете, как и клетки нашего тела,
несут следы катастрофы, случившейся 4,5 миллиарда лет назад.
Следим за
временем
У римлян был эффективный способ контроля над чиновниками в отдаленных, бес-
покойных областях империи. Вместо того чтобы перекраивать округа, помогая
своим сторонникам и наказывая непокорных, Цезарь и его приближенные перекраи-
вали календарь. Представитель в таком-то регионе лоялен? Добавим к его сроку
несколько дней. Или, напротив, выказывает строптивость? Укоротим ему год. Ме-
тод оказался удивительно эффективным, однако со временем он не только децен-
трализовал календарь, что усложняло управление государством, но и привел к
тому, что возникла невозможная путаница политических событий и дат.
Причина всех этих сложностей заключается в самом характере движения Земли в
космосе. Мы все проходим астрономию в школе, но к моменту поступления в уни-
верситет большинство забывает законы движения планеты. Недавно социологи по-
просили студентов Гарварда ответить, почему происходит смена времен года. Бо-
лее 90 % опрошенных ответили неправильно. Смена времен года не имеет отноше-
ния ни к тому, сколько света получает Земля летом и зимой, ни к тому, что
Земля вращается вокруг своей оси, ни к тому, что она приближается к Солнцу
либо удаляется от него.
Со времен Коперника известно, что Луна вращается вокруг Земли, а Земля вра-
щается вокруг Солнца, причем земная ось сохраняет наклон 23,5°. Угол падения
солнечного света на Землю в разных участках земной орбиты разный. Там, где
свет падает прямо, день долгий и тепло (это лето), а там, где свет падает под
наклоном, день короче и холоднее (это зима). Смена времен года определяется
не просто вращением Земли вокруг Солнца, а постоянным наклоном земной оси при
вращении.
Наклон оси вращения Земли — главная причина смены времён года.
Наша жизнь зависит и от вращения Земли вокруг Солнца, и от вращения Луны
вокруг Земли, поэтому календарь может быть построен по-разному. Конечно, дли-
тельность года определяется вращением Земли вокруг Солнца. Зная, какой день в
роду самый длинный, а какой короче всех, мы можем разделить род на месяцы в
зависимости от смены времен рода. Другой способ построения календаря основан
на положении Луны, меняющей фазы от полнолуния к новолунию в двадцатидевяти-
дневном цикле. К сожалению, мы не можем синхронизировать лунный календарь с
сезонным (солнечным), потому что количество лунных циклов нельзя прямо свя-
зать с количеством солнечных циклов.
Как быть? Приходится вводить поправку. Юлианский календарь предусматривал,
что каждый четвертый род является високосным. Католическую церковь это не
устраивало из-за "миграции" дня Пасхи. Чтобы исправить ситуацию, в 1582 году
папа Григорий VIII ввел в обиход новый календарь1. Италия, Испания и некото-
рые другие страны приняли его немедленно после оглашения папской буллы, так
что 5 октября 1582 года стало 15 октября и десять дней потерялись. Другие
страны действовали по-разному. Например, Британия и ее колонии приняли новый
календарь лишь в 1752 году. Важнейший вопрос, который приходилось улаживать,
естественно, касался даты сбора налогов.
Годы, месяцы и сутки хотя бы теоретически определяются поведением небесных
тел, а вот минуты и часы - это простая условность. В неделе семь дней лишь по
той причине, что Библия рассказывает о шести днях творения и седьмом дне,
предназначенном для отдыха. Час разделен на шестьдесят минут, а минута на ше-
стьдесят секунд исключительно для нашего удобства. В Древнем Вавилоне система
исчисления основывалась на числе 60. Это удивительное число делится на 2, 3,
4, 5 и 6.
Люди всегда внимательно следили за временем. Временные интервалы в нашей
жизни определяются как цикличностью небесных событий, так и потребностями об-
щества .
Когда строительство жилищ, охота, да и само выживание зависели от времени
суток и сезона, люди определяли время по Солнцу, Луне и звездам. Другие ран-
ние приспособления для измерения времени основывались на действии силы тяже-
сти, например песочные или водяные часы (появившиеся в Египте в 4000 году до
н. э.). Постепенно потребность следить за временем эволюционировала. В част-
ности, необходимость разделения периодов времени на более мелкие отрезки свя-
зана с развитием общества, торговли и транспорта. Нашим пещерным предкам идея
разделения времени на секунды казалась бы столь же непонятной, как реактивный
самолет.
Но в мире есть часы, которые не связаны ни с какими условностями и не зави-
сят от политической или экономической ситуации. Таким счетчиком является наша
ДНК. На протяжении длительных отрезков времени изменения в последовательности
ДНК происходят практически с регулярной частотой. Это означает, что сравни-
тельный анализ ДНК двух видов организмов позволяет узнать время их расхожде-
ния: чем сильнее различаются последовательности ДНК, тем дольше они существу-
ют как независимые виды. На примере циркона мы увидели, что атомы в составе
горных пород тоже могут рассказать о времени. Зная соотношение разных вариан-
тов урана, аргона или свинца, можно сказать, как давно образовались минералы
в составе горной породы.
Интересно, что часы в камнях и в живом организме связаны. И те, и другие
являются частью одного планетарного и солнечного "метронома". Сравнение ДНК
1 Разница между юлианским и григорианским календарями постепенно увеличивается из-за
разного количества високосных годов: в юлианском календаре високосными являются все
года, кратные 4, тогда как в григорианском календаре год является високосным, если
он кратен 4, но исключение делается для тех годов, которые кратны 100. Такие годы
являются високосными только тогда, когда делятся на 400. Скачок происходит в завер-
шающий год века.
людей, животных и бактерий показывает, что все эти виды произошли от общего
предка, жившего более трех миллиардов лет назад. Примерно к этому же времени
относятся самые ранние из найденных окаменелостеи. Такое совпадение временных
показателей, полученное при анализе ДНК и камней, тем удивительнее, что все
это время камни нагревались и перемещались, а ДНК мутировала, эволюционирова-
ла и перераспределялась между видами. Согласованный ход этих двух видов часов
говорит о справедливости наших гипотез. Более того, различия в показаниях
ЛЛчасов" могут стать источником новых предсказаний. Поговорим, к примеру, о
китах. Это одни из самых необычных обитателей планеты: гигантский размер, ды-
хательное отверстие в середине головы, уши-гидролокаторы, странные конечно-
сти, позвоночник и хвост. Однако ученым давно известно, что ближайшими родст-
венниками китов являются млекопитающие: у китов имеются остатки волосяного
покрова, у них есть молочные железы и многие другие признаки млекопитающих.
Какие именно млекопитающие - самые близкие родственники китов? Когда киты по-
кинули сушу? Анализ ДНК показывает, что киты, скорее всего, произошли от пар-
нокопытных животных, таких как гиппопотамы и олени. Различия в последователь-
ностях ДНК говорят, что отделение ветви китов произошло около пятидесяти пяти
миллионов лет назад. Это знание стало источником новых вопросов для палеонто-
логов . Мало того, что на тот момент не было найдено никаких окаменелостеи,
подтверждающих этот переход: не было вообще никаких ископаемых животных столь
древнего возраста, напоминающих китов. Этот пробел стал импульсом для новых
поисков. В результате палеонтологи обнаружили в горных породах, возраст кото-
рых превышает пятьдесят миллионов лет, скелеты китов с таким же строением
костей задних конечностей, как у гиппопотамов и их родственников. Напомню,
что эти открытия были сделаны в результате сравнения показаний часов, заклю-
ченных в ДНК и горных породах.
Срез окаменевшего коралла.
В телах живых существ и в камнях есть не только часы, но и календарь.
Взгляните на срез коралла - и вы увидите, что в его стенках чередуются свет-
лые и темные полосы. По мере роста коралла на его скелете нарастают новые
слои минерального вещества (это похоже на штукатурку на стене). Формирование
минерала зависит от количества солнечного света, так что различие слоев отра-
жает длительность светового дня. Образование минерального слоя быстрее проис-
ходит летом, когда дни длиннее, и медленнее - зимой, когда дни короче. Поэто-
му полосы, образовавшиеся в летние месяцы, толще. Подсчитайте число слоев
внутри любого годового цикла. Знаете, что получится? 365. Скелет коралла мо-
жет служить календарем, в котором отмечен каждый день года.
Таким образом, кораллы не только являются великолепным украшением подводно-
го мира. Они дают нам возможность заглянуть в прошлое. Отколите кусочки от
камней вдоль дороги в Айове, в Техасе или в Канаде - и вы увидите кораллы,
которые сотни миллионов лет назад процветали в морях. На древних коралловых
рифах стоит Чикаго. Рифы рассказывают о том, как изменилось само время. По-
смотрите на кораллы, возраст которых составляет четыреста миллионов лет, и вы
увидите в их стенках четыреста слоев. Это означает, что год тогда состоял не
из 365, а из 400 дней. Как это произошло? Длительность года определяется вра-
щением Земли вокруг Солнца, и четыреста миллионов лет назад дни, видимо, были
короче нынешних. Подсчеты показывают, что сутки тогда составляли примерно 22
часа.
Как замедляющийся волчок, Земля с каждым годом вращается все медленнее. От
этого и увеличивается день. При вращении планеты вода в океанах смещается и
тормозит планету. Вот почему сегодняшний день на две миллисекунды длиннее
вчерашнего.
Это у нас
в голове
Торопясь поставить палатку, я проигнорировал кочку. Из-за нее мой спальный
мешок съезжал в угол всякий раз, когда я начинал засыпать. Проворочавшись не-
сколько часов, я решил было найти плоское место, но из-за усталости просто
положил под себя одежду, книги и кое-какое снаряжение. Хорошо, что в тот
день, обустраивая лагерь, мы порядком измучились. Я задремал.
Меня разбудило яркое солнце. Я вскочил и быстро оделся, чтобы никого не за-
держивать. Это был наш первый день в Гренландии, мы должны были отправиться
на поиски окаменелостей, и я чувствовал себя на удивление бодрым.
Я отправился на кухню, чтобы приготовить кофе. Наше снаряжение было упако-
вано так плотно, что поиски контейнеров с едой оказались нелегким делом. Я
потратил минут десять, чтобы по списку определить содержание багажа, и, нако-
нец , смог выпить кофе.
Жизнь казалась прекрасной. Было ясное, яркое летнее арктическое утро. В су-
хом воздухе все видится необычайно четко: предметы, находящиеся на расстоянии
нескольких километров, различаются отчетливо, будто до них рукой подать.
Грея ладони о кружку с кофе, я мысленно прогуливался по холмам, которые на-
меревался обследовать в тот день.
Выпив несколько кружек кофе и насладившись тишиной, я начал понимать: что-
то не так. Было слишком тихо. С каждой минутой я ощущал себя все более одино-
ким.
Я взглянул на часы и все понял: было два часа ночи. А я сидел одетый и го-
товый к новому дню. Я почувствовал себя совершеннейшим идиотом. Еще и кофе
напился! Пытаться заснуть было бесполезно, так что я раскрыл книгу, припасен-
ную для снежных дней, и несколько часов пытался читать, пока не проснулись
коллеги.
Конечно же, причиной недоразумения стал свет. Стенки моей палатки не были
непроницаемыми, и в ней было светло в любое время суток. Мой мозг, привыкший
к южным широтам, усвоил, что свет означает день, а тьма - ночь. Поскольку это
правило не имело никакого смысла в Арктике, где летом круглые сутки светло,
настройки моего мозга оказались неуместными. Мои опытные коллеги приготовили
повязки на глаза, тогда как я "благоразумно" запасся фонарем.
Первые дни мне было не по себе, как будто организм привыкал к жизни на дру-
гой планете. Здесь вообще не было ночи, так что узнать время суток можно бы-
ло, лишь взглянув на часы. Но чем больше времени мы здесь жили, тем лучше мой
мозг подстраивался к местным условиям. Солнце очерчивает на небе широкий эл-
липс, и предметы в течение дня отбрасывают разные тени. Почти автоматически
мозг начинает подчиняться солнечным часам. В Арктике, правда, нет деревьев,
но за гномон, отбрасывающий тень, сойдет любой валун или верхушка палатки.
Все мы путешествовали и знаем, что наш сон и пробуждение зависят от Солнца.
Буквально каждая часть нашего тела - все органы, ткани и клетки - подчиняется
суточному ритму. Почки ночью замедляют свою работу. Это очень приятно, по-
скольку позволяет реже покидать постель (и особенно важно, если вы очутились
в Арктике и спите в спальном мешке). Температура тела в течение суток меняет-
ся, и ниже всего она в три часа ночи. Печень тоже функционирует по часам
(медленнее всего утром), так что за завтраком напиться вдрызг проще всего.
Организм реагирует не только на изменение времени суток, но и на изменение
времени года. Смена сезонов сопровождается изменением длительности светового
дня, температуры и количества осадков. В случае животных эти факторы влияют
на характер их питания и на размножение. Мы, люди, не слишком отличаемся от
животных. Даже наше настроение зависит от времени года. Согласно некоторым
оценкам, во Флориде, на юге, сезонными аффективными расстройствами страдает
1,4 % населения, а в Нью-Гемпшире, на севере, этот показатель достигает 14 %.
Пьяный не замечает, как бежит время: праздник только начался, а все уже ра-
зошлись . Марихуана скомкает вечность в двадцатиминутный эпизод "Трех бездель-
ников"2. Очень сильное напряжение или эмоциональная нагрузка приводят к тому,
что мы теряем ощущение времени. Известная поговорка "Не смотри на чайник,
иначе никогда не закипит" отражает наше не всегда адекватное действительности
восприятие времени.
В 1963 году французский геолог Мишель Сифр решил расширить представления о
времени. Двадцатитрехлетний Сифр уже побывал в нескольких неизведанных регио-
нах. Его интересовало то, что лежит под поверхностью Земли. Составляя карты
подземного мира, Сифр обнаружил в Альпах обширные пещеры и ледники. Это был
дивный темный мир, и у молодого ученого возник вопрос: что происходит с чело-
веком, потерявшим связь со временем? Мы не только вынуждены мириться с есте-
ственным ходом времени - тьмой ночи и светом дня, теплом лета и холодом зимы,
- но и подчиняем жизнь нами же придуманным условиям. Будильники, пейджеры,
телефоны структурируют нашу жизнь. Но что если совершенно избавиться от их
влияния?
Сифр решил послужить самому себе подопытной свинкой и составил план двухме-
сячного пребывания в пещере на глубине двухсот метров без каких-либо атрибу-
тов обычной жизни. Он взял с собой провиант, раскладушку, фонарик, но - это
очень важно - не взял часов. Он не взял вообще ничего, что могло бы напомнить
о времени. Единственной связью с миром для Сифра стал телефон. Он звонил
друзьям, чтобы сообщить, сколько времени бодрствовал и сколько спал. Идея бы-
ла в том, чтобы на шестьдесят дней отключиться от нормального светового цикла
и от часов, которые на этом цикле основаны.
Сифр вел подробнейшие записи. Он прилежно отмечал на календаре каждый про-
житый день, указывая температуру своего тела, настроение и наличие либидо.
На тридцать седьмой день своего пребывания под землей, когда до конца экс-
перимента оставалось двадцать три дня, Сифр беседовал с коллегой, находившим-
ся на поверхности. Тот спросил, за сколько дней до конца эксперимента Сифра
следует предупредить.
- Дня за два, чтобы я успел собрать вещи, - ответил Сифр.
- Тогда начинай собираться.
2 Американский комический телесериал (The Three Stooges) 1934-1958.
Эксперимент кончился. Основываясь исключительно на внутренних часах, Сифр
потерял двадцать три дня.
Что произошло? Ответ можно найти в дневниках экспериментатора. Он самым
тщательным образом регистрировал время подъема и отхода ко сну, свои звонки
друзьям. Однако у него не было часов, и он не знал, сколько спал. То, что ему
казалось десятиминутной дремотой, на самом деле было полноценным восьмичасо-
вым сном.
Сифр совершенно перестал ориентироваться во времени. Он звонил друзьям,
чтобы проверить, может ли он правильно установить длительность двух минут,
просто считая до ста двадцати. Большинство людей способно приблизительно от-
мерить этот отрезок времени. У Сифра на этот счет уходило пять минут.
Когда исследователи проанализировали дневник Сифра, они пришли к важному
заключению. Биологическая активность под землей подчинялась земным законам.
Время бодрствования и сна по-прежнему суммарно составляло двадцать четыре ча-
са. Ощущение ученым времени оказалось совершенно неверным, но его биологиче-
ские часы остались в норме.
В следующие годы многие добровольцы подвергали себя подобной изоляции, а
хитроумные приборы следили за их физиологической активностью, работой мозга и
поведением. Некоторые добровольцы несколько недель или месяцев жили в помеще-
ниях без света или со строго контролируемой подачей света. Другие пытались
выжить в экстремальных условиях. Один скульптор, например, собирался прожить
в полной темноте несколько месяцев. Эксперимент пришлось прекратить через не-
сколько дней, поскольку экспериментатор начал терять рассудок.
Из всех подобных опытов по ограничению возможностей восприятия следует ин-
тересный вывод. Многие из наших физиологических нужд (сон, питание, сексуаль-
ное влечение) имеют циклический характер, даже если мы живем в темной пещере
или комнате либо в другом изолированном пространстве. Время идет не только в
часах, ной в наших ощущениях и где-то очень глубоко внутри нас.
Начало научной карьеры американца Курта Пауля Рихтера трудно назвать успеш-
ным. После военной службы во время Первой мировой войны он устроился на рабо-
ту в Университет им. Джона Хопкинса, чтобы изучать роль врожденных инстинктов
в поведении животных. Он прибыл в Балтимор в 1919 году и начал работать под
руководством одного маститого ученого, знаменитого исследованиями в этой об-
ласти. Новый научный руководитель Рихтера повел себя необычно. Рихтера снаб-
дили всем необходимым: ему выделили маленькую комнату для работы, выдали або-
немент в библиотеку и кое-какие другие вещи, необходимые студенту. И оставили
одного. Никаких собраний, никаких обязательных курсов либо семинаров, вообще
никаких обязанностей. Со студентами здесь никто не нянчился: либо утонет, ли-
бо выплывет.
Спустя какое-то время научный руководитель вручил Рихтеру клетку с двена-
дцатью обычными крысами. Инструкции наставника были предельно краткими:
ЛЛСделай хорошую работу". Рихтер начал с того, что стал скармливать крысам
хлеб и целыми днями наблюдал за ними. Как и всякий настоящий ученый, он запи-
сывал все до мелочей: когда крысы ели, чем именно они занимались... В один
прекрасный день он сделал наблюдение, которое в корне изменило его карьеру и
стало отправной точкой для целого направления научной мысли. Крысы то скакали
по клетке, то успокаивались. У них совершенно определенно различалось время
активности, время отдыха, время приема пищи. Рихтер начал игру. Сначала он
оставлял на всю ночь свет в лаборатории. Затем стал на сутки выключать свет.
Характер активности крыс не менялся. Крысы реагировали примерно так, как и
ллпещерный человек" Сифр.
Это простое наблюдение поставило перед Рихтером вопрос, на который он пы-
тался ответить всю оставшуюся жизнь: что является основой врожденного суточ-
ного ритма?
Как он контролируется?
Рихтер переключился на изучение слепых крыс. Эти животные, не различавшие
свет и тьму, имели такой же суточный ритм сна, бодрствования и питания, как и
зрячие. Рихтер решил, что в организме слепых крыс есть некий часовой меха-
низм. Но где он?
Первыми кандидатами на роль "хранителя времени" стали железы, которые сек-
ретируют гормоны, регулирующие работу сердца, дыхание и другие функции орга-
низма. Рихтер давал крысам препараты, нарушавшие гормональный баланс, изменял
их режим питания и даже удалял им гормональные железы. За несколько лет он
провел более двухсот экспериментов и в каждом случае получал один и тот же
результат. Вне зависимости от того, что он удалял и какой гормон блокировал,
суточный ритм животных не менялся.
Затем Рихтер перешел к изучению головного мозга и нервов крыс. Он удалял
участки мозга крыс и следил за результатом. В 1967 году, то есть спустя сорок
пять лет после того, как научный руководитель выдал ему клетку с крысами,
Рихтер удалил небольшой участок ткани в основании головного мозга. Изъятие
этого небольшого (размером не больше рисового зернышка) фрагмента ткани пол-
ностью изменило поведение животных. Итак, внутренние часы крыс были спрятаны
в крошечной группе клеток, расположенной непосредственно позади глаз.
Как группа клеток может следить за ходом времени? Ответ на этот вопрос
нельзя было найти, удаляя отдельные участки тела. Он был получен с помощью
другого научного подхода.
Часы
повсюду
Генетические мутанты - это рабочие лошадки биологии. Шестипалые кошки,
двухголовые змеи и сросшиеся телами козы - не просто диковинки. С их помощью
мы можем понять основы строения и функционирования нормальных организмов. Ге-
ны мутантных организмов функционируют неправильно, но их научная ценность со-
стоит в том, что они могут многое рассказать о работе нормальных генов.
Допустим, у нас имеется мутантное животное без глаз. Понятно, что между му-
тантным и нормальным животным существует некое генетическое различие. Чтобы
выделить дефектный ген, нужно провести большую работу, но, скрещивая мутант-
ных и нормальных животных, можно идентифицировать этот ген и даже выявить
конкретное нарушение в последовательности ДНК. Знание последовательности -
вот ключ к пониманию молекулярных механизмов, регулирующих формирование глаз.
То же можно сказать практически о любом гене в организме.
Этот подход оказался настолько продуктивным, что многие лаборатории заня-
лись прочесыванием популяций в поисках подходящих мутантов. Многие сделали
научную карьеру и даже получили Нобелевскую премию благодаря классификации
мутантов или просто благодаря находке "правильных" мутантов с дополнительными
пальцами, выпученными глазами, необычными конечностями или сердцами. Награда
может быть сколь угодно высока, но получение результата часто зависит от слу-
чая. Некоторые мутации обнаруживаются лишь у одной особи из ста тысяч. К со-
жалению, труднее всего работать с млекопитающими (которые как раз сильнее
всего нас интересуют): они медленно развиваются и большую часть критического
периода развития скрыты от наблюдения в чреве матери.
В частности, поэтому, в последние сто лет излюбленным объектом для изучения
генов животных являются мухи. В отличие от млекопитающих или пресмыкающихся,
мух можно добыть сколько угодно, поскольку они очень быстро воспроизводятся и
развиваются. Наличие постоянного источника эмбрионов позволило ученым не
только получить множество мутантов, но и описать их, классифицировать и за-
пасти для других исследований.
Зачем ждать милости от природы, если можно сотворить мутанта? Процесс вне-
сения мутаций в ДНК достаточно прост (по крайней мере, в теории). Время вос-
производства мух - около недели. Если взять несколько дрозофил и обработать
определенными химическими веществами или подвергнуть их облучению (это нару-
шает процесс копирования ДНК), то в следующем поколении мы получим множество
мутантов (возможно, среди них будут нужные нам особи со странными конечностя-
ми, необычными глазами и так далее).
В конце 60-х годов лаборатория Сеймура Бензера в Калифорнийском технологи-
ческом институте являлась ведущим научным центром по изучению мутантов всех
сортов. Студент Рональд Конопка решил использовать мутантов по-своему. В ла-
боратории Бензера занимались изучением поведения животных, и к тому времени,
когда Конопка пришел в группу, в лаборатории уже были собраны мутанты с не-
обычным брачным поведением и танцами.
Конопка намеревался использовать мутантов, чтобы изучить генетические осно-
вы биологических часов. Его идея шла вразрез с общепринятой точкой зрения.
Тогда считалось, что биологические часы - это что-то вроде очень сложно уст-
роенного секундомера.
Но Конопка оказался в нужном месте и в нужное время: Бензер был кровно за-
интересован в выяснении принципа действия биологических часов. Он был типич-
ной "совой" и засиживался в лаборатории до поздней ночи, тогда как его жена
ложилась спать вскоре после ужина. Возможно, мутантные мухи смогут помочь
супругам, встречающимся лишь за обеденным столом.
Конопка долго возился с дрозофилами. Личинки дрозофил выводятся из яиц,
едят и, наконец, обзаводятся твердым внешним каркасом, из которого в итоге
вылезает взрослая муха. Появление взрослых особей обычно приходится на раннее
утро - самое холодное время суток. Так уж настроены мушиные внутренние часы:
мухи, выведенные в искусственном цикле день/ночь, выводятся в конце ночного
периода.
Примерно через двести циклов мутаций Конопка получил несколько особей, у
которых временные рамки были смещены: некоторые вылуплялись слишком рано,
другие слишком поздно, а третьи вообще в случайное время суток. Это было то,
что нужно: изменение времени рождения практически наверняка было вызвано ка-
кими-то генетическими дефектами. Возможно, был испорчен часовой механизм дро-
зофилы .
В лаборатории мух каждого типа скрестили с такими же и вывели линии мутант-
ных животных. С их помощью Конопка и Бензер начали исследование молекулярного
механизма биоритмов.
Как и любой ген, ген Конопки производит белок, выполняющий в организме не-
кую работу. Если ген известен, можно попытаться ответить на важный вопрос,
где и когда функционирует кодируемый им белок. У нормальных дрозофил уровень
синтеза этого белка достигает максимума в поздние ночные часы, а затем падает
практически до нуля. Знание этой закономерности позволило ученым понять суть
обнаруженных мутаций. У дрозофил, которые вылуплялись слишком рано, макси-
мальный уровень синтеза данного белка тоже достигался слишком рано. У тех,
что появлялись поздно, пик синтеза наблюдался слишком поздно. Сам белок у
дрозофил с нарушенным суточным ритмом оказался испорченным. Снижение активно-
сти белка полностью соответствовало нарушению суточного ритма.
К этому времени ученые из других лабораторий тоже приступили к решению этой
проблемы. С помощью новых методов генетики удалось выделить ДНК и обнаружить
ряд других генов, задействованных в данной системе. С открытием каждого ново-
го гена постепенно прояснялся механизм работы биологических часов дрозофилы.
Если заглянуть в "часовой механизм" организма, мы увидим внутриклеточный
аналог маятника. В данном случае отсчет времени осуществляется благодаря по-
следовательностям химических реакций, скорости которых определены физическими
и химическими законами. В результате активации ДНК синтезируются взаимодейст-
вующие друг с другом белки. Они транспортируются в определенные клеточные от-
делы и выполняют различные задания, среди которых активация новой порции ДНК.
Этот цикл постоянно возобновляется. Скорость раскачивания маятника определя-
ется скоростью образования, превращения и транспорта белков, а также скоро-
стью их взаимодействия с ДНК.
Мутантные дрозофилы позволили не только обнаружить гены, контролирующие
биологический ритм у дрозофил, но и найти способ изучения часового механизма
в организме человека.
Спустя примерно десять лет после открытия Конопки и Бензера студент Мартин
Ральф занялся поиском генов, контролирующих биоритмы у млекопитающих. Ральф и
его научный руководитель работали в Орегоне с сирийскими хомячками. Хомяки
бегали в колесе, а ученые регистрировали их активность. В норме у хомяков
есть периоды активности и отдыха, которые в сумме составляют двадцать четыре
часа.
Каждый хомяк, поступавший в лабораторию, подвергался тестированию на коле-
се.
Ральф надеялся, что однажды обнаружит животное с аномальным ритмом активно-
сти и отдыха. Он поставил на то, что среди еженедельно поступавших хомяков
рано или поздно найдется мутантное животное.
Однажды Ральф получил новую партию животных, запустил их в клетку и начал
наблюдать за их поведением на колесе. К его радости (и, несомненно, облегче-
нию) цикл активности и отдыха одного из животных сильно отличался от обычного
двадцатичетырехчасового цикла. Сутки для этого хомяка укладывались в двадцать
два часа. Ральф скрестил этого хомяка с другими и в их потомстве также обна-
ружил особей с укороченным суточным циклом активности и отдыха. Нарушение су-
точного ритма было связано с мутацией гена.
Когда Ральф и другие стали изучать этот ген, они выяснили, что его действие
в основном связано с небольшой группой клеток в ткани мозга. Мутация затраги-
вала клетки в участке, обнаруженном Рихтером. Ральф выиграл пари.
Картина еще более прояснилась в начале 90-х годов XX века, когда в клинику
сна в Солт-Лейк-Сити обратилась пациентка со странной проблемой. Спала она по
восемь часов, но в какое бы время она ни пыталась лечь спать, засыпала она
всегда в 19.30, и это означало, что просыпалась она в 3.30. Ее часовой меха-
низм работал, но со сдвигом. Когда пациент обращается в клинику, его обклады-
вают датчиками, которые во время сна регистрируют скорость дыхания и сердце-
биения, температуру тела и другие параметры. Ничего необычного в состоянии
пациентки обнаружено не было.
Однако женщина сообщила удивительный факт: среди ее родственников были люди
с точно такой же странностью. Родственники, жившие в разных местах, тоже
вставали очень рано. Кто-то из них в детстве спал нормально, но со временем
перешел на этот странный режим. Постепенно ученые начали понимать, что дело
не в том, где эти люди живут или что едят.
Было составлено генеалогическое древо, на котором отметили всех людей с на-
рушением и без нарушения сна. Картина прояснилась: это был классический при-
мер проявления генетического признака, как в случае с мутантными дрозофилами.
Однако одно лишь изучение генеалогии не позволяет обнаружить дефект ДНК.
Для выявления причины нарушения требуется взять немного клеток у всех членов
семьи (обычно для этого берут мазок внутренней стороны щеки) и сравнить ДНК
из клеток тех, кто встает рано, и тех, кто встает как все. Если генетическое
различие между двумя группами людей существует, оно где-то в последовательно-
сти ДНК.
Сравнительный анализ ДНК выявил конкретную замену в конкретном гене. Гены и
белки имеют характерные последовательности. Если известна последовательность
и структура гена или белка, довольно легко найти его в других клетках. Именно
так была обнаружена связь между ДНК рано просыпающихся людей, ДНК хомячков
Мартина Ральфа и генами спозаранку вылуплявшихся дрозофил Конопки и Бензера.
У каждого вида свои особенности белковых взаимодействий внутри часового меха-
низма, но основные гены и принципы действия молекулярного маятника внутренних
часов одни и те же. Мух, хомячков и людей объединяют общие детали внутреннего
часового механизма, общие гены, общая история.
Общность часового механизма не только указывает на нашу связь с другими ви-
дами, но и позволяет выявить фундаментальные принципы устройства клеток чело-
веческого тела. Внутри всех клеток (от клеток мозга, найденных Рихтером, до
клеток печени или клеток кожи на кончике пальца) присутствует один и тот же
генетический часовой механизм. Если вы страдаете нарушением сна, имеющим ге-
нетическую природу, врач может поставить диагноз по клеткам кожи, капле крови
или мазку с внутренней стороны щеки. Каждая клетка существует в соответствии
с суточным ритмом, отбиваемым молекулярными "часами" - столь же древними, как
сами животные.
Как устанавливается ритм молекулярных ЛЛчасов" в наших клетках, как они под-
страиваются к смене дня и ночи? Дорожный будильник, который мы берем в путе-
шествие, работает двадцать четыре часа в сутки, но он не способен самостоя-
тельно определить, в какой часовой зоне находится, и ему требуется помощь.
Так почему мы, люди, ощущаем изменение суточного ритма? Что подняло меня на
ноги в два часа ночи тем летом в Арктике?
Наши внутренние часы связаны с внешним миром посредством нескольких
ЛЛсигнальных систем", важнейшей из которых является восприятие света. Большая
доля света, проникающего в глаз, передается в виде сигнала в определенные от-
делы головного мозга, интерпретирующие зрительную информацию. Однако некото-
рые сигналы поступают в другие отделы мозга, в частности, к клеткам, обнару-
женным Рихтером. Отсюда сигнал передается к шишковидной железе размером с го-
рошину, расположенной в основании головного мозга. Некоторые (в том числе ве-
ликий французский философ Рене Декарт) считали шишковидную железу вместилищем
души. У некоторых видов ящериц и рыб эта железа образует что-то вроде третье-
го глаза и непосредственно воспринимает световую информацию. А у человека это
своеобразный коммуникационный узел, собирающий информацию. Выделяемый шишко-
видной железой мелатонин запускает реакции во всех отделах нашего тела.
Эта цепочка реакций подстраивает наше тело к смене дня и ночи. Именно этот
путь настраивает внутренние часы так, что свет для нас означает день, а тем-
нота - ночь. Когда мы попадаем в другую часовую зону, сигнальный путь на-
страивает организм на новый световой режим.
Что происходит, когда яркий солнечный свет попадает в глаза в середине дня?
Обычно ничего, кроме обыкновенной настройки зрительного аппарата. Но если sip-
кий солнечный свет попадает в глаза в сумерки, это может нарушить сон. Люди,
работающие в сумерки при ярком свете, обычно устают позже, чем обычно. Верно
и обратное: яркий солнечный
свет на рассвете заставляет людей просыпаться и засыпать раньше обычного.
Наш цикл сна и бодрствования изменяется, если мы находимся при свете тогда,
когда наш мозг настроен на темноту. Современные люди находятся под воздейст-
вием искусственного освещения в любое время суток, и наши внутренние часы пе-
рестраиваются всякий раз, когда мы среди ночи читаем или разбираем электрон-
ную почту. Ритм современной жизни не совпадает с древними биологическими рит-
мами.
Наше здоровье в значительной степени связано с биологическими часами. Люди,
работающие по ночам и спящие днем, больше подвержены сердечно-сосудистым за-
болеваниям и некоторым видам рака, в частности раку молочной железы. Ученые,
работающие с мышами, установили, что механизм коррекции ошибок в ДНК клеток
кожи мышей работает по часам и наиболее активен вечером. В ДНК, скопированной
утром, содержится больше всего ошибок. Ультрафиолетовое излучение нарушает
процесс копирования ДНК и способствует возникновению рака кожи. Таким обра-
зом, для мышей солнечные ванны по утрам опаснее вечерних. У людей тоже есть
такие часы, но они настроены противоположным образом: наш аппарат коррекции
ошибок в ДНК активнее всего утром. Таким образом, загорать утром менее опас-
но, чем вечером. Наш метаболизм тоже подчиняется биологическим часам. Извест-
но даже, что склонность к ожирению может коррелировать с недостатком сна.
\
%
ъ
%>
<?.
х %
6:00
е// ,
4?
л&
*Р
&
^
^
полдень
Шишковидная
железа
^т
пофЛчь
/
&*
А*
&
*Г
о*г
^
**'
&
1+
18:00
«Л*
%
'*«
%
(0
%
"Ъ
\
'%
\
ч
Ч
<г
\
Функционирование организма подчиняется суточному ритму.
Учитывая связь функционирования ДНК и деления клеток с биологическими часа-
ми, не приходится удивляться, что некоторые лекарства эффективнее в опреде-
ленное время суток - это обусловлено уровнем интенсивности света, восприни-
маемого мозгом. Таким образом, на нашу предрасположенность к заболеваниям,
как и на лечение, влияет катаклизм, произошедший на нашей планете более четы-
рех с половиной миллиардов лет назад.
На кладбищах в южной части штата Индиана можно найти могилы европейцев, ос-
ваивавших эту территорию в конце XVIII века. То были смелые люди, о чьей не-
простой жизни повествуют надгробные плиты. Немногие преодолевали сорокалетний
рубеж, и если судить по датам на памятниках, долгое время кладбища были весь-
ма посещаемым местом. Природа распорядилась так, что для надгробных плит по-
селенцы нашли практически идеальный материал. Надписи, выбитые в начале XIX
века на мелкозернистом, твердом камне, выглядят так, будто их выполнили вче-
ра.
В могильных камнях отразилось изменение ритма приливов и отливов.
Мы привыкли изучать надписи на могильных плитах и практически не обращаем
внимания на сами плиты, а ведь они тоже могут рассказать много интересного.
Надгробные плиты на могилах первых европейских поселенцев Индианы имеют не-
ровные боковые поверхности. Материал был добыт в карьере близ города Хиндо-
стан. В этом месте можно увидеть, как формировались горные породы. Земля вра-
щается вокруг своей оси, а Луна вращается вокруг Земли, и уровень воды то
поднимается, то опускается.
Сотни миллионов лет назад эта часть Индианы лежала на дне. Год за годом
приливы и отливы образовывали слои отложений, и по следам на камнях можно
проследить их годовую амплитуду. На краях могильных плит запечатлен ритм при-
ливов и отливов, происходивших в те времена, когда Земля вращалась быстрее, а
дни были короче, чем теперь. И люди, и планета оставили отметки на камнях.
Так что и тела покойных, и камни на их могилах имеют общую историю, связанную
с вращением и соударением небесных тел.
ГЛАВА 5.
ОТ МАЛОГО
К БОЛЬШОМУ
2,4 миллиарда лет
Около 4,6 миллиарда лет назад юное Солнце вытолкнуло материю нашей будущей
планеты на нынешнюю земную орбиту. Катаклизм, подаривший нам Луну, был далеко
не единственным. Если судить по возрасту лунных кратеров и обнаруженных на
Земле обломков метеоритов, такие столкновения происходили достаточно часто.
Период относительного затишья наступил около 3,9 миллиарда лет назад.
Здесь кроется загадка, долгое время ставившая ученых в тупик. В самых верх-
них, молодых слоях горных пород содержатся окаменелости - раковины и кости,
которые можно увидеть в любом музее естественной истории. А в более глубоких
и древних слоях нет ни костей животных, ни спор растений - нет вообще никаких
остатков жизни. И это лишенное признаков жизни основание гор - не тонкая про-
слойка, а многокилометровые слои. Вся история человечества, да и вообще вся
история жизни на Земле, уместилась в тонком верхнем слое земной коры. Если
историю планеты сжать в один календарный год, то можно сказать, что до сере-
дины ноября (около четырех миллиардов лет) Земля была необитаемой. Для Чарль-
за Дарвина это внезапное появление жизни было "необъяснимой загадкой". Ответ
на эту загадку, а также объяснение происхождения современного мира пришли из
совершенно неожиданного источника.
Сталелитейные заводы города Гэри в Индиане напоминают гигантские скелеты
древних животных. В 50-х годах XX века эти заводы поддерживали автомобильное
производство, активно развивавшееся на Среднем Западе. Америке нужно было же-
лезо, и Стэнли Тайлер, подобно многим геологам, изучал железосодержащие руды
региона. Поскольку в этой местности железо обычно содержится в самых старых
породах, в поисках руды геологи чаще всего обращали внимание на основания
гор. Тайлеру было известно, что эти камни могут оказаться полезными для гео-
логов , но неинтересны для палеонтологов.
В середине 50-х годов Тайлер изучал образцы, собранные им в глубокой шахте
на севере Мичигана. Образцы камней, поднятые с разных глубин, были перевезены
в лабораторию в Мэдисоне, штат Висконсин. Тайлер перемалывал каждый образец в
порошок и наносил на предметное стекло микроскопа для изучения тонкой струк-
туры минералов и зерен. Сидя за микроскопом, Тайлер занимался обычным делом,
а именно описывал цвет, размер зерен и состав каждого образца, что составляет
рутинную, но необходимую часть любого геологического исследования.
На одном из стекол Тайлер вдруг обнаружил нечто очень знакомое, но совер-
шенно неуместное в данных образцах - уголь. Он знал, конечно, что уголь пред-
ставляет собой остатки древних растений, и что большая часть угля в то время
была обнаружена в слоях горных пород не старше трехсот пятидесяти миллионов
лет, когда на Земле активно развивалась растительность. Однако возраст горной
породы из Мичигана был совсем другим: ей было почти два миллиарда лет!
Тайлер передал образцы другим экспертам. В итоге они попали в руки Элсо С.
Баргхорна - куратора отдела ранних растений в Гарвардском музее сравнительной
зоологии. Изучив образцы под микроскопом, Баргхорн немедленно подтвердил до-
гадку Тайлера: это были остатки самых ранних из известных на тот момент живых
организмов - углеобразующих водорослей и других микроорганизмов.
Это открытие вызвало новые вопросы. Чем дольше Баргхорн разглядывал образцы
Тайлера, тем больше древних видов он обнаруживал. В каждом образце было мно-
жество спор, филаментов и остатков тысяч одноклеточных животных. Основания
гор нашей планеты вовсе не лишены признаков жизни: они буквально переполнены
ими!
Теперь "необъяснимая загадка" состояла не в отсутствии жизни, а в невероят-
ном многообразии живых организмов, прежде скрытых от наших глаз. Когда на
планете появилась жизнь? Как выглядели первые живые существа? Поиск ответов
на эти вопросы и попытки обнаружить другие древние организмы привели к воз-
никновению нового раздела палеонтологии, занимающегося изучением микроскопи-
ческих окаменелостей в горных породах, возраст которых составляет миллиарды
лет.
Охота за столь древними окаменелостями связана с целым рядом трудностей.
Горные породы такого типа с высокой вероятностью давно подверглись эрозии,
изменились под действием внутреннего жара Земли и других факторов. Но допус-
тим, что вы нашли породу нужного типа. На основании чего вы можете утвер-
ждать , что микроскопический пузырек или прожилка в образце - это остатки жи-
вых существ, а не вкрапления минерала?
Поиск ранних форм жизни основан на привлечении разного рода доказательств -
от формы и структуры образцов до их химического состава. Древние организмы не
просто выглядят как одноклеточные существа, но и имеют химические следы мета-
болизма .
Тайлер, Баргхорн и их последователи нашли в камнях доказательства: возраст
старейших из известных окаменелостей превышает 3,4 миллиарда лет. Жизнь воз-
никла на ранних этапах развития нашей планеты и стала быстро распространяться
в форме бактерий, водорослей и их родственников.
Несмотря на невероятное разнообразие, организмы, преобладавшие на планете в
первые миллиарды лет, обладали общим признаком: все они имели микроскопиче-
ские размеры и состояли всего из одной клетки. Некоторые из них склеивались,
образуя колонии, однако ни один организм на Земле в первые три миллиарда лет
ее существования не превышал по размеру зернышко риса. Крупным организмам еще
только предстояло появиться.
Через
увеличительное
стекло
"Мертва!" - прокричал Томас Барбур, директор Гарвардского музея сравнитель-
ной зоологии, глядя на тельце лягушки в траве у своих ног. Над головой Барбу-
ра, на крыше пятиэтажного здания, стоял его коллега, профессор Филип Дж. Дар-
лингтон , с ведром. Он доставал из ведра лягушек и бросал вниз.
Когда очередная лягушка ударялась оземь и замирала, Барбур кивал. Наконец
Дарлингтон спустился с пустым ведром и поинтересовался, как животные перене-
сли встречу с землей. Барбур кивнул на лягушачьи тушки: "Все мертвы".
Дарлингтон был исследователем старой закалки: в свободное от преподавания в
Гарварде время он отправлялся в джунгли на поиски новых видов животных - осо-
бенно жуков. О его похождениях рассказывают легенды. Однажды его схватил кро-
кодил и утащил на дно реки, но Дарлингтону удалось отбиться. Истерзанному
ученому пришлось совершить дальний переход за помощью. В тот же день он напи-
сал жене, что ллвстретился с крокодилом".
В то время, в 30-х годах XX века, шли дебаты по поводу механизмов расселе-
ния животных по планете. Тогда еще не знали о движении литосферных плит. Су-
ществовали две основные точки зрения, объяснявшие распространение животных:
либо раньше между материками имелись "мосты", что позволяло животным переби-
раться с одного места на другое, либо животные перемещались благодаря воде и
ветру. Дарлингтон яростно отстаивал вторую гипотезу, а его начальник Томас
Барбур склонялся к первой.
Эксперимент с лягушками (сейчас нам даже трудно себе такое представить) был
проведен с целью проверки одной из гипотез. За кофе в послеобеденные часы в
музее двое ученых поспорили и, наконец, заключили пари. Барбур утверждал, что
животные не могли перемещаться с помощью ветра, поскольку при ударе о землю
они погибают. Дарлингтон возражал, что ветер может переносить мелких животных
на значительное расстояние. Решили проверить теорию экспериментально.
А что же с мертвыми лягушками? Через несколько минут они ожили. В траве
прыгало множество лягушек. Дарлингтон доказал справедливость своей гипотезы.
Конечно, в том, что лягушки не разбились, нет ничего сверхъестественного.
Это связано с размером животных. Более легкие животные при падении ускоряются
медленнее, чем тяжелые, потому что сталкиваются с более сильным сопротивлени-
ем воздуха в расчете на массу. Описывая это явление, один из основателей эво-
люционной генетики Джон Бердон Сандерсон Холдейн заметил: "Можно сбросить
мышь в шахту глубиной тысячу ярдов, и. . . оправившись от легкого шока, она
убежит. Крыса погибнет, человек разобьется, а от лошади останется мокрое ме-
сто" .
Представьте себе, что вы хотите предсказать свойства некоего животного
(сколь долго оно живет, как передвигается, какова форма его тела), которого
вы никогда не видели. Для этого нужно учесть несколько параметров: способ пи-
тания , условия обитания, положение в пищевой цепи и так далее. Люди использу-
ют этот подход, занося в каталоги измеряемые параметры животных и анализируя
данные с помощью ряда статистических инструментов (это позволяет выявить наи-
более значимые параметры, определяющие видимые различия). Выясняется, что
важнейшим предсказательным параметром является размер животного. Если вам из-
вестен размер животного, вы многое сможете сказать о его физиологии: частоте
сердечных сокращений в покое (у мелких животных сердце бьется чаще), чувстве
опасности (чем крупнее животное, тем меньше страха оно испытывает) и даже
продолжительности жизни (крупные животные нередко живут дольше).
Буквально все проявления внешнего мира воспринимаются нами в соответствии с
нашим размером, включая оценку размера как такового. Размер и форма зрачков,
глазных яблок и хрусталиков определяют остроту зрения, так же как форма и
структура различных элементов слухового аппарата определяют частоту восприни-
маемого звука. Поскольку в прошлом мы были вынуждены спасаться от хищников и
отыскивать добычу, человек похож на радиоприемник, настроенный на узкий диа-
пазон длин волн: значительная часть окружающего мира остается скрытой от нас.
Чтобы расширить восприятие, ограниченное нашей биологией, нужно научиться
иначе воспринимать свой размер и самих себя.
Антони ван Левенгук (1632-1723) долгое время торговал тканями, и для опре-
деления качества товара ему были нужны увеличительные стекла. Очарованный
свойствами стекла, он придумал новые линзы, увеличивавшие объекты гораздо
сильнее тех, которыми пользовались коллеги. Он вновь и вновь изменял форму
стекла и с каждым разом видел все более мелкие объекты, в итоге добившись
двухсоткратного увеличения. Каждое новое стекло позволяло увидеть мир чуть
иным.
Левенгук тщательно берег свой секрет изготовления линз. Несколько столетий
считалось, что он добивался тонкости стекла полировкой. В 1957 году в журнале
ллСайентифик американ" появилась статья о том, что для изготовления линз Ле-
венгук нагревал стеклянные палочки и растягивал их в стороны, так что они
разрывались в самом тонком месте. При повторном нагревании на обломанных кон-
цах палочек образовывались крошечные шарики. Левенгук отделял шарик от палоч-
ки и вставлял его в оправу, с помощью которой стеклышко и образец удержива-
лись на нужном расстоянии. Такое изогнутое стекло обладало свойствами лупы.
Левенгук рассматривал через лупу абсолютно все. Как известно, однажды он
исследовал под микроскопом зубной налет изо рта одного пожилого господина. В
нем Левенгук обнаружил "невероятную компанию ловко плавающих анималькулей...
Их было так много, что слюна казалась живой". Считается, что это одно из пер-
вых описаний бактерий. Левенгук рассматривал воду из пруда и обнаружил множе-
ство форм жизни (от водорослей до микробов), а позднее записал, что в челове-
ческой сперме содержатся маленькие существа, похожие на головастиков.
Толпы любопытных набивались в кабинет Левенгука в Делфте, чтобы посмотреть
на чудеса. Так люди впервые увидели незнакомый новый мир. На протяжении тыся-
челетий все человеческое знание концентрировалось вокруг мира, доступного на-
шему зрению, слуху и осязанию. Позволив нам выйти за пределы, ограниченные
биологической наследственностью, Левенгук показал, что мы являемся одними из
крупных созданий среди бесчисленного множества микроскопических существ.
Микроскоп Левенгука.
Всего за несколько десятилетий до экспериментов Левенгука с микроскопом Га-
лилео Галилей (1564-1642) занимался противоположной задачей: он шлифовал
стекла для изготовления телескопа. Самый мощный телескоп того времени, экви-
валент сегодняшнего бинокля, позволил Галилею изучить фазы Венеры, увидеть
вращающиеся вокруг Юпитера спутники и обнаружить на небе гигантские туманно-
сти.
Левенгук пытался с помощью микроскопа разглядеть микроскопический мир. Га-
лилей глядел на небо и видел гигантский мир с невероятно огромными планетами
и невообразимыми расстояниями. Взглянув на мир глазами Левенгука, мы были не-
приятно поражены обилием микроскопической жизни вокруг и внутри нас, а взгля-
нув глазами Галилея, обнаружили, что вокруг нас и над нами существует другой
необъятный мир.
Этим переосмыслением мы обязаны новому способу использования стекол.
В 1633 году, спустя двадцать лет после создания телескопа и описания враще-
ния тел Солнечной системы, Галилей был обвинен в ереси и приговорен к пожиз-
ненному тюремному заключению. Ученому было уже семьдесят лет, и поэтому ему
разрешили находиться под домашним арестом - сначала в Сиене, а потом в его
собственном доме во Флоренции. Пять лет, будучи в заключении, Галилео писал
труд по физике. Ему запретили печататься в Италии, поэтому голландский изда-
тель Луис Эльзевир тайно вывез рукопись из страны.
Книга Галилея совершенно не похожа на современный научный текст: она пред-
ставляет собой изложение беседы трех вымышленных персонажей, обсуждающих фун-
даментальные законы Вселенной. Их разговор передает красоту математики, опи-
сывающей окружающий нас мир. На второй день беседы эти трое начинают обсуж-
дать законы, определяющие форму предметов. Что происходит с предметами по ме-
ре увеличения их размера? Чем мелкие предметы отличаются от крупных? Рассмот-
рим, говорят персонажи Галилея, деревья: невысокие могут иметь довольно тон-
кие стволы, но у высоких пропорции совсем иные. При одинаковых свойствах дре-
весины, чтобы не гнуться и не ломаться, высокие деревья должны иметь пропор-
ционально более толстые стволы, чем низкие деревья. Это простое соответствие
между формой и размером распространяется на многие объекты вокруг. Посмотрите
на литографию из книги Галилея. Бедро мыши и бедро слона во многих отношениях
схожи: оба костяные, в обоих одинаковые суставы. Но бедренная кость слона
пропорционально толще кости мыши. Как и в примере со стволами деревьев, более
крупный размер требует новой формы. Этот закон справедлив для динозавров и
для слонов, так же как для мостов и зданий. И, как определил Галилей, закон
этот объясняется тем, что более крупным объектам приходится иметь дело с бо-
лее значительной силой тяготения.
Рисунок Галилея: сопоставление костей слона и мыши.
Галилей предположил, что силы гравитации, определяющие положение орбит не-
бесных тел, влияют и на органы растений и животных. Тела притягиваются к Зем-
ле с силой, пропорциональной их массе. Более крупные создания притягиваются
сильнее и поэтому вынуждены менять форму, чтобы поддерживать самих себя. Эта
закономерность объясняет, кроме прочего, эксперимент Дарлингтона с лягушками.
Легкие животные меньше ускоряются при падении, чем тяжелые. Сила земного при-
тяжения играет в жизни таких крупных существ, как мы, чрезвычайно важную
роль.
Но для существ, которых Левенгук разглядел под микроскопом, гравитация не
так важна. Взгляните на муху или муравья на стене. Сила притяжения Земли,
действующая на муху, ничтожна. Для мухи гораздо важнее силы взаимодействия
между молекулами. Она удерживается на стене по той причине, что для легкого
существа эти силы взаимодействия пропорционально гораздо более значительны,
чем земное притяжение. А теперь представьте бегемота на стене: притяжение
Земли намного превосходит силу взаимодействия поверхности его ног1 с поверхно-
стью стены. Никакие молекулярные "липучки" не способны удержать на стене бе-
гемота .
Мы сравнительно крупные существа и в будничной жизни редко задумываемся о
межмолекулярном взаимодействии. Мы можем держаться на воде и чувствуем, что
вода плотнее воздуха. Но если бы мы были маленькими существами, например, жу-
ками длиной в четверть дюйма, то именно эти силы играли бы определяющую роль
в нашей жизни: плавание в воде превратилось бы в плавание в желе. Поверхность
воды приобрела бы совсем иное значение. При нашем нынешнем весе мы можем до-
нырнуть до дна бассейна. А жук может буквально ходить по поверхности воды.
В 1968 году Фритс У. Вент опубликовал в журнале ллСайентифик американ" став-
шую классической статью о значении размера человеческого тела. Он задался,
казалось бы, абсурдным вопросом: может ли муравей начать рабочий день как че-
ловек? Заметьте, Вент не был чудаком. Он открыл важнейший растительный гор-
мон, был членом Национальной академии наук США., работал в Калифорнийском тех-
нологическом институте, а позднее возглавлял ботанический сад в Миссури, да и
вообще был одним из образованнейших людей своего времени. Очевидный ответ на
вопрос Вента основан на множестве глубоких биологических принципов. Например,
муравей не мох1 бы принять душ, поскольку капли воды для него сравнимы с пу-
шечными ядрами. Он не мох1 бы выкурить утреннюю сигарету (статья была напеча-
тана до сообщения Главного врача США. о негативном влиянии курения на здоро-
вье) . Мельчайшая контролируемая частичка огня сопоставима с размером самого
муравья. Прощание с женой и детками тоже выглядело бы по-другому. Способность
слышать низкие тона - медленные вибрации воздуха - доступна лишь более круп-
ным существам. Возможность выполнять работу тоже зависит от размера тела.
Чтобы иметь мозг1, пригодный для сложной умственной деятельности, планирования
и памяти, существо должно обладать определенными размерами. Таким образом, из
примера с муравьем становится ясно: многие из наших способностей - речь, ис-
пользование орудий труда, конструирование машин, овладение огнем и так далее
- возможны только благодаря тому, что наше тело имеет совершенно определенный
размер. Наши возможности в значительной степени связаны с размером нашего те-
ла.
Свыше миллиарда лет назад, когда наши предки перешли из микроскопического
мира Левенгука в мир Галилея, они приобрели новые возможности. Они покинули
мир, в котором правит межмолекулярное взаимодействие, и вошли в мир, в кото-
ром доминируют законы гравитации. Этот важнейший момент в нашем прошлом отра-
зился в наших клетках, в камнях - и в том, как многие из нас умирают.
Воздух!
Отпечатки дисков, полос и веточек на 600-миллионнолетних камнях кажутся ма-
ло примечательной группой окаменелостей, но это впечатление обманчиво. Это
следы, оставленные настоящими революционерами: организмами совершенно нового
типа, прежде невиданными. Это первые организмы, тело которых состояло не из
одной, а из многих клеток.
"Изобретение" тел изменило нашу планету. Максимальный размер одноклеточного
организма зависит от расстояния, на которое могут диффундировать молекулы, а
оно определяется законами физики. Эти ограничения определяют способ питания,
дыхания и воспроизводства организма. У маленьких животных транспорт кислорода
может осуществляться просто за счет диффузии. При увеличении размера появля-
ется необходимость в новых механизмах доставки питательных веществ и удаления
отходов метаболизма. Как это делается? Более крупные животные имеют специали-
зированные системы циркуляции крови, выведения отработанных веществ и снабже-
ния тканей кислородом. Сердца, жабры и легкие нужны только крупным животным.
Появление этих специализированных органов меняет правила игры. Все это слож-
ное оборудование позволяет животным становиться еще больше и реализовывать
многие новые возможности, недоступные муравью.
Окаменелые остатки многоклеточных животных появляются в ископаемой летописи
довольно внезапно, но, судя по тем данным, которые можно получить из анализа
генома современных организмов, переход от одноклеточных организмов к много-
клеточным готовился длительное время. В первые два с половиной миллиарда лет
существования наша планета была лишена крупных существ. Около миллиарда лет
назад в морях начали появляться отдельные виды многоклеточных организмов, в
том числе растения, грибы и животные. Появление тел произошло не по волшебст-
ву. Набор молекулярных инструментов - белков, жиров и других крупных молекул,
позволяющих клеткам "склеиваться" и взаимодействовать - имеется не только у
многоклеточных организмов. Варианты таких молекул встречаются и у маленьких
одноклеточных существ, которые используют их для питания, перемещения и даже
для передачи сигналов. Биологические механизмы, необходимые для "постройки"
крупных существ, сформировались за миллиарды лет до того, как на планете поя-
вились сами эти существа.
Что же стимулировало этот процесс и позволило крупным существам воплотиться
в реальной жизни? Ответ на этот вопрос опять-таки можно найти в горных поро-
дах, содержащих железо.
Невысокий, поджарый Престон Эрсель Клауд-младший (1912-1991) был одной из
главных фигур в послевоенной палеонтологии. Окончив среднюю школу и имея тягу
к путешествиям, он поступил на три года в ВМФ и стал чемпионом по боксу в
легчайшем весе на Тихоокеанском флоте. Во время Великой депрессии он продол-
жил учебу и в итоге стал главным палеонтологом Геологической службы США.. Он
был чрезвычайно дотошным полевым исследователем и снискал уважение подчинен-
ных. Проводя геологическое картирование, он нередко ползал по слоям горных
пород, вглядываясь в них с расстояния в несколько сантиметров. Во время одно-
го из таких походов в Техасе, он в кустах можжевельника столкнулся буквально
нос к носу с крупной гремучей змеей. Один из его коллег вспоминал: ллПрее не
из тех, кого легко напугать. После нескольких минут взаимного изучения змея
уползла".
У Клауда был особый талант: на основании детального рассмотрения слоев по-
роды он мог восстановить общую картину событий. В его глазах планета пред-
ставляла собой одну большую систему, в которой история жизни и изменение кли-
мата , океанов и континентов складывались в единое целое.
И если поиски железа привели к обнаружению первых живых существ, то само
железо позволило понять их связь с планетой. Богатые железом слои горных по-
род начали появляться на всех континентах около двух миллиардов лет назад. В
Австралии, Северной Америке и в Африке они образуют одинаковые красно-
коричневые слоистые отложения. Каждый, кто хоть однажды оставлял в гараже
влажные инструменты, знает: этот цвет связан с химическими свойствами железа.
Железо взаимодействует с кислородом воздуха, и в результате образуется крас-
но-коричневая ржавчина.
Полосчатые железорудные формации, образовавшиеся более 2 млрд.
лет тому назад при окислении кислородом атмосферы восстановлен-
ных соединений железа.
В самых древних породах планеты такой ржавчины нет. Четыре с половиной мил-
лиарда лет назад, когда Земля образовалась, она сама являлась единственным
существенным источником атмосферных газов. При извержении вулканов выделялись
разнообразные газы, но только не кислород. Нам легче дышалось бы на вершине
нынешнего Эвереста, чем на той древней Земле. Полосы ржавчины в более молодых
слоях означают, что в атмосфере появился кислород.
Содержание кислорода в атмосфере определяется равновесием между процессами,
в которых он образуется, и процессами, в которых он потребляется. Если вы от-
кроете кран, но не заткнете ванну пробкой, уровень воды в ванне будет опреде-
ляться скоростью притока и оттока. Скорость поступления кислорода в древнюю
атмосферу определялась характером жизнедеятельности организмов. Большинство
одноклеточных существ, живших в среде с низким содержанием кислорода, имело
одну особенность. Если судить по их современным родственникам, они использо-
вали фотосинтез. Фотосинтезирующие организмы превращают энергию Солнца в ту
форму энергии, которую они способны использовать. Кислород им для этого не
нужен, но они его производят. Единственным источником кислорода на первоздан-
ной Земле был тот же источник, что и сегодня - фотосинтезирующие организмы.
Сегодня к этой группе организмов относятся также различные микробы и расте-
ния, но миллиарды лет назад это были только сине-зеленые водоросли. Именно их
мы видим в камнях, которые разглядывали под микроскопом Тайлер и Баргхорн.
Древние водоросли очень похожи на современные: у них есть клеточная стенка,
они формируют колонии (от маленьких сгустков до грибоподобных образований).
Именно водоросли, сотни миллионов лет синтезировавшие кислород, позволили
Земле начать дышать.
2,5 млрд. лет назад
1 млрд. лет назад
Содержание кислорода в воздухе определяется балансом сил, кото-
рые его производят (метаболизм водорослей) и которые его потреб-
ляют (реакции в горных породах, в воде и в атмосфере).
Водоросли были источником кислорода в древней атмосфере. А кто же был его
потребителем? Некоторые молекулы в атмосфере могут связывать кислород, обра-
зуя новые соединения. Например, подводные вулканы выбрасывают газообразные
продукты, образующиеся при плавлении минералов на океаническом дне. Эти газы
связывают кислород, удаляя его из воздуха. Таким же свойством обладают и дру-
гие реакции между минералами, водой и воздухом. Одна из гипотез, объясняющих
повышение содержания кислорода в атмосфере, заключается в том, что около двух
миллиардов лет назад произошло серьезное географическое изменение, приведшее
к уменьшению площади океанов и числа подводных вулканов, газообразные продук-
ты деятельности которых связывают кислород. При наличии водорослей, произво-
дящих кислород, и исчезновении механизмов его потребления уровень кислорода
постепенно повышался.
Клауд смог в единой теории соединить все наблюдения: и полосы железа, и во-
доросли, производящие кислород, и появление крупных существ. Его теория выте-
кает из самой структуры атома кислорода. Кислород охотится за электронами,
поскольку на его внешней электронной оболочке недостает двух электронов. На
этом основан механизм действия домашних "электростанций" наших клеток - мито-
хондрий, а также аэробных бактерий. В некоторых реакциях метаболизма, таких
как дыхание, используется каскад передачи электронов между молекулами, причем
на каждой стадии переноса электрона энергия либо запасается в новой форме,
либо высвобождается. Чем больше вокруг свободного кислорода, тем больше топ-
лива доступно живым существам.
Клауд также знал, что большие существа тратят больше энергии. Для синтеза
коллагена и других белков, из которых состоит значительная часть нашего тела,
нужно много энергии. Рост тела и поддержание его функций требуют более эффек-
тивных механизмов превращения энергии.
Ответить на многие вопросы о связи уровня кислорода с жизнью животных по-
могли наблюдения, сделанные еще в 1919 году одним из основоположников физио-
логии Шеком Августом Стинбергом Крогом (1874-1949). Он изучал физические и
химические законы, определяющие физиологию животных. Один такой закон он от-
крыл, исследуя зависимость между свойствами воды и живущими в ней существами.
Размер тела примитивных морских существ, не имеющих сложной системы циркуля-
ции или пищеварения, зависит от количества кислорода в воде. В среде с низким
содержанием кислорода невозможно вырасти большим. При повышении уровня кисло-
рода в воде увеличивается и размер ее обитателей.
Престон Клауд понял, что повышение содержания кислорода и связанные с ним
новые механизмы превращения энергии открыли новые возможности развития жизни.
Именно с кислородом связано возникновение крупных существ: он явился движущей
силой, которая позволила осуществить переход от микроскопических существ, жи-
вущих в мире межмолекулярного взаимодействия, к новым, крупным существам. Но
кислород принес и новые опасности.
Любое изменение - это палка о двух концах. Химическая природа кислорода,
которая объясняет его высокую эффективность в производстве энергии, может
превратить его в яд. Кислород отбирает электроны у других атомов. При этом
выделяется энергия и образуются новые соединения. Эти соединения способны
разрушать клетки и повреждать ДНК. На этом свойстве кислорода построен ряд
теорий старения и патологических процессов в организме. Когда вы принимаете
антиоксиданты вроде витамина С, вы пытаетесь подавить негативное воздействие
этих кислородсодержащих молекул.
Жизнь крупного существа в богатой кислородом среде сопряжена и с другими
трудностями. В теле человека примерно два триллиона клеток и тридцать тысяч
генов, которые функционируют как единое целое: все органы, ткани и гены рабо-
тают слаженно, обеспечивая целостность организма. Равновесие между отдельными
частями определяется прямым и опосредованным взаимодействием клеток. Когда мы
здоровы, каждый орган тела "знает", что ему делать. Клетки делятся и гибнут,
но его форма и размеры остаются прежними. Глаза у всех людей примерно одина-
ковой величины, как и большие пальцы рук и ног. Селезенка и печень тоже имеют
строго определенный размер. Это равновесие необходимо для нормального функ-
ционирования многоклеточного организма.
Механизм сохранения этого равновесия стал понятен в ходе изучения необычных
дрозофил. В одной из исследовательских лабораторий Университета им. Джона
Хопкинса в колонии дрозофил были обнаружены особи с очень крупными глазами -
в пять раз крупнее обычных. Генетики стали изучать гены этих мутантов. Они
выделили ДНК соответствующего гена, изучили ее функции и выяснили, что она
участвует в серии реакций, останавливающих клеточный рост. Ограничение роста
клеток за счет снижения скорости их деления или активации клеточной смерти
является неотъемлемым условием гармоничного развития тела.
Зная структуру гена дрозофилы, ученые из Университета им. Джона Хопкинса
смогли обнаружить тот же ген у мыши и человека. Мало того, что вариант гена
дрозофилы есть и у млекопитающих: его мутации тоже приводят к изменению раз-
мера органов. Ген работает примерно одинаково у дрозофил, мышей и людей, уча-
ствуя в цепи реакций, поддерживающих равновесие между частями тела. Например,
мутация этого гена у мыши может привести к увеличению печени в пять раз по
сравнению с нормой.
Однако мутации таких генов могут иметь и другие последствия: они способст-
вуют развитию рака. Если клетки не перестают делиться или не погибают в на-
значенное время, они могут разрастаться и образовывать опухоли. Таким обра-
зом, гены, позволяющие нашему телу достигать больших размеров, способны при-
чинить и вред.
Престон Клауд и его единомышленники увидели гармоническую связь нашей пла-
неты и населяющих ее существ. Взаимодействие между Землей и ее обитателями
привело к повышению концентрации кислорода в атмосфере. Кислород, в свою оче-
редь , изменил мир, обеспечив существование крупных многоклеточных организмов.
Жизнь изменяет Землю, Земля изменяет жизнь, и все мы, живущие на планете, не-
сем на себе следы этих процессов.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Ликбез
МИР МИКРОБОВ
РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА
РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА ДНК
И ДЕЛЕНИЯ КЛЕТКИ
Ранее синтез ДНК был описан как процесс, при котором нити двойной спирали
расходятся и каждая из образующихся одиночных нитей служит матрицей для поли-
меризации дезоксирибонуклеотидов. Следует напомнить, что в процессе реплика-
ции в молекуле ДНК возникает репликативная вилка; по мере разделения цепей
ДНК вилка продвигается, что сопровождается репликацией обеих цепей.
Синтез ДНК должен регулироваться с большой точностью, так как при делении
каждая дочерняя клетка получает полный набор генетического материала. О тес-
ной связи между синтезом ДНК и делением клеток свидетельствует то, что самые
разнообразные химические вещества или мутации, ингибирующие синтез ДНК, одно-
временно подавляют деление клетки. Клетки, в которых подавлен синтез ДНК, уд-
линяются, но не делятся, что приводит, в конечном счете, к образованию очень
длинных клеток (рис. 17).
Рис. 17. Фазово-контрастные микрофотографии Е. coll, иллюстри-
рующие влияние подавления синтеза ДНК на деление клеток. Специ-
фическое ингибирование синтеза ДНК (в данном случае оно достига-
лось путем добавления митомицина С к экспоненциально растущей
культуре) не препятствует росту, но останавливает деление кле-
ток . В результате бактерии, имеющие в норме вид коротких палочек
(вверху), приобретают сильно удлиненную форму (внизу).
Данные, полученные главным образом при исследовании Е. coli, указывают, что
распределение ДНК между дочерними клетками является просто следствием роста
клетки. Кольцевая хромосома прикреплена к определенному участку цито-
плазматической мембраны. После репликации новообразованная хромосома оказыва-
ется прикрепленной к соседнему участку мембраны. Эти два участка отделяются
друг от друга благодаря росту находящейся между ними мембраны и последующему
образованию перегородки между двумя хромосомами (рис. 18). Если репликация по
какой-либо причине не закончилась, деления клетки не происходит. Видимо, име-
ется причинно-следственная связь между окончанием репликации хромосомы и по-
следующим делением клетки: после завершения репликации хромосомы начинается
ряд метаболических событий, которые, в конце концов, приводят к делению клет-
ки . Независимо от скорости роста деление клетки Е. coli всегда происходит
примерно через 20 мин после завершения репликации хромосомы (при 37 °С).
На рис. 18 показано также, что репликация является двунаправленной: образу-
ются две репликативные вилки, которые движутся в противоположных направлениях
вокруг хромосомы; когда они встречаются, репликация хромосомы заканчивается.
Время, которое требуется для полного удвоения ДНК (т. е. время, необходимое
для того, чтобы одна из двух репликативных вилок прошла половину длины моле-
кулы) , составляет у Е. coli около 40 мин при 37 °С. Если организм растет в
такой среде, что цикл роста и деления клетки длится более 40 мин, цикл синте-
за ДНК все равно занимает только 40 мин; в остальное время клеточного цикла
ДНК не синтезируется. Следовательно, синтез ДНК в медленно растущих клетках
носит прерывистый характер. Однако в несинхронных культурах количество ДНК во
всей популяции возрастает непрерывно, так как клетки находятся на различных
стадиях цикла.
Время, мин
Новообразованна* С
клетка
Время, мин
Начало репликации
новой 25
хромосомы
Завершение обра-
зования новой 20
хромосомы
Физиологическое
деление 30
Удвоение места
прикрепления
хромосомы
Завершение
образования
плеточной
стенки
Физическое
деление 45
Рис. 18. Схема, иллюстрирующая взаимосвязь между репликацией
ДНК, расхождением нуклеоидов, физиологическим делением и физиче-
ским делением клеток в культуре Е. coli, растущей со временем
удвоения 45 мин. Пунктирными линиями доказаны участки стенки и
мембраны, рост которых происходил перед образованием нового мес-
та прикрепления хромосомы. Прерывистыми линиями обозначены обра-
зовавшиеся в результате репликации новые участки хромосомы. Вол-
нистыми линиями показаны участки стенки и мембраны, рост которых
происходил после появления нового места прикрепления хромосомы.
Перегородка, образовавшаяся через 30 мин, отмечена вертикаль-
ной прерывистой линией.
Таким образом, цикл деления состоит из двух периодов со строго определенной
продолжительностью: времени, необходимого для репликации хромосомы, которое
мы можем обозначить R, и времени между окончанием репликации и клеточным де-
лением, которое мы обозначим D. В случае культуры Е. coli, растущей при 37
°С, R и D равны 40 и 20 мин соответственно (независимо от скорости роста) .
Как мы уже видели, периоды R и D могут совпадать или проходить последователь-
но. Если культура растет с временем удвоения (временем генерации), примерно
равным R (рис. 19), то очередной цикл репликации хромосомы начинается и про-
должается в течение предшествующего клеточному делению периода D продолжи-
тельностью 20 мин. При этих условиях в каждую дочернюю клетку попадает хромо-
сома, уже содержащая две репликативные вилки. Если же время удвоения превыша-
ет 40 мин, часть периода D), в течение которого не происходит репликации хро-
мосомы, увеличивается. Вследствие этого в момент деления дочерние клетки по-
лучают хромосомы со все более укорачивающимися репликативными вилками. Если
время генерации превышает R+D (т. е. больше 60 мин), дочерние клетки получают
хромосомы без репликативных вилок, так как реинициация репликации хромосомы
всегда начинается за 60 мин до следующего клеточного деления.
Время Плеточный циклу миИ
удвоения,мин 0 ю 20 30 40 50 60
L
60
w X
И >-^ >_^ X
40 )—( >_<
>—<
1
>—с
3D
X
>к -
Рис. 19. Схема сопряжения репликации хромосомы и клеточного деления
в культуре Е. coli, время удвоения которой различно. Кольцевая хро-
мосома (здесь она представлена в виде линейной молекулы, разорванной
в точке начала репликации) всегда реплицируется в течение 40 мин
(время R) ; через 20 мин (время D) происходит деление клетки (верти-
кальная стрелка). Инициация репликации (обозначена кружками на
концах молекул) всегда происходит за 60 мин (R+D) до деления.
Следовательно, в клетках, у которых время генерации равно или превышает R,
координация синтеза ДНК и деления клетки достигается двумя путями: во-первых,
репликация хромосомы начинается через промежутки времени, равные времени уд-
воения культуры, и, во-вторых, инициация синтеза происходит за 60 мин до де-
ления клетки. Единственная переменная величина в этом процессе — время начала
репликации хромосомы; R и D не изменяются. Оба правила соблюдаются и в случае
применения богатых сред, в которых Е. coli способна расти с временем генера-
ции меньше R. Поскольку реинициация происходит через промежутки времени, рав-
ные времени генерации и меньшие, чем R; образуются множественные вилки, обес-
печивающие такую скорость синтеза ДНК, которая соразмерна с высокой скоростью
роста.
Соотношение инициации репликации хромосомы и клеточного деления при различ-
ных скоростях роста представлено на рис. 19. Легко видеть, что основными фак-
торами являются время и частота инициации нового цикла репликации ДНК.
Для процесса инициации необходим синтез белка; при блокировании синтеза
белка уже начатые циклы синтеза ДНК могут завершиться, но новый цикл не может
начаться. Поэтому была выдвинута гипотеза о том, что инициация находится под
позитивным контролем особого регуляторного белка — инициатора. Если концен-
трация инициатора возрастает до определенного порогового уровня, происходит
инициация, после которой инициатор разрушается. Время, необходимое для дости-
жения эффективной концентрации синтезируемого инициатора, в точности соответ-
ствует времени удвоения культуры. Эта гипотеза согласуется со всеми имеющими-
ся данными, но до сих пор инициаторный белок не был обнаружен.
РЕГУЛЯЦИЯ
СИНТЕЗА РНК
Регуляция синтеза РНК разных типов осуществляется с помощью нескольких раз-
личных механизмов. Регуляция синтеза информационной РНК (мРНК) является важ-
нейшим способом регуляции синтеза белка. Как мы уже видели, все механизмы ин-
дукции ферментов, репрессии конечным продуктом синтеза ферментов и катаболит-
ной репрессии действуют посредством регуляции транскрипции, т. е. синтеза
мРНК. Регуляция синтеза стабильных молекул РНК [т. е. рибосомной РНК (рРНК) и
транспортной РНК (тРНК)] осуществляется с помощью пока еще весьма малоизучен-
ных механизмов. Видимо, их синтез регулируется координировано, так как при
самых разнообразных условиях среды, сильно влияющих на общее содержание РНК
(табл. 1), внутриклеточное соотношение концентраций двух основных типов ста-
бильных РНК остается постоянным. До сих пор нет сколько-нибудь удовлетвори-
тельного объяснения, почему при изменении скорости роста или быстрых измене-
ниях состава среды происходят изменения концентрации стабильных РНК. В то же
время твердо установлено два факта. Во-первых, концентрация непосредственных
предшественников РНК, т. е. рибонуклеозидтрифосфатов, не влияет на регуляцию.
Во-вторых, изменение скорости синтеза РНК связано с изменением числа участков
(центров) полимеризации РНК; другими словами, скорость синтеза определяется
числом молекул РНК-полимеразы, активно участвующих в полимеризации.
Таблица 1. Размер и состав клеток Salmonella typhimvrium,
растущих экспоненциально с различной скоростью
Время удвое-
ния биомассы,
мин
25
50
100
300
Средний
вес клетки,
мкг
0,77
0,32
0,21
0,16
Содержание1, %
ДНК
3,0
3,5
3,7
4,0
общая
РНК
31
22
18
12
рРНК2
25
14
9
4
Число 7OS-рибосом
на клетку
69 800
16 300
7 100
2 000
В расчете на вес сухого вещества клетки.
2 РНК, содержащаяся в рибосомах.
Зависимость синтеза
стабильных РНК
от синтеза белка
Около 20 лет назад А. Парди (A. Pardee) обнаружил, что в культурах Е. coli,
лишенных необходимых аминокислот, не только прекращается синтез белка, но
также резко останавливается синтез стабильных РНК. Впоследствии были обнару-
жены мутантные штаммы, у которых не было этой строгой зависимости синтеза РНК
от способности клетки синтезировать белок. Мутантные штаммы, названные штам-
мами с ославленным контролем (relaxed), генетически отличаются от родитель-
ских штаммов, которые называются штаммами со строгим контролем (stringent),
наличием одной мутации, локализованной в гене rel. Штаммы с ослабленным кон-
тролем продолжают синтезировать значительные количества РНК в течение некото-
рого времени после того, как они были лишены какой-либо необходимой аминокис-
лоты (рис. 20).
Вначале казалось, что из факта существования мутантов с ослабленным контро-
лем следует, что ген rel кодирует регулятор, необходимый для синтеза стабиль-
ных РНК. Однако более поздние работы показали, что этот фактор регуляторно
связан лишь с одним аспектом синтеза РНК, так как зависимость синтеза РНК от
скорости роста в ослабленных штаммах остается нормальной. Продукт гена rel,
по всей вероятности, предотвращает синтез РНК только при остановке синтеза
белка. Продолжающийся синтез РНК после прекращения синтеза белка вреден для
клетки; это доказывается тем фактом, что штаммы с ослабленным контролем, ко-
торые синтезировали РНК в отсутствие необходимой аминокислоты в течение неко-
торого времени, при добавлении этой аминокислоты в среду снова начинают расти
лишь после длительной задержки. Аминокислотное голодание вызывает быстрое на-
копление в клетках «строгих» штаммов двух необычных нуклеотидов — гуанозин-
3',5'-ди(дифосфата) (ФфГфф) и гуанозин-3'-дифосфат-5'-трифосфата (ФФфГфф),
тогда как в штаммах с ослабленным контролем они не образуются. Эти соединения
синтезируются рибосомами в присутствии АТФ из ГДФ и ГТФ соответственно. Хотя
их функция точно не известна, имеются некоторые указания на то, что они игра-
ют важную роль в регуляции синтеза РНК.
ф
3
<
е
^
«3
^
3
g 1800
9-
:з>
i
<ь
3
| 1200
s
С;
РНК(
•п 600
Сингле
Штамм со строгим контролем
+Метионин /
— /
/ -Метионин _
г00 i , i
*
^
с:
5
3
с*
^
гз
ZT
*1800
^>
i
5"
си
3
X
%1200
JL
^
X
?s
г боо
Синт
Штамм с ослабленным контролем
W tf 2fl 2J 1У0 1.5 2,3 2.5
Относительное увеличение массы культуры9растущей на г: 'ной среде
Рис. 20. Влияние недостатка метионина в среде на биосинтез РНК у
штаммов Е. coli со строгим и ослабленным контролем. Оба штамма —
ауксотрофы по метиони-ну и потому не способны синтезировать бе-
лок, если в среде не содержится этой аминокислоты; но в отличие
от штамма со строгим контролем, который в отсутствие метионина
практически не синтезирует стабильную РНК, штамм с ослабленным
контролем синтезирует в этих условиях значительное количество
РНК. и скорость синтеза вначале не отличается от скорости синте-
за РНК в присутствии метионина.
Регуляция синтеза белков и нуклеиновых кислот имеет одно поразительное об-
щее свойство: скорость всех этих биосинтетических процессов регулируется пу-
тем изменения числа центров полимеризации, а не путем изменения концентрации
субстратов. Число репликативных вилок определяет скорость синтеза ДНК; число
рибосом определяет скорость синтеза белка, и, наконец, число активных молекул
РНК-полимеразы определяет скорость синтеза РНК.
ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ
БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
От внимания вдумчивого читателя не ускользнет, что регуляторные механизмы
микроорганизмов обладают странным на первый взгляд свойством: микроорганизмы
ведут себя так, как будто у них есть определенная цель. Такое поведение ха-
рактерно для всех живых организмов, и его называют целесообразным (телеономи-
ческим) поведением. Совокупность протекающих в них процессов кажется направ-
ленной на выполнение предначертанного плана. В случае одноклеточного микроор-
ганизма план, управляющий деятельностью организма, весьма прост; он удиви-
тельным образом раскрывается при анализе метаболической регуляции. Цель этого
плана — использовать доступные для клетки в настоящий момент питательные ве-
щества для образования двух клеток из одной с максимально возможной скоро-
стью.
Со времен Аристотеля биологи размышляли о происхождении этого плана. Неко-
торым из них источник этого плана виделся в каком-то сверхъестественном дей-
ствующем начале, лежащем вне биологического мира; другие приписывали его не-
кой природной, хотя и мистической внутренней силе, которой обладают живые
системы: таковы энтелехия Аристотеля и жизненный порыв или жизненная сила
Бергсона.
Чарльз Дарвин был первым, кто попытался дать чисто научное объяснение целе-
сообразности живых организмов. Концепция Дарвина, изложенная в общих чертах
ниже, в настоящее время принята всеми биологами.
План возникает и затем постепенно с течением времени усложняется под влия-
нием естественного отбора, который действует, опираясь на небольшие наследуе-
мые различия, появляющиеся благодаря мутациям в первоначально однородной по-
пуляции. В ходе естественного отбора сохраняются только те наследуемые изме-
нения, которые увеличивают приспособленность организма к его окружению; при
этом каждая деталь структуры, каждая функция любого организма постоянно под-
вергается испытанию.
Аллостерические белки — ключевые элементы метаболической регуляции — пред-
ставляют собой один из самых замечательных примеров результата действия есте-
ственного отбора на молекулярном уровне. Едва ли можно сомневаться в том, что
первоначально функция этих белков была чисто каталитической, а их аллостери-
ческие свойства были приобретены вторично. Благодаря мутациям, изменяющим
структуру первоначальной каталитической белковой молекулы, на поверхности
фермента случайно образовались дополнительные центры связывания, способные
взаимодействовать с небольшими молекулами, отличными от субстрата. В очень
редких случаях, когда эти структурные модификации увеличивают физиологическую
эффективность действия фермента и, следовательно, приспособленность организ-
ма, в котором они возникают, естественный отбор обеспечивает их сохранение;
все другие структурные модификации, снижающие физиологическую эффективность,
элиминируются естественным отбором. Изучая сегодня свойства аллостерических
белков, ученый занимается отдельными конечными продуктами этой молекулярной
эволюции, которые в течение длительного времени отбирались и совершенствова-
лись под действием естественного отбора.
ш!
ОСВАИВАЕМ СТАТИСТИКУ
Бродский Я.С.
УСЛОВНЫЕ
ВЕРОЯТНОСТИ
При проведении случайных опытов часто появляется дополнительная информация,
которая существенно влияет на шансы наступления событий, связанных с этим
опытом. Рассмотрим примеры, иллюстрирующие эти соображения.
Пример 1. Игральный кубик бросают дважды. Пусть событие А означает, что
«сумма выпавших очков равна 11», а событие В — «при первом броске выпало 6
очков». Ясно, что шансы наступления события А изменяются в зависимости от то-
го , произошло или не произошло событие В.
Пример 2. Если события А и В несовместны, то вероятность наступления собы-
тия А, если известно, что событие В наступило, равна 0.
Пример 3. Если каждый исход из В входит и в А, то вероятность наступления А
при условии, что В наступило, равна 1.
Пример 4. Предположим, что местная футбольная команда может выиграть важную
игру с вероятностью 70%. Поступила новая информация, соответствующая событию
«после окончания первого тайма команда выигрывает». В зависимости от того,
реализуется ли это событие, вероятность победы изменяется. Вероятность победы
команды при условии, что она действительно выигрывает после первого тайма,
окажется выше и будет равна, например, 85% . Эта вероятность 85% представляет
собой вероятность события «команда одержала победу» при условии наступления
события «команда выигрывает после первого тайма». Вероятность выигрыша при
условии, что команда проигрывает после первого тайма, будет меньше, чем веро-
ятность победы, составляющая 70%; пусть, например, эта вероятность оценивает-
ся в 35%. Данная вероятность представляет собой вероятность события «команда
одержала победу» при условии наступления события «команда проигрывает после
первого тайма».
Пример 5. На успех нового коммерческого проекта влияет много факторов, та-
ких, как благоприятные или неблагоприятные экономические условия, действия
конкурентов. Экономический рост будет повышать шансы на успех; это означает,
что вероятность успеха при условии экономического роста будет больше, чем ве-
роятность успеха вообще (мы будем говорить: чем безусловная вероятность).
Примеры 1—5 позволяют сделать вывод, что целесообразно рассматривать веро-
ятность одного события при условии, что другое произошло.
Пример 6. В опыте с бросанием игрального кубика дважды найдем вероятность
того, что «при первом броске выпала 1» (событие А), если известно, что «сумма
выпавших очков меньше 4» (событие В).
Таблица 22
I
1
2
3
4
5
6
II
1
(1, 1)
(2, 1)
(3, 1)
(4, 1)
(5, 1)
(6, 1)
2
(1, 2)
(2, 2)
(3, 2)
(4, 2)
(5, 2)
(6, 2)
3
(1, 3)
(2, 3)
(3, 3)
(4, 3)
(5, 3)
(6, 3)
4
(1, 4)
(2, 4)
(3, 4)
(4, 4)
(5, 4)
(6, 4)
5
(1, 5)
(2, 5)
(3, 5)
(4, 5)
(5, 5)
(6, 5)
6
(1, 6)
(2, 6)
(3, 6)
(4, 6)
(5, 6)
(6, 6)
ПЭИ рассматриваемого опыта представлено в таблице 22. Исходы этого опыта
будем считать равновозможными. Другими словами, имеем классическую модель
случайного опыта. По условию событие В считается наступившим. Оно состоит из
трех равновозможных исходов {(1, 1), (1, 2), (2, 1)}, причем в двух из них
можно наблюдать и событие А = {(1, 1), (1, 2)}. Таким образом, вероятность
события А при условии, что В наступило, равна 3 Это число будем называть
условной вероятностью события А при условии В и обозначать Р(А|В). Так как
Р(В) = 3/36, Р(АВ) = 2/36, то
Р(А|В) = 2/3 = (2/36)/(3/36) = Р(АВ)/ Р(В)
Это равенство получено для опытов с равновозможными исходами.
Рассмотрим подобную задачу для статистически устойчивых опытов.
Пример 7. С первого станка в сборочный цех поступает 40%, а со второго —
60% всех деталей. 3% всех деталей, изготовленных на первом станке, и 5% всех
деталей, изготовленных на втором, — бракованы. Вероятность детали быть брако-
ванной зависит от того, на каком станке ее изготовили.
Поскольку существует вероятность события «деталь бракована», то опыты явля-
ются статистически устойчивыми и вероятность события можно считать равной от-
носительной частоте этого события. Поэтому легко найти, что из каждой тысячи
деталей, поступивших на сборку, в среднем 42 бракованы: 400-0,03 + 600-0,05 =
= 42. Другими словами, вероятность того, что наугад взятая деталь будет бра-
кованной (событие А) , можно считать равной 0,042: Р (А) = 0,042.
Вместе с тем, если деталь изготовлена на первом станке (событие В1) , то,
как следует из условия, вероятность того, что она бракована, составляет 0,03.
Эту вероятность будем обозначать P(A|Bi) и говорить: условная вероятность со-
бытия А при условии, что событие Bi произошло: P(A|Bi) = 0,03.
Аналогично если через В2 обозначить событие «деталь изготовлена на втором
станке», то Р(А|В2) = 0,05.
Вычислим вероятность одновременного осуществления событий А и Bi, т. е. со-
бытия ABi. Из любой 1000 деталей, поступивших на сборку, в среднем 400 изго-
товлены на первом станке, из них примерно 3% (т. е. 12) бракованы. Поэтому
P(ABi) = 12/1000 = (400/1000) • (12/400) = P(Bi)- P(A|Bi)
Отсюда
P(A|Bi) = P(ABi)/ P(Bi)
Опять пришли к тому же равенству для условной вероятности. Примем его в ка-
честве определения для произвольных опытов.
Условная вероятность события А при условии В есть число, определяемое ра-
венством: Р(А|В) = Р(АВ)/ Р(В)
Конечно, здесь подразумевается, что Р(В) > 0, т. е. событие В не является
невозможным. В противном случае событие АВ невозможно и Р(АВ) = 0.
Введение условной вероятности Р(А|В) для каждого события В в ПЭИ U приводит
к построению новой вероятностной модели с ПЭИ UB, состоящем из тех и только
тех элементов U, которые образуют событие В, и элементарными вероятностями
р(и±)/р(В) .
Пример 8. Вероятность того, что в неисправном приборе перегорел предохрани-
тель, составляет 6%, вероятность обрыва провода равна 4%, а вероятность нали-
чия обеих этих неисправностей равна 1%. Найти условную вероятность обрыва
провода при условии того, что в приборе перегорел предохранитель.
Обозначив через А и В соответственно события «обрыв провода» и «предохрани-
тель перегорел», будем иметь
Р(А|В) = Р(АВ)/Р(В) = 0,01/0,06 * 0,167.
В этом случае перегорание предохранителя означает повышение вероятности то-
го, что в неисправном приборе присутствует также и обрыв провода.
Такая условная вероятность свидетельствует о том, что из всех приборов, в
которых сгорел предохранитель, 16,7% обычно имеют еще и обрыв провода. Обра-
тите внимание на то, насколько эта условная вероятность больше, чем безуслов-
ная вероятность обрыва провода (4%) . Это связано с тем, что при рассмотрении
приборов со сгоревшим предохранителем больше не идет речь обо «всех прибо-
рах», а только о тех, в которых сгорел предохранитель, т. е. о 6% всех прибо-
ров. Вероятность «обрыва провода» при этом возрастает с 4 до 16,7%, что и от-
ражает учет дополнительной информации.
На рис. 30 схематично изображена рассматриваемая ситуация.
Безусловная Сгоревший Обрыв
вероятность предохранитель провода
•
ф
•
•
•
#
#
• ^
•
ф
•
#
•
•
• #
\# -.
V *
У^^
(• 0,05
1 •
\#
X^t
• ♦
•
•
•
• # j
♦ • /
"N^-n/
/\ ^ ^^ч •
лДо,03\
11 • •]
0,01 У
Ч/ • ./•
^^ —
• . •
•
• •
/•
•
•
•
А
V
•
•
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
Условная
вероятность
при условии,
что предохранитель
сгорел
Рис. 30.
Вычислим условную вероятность Р(А|В) для событий, рассмотренных в примере
В = {(6, 1), (6, 2), (6, 3), (6, 4), (6, 5), (6, 6)}; Р(В)= 1/6;
АВ = {(6,5)}, Р(АВ) = 1/36; Р(А|В ) = 1/36 : 1/6 = 1/6.
Р(В) = 1 - 1/6 = 5/6; АВ = {(5, 6)};
Р(АВ) = 1/36; Р(А|В) = 1/36 : 5/6 = 1/30.
Как видим, подтвердилась мысль о том, что вероятность наступления события А
изменяется в зависимости от того, произошло или не произошло событие В.
Из определения условной вероятности следует, что если Р(В) > 0, то
Р(АВ) = Р(В) Р(А|В) .
Аналогично если Р(А) > 0, то
Р(АВ) = Р(А) Р(В|А) .
Таким образом, имеет место так называемая теорема умножения вероятностей.
Сгоревший
предохранитель
Обрыв провода
при условии,
что предохранитель
сгорел
ТЕОРЕМА. Если Р(В) > 0Л Р(А) > 0Л то
Р(АВ) = Р(А) Р(В|А) = Р(В)Р(А|В).
Другими словами, если вероятности каждого из двух событий отличны от нуля,
то вероятность одновременного наступления двух событий равна произведению ве-
роятности одного из этих событий и условной вероятности второго при условии,
что первое наступило.
Эту теорему используют для нахождения вероятности произведения двух собы-
тий.
Пример 9. Цех изготовляет кинескопы для телевизоров, причем 70% всех кине-
скопов предназначены для цветных телевизоров. Из общего количества кинеско-
пов, предназначенных для цветных телевизоров, 40% отправляют на экспорт. Най-
ти вероятность того, что наугад взятый для контроля кинескоп предназначен для
цветного телевизора и будет отправлен на экспорт.
Через А обозначим событие «наугад взятый кинескоп изготовлен для цветного
телевизора», через В — «кинескоп будет отправлен на экспорт».
Известно, что Р (А) = 0,7; Р (В | А) = 0,4. Требуется найти Р (АВ) . Согласно
теореме умножения вероятностей
Р(АВ) = Р(А)-Р(В|А) = 0,7 • 0,4 = 0,28.
Пример 10. В урне пять белых и три черных шара. Наудачу один за другим из-
влекают два шара, причем извлеченный шар в урну не возвращается. Какова веро-
ятность , что:
а) оба шара белые;
б) второй шар белый;
в) первый шар белый, если второй оказался черным?
а) Пусть событие А±, i = 1, 2, означает, что «i-й извлеченный
шар белый»; А — «оба шара белые»; А = AiA2.
Известно, что в урне восемь шаров, извлечение любого из них — равновозможно
(выбор производится наугад). Событие Ai происходит при любом из пяти исходов
опыта (пять белых шаров), тогда P(Ai) = 5/8. Если первым вынут белый шар, то
после его извлечения в урне остается семь шаров, из которых четыре белых.
Итак,
P(A2|Ai) = 4/7;
Р(А) = P(Ai)-P(A2|Ai) = 5/8 • 4/7 = 5/14.
б) Событие А2 — «второй извлеченный шар белый» — наступает в двух случаях:
если или оба извлеченных шара белые, или первый черный, а второй белый, т.е.
А2 = AiA2 + AiA2.
Применяя последовательно теоремы сложения и умножения вероятностей, получим
Р(А2) = P(AiA2) + P(AiA2) = P(AJ -P(A2|A!) + Р (AJ • Р (А2 | А±) .
Ранее мы установили, что P(Ai) = 5/8, a P(A2|Ai) = 4/7. Аналогично находим,
что P(Ai) = 3/8, P(A2|Ai) = 5/7. Отсюда Р(А2) = 5/8 • 4/7 + 3/8 • 5/7 = 5/8.
Заметим, что P(Ai) = Р(А2) = 5/8.
в) Надо найти Р(А1|А2). В соответствии с определением условной вероятности
и теоремой умножения вероятностей, Р(А1|А2) = Р (А1А2)/Р (А2) =
= P(Ai)P(A2|Ai)/(l - Р(А2)) = (5/8 • 3/7)/(1 - 5/8) = 5/7.
При решении задач нередко приходится вычислять вероятности событий, являю-
щихся пересечением более чем двух событий. Обобщим теорему умножения вероят-
ностей на произведение любого конечного числа событий. Вначале рассмотрим ве-
роятность произведения трех событий Р(АВС). Обозначив АВ = D и применив тео-
рему умножения для двух событий дважды, получим
Р(АВС) = P(DC) = P(D)-P(C|D) = Р(АВ) -Р(С|АВ) = Р(А)•Р(В|А)•Р(С|АВ),
то есть
Р(АВС) = Р(А) -Р(В|А) -Р(С|АВ) .
Аналогично для п событий имеет место формула
Р (А!А2А3 ... Ап) = Р (Ai) • Р (А2 | АО • Р (А3 | AiA2) ... Р (An | А^ ... А^) .
Пример 11. Из полной колоды в 36 карт вынимают наугад последовательно без
возвращения одну за другой три карты. Найдите вероятность того, что среди них
не будет ни одного туза.
Обозначим через А± событие «i-я вынутая карта не туз» (i = 1, 2, 3) . Тогда
искомое событие В — «среди трех вынутых карт нет туза» можно представить в
виде В = AiA2A3. Применяя теорему умножения для трех событий, получим
Р (В) = Р (А!А2А3) = Р (Ai) • Р (А2 | Ai) • Р (А3 | AiA2) .
Так как всех карт 36, а тузов из них четыре, то при извлечении первой карты
для Ai имеем классическую модель с N = 36, N(Ai) = 32, поэтому Р (А) = 32/36.
При условии, что первая извлеченная карта не туз для события А2 снова имеем
классическую модель с N = 35, N(A2) = 31, поэтому P(A2|Ai) = 31/35. Аналогично
P(A3|AiA2) = 30/34 и следовательно,
P(AiA2A3) = 32/36 • 31/35 • 30/34 = 0,695.
НЕЗАВИСИМЫЕ
СОБЫТИЯ
При исследовании случайных событий иногда важно установить зависимость меж-
ду некоторыми из них. Понятие независимости является очень важным в теории
вероятностей. Оно довольно точно отображает понятие независимости явлений в
обычном понимании, т. е. в понимании отсутствия влияния одних событий на дру-
гие. В повседневной речи часто говорят о том, что какие-то два события «не
имеют отношения друг к другу». Фактически речь идет о понятии, которое на ма-
тематическом языке называют независимостью событий. Вместе с тем обычное по-
нятие независимости и понятие вероятностной независимости имеют отличия.
Пример 1. Два исследователя проводят измерения некоторой физической величи-
ны. Вероятности сделать ошибку при снятии показателей прибора для них соот-
ветственно составляют 0,1 и 0,15. Какова вероятность того, что при одноразо-
вом измерении оба исследователя допустят ошибку?
Обозначим через А±, i = 1, 2, событие, которое состоит в том, что i-й ис-
следователь сделает ошибку. Нужно найти P(AiA2). По теореме умножения вероят-
ностей
Р(А!А2) = Р(А!> -P(A2|Ai) .
По условию P(Ai) = 0,1. А что такое P(A2|Ai)? Это условная вероятность того,
что второй исследователь ошибется при снятии показателей прибора, при уело-
вии, что первый ошибся. Но мы вправе считать, что вероятность события А2 не
зависит от того, произошло событие Ai или нет. Ведь второй исследователь мог
снимать данные прибора, не зная результата работы первого. Итак, P(A2|Ai) =
Р(А2) = 0,15. Поэтому
P(AiA2) = P(Ai)-P(A2) =0,1 • 0,15 = 0,015.
В рассмотренном примере условная вероятность P(A2|Ai) равна безусловной ве-
роятности Р(А2). В этом случае говорят, что событие А2 не зависит от события
А1.
Пример 2. Обратимся снова к опыту с бросанием игрального кубика дважды (см.
табл. 22).
Табл. 22
I
1
2
3
4
5
6
II
1
(1, 1)
(2, 1)
(3, 1)
(4, 1)
(5, 1)
(6, 1)
2
(1, 2)
(2, 2)
(3, 2)
(4, 2)
(5, 2)
(6, 2)
3
(1, 3)
(2, 3)
(3, 3)
(4, 3)
(5, 3)
(6, 3)
4
(1, 4)
(2, 4)
(3, 4)
(4, 4)
(5, 4)
(6, 4)
5
(1, 5)
(2, 5)
(3, 5)
(4, 5)
(5, 5)
(6, 5)
6
(1, 6)
(2, 6)
(3, 6)
(4, 6)
(5, 6)
(6, 6)
Рассмотрим следующие события, связанные с этим опытом:
А — «при первом броске выпало менее 3 очков»;
В — «при втором броске выпало более 3 очков».
Ясно, что Р(А) = 12/36 = 1/3 (исходы, образующие событие А, стоят в первых
двух строках таблицы); Р(В) = 18/36 = 1/2 (исходы, образующие событие В, сто-
ят в последних трех столбцах таблицы); Р(АВ) = 6/36 = 1/6 (исходы, образующие
событие АВ, стоят на пересечении первых двух строк и последних трех столбцов
таблицы), т. е. Р(АВ) = 1/6 = 1/3 • 1/2 = Р(А)-Р(В).
По теореме умножения Р(АВ) = Р(А)- Р(В|А). Сравнивая два последних равенст-
ва, получим Р(В|А) = Р(В).
Этот результат можно объяснить на интуитивном уровне. Результат первого
броска никак не влияет на результат второго броска, значит, вероятность того,
что при втором броске выпало более 3 очков, не зависит от того, выпало ли при
первом броске менее 3 очков или нет. Как и в предыдущем примере, говорят, что
событие В не зависит от события А.
Однако не всегда условная вероятность наступления одного события при усло-
вии, что другое наступило, совпадает с безусловной вероятностью наступления
первого. Например, в том же опыте с бросанием игрального кубика дважды рас-
смотрим то же событие А и событие С — «сумма выпавших очков равна 5»:
Р(А) = 1/3; Р(С) = {(1, 4), (2, 3), (3, 2), (4, 1)} = 4/36 = 1/9;
Р(С|А) = Р{(1, 4), (2, 3)} = 2/36 = 1/18 Ф Р(С).
Интуитивно ясно, что сумма очков зависит от числа очков, выпавших при пер-
вом броске.
Рассмотренные примеры показывают, что естественно считать одно событие не
зависящим от другого, если условная вероятность наступления первого при усло-
вии, что второе произошло, совпадает с безусловной вероятностью наступления
первого.
Будем говорить, что событие А не зависит от события В, если Р(А|В) = Р (А) .
Покажем, что если событие А не зависит от В и Р (А) Ф 0, то и событие В не
зависит от А.
В самом деле, в соответствии с теоремой умножения вероятностей
Р (А | В) Р (В) = Р (В | А) Р (А) .
По условию Р(А|В) = Р(А) и Р (А) Ф 0. Отсюда
Р(В|А) = Р(А)Р(В)/Р(А) = Р(В).
А это означает, что событие В не зависит от события А.
Если событие А не зависит от события В, а событие В не зависит от события
А, то события А и В называют независимыми.
ТЕОРЕМА 1. События А и В независимы тогда и только тогда, когда имеет ме-
сто равенство Р(АВ) = Р(А)Р(В).
Если Р (А) Ф 0, Р(В) Ф 0, то это утверждение вытекает из предшествующих со-
ображений . Это равенство остается справедливым и в том случае, если Р (А) = 0
или Р(В) = 0.
Утверждение, содержащееся в теореме 1, может быть принято в качестве опре-
деления независимых событий.
Пример 3. Симметричную монету подбрасывают трижды. Показать, что события А
— «при первом подбрасывании выпал герб» и В — «при последних двух подбрасыва-
ниях выпала цифра» независимы.
ПЭИ рассматриваемого опыта, события А и В имеют вид:
U = {ГГГ, ГГЦ, ГЦГ, ГЦЦ, ЦГГ, ЦГЦ, ЦЦГ, ЦЦЦ},
А = {ГГГ, ГГЦ, ГЦГ, ГЦЦ}, В = {ГЦЦ, ЦЦЦ}, АВ = {ГЦЦ};
Р(А) = 4/8 = 1/2; Р(В) = 2/8 = 1/4 ; Р(АВ) = 1/8 = 1/2 • 1/4 = Р(А)Р(В).
События независимы.
Пример 4. В опыте со статистикой жилищных условий выяснить, зависимы ли со-
бытия А — «опрошенный удовлетворен качеством жилья» и В — «опрошенный удовле-
творен удаленностью квартиры от места работы».
Напомним, что ПЭИ опыта имеет вид:
U = {11, 10, 01, 00},
причем pi = 0,5; р2 = 0,25; р3 = 0,15; р4 = 0,1;
Р(А) = Р{11, 10} = pi + р2 = 0,75;
Р(В) = Р{11, 01} = pi + рз = 0,65;
Р(АВ) = Р{11} = pi = 0,5 Ф 0,75 • 0,65 = Р (А) -Р(В) .
События зависимы.
С помощью определения установить независимость событий можно далеко не все-
гда, особенно если речь идет о построении вероятностной модели какой-либо ре-
альной ситуации. Существует способ, основанный на гипотезе о физической неза-
висимости событий. Если какие-либо события описывают пренебрежимо мало свя-
занные процессы, то их считают физически независимыми, а из физической неза-
висимости следует независимость в вероятностном смысле. Это утверждение явля-
ется эмпирическим фактом, но многовековой опыт человечества подтверждает воз-
можность такой точки зрения и ее практическую пользу. Так, например, отсутст-
вие ошибок при программировании не зависит от отсутствия сбоев ЭВМ при реше-
нии задач: эти события — результат действия несвязанных физических процессов.
Рассмотрим важное свойство независимых событий.
ТЕОРЕМА. 2. Если события А и В независимы, то независимыми будут и события
А и В .
Поскольку событие А происходит тогда и только тогда, когда происходят собы-
тия А и В или события А и В , то
А = АВ + АВ , Р(А) = Р(АВ) + Р(АВ) .
Отсюда
Р(АВ) = Р(А) - Р(АВ) = Р(А) - Р(А)Р(В) = Р(А) (1 - Р (В) ) = Р (А) Р (В) .
А это и означает, что события А и В независимы.
Это свойство дает возможность заменять любое событие в обеих частях равен-
ства Р(АВ) = Р(А)Р(В) событием, ему противоположным. Доказанное утверждение
означает, что независимость событий А и В эквивалентна независимости событий
А и В , а в связи с симметрией также и событий А и В, А и В
Обобщим понятие независимости на любое конечное число событий.
Случайные
| независимь
Случайные
события Ai;
[ и P(AiA2A3)
события Ai,
в совокупности любые
А2
, Аз
независимы в
= Р(А!)Р(А2)Р(А3) .
А2,
три
Аз,
А4
из них
независимы
и P(AiA2A3A4)
совокупности,
в совокупности
если они
попарно
, если независимы
= Р(А!)Р(А2)Р(Аз)Р(А4) .
Аналогично определяют независимость в совокупности событий Ai, А2, . . . , Ап.
Можно доказать, что если мы имеем некоторую совокупность независимых в со-
вокупности событий, то, заменив некоторые из них противоположными им события-
ми, снова получим независимые в совокупности события.
Например, покажем, что если события Ai, A2, А3 независимы в совокупности, то
и события Ai, А2, А3 независимы в совокупности.
Из теоремы 2 следует, что события Ai, А2, А3 попарно независимы. Аналогично
доказательству теоремы 2 имеем:
AiA2 = AiA2A3 + AiA2A3;
Р(А!А2) = Р(А!А2А3) + Р(А!А2А3);
Р(А!А2А3) = Р(А!А2) - Р(А!А2А3) = PfA^) - Р(А!А2)Р(А3) = Р(А!А2)(1 - Р(А3)) =
Р(А!А2)Р(А3) = P(Ai)P(A2)P(A3) .
Пример 5. Прибор, работающий в течение суток, состоит из трех узлов, каждый
из которых независимо друг от друга может за это время выйти из строя. Неис-
правность хотя бы одного узла приводит к отказу прибора. Вероятность безот-
казной работы в течение суток первого узла равна 0,9, второго — 0,95, третье-
го — 0,85. Чему равна вероятность того, что:
а) в течение суток прибор будет работать безотказно;
б) на протяжении суток будет работать, по крайней мере, один узел?
а) Пусть событие А±, i = 1, 2, 3, означает, что «i-й узел исправен»; собы-
тие А — «прибор на протяжении суток работает безотказно». Поскольку прибор
работает безотказно тогда и только тогда, когда исправны все три узла, то А =
А1А2А3. Так как события Ai, A2, A3 независимы в совокупности, то
Р(А) = P(AiA2A3) = P(Ai)P(A2)P(A3) =0,9 • 0,95 • 0,85 * 0,73.
б) Пусть событие В означает, что на протяжении суток будет работать по
крайней мере один узел. Это событие противоположно событию «на протяжении су-
ток откажут все узлы», т. е. событию AiA2A3. Согласно сделанному замечанию,
поскольку события Ai, А2, А3 независимы в совокупности, то события Ai, А2, А3
также независимы в совокупности. Поэтому
Р(В) = 1 - P(AiA2A3) = 1 - P(Ai)P(A2)P(A3) =1-0,1-0,05 -0,15 = 0,99925.
Из независимости событий в совокупности вытекает их попарная независимость.
Обратное утверждение неверно даже для трех событий, в чем можно убедиться на
следующем примере.
Пример 6. Рассмотрим опыт с подбрасыванием двух монет. ПЭИ этого опыта име-
ет вид {ГГ, ГЦ, ЦГ, ЦЦ} , исходы опыта будем считать равновозможными, т. е.
Р(ГГ) = Р(ГЦ) = Р(ЦГ) = Р(ЦЦ) = 0,25. Введем следующие обозначения: Ai — «на
первой монете выпал герб»; А2 — «на второй монете выпал герб»; А3 — «монеты
упали одинаково». Являются ли события А1, А2, A3:
а) попарно независимыми;
б) независимыми в совокупности?
Поскольку
Ai = {ГГ, ГЦ}, то P(Ai) = Р(ГГ, ГЦ) = Р (ГГ) + Р (ГЦ) = 0,25 + 0,25 = 0,5.
Аналогично
Р(А2) = Р(ГГ) + Р(ЦГ) = 0,5;
Р(А3) = Р(ГГ) + + Р(ЦЦ) = 0,5.
Очевидно, что AiA2 = ГГ. Поэтому
P(AiA2) = Р(ГГ) = 0,25 = 0,5 • 0,5 = P(Ai)P(A2).
Аналогично
P(AiA3) = Р(ГГ) =0,25 = 0,5 • 0,5 = P(Ai)P(A3).
Р(А2А3) = Р(ГГ) = 0,25 = Р(А2)Р(А3).
События Ai, А2, А3 попарно независимы. Проверим их независимость в совокуп-
ности :
P(AiA2A3) = Р(ГГ) =0,25 ^0,5 • 0,5 • 0,5,
то есть эти события не являются независимыми в совокупности.
Теоремой умножения для независимых событий фактически пользовался еще Д.
Кардано (1501-1576) . Но, как и для теоремы сложения, он не рассматривал веро-
ятности, а подсчитывал ставки в «справедливых» играх, которые пропорциональны
вероятностям. В работах Т. Бейеса (1702-1761) содержится доказательство тео-
ремы умножения для зависимых событий и теоремы умножения для нескольких неза-
висимых событий.
ФОРМУЛА
ПОЛНОЙ
ВЕРОЯТНОСТИ
Рассмотрим формулу, которая позволит по вероятностям попарно несовместных
событий Hi, ..., Нп, охватывающих всевозможные случаи, найти вероятность со-
бытия А, если известны условные вероятности P(A|Hi) , i = 1, . . . , п.
Пример 1. С первого станка на сборку поступает 40%, со второго — 30% и с
третьего — 30% всех деталей. Вероятности изготовления бракованной детали рав-
ны для каждого станка соответственно 0,01; 0,03; 0,05. Найдите вероятность
того, что наудачу взятая деталь, поступившая на сборку, бракованная.
Обозначим через А событие, заключающееся в том, что деталь бракованная, Н±
— деталь изготовлена на i-м станке, i = 1, 2, 3. Из условия следует:
P(Hi) =0,4
Р(Н2) =0,3
Р(Н3) =0,3
P(A|Hi)
Р(А|Н2)
Р(А|Н3)
= 0,01;
= 0,03;
= 0,05.
Деталь может быть изготовлена или на первом станке, или на втором, или на
третьем станке. Таким образом, Hi + Н2 + Н3 = U и события Hi, H2, Н3 попарно
несовместны. Рис. 31 служит иллюстрацией этой ситуации. Событие А наступает
тогда и только тогда, когда или деталь изготовлена на первом станке и она
бракованная, или деталь изготовлена на втором станке и она бракованная, или
на третьем станке и бракованная, т.е.
А = HiA + Н2А + Н3А.
• я,.
• я2. .
• •
♦ ♦ А
• •
Рис. 31.
Так как события Н±, 1=1, 2, 3, попарно несовместны, то несовместны попар-
но и события HiA, H2A, Н3А. Рис. 31 иллюстрирует это утверждение. По теореме
сложения вероятностей для попарно несовместных событий
Р(А) = P(HiA) + Р(Н2А) + Р(Н3А).
Используя теорему умножения вероятностей, получим
Р(А) = P(Hi)P(A|Hi) + Р(Н2)Р(А|Н2) + Р(Н3)Р(А|Н3) =0,4
0,3 • 0,05 = 0,028.
0,01 + 0,3 • 0,03 +
Рассуждения, проведенные при решении примера 1, могут быть использованы и в
общей ситуации. Предварительно введем новое понятие, которое фактически рас-
сматривалось при решении примера 1.
Пусть U — произвольное ПЭИ и события Hi, Н2, . . . , Нп такие, что:
1) Hi + H2+ ... + Hn = U, т. е. по крайней мере, одно из событий Hi, i = 1,
2, ..., n, обязательно наступает;
2) HiHk = V, i Ф к, т. е. события Н± попарно несовместны.
Такую систему событий Hi, Н2, .. ., Нп называют полной группой несовместных
событий. События Hi, Н2, ... л Нп называют иногда гипотезами. Произвольное со-
бытие А и ему противоположное событие А образуют полную группу несовместных
событий.
В примере 1 события Hi, Н2, Н3 образовывали полную группу попарно несовмест-
ных событий.
Пример 2 (задача о телевизионном шоу). Вы участвуете в игровом телевизион-
ном шоу. Приз спрятан за одной из трех дверей. Вы выбираете одну. Прежде чем
открыть выбранную дверь, открывают другую, за которой приза нет. После этого
вам разрешается изменить свой выбор. Закрытыми остались две двери: названная
вами и еще одна. Измените ли вы свой выбор?
В описанной ситуации события «дверь, за которой скрывается приз, угадана
при первом выборе» и «дверь, за которой скрывается приз, не угадана при пер-
вом выборе» образуют полную группу несовместных событий.
Проводя рассуждения, аналогичные решению примера 1, получим
Р(А) = P(Hi)P(A|Hi) + Р(Н2)Р(А|Н2) + + Р(НП)Р(А|НП) .
Это равенство называют формулой полной вероятности.
Приведем ее доказательство. Имеем
А = AU = A (Hi + Н2 + . . . + Нп) .
Можно показать, что операции сложения (объединения) и умножения (пересече-
ния) событий подчиняются распределительным законам:
А(В + С) = АВ + АС;
А + ВС = (А + В) (А + С) .
Поэтому
А = AHi + АН2 + . . . + АНП.
Из попарной несовместности событий Hi, Н2, . . . , Нп следует и попарная несо-
вместность событий AHi, АН2, . . . , АНП. Применяя теорему сложения для попарно
несовместных событий, получим
Р(А) = P(AHi) + Р(АН2) + ... + Р(АНП) .
Использование теоремы умножения вероятностей завершает доказательство фор-
мулы полной вероятности.
Пример 3. Решим рассмотренную в примере 2 задачу о телевизионном шоу.
Введем следующие обозначения: Ai — «местонахождение приза угадано при пер-
вом выборе», A2 — «местонахождение приза угадано при втором выборе».
P(Ai) = 1/3 (выбор производится наугад из трех дверей).
Р(А2) найдем по формуле полной вероятности, приняв в качестве полной группы
несовместных событий события Ai и Ai. Будем иметь
Р(А2) = Р(А1)Р(А2|А1) + Р(А!) Р(А2|А!) = 1/3 • 1 + 2/3 • 1/2 = 2/3.
Обратите внимание на то, что условная вероятность того, что при втором вы-
боре дверь будет угадана, если она была угадана при первом, равна 1, а услов-
ная вероятность того, что при втором выборе дверь будет угадана, если она не
была угадана при первом, равна 2 (выбор производится наугад из двух дверей).
Итак, правильным является решение об изменении выбора: оно удваивает шансы
на получение приза с 1/3 до 2/3 . А какое решение вы приняли до рассмотрения
этого решения?
Как и большинство приведенных вероятностных задач, данная задача может быть
решена неформально.
Представим себе, что у участника шоу есть двойник, который меняет выбор в
то время, когда сам участник свой выбор не меняет. Поскольку осталось только
две двери и приз должен находиться за одной из них, двойник выиграет в каждом
случае, когда участник проиграет. Поскольку общий шанс участника на выигрыш
остается неизменным и составляет 1/3, получается, что при изменившемся выборе
двойник получает остальной шанс, равный 2/3.
Пример 4. В урне 15 шаров, из них 10 белых. Наугад один за другим извлекают
два шара, не возвращая их в урну. Какова вероятность того, что второй шар бу-
дет белый?
Обозначим через А±, 1=1, 2, событие «1-й извлеченный шар белый». События
Ai и Ai образуют полную группу несовместных событий. Поэтому применима форму-
ла полной вероятности:
Р(А2) = Р(А1)Р(А2|А1) + Р(А1)Р(А2|А1) .
Так как
P(Ai) = 10/15 = 2/3
P(Ai) = 5/15 = 1/3
P(A2|Ai) = 9/14
Р(А2|А1) = 10/14 = 5/7
то
Р(А2) = 2/3 • 9/14 + 1/3 • 5/7 = 2/3.
Обратите внимание на то, что P(Ai) = Р(А2) = 2/3!
Обратите внимание на то, что пример 10 из параграфа про условную вероят-
ность , аналогичный предыдущему примеру, был решен без использования формулы
полной вероятности, фактически там была реализована идея ее вывода.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Химичка
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ'
ВОССТАНОВЛЕНИЕ НИТРОАЛКЕНОВ
ВОССТАНОВЛЕНИЕ
НИТРОСТИРОЛОВ
Литийалюмогидридом
Суспензия 60 г ЛАГ в 500 мл безводного ТГФ была помещена под инертной атмо-
сферой, размешивалась магнитно, и нагрета к температуре кипения. Тогда был
Все прописи взяты из интернета. Возможно, не все они работоспособны, они не про-
верялись , а только редактировались при помещении в журнал.
добавлен, капля по капле, 56 г 2,5-dimethoxy-beta-nitrostyrene растворенный в
ТГФ, и реакционная смесь была поддержана в кипении 36 ч. После охлаждения к
комнатной температуре, избыток гидрида был разрушен 40 мл ИПС и 50 мл 15 %
NaOH. Дополнительно 100 мл ТГФ потребовалось для легкого перемешивания, и до-
полнительно 150 мл Н20 было необходимо для полного преобразования алюминиевых
солей к свободной, белой, фильтруемой консистенции. Эта твердь была удалена
фильтрованием, и фильтрат промыт дополнительным ТГФ. Объединенные фильтрат и
промывки были освобождены от растворителя под вакуумом, и остаток, растворен
разб. H2S04. Промывание 3x75 мл СН2С12 удалило большинство цвета, и водная
фаза была сделана основной водным NaOH и повторно экстрагировано 3x100 мл
СН2С12. Удаление растворителя уступило 39.2 г бледного янтарного масла, кото-
рое было дистиллировано. Фракция, кипящая в 80-100 С в 0.4 мм/Hg весила 24.8
г и была водно-белой. Как свободное основание, этот амин был подходящ для
большинства дальнейших синтетических шагов, но в этой форме он быстро погло-
щал углекислый газ на воздухе. Так что он был преобразован в гидрохлоридную
соль растворением в 6 объемах ИПСА, нейтрализацией концентрированной НС1, и
добавлением достаточного безводного Et20, чтобы произвести постоянное помут-
нение. Кристаллы 2,5-диметоксифенэтиламина гидрохлорида (2С-Н) были спонтанно
сформированы и удалены фильтрованием, промыты Et20, и высушены на воздухе. Т.
пл. была 138-139 С.
Борогидридом
натрия и
алюминием
Эта реакция протекает в две стадии. Первая - восстановление нитростирола до
соответствующего нитроэтана борогидридом натрия в метаноле. Вторая - восста-
новление нитроэтана в амин каталитическим переносным гидрированием (использу-
ется палладиевый катализатор, однако скелетный никель тоже годится для гидри-
рования) . Обе реакции стадии протекают с высокими выходами.
1. Sodium borohydride reduction of 2,5^dimethoxynitrostyrene
Оригинал2
Into a dry 2L RBF flask equipped with a stir bar was added 400mL of anhy-
drous ethanol(If you can't get anhydrous ethanol, use anhydrous IPA. DO NOT
USE METHANOL!!!). The rxn was cooled to 0C in an ice/water bath and 36.2g of
sodium borohydride was added(slight H2 evolution). A pressure-equalized addi-
tion funnel was charged with a pre-made saturated solution of 50g 2,5-
dimethoxynitrostyrene in THF (about 600mL) and attached to the flask. A piece
of tubing was attached to the top of the addition funnel and run outside to
vent the hydrogen that is will evolve during the course of the reaction.
While maintaining the ice/water bath, slowly(reaction is exothermic, so go
slowly) all of the bright yellow nitrostyrene solution(refill the addition
funnel if necessary) was added to the sodium borohydride solution over the
course of ^90 min (Note: gas will evolve over the course of the addition. It
is H2. Be careful) . After the addition is complete, the rxn was allowed to
stir for an additional 10 min and then poured into a 4L erlenmeyer containing
1L of H20 and a 3" stir bar (H2 evolution) . While stirring, 250mL GAA (Heavy
2 Полученный в шаге 1 фенилнитрозтан может также быть восстановлен в амин алюминие-
вой амальгамой или цинком в серной кислоте. Весьма вероятно, что каталитическое гид-
рирование на никеле Урушибары также сработает хорошо.
H2 evolution) was carefully added (one could use 400 mL 31.45% HC1) . The
quenched reaction mixture was divided into three portions. In a 2L sep fun-
nel, each portion was combined with 500mL Et20(or toluene) and 500mL brine.
The funnel was shaken and the aqueous(bottom) layer was discarded. The organ-
ics were washed with 3 additional 500mL portions of brine. This was repeated
with the other two portions. The organics were combined, dried over MgS04,
filtered and the solvent evaporated to give a clear yellow oil. Yield - 47.Og
of crude 2,5-dimethoxynitroethane.
Усовершенствованный
вариант
In a two-neck 250ml rb flask with a egg shaped stirbar containing 40ml
EtOAc and 10ml denaturated EtOH(l), 3.63g (95mmol)NaBH4 is added in one por-
tion. The flask is immersed in a 10 deg С cooling bath. A 4-bulb Allihn con-
denser (2), with cold tap water running through it, is inserted in the central
neck and a thermometer in the side neck. Let the temperature drop to 15 deg С
and start add 5g(24mmol)2,5-dimethoxy-beta-nitrostyene in 0.5g portions to
the borohydride suspension. Keep the temperature between 20 and 30 deg С dur-
ing the addition, which takes some 15 minutes. When all nitrostyrene has been
added allow the reaction mixture stir for another 20 minutes.
Add 50ml cold water to the reaction mixture and stir for a couple of min-
utes. Transfer the mixture to a 500ml separation funnel and remove the bottom
aquoeous layer(3). Add another 50ml portion of cold water, shake, allow to
separate and remove bottom layer. Add a third portion of 25ml cold water and
dropwise 50% aq. acetic acid untill gas evolution ceases. One might need to
shake it now and then to bring the aqueous layer in contact with some borohy-
dride still remaining on the walls. When no more gas is evolved add 50ml
brine, shake, let separate and remove the bottom layer. Now you will have a
bright yellow solution of the phenylnitroalkane in some wet EtOAc, dry with
some MgS04 and strip off the solvent to give a yellow oil. Yield 4.94g(98%)
1-(2,5-dimethoxyphenyl)-2-nitroethane, purity 97%(HPLC).
This method has been used up to 0.2 mol scale without complications.
Notes:
(1) If possible choose ethanol not denaturated with ketones. However the
small content of acetone, MEK or other ketones does not interfer with
the reaction sine they are reduced before the nitrostyrene is added. The
ketone content in regular denaturated ethanol is normally between 4-5%.
If the only option is a ketone denaturation, calculate how much borohy-
dride will be consumed and make the necessary correction.
(2) The reason for using a condenser is to minimise the loss of solvent car-
ried along by the evolved hydrogen.
(3) This solution contains quite a bit of unreacted borohydride. Donr't just
throw it down the drain. Kill the borohydride with some aq. acid first.
2. Catalytic Transfer Hydrogenation of Crude 2,5^dimethoxynitroethane
The crude product of the previous step was dissolved in 400mL MeOH and
placed in a IL RBF equipped with a stir bar. In a separate beaker away from
all combustible materials, lg of 10% Pd/C was carefully wetted down with MeOH
and the resulting slurry transferred to the rxn flask. To the rxn flask was
added 62g ammonium formate. The flask was equipped with a reflux condensor, a
piece of tubing was attached to the top of the condensor, and the end of the
tubing was submenged in a container of water (this works to exclude O2 from
the rxn while allowing the evolving CO2 to escape) . The rxn was gently re-
fluxed for 24 hr.(C02 evolution), cooled, filtered through celite to remove
the Pd/C, and the solvent evaporated. The residue was taken up in 150 mL of
Et20 (or toluene) and 300 mL of H20 and the pH adjusted to >12 with 20% NaOH.
The mixture was transfered to a sep funnel, shaken, and separated. The aque-
ous layer was extracted with 2 x 100 mL portions of Et20 (or toluene) . The
combined organics were dried over MgS04, filtered, and gassed with HCl (2СН x
HCl is partially soluble in DCM, so donft gas in that solvent). The resulting
white crystalline solids were filtered, washed with Et20, and allowed to air
dry to give 2CH Hydrochloride. Yield - 43.8g (94%) of 2CH Hydrochloride
Ещё один пример
Каталитическое гидрогенирование
нитроалканов формиатом аммония
То a stirred suspension of an appropriate nitro compound (5 mmol) and 10%
Pd-C (0.2 - 0.3 g) [see Note 1] in dry methanol (10 mL) , anhydrous ammonium
formate was added (23 mmol) in a single portion. The resulting reaction mix-
ture (slightly exothermic and effervescent) was stirred at room temperature
for 3-40 min under argon[see Note 2], the catalyst was removed by filtration
through a celite pad and washed with dry methanol (10 mL).
The filtrate was evaporated either under reduced or at normal pressure. The
resulting residue was triturated with water (10 mL - 25 mL) , product was ex-
tracted with an organic solvent (i.e. ether, DCM or chloroform) and dried
over Na2S04. The organic layer on evaporation gave the desired amino deriva-
tive. Some products were directly converted into the HCl-salt with ethereal-
HC1 without evaporation of ether layer.
In most cases the reaction is over within 15-30 min with nitro-alkanes.
These results demonstrate a rapid versatile and selective reducing system for
wide variety of nitro-compounds in the presence of other functional groups
for e.g. -CN. > C=0, etc. Ammonium formate also has the advantages of being
readily available, inexpensive, stable and nontoxic and can be used in con-
junction with either Pd-C or Raney-Nickel catalysts. Moreover, it may be
added to the reaction in a single portion and products can be easily sepa-
rated from the reaction mixture. This procedure will therefore be of general
use for the preparation of amines specifically in cases where rapid mild re-
duction is required.
Notes: Other catalysts can be used. Polymer supported Pd catalyst should
work. Raney Ni often works and Urushibara Ni should work as well [but these
are untested].
Хлоридом олова и
алюминиевой
амальгамой
Сначала нитростирол восстанавливается в оксим гидратом хлорида олова (по-
следний легко приготовить самому, растворив олово в соляной к-те) в среде
этилацетата или ацетона. Или же реакция проводится в щелочной среде - в этом
случае вместо хлорида олова можно взять гидроксид (щелочной метод работает
только для нитропропенов).
Нужно отметить, что полученный оксим не обязательно восстанавливать в амин,
а можно и гидролизовать в кетон (если речь идёт о восстановлении фенилнитро-
пропенов), который стандартными методами переводится в амин.
Затем полученный оксим восстанавливается любым из известных способов до
амина. Наиболее простым способом является алюминиевая амальгама, возможно
также каталитическое гидрирование и восстановление цинковой пылью в ледяной
уксусной к-те.
Восстановление
в оксим
В кислой среде
The synthesis of 9-anthracenylacetaldoxime is representative of the proce-
dure employed. 9-(omega-nitrovinyl) anthracene (1.25 gr, 5 mmol) , SnCl2'2H20
(2.25 gr, 10 mmol) and ethyl acetate (25 mL) were placed in a 50 mL erlen-
meyer flask and the mixture stirred at room temperature. A mildly exothermic
reaction ensued which was accompanied by the gradual disappearance of the
yellow coloration (nitroalkene). The reaction mixture was carefully poured
into ice water and the solution was made slightly basic (pH 7-8) by addition
of 5% aqeous sodium bicarbonate. The product was extracted into ether, washed
with brine, dried (Na2S04) and the solvent removed under reduced presure to
yield essentially pure 9-anthracenylacetaldoxime, mp 177-80f (1.05 gr, 90%).
В щелочной среде
The following procedure is representative: a sodium stannite solution was
prepared by addition of aqeous sodium hydroxide (50 mmol, 2 gr in 15 ml of
water) to aqeous stannous chloride (5 mmol, 1.12 gr in 15 ml water); the ini-
tially formed precipitate dissolved to form a clear solution. This solution
was gradually added to the beta-nitrostyrene derivative (2 mmol, in 10 ml
THF) at room temperature; a mildly exothermic reaction ensued. The reaction
mixture was stirred for the specified time, saturated brine solution added,
the product extracted into ether, (3x45 ml) and the worked up in the susual
manner. Essentially pure product were obtained.
R R
I I
CH=C-N02 СН2-C=NOH
I I
/ \ /Л
I О | -> | О |
W-R2
i
1
Rl
R Rl
CH3 H
CH3 Br
CH3 OEt
R2
H
H
OEt
W-R2
i
1
Rl
time (min)
25
40
90
Yield (as isolated,
82
84
71
%)
Восстановление
в амин
Алюминиевой амальгамой3
То a solution of the oxime (24.6 mg, 0.521 mmol) in 10% H20-THF (30ml) were
added aluminum amalgam, which was prepared from 0.25g of granular aluminum
and 2% HgCl2 (0.1ml) in 10% H20-THF (0.5ml). The reaction mixture was stirred
for 3h at room temperature. 3ml cone ЫаНСОз was added, and the reaction mix-
ture was filtered and the filter cake washed with ethyl acetate. The filtrate
was diluted with water and extracted with ethyl acetate. The extracts was
washed with brine, dried over MgS04 and concentrated in vacuo to give 20.34
mg (85%) of the desired amine as an oil. [Rh: The oxime they reduce here is a
large indole derivative. Use less solvent with smaller molecules at a larger
scale.
2,3-Dimethoxy,4,5-Methylenedioxy-Amphetamine-2,hydrogen chloride
7g of oxime was dissolved in 150mls dry THF and poured over activated lOg
HD reynolds Al followed by 18g GAA. It was allowed to react with mag stirring
at RT overnight. In morning rxn was basifiied with 50% NaOH, and top THF
layer was seperated, and stripped of solvent under low vac. The residue was
dissolved in a portion of 2M HC1 with much shaking. This was basiled and ex-
tracted with 150mls toluene, which was also stripped of solvent under low vac
on a water bath. The residue being taken up in 50mls acetone, and gassed with
dry HC1 yeilding 3.75g of the title compound with a MP of 178-180 C.
Цинковой пылью4
At room temperature with stirring, Zinc dust (74 mg) was added to a solu-
tion of the oxime (44mg, 0.185 mmol) in 2 ml glacial acetic acid. Stirring
was continued for another 15 minutes. The reaction mixture was then filtered
through a sintered glass funnel with suction. The filtrate was concentrated
under vacuum to afford the amine as an oil (37mg, 0.166 mmol, 90% yield).
Алюминиевой
амальгамой5
I made a mix of 11 grams of thick aluminium (from a tart recipier) cut in
small pieces about 2x10mm, and 9 grams of noraml kitchen aluminium foil in
2x2cm. In the other hand, warmed 100ml of 96% ethanol and 100ml of acetic
acid couldnft dissolve 10 g nitrostyrene. Addition of 30ml of water precipi-
tated more nitrostyrene. Aluminium was amalgamated a la Shulgin. The warmed
suspension was poured in the flask containing the aluminium amalgam, and im-
mediatly started a super exhotermic reaction that thrown out some solution
and aluminium. The ethanol was boiling, and there was also a lot of acetic
acid smell. I thought I lost the reaction, but in five minutes, the rxn could
be controlled with cold water. More alcohol was added, but a part of product
3 JACS 111, 6228 (1989)
4 JOC 57, 6324 (1992)
5 Выход -30-35%
was lost. Temp was about 60-80шС. Sometimes the rxn was heated a bit in warm
water to activate it. A great part of aluminium didnft react.
Next day I made one of the worst workups ever in this kind of rxns. While
filtering, 600 ml of water tap came into the flask. I washed the cake with
water because the amine was in the acetate form (yes, sure), so I ended with
more than 1 liter of solution. To avoid amine losts, H2S04 was added and the
solution concentrated till 150 ml, washed, basified and extracted (Aluminium
hydroxides appeared and made the things more difficult) . Evaporating of the
solvent gave the characteristic fish-like smell of amines, and as the solvent
was evaporated, the amine carbonate appeared (Yes, 2C-H carbonate). I con-
verted it to the sulphate salt, because sulphate is probably less soluble
than hydrochloride (easier to purify) and easier to make. To the brown amine
salt, the solution was added dropwise to a 50% ethanolic solution of H2S04.
Crystals began to form, whereupon I added acetone and filtered and washed
with acetone three times to give 2.4 grams of yelloish 2C-H sulphate. Having
errors and hazards, not really bad. Probably the best work up is the classi-
cal one, basify, filter ... But doing things properly this one may be is not
bad, and the main problem was that a bit of product was thrown out and the
aluminium want react completely, may be is better to keep HgC12 in the reac-
tion, as in the recipe I have based this redcution, given at the Hive.
Электролитически
Основная трудность в электролитических реакциях вообще - это нахождение
мембраны6. Мембрана представляет из себя перегородку, которая не позволяет
смешиваться двум жидкостям - на аноде и на катоде, но всё же пропускает через
себя электрический ток (который переносится сквозь неё ионами воды).
г— —
1 &
^-чщ |
.... S. ,Щст
An anode cell (Z) - a porous cell of Haldenwanger porcellain - was placed
in a filter assembly of 500 ccm (F) volume. The anode had measurements of
75mm x 160mm with a 70mm wide glazed edge that prevented the drawing-up and
smearing of the liquid to be reduced.
To the anode cell was added a solution of 25ccm concentrated sulfuric acid
in 175ccm water. The anode used was lead or carbon rod and was enclosed in a
6 Возможно, неплохо подойдет сантехническая керамика (Санфаянс, санитарный фаянс),
из которой изготовляют раковины и унитазы.
tightly wound, glass spiral cooler. The water in this was conducted to the
outer container to help cool the inner tube. By regulating the cooling water
it was possible to keep the whole reduction solutionfor the first six hours
at 20 degrees Celsius. In the last hours the temperature was allowed to rise
to 40 degrees Celsius, to get a nearly quantitative course of the reduction.
The outer container contained a cathode (K) - a lead sheet (200mm x 90mm x
2mm), which before each experiment was coated electrolytically using diluted
sulfuric acid, with lead superoxide.
Reduction
A solution of 30g 3,4,5-trimethoxy-beta-nitrostyrene in lOOccm glacial ace-
tic acid and lOOccm ethanol was mixed with 50ccm concentrated hydrochloric
acid and added to the cathode container. The anode cell was filled with di-
lute sulfuric acid to the outer level of the cathode cell. Now a current of 5
to 6 amps was passed through the equipment for 12 hours, so that the current
density was about 3 amps.
After the finished reduction, the contents of the cathode cell was filtered
and dried under vacuum. The remainder was then dissolved in ЗООсст water. Any
remaining unchanged nitrostyrene was removed by twice shaking it out with
ethyl acetate. The ester in the solution was then removed by shaking out once
with diethyl ether.
The liquid thus obtained of chloride of mescaline was then put in a sepa-
rating funnel which had ether added. The amine was freed with a cold concen-
trated solution of lOOg technical sodium hydroxide. The solution obtained,
after extracting four times with ether, was dried with calcium carbonate and
the amine precipitated with dry hydrochloric acid gas.
After twice dissolving in absolute, dry, non-denatured alcohol, completely
pure mescalin hydrochlorid*xH20 was obtained as white leafs with a melting
point of 184 degrees Celsius and a yield of 24g (77.3%)
Каталитическим
гидрированием
на палладии
Как типичный пример, описано получение 3,4-метилендиоксиФЭА.
В колбу, оборудованной магнитной мешалкой были помещены 3,4-метилендиокси-
бете-нитростирол (0.500 г, 2.59 ммоль), палладий на угле 5 % (К-тип) 0.533 г,
0.26 ммоль Pd) , 12 М. HCL (0.5 мл), и этанол (10 мл). Реакционная смесь была
перемешана при 0 С 3 часа под водородной атмосферой (1 атм) . Катализатор был
удален фильтрованием через целит, и раствор промыт СН2С12 (3x20 мл) . Водный
слой был нейтрализован водным раствором аммиака (28 %, 5 мл) и экстрагирован
СН2С12 (4x20 мл). Объединенные органические слои были высушены Na2S04. Испаре-
ние растворителя дало 0.303 г продукта, или 71 %.
Выход для мескалина был 65 %.
Палладием в
серной кислоте
Суспензия 15 г палладиевой черни в 175 мл АсОН была насыщена Н2 при энер-
гичном встряхивании в течение 30 мин. Затем 7.5 мл конц. H2S04 (d = 1.84) в
25 мл АсОН были добавлены, насыщение Н2 было продолжено ещё 15 мин. После то-
го , как катализатор насыщен, с одновременной подачей Н2, была добавленная
суспензия 25 г 2-окси-З-метокси-нитростирола в 75 мл АсОН маленькими порциями
в течение 3 часов. После поглощения расчетного количества Н2 - реакция завер-
шена. От фильтрата, после удаления Pd, был отогнан растворитель, прозрачный
остаток обрабатывают 50 мл этилацетата и фильтруют. Сульфат был растворен в
минимальных количествах воды (25 мл) , и подщелочен водн. NH3, выпадающее ос-
нование отфильтровано и высушено на воздухе. Выход 2-окси-З-метокси-
фенэтиламина 16.4 г (76%), т. пл. 112 С.
Цинковой пылью
в соляной кислоте
Я закончил 10 граммовое восстановление с Zn HC1, проведя все шаги обработки
чтобы избежать любой примеси NaCl в конечном продукте. Отношение Zn/нитро-
производное - 6:1 по массе, и выход - 5.77 г 2СН хлоргидрата, 56 % (макси-
мальный результат с этим же соотношением цинка к нитростиролу был 70 %) . Я
хотел подтвердить мое первое испытание потому что в продукте имелось немного
NaCl и я был взволнован относительно большей ошибки, с меньшим количеством
цинка у меня всегда меньший выход. К счастью моя ошибка не была слишком боль-
шой.
Был подготовлен раствор 12 мл воды, 36 мл метанола и 8 мл 36 % НС1. После
охлаждения до комнатной температуры было добавлено 10 граммов 2,5 диметокси-
нитростирола, максимально измельченного в кофемолке. Далее в течение 2 часов
и 20 минут при помешивании было добавлено 60 граммов цинковой пыли и 210 мл
НС1, удерживая температуру в пределах 25-30 С с помощью водяной бани, прибав-
ляя лед когда это необходимо.
Было прибавлено:
• 5 граммов Zn - 16 мл НС1
• 5 граммов - 16 мл
• 5 граммов - 16 мл
• 5 граммов - 18 мл, пока все не было добавлено.
Время прибавления было рассчитано на 2 часа, но контроль температуры увели-
чил это время.
Цинк был в форме пыли, но попадались и кусочки, поэтому он также был из-
мельчен. После этого он имел вид светлой пудры. Идея состояла в том, чтобы
удерживать концентрацию в хорошем диапазоне, так что я действительно добавлял
2.5 грамма и 8 мл НС1 в начале и затем 2.5 грамма и 9 мл до конца.
Реакцию продолжали перемешивать еще 6 часов, и, наконец, немного нераство-
ренного цинка (комплекс?) осталось в прозрачном растворе очень светло-желтого
цвета.
Реакционная смесь была профильтрована, и колба и фильтр промыли 3x5 мл во-
ды. После этого смесь пробовали промыть дихлорметаном, но его плотность была
подобна и это не сработало, мы использовали 2x20 толуола, но толуол не рабо-
тал, дихлорметан растворяется в побочных продуктах.
Обработка заключается в прибавлении с охлаждением охлажденного NaOH 25 %,
пока все не растворится, или по крайней мере большая часть гидроокисей (лучше
прибавлять раствор охлажденного NaOH при охлаждении, но только если вы не по-
лучили пасту и мешалка не работает), затем экстрагируйте 3x15% от объема
эфир/толуол, промойте 25 % NaOH (50 % объема) , насыщенным раствором NaCl и
сушите экстракты. Испарите излишек растворителя и насыщайте НС1.
У меня была идея относительно осаждения гидроокисей прибавлением метанола,
но это не сработало с приемлемым его количеством, так что я провел более
сложную обработку с частичным испарением метанола и эмульсий...
Эмульсии были отделены и разрушены с помощью 25% NaOH.
Реакция, как она есть, работает, и может быть хороша для домашних количеств
2СН. Проведя ее у вас будет приблизительно 170 мл или больше раствора основа-
ния и 60 мл или больше растворителя на грамм нитропроизводного.
Реакция работает с простой водой, но она пенится, спирт предотвращает это и
делает реакцию более изящной, но я не знаю, оказывает ли он влияние на выходы
(более или менее).
Я сделал различные испытания в различных кислотных средах в присутствии и в
отсутствии спирта и с 3-4 граммами цинка на грамм нитропроизводного, и выход
был 30-36 % в партиях по 3-4 грамма нитропроизводного (это означает, что вы-
ходы вероятно не точны, такие количества очень малы для моих рук), но я про-
водил свой первый опыт с большим количеством цинка, и в нем выход выше. Цинк
дешев, и вероятно, при добавлении большего количество цинка мы будем иметь
большие выходы, но с тяжелой последующей обработкой. Вероятно, если мы пробу-
ем пример 1 из патента7, мы можем получить очень хороший выход, там отношение
11:1. Избыток Н2 6:1 Zn - 4.84, в то время как в Al/Hg восстановительном ами-
нировании 50 А1:100 К - 5.13. Избыток - это нормально, даже большее количест-
во цинка было бы приемлемо, но мы имеем проблему обработки.
Верное направление улучшения реакции - уменьшать количество цинка, но я не
знаю, возможно ли это, патент говорит о 4-х замещенных нитропроизводных, с
возможными ОСН3 заместителями в 2,3 позициях. Может быть 2,5диметоксинитро-
стирол не настолько реактивный. Это область для исследований, я не был удач-
лив с этим в этих первых попытках.
Другой путь состоит в том, чтобы найти сокращенный способ обработки, и мо-
жет быть 25 % NH3 стал бы хорошей идеей, но работа с NH3 ужасна. Мы можем ис-
парять начальный раствор, но я не уверен относительно того, что произойдет с
концентрацией НС1, она формирует азеотроп с водой при 20 % крепости, и выпа-
ривая раствор (я делал так в другие разы) имел конечную температуру приблизи-
тельно 60 С с аспиратором, может быть слишком много, если мы имеем 20 % НС1.
Кроме того мы все еще должны растворить все гидроокиси цинка. Другая идея ко-
торую я пробовал и которая, казалось, работала - использование метанольной
H2SO4, соли цинка не очень растворимы в кислом растворе, и могут быть от-
фильтрованы, в то время как сульфат амина растворим. Я сделал это в очень ма-
лой порции и, подщелочив, я видел плавающий амин с его характерным запахом,
это работает.
Я пробовал на этом опыте уменьшить количество растворителя (спирт предот-
вращает образование пены в начале) но тогда мы имеем плотный раствор в кото-
ром дихлорметан не отделяется, и толуол не работает (эфир?).
Сокращение количества означает, что меньшее количество НС1 необходимо для
поддержания хорошей концентрации и обработка меньше (около 2/3 частей от пер-
вого) . Кажется, что реакция идет через некоторый комплекс с цинком, который
вступает в реакцию медленнее чем цинк непосредственно с НС1, вы можете наблю-
дать это во второй половине прибавления, и существует также побочный продукт
- интермедиат, желто-оранжевое масло, которое является растворимым в системе,
добавляя большее количество цинка восстанавливает цвет реакции, так что ка-
жется, что это - промежуточное соединение, которое могло содержать цинк или
нет, и оно восстанавливается до амина. Я видел его в кислых промывных водах и
в кристаллизационной воде.
Реакция сначала оранжевая, затем изменяется к оранжево-коричневому, корич-
нево-зеленому, зелено-серому, серому, и затем - смесь этих серых полутвердых
субстанций, взаимодействующих с не очень интенсивным выделением Н2 в прозрач-
ном желтом растворе, который становится более прозрачным при последующем до-
бавлении цинка.
7 Это был русский патент, но его данные потеряны.
Я увидел, что с большим количеством НС1 реакция быстрее, и выходы более или
менее одинаковы. Реакция может быть проведена за 2 часа или около того с ко-
нечной концентрацией 14-15 %, но вам придется нейтрализовать большее количе-
ство кислоты.
Далее улучшенная процедура: оказывается, при использовании чистой цинковой
пудры (ранее использовалась старая и грязная) выходы значительно увеличивают-
ся!
Ifm still playing around the Zn HC1 nitrostyrene reduction, and Ifve got
new results that make me reconsider my previuos especulations. 1 used the
first times a very cheap Zn with an unknown grade of purity and size, with
black color, and you know what I got, around a 55 % with an excess of 5.5:1
Zn:25DMNS.
As 1 want to make a standarized and reproductible procedure for this and
other compunds, I bought good Zn, 97 % and 80-200 micros (Ifm not absolutely
sure about this point, I read in the printed catalogue 80-200 mesh, and in
the web page 80-200 micros, and now it is not available, they have changed
this Zn with other more pure). This Zn is grey, not black, and itfs obvious
seeing it that the other one was quite bad.
I started my tests and got better results, but changing as well the tem-
perature of rxn, a 56 % with a 2.5:1 ratio around 6 С and same (57 %) at -5
C. I decided to check if temp was the reason and in micro test was not obvi-
ous that temp had nothing to do. Finally I decided to make a rxn with similar
conditions to the initial ones and this new Zn, and I got a 75 % yield. 20 gr
of nitro in 125 ml of methanol 75 of water and 35 of HC1, added 110 gr of Zn
and 440 ml of HC1.
Ifve had mechanical losses of product in the workup, becuase I made a 20 gr
rxn, and I had to extract 3.3 liters of concentrated NaOH solution, and I
have not adequate vessels, so 1 guess that is realistic to think in around a
80 % yield.
With this Zn the rxn behaves different, and I think now that my thoughts
about some Zn complex is bullshit. It is just Zn and HC1 reacting and reduc-
ing the nitrostyrene.
This gives a new attractive to the procedure, altough it has the same prob-
lems with workup, a 10 gr batch can be done in a 2 liters extraction using
strong NaOH solution (>30 %). Fine for 2CB.
I believe I have learned the lesson, bad chemicals, bad conclusions. I've
made the same mistake in other research.
Восстановление
по Леммингеру
К охлажденной льдом и перемешиваемой смеси 42 мл 35 НС1 и 42 мл этанола бы-
ли поочередно в маленьких частях добавлены 5.31 г 3,5-диметокси-4-аллилокси-
нитростирола (20 ммоль) и 16.5 г порошка цинка. Температура была поддержана
при 5 С в течение этого добавления, которое заняло 75 мин. Смесь была тогда
перемешана 1 ч при температуре, медленно поднимающейся от 5 до 10 градусов С
и 2 ч при 10-12 С. Тогда 12.5 мл 35% НС1 были добавлены к смеси в течение 1 ч
при 10-15 С.
Затем в течение 1 ч дополнительно 3 г цинка были добавлены и перемешивание
было продолжено 1.5 ч при 15-20 С. Смесь отфильтровали 12 ч позже и промыли
водой (23 мл) . Прозрачный фильтрат был экстрагирован дважды бензолом 23 мл,
чтобы удалить нещелочные примеси.
В водную фазу тогда медленно и с охлаждением добавили раствор 75 г NaOH в
125 мл воды; сначала выпавший Zn(OH)2 почти растворился. Амин был экстрагиро-
ван четыре раза бензолом по 25 мл, объединенные экстракты бензола были экст-
рагированы дважды водой (25 мл) и отфильтрованы. Прозрачный слегка желтый
фильтрат был упарен, чтобы удалить бензол и затем перегнан при 10 ммНд.
Выход - 4.05 г (85) %.
Цинковой
амальгамой
К суспензии 1.5 г 5-бромо-1,3- диметокси-нитростирола в 20 мл водного МеОН
(1:1) было добавлено 4.5 г НС1 (d = 1.19) и 0.3 мл 5% водного р-ра НдС12. При
перемешивании это было восстановлено 5 граммами Zn пыли, предварительно
амальгамированной 0.3 мл 5% р-ра НдС12, добавляя Zn порциями при 30-35 С в
течение 30 мин. После завершения добавления, реакция была нагрета к 45-50 С и
сохранялась при этой температуре при перемешивании в течение 30 мин. Затем
непрореагировавший Zn был удален, фильтрат подщелочён 10 % NaOH, пока весь
выпадающий Zn02 не растворяется. Ликвор был экстрагирован толуолом (3x50 мл),
растворитель отогнан в вакууме, остаток растворен в 10 мл СН3ОН и обработан
насыщенным р-ром пикриновой кислоты - выход пикрата 2.0 г, 83 %.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ
НИТРОПРОПЕНОВ
Литийалюмогидридом
Раствор 17.0 г 1-(2,5-dimethoxyphenyl)-2-nitropropene был добавлен в 500 мл
безводного Et20. Этот раствор был добавлен медленно к хорошо размешиваемой
суспензии 12.0 г ЛАГ (литийалюмогидрид) в 700 мл безводного Et20. Смесь была
тогда нагрета к кипению и поддержана там для 20 ч, охлаждена ледяной ванной,
и избыток гидрида разрушен осторожным добавлением Н20. Наконец, общее количе-
ство 500 мл Н20 было добавлено, и далее - достаточное кол-во водного NaOH,
чтобы поднять рН выше 9. Две фазы были отделены, и фаза эфира высушена до-
бавлением безводного MgS04. Осушитель был удален фильтрованием, и прозрачный
фильтрат насыщают безводным НС1. Сформированные кристаллы 2,5-
диметоксиамфетамина гидрохлорида (2,5-DMA.) были удалены фильтрованием, промы-
ты безводным Et20, и высушены к постоянному весу 16.3 д. Перекристаллизация
из EtOH дала аналитический образец с т. пл. 114-116 deg С. Hydrobromide соль,
как сообщают, тает в 129-131 С.
1-(4-Метил-З-метоксифенил)-2-аминопропана гидрохлорид
1-(3-methoxy-4-methylphenyl)-2-nitropropene FW 207.23
ММА FW 179.26
ММА.НС1 FW 215.72, mp 181.5 - 183.5 °C
В 2-горлую круглодонную колбу на 100 мл с магнитной мешалкой и обратным хо-
лодильником, заполненную аргоном, через септу перенесли 30 мл абс. THF и при
перемешивании прибавили в противотоке аргона 2.0 г LAH. Кипятили с обратным
холодильником 0.5 ч для максимального растворения LAH, охладили (баня -10...-20
°С) и, продолжая охлаждать, при перемешивании по каплям прибавили 1.4 мл
100%-ной H2SO4 (^10 мин, шприц, септа). Происходило бурное выделение Нг, смесь
в какой-то момент загустела, но в конце прибавления снова легко перемешива-
лась . Далее к смеси по каплям при перемешивании и охлаждении прибавили рас-
твор 1.750 г 1-(4-метил-З-метоксифенил)-2-нитропропена в 5 мл абс. THF
(шприц, септа); остатки нитропропена из колбы и со шприца смывали в реакцион-
ную колбу еще 5 мл абс. THF. Окраска нитропропена мгновенно исчезала; слабо
выделялся Н2. За 1 час при перемешивании смесь отогрелась до +10 °С, после
чего ее кипятили с обратным холодильником еще 2.5 ч (осторожно: вспенивание),
снова охладили (баня -10 °С) и по каплям при интенсивном перемешивании приба-
вили раствор 3.8 г NaOH в 15 мл воды (несколько больше, чем необходимо). При-
бавление первых капель вызывает сильное вспенивание; после ^2 мл смесь почти
затвердевает, но через некоторое время, после осторожного встряхивания, снова
разжижается. Осадок становится белым и гранулярным, а органический слой -
прозрачным после прибавления ^12 мл раствора; последующие порции делают его
мазеобразным. Жидкость слили с осадка и профильтровали через целит; осадок
растирали со смесью THF-IPA (25 + 15 мл) (он снова становится легко фильтруе-
мым) , отфильтровали через целит и 3 раза промыли смесью THF-IPA (15 + 10
мл) . Раствор упарили в вакууме; остаток (слегка окрашенное в бежевый цвет
масло, 1.59 г) растворили в разб. H2S04 (2 мл в 100 мл воды); оставалось не-
много светлого аморфного осадка. Несолевые примеси экстрагировали 3x10 мл
DCM; амин перевели в основание прибавлением избытка раствора NaOH и экстраги-
ровали 4x10 мл DCM. Экстракты сушили фильтрованием через смесь Na2S04 - целит
и упарили в вакууме. Остаток (почти бесцветное масло, 1.43 г) растворили в 7
мл IPA и прибавили 0.73 мл конц. НС1. Реакция раствора кислая, кристаллизация
не происходит даже при +4 °С. При упаривании в вакууме образуются кристаллы.
Их подсушили в вакууме масляного насоса (1.75 г), растворили при нагревании
до кипения в 6 мл MeCN + 1 мл IPA (в чистом MeCN не растворялось) , раствор
охладили до к.т. (происходит кристаллизация) и выдержали при +4 °С. Закри-
сталлизовавшуюся массу растерли с эфиром (20 мл), продукт отфильтровали с от-
сасыванием, промыли эфиром и сушили сначала током воздуха, а затем в вакуум-
эксикаторе (последнее оказалось излишним, т.к. масса не изменилась). Получили
1.476 г 81 %) белых кристаллов с т.пл. 187-188 °С (на шарике термометра). Ма-
точный раствор упарили в вакууме и остаток (0.245 г оранжевого сиропа) кри-
сталлизовали из MeCN - Et20 (2.5 и 10 мл). Получили дополнительное количество
(0.059 г) белых кристаллов с т.пл. 186-187 °С. Общий выход 1.535 г (84%).
Водородом на
никеле Урушибары
Восстановление
фенилнитропропена
Приготовление катализатора
Растворите 4 г гидрата хлорида никеля (светло-зелёные кристаллы) в 75 мл
95% этанола, установив всё это на магнитную мешалку и нагрев до 50%. После
того как соль раствориться, уберите мешалку и добавьте 1 мл воды и 1 мл конц.
солянки (Прим. 1) . Пока температура раствора держится при 50 С медленно до-
бавьте 5 г алюминиевой фольги порезанной на полосочки размером 0,6x2,5см пор-
циями по 1 г, перемешивая всё это вручную. Алюминий будет медленно реагиро-
вать с солью никеля формируя металл - Никель (Ni) в виде тёмно-серого порош-
ка, который осядет на дно. Во время реакции происходит лёгкое вспенивание во-
дорода. Добавляйте алюминиий так, чтобы вспенивание было равномерным и темпе-
ратура держалась в районе 50 С. Это может занять до 2 часов!
К концу добавления алюминия весь зелёный цвет никелевой соли должен исчез-
нуть. Если остаётся какой-то цвет, добавьте ещё 1 г алюминия и ждите пока
раствор не просветлеет. Полученный никелевый порошок добавили к 100 мл 20%
NaOH и вручную мешали полчаса при 60 С. Избыток NaOH декантировали, а никель
промыли 5x100 мл диет, воды для того, чтобы удалить остатки основания. На
данный момент у вас должен получиться катализатор Никель Урушибары, который
уже можно использовать для восстановления.
Растворите 5 г чистого фенилнитропропена в 50 мл этанола (можно использо-
вать простую воду - по крайней мере, сам Урущибара использовал воду) и до-
бавьте к суспензии никеля.
Теперь медленно добавьте 3 мл конц. соляной к-ты и 1 г измельчённого алюми-
ния перемешивая вручную. Алюминий медленно растворится с более сильным выде-
лением водорода чем в первом шаге. Самое главное в начале хорошо перемешивать
всё это дело стеклянной палочкой. Попытка перемешивать магнитной мешалкой
кончится тем, что никель примагнитится к магнитику, т.к. никель ферромагне-
тик , и восстановление не пойдёт. После того как алюминий растворится добавьте
ещё 3 мл соляной к-ты и ещё 1 г алюминия. Продолжайте добавлять кислоту и
алюминий пока в сумме не добавите 10 г алюминия и где-то 30 мл соляной к-ты.
Алюминий вступает в реакцию медленно. Так что всё может занять до 6 часов и
даже дольше если температура упадёт ниже 50 С. Постоянно мешать не нужно,
просто хорошенько перемешивайте время от времени. После того как весь алюми-
ний прибавили и он практически прореагировал, медленно долейте раствор 30 г
NaOH в 100 мл Н20 и осторожно перемешивайте. Вместо щёлочи можно использовать
и кислоту. Оденьте защитные очки и будте осторожны! Нейтрализация основанием
- реакция очень экзотермичная! Через полчаса весь продукт реакции алюминия
перейдет в нижний, водный слой, а оранжевый слой алкоголя с характерным запа-
хом амина окажется наверху. Никель не растворится NaOH, так что он будет пла-
вать между двумя слоями, но это не проблема. В конце концов он не ядовит как
ртуть или ещё что-нибудь! А теперь декантируйте верхний оранжевый органиче-
ский слой и отгоните спирт до появления вонючего оранжевого сиропа, который
пахнет абсолютно не так как P2NP. Растворите его в ацетоне и медленно добавте
серной кислоты, чтобы получить сульфат амина. Вуаля, где-то 3 г светло-
жёлтого сульфата амфетамина!!!
Прим. 1: Добавлять воду и кислоту необходимо, чтобы начать реакцию между
NiCl2 и А1.
Восстановление
2,4,5-триМеО-ФНП
Catalyst prepTn
То a solution of 1ml 31% НС1, 40g NiCl2'6H20 in 350ml EtOH in a 500ml beaker
at 50C is added 35g of shredded Al (regular reynolds wrap) slowly over a 3.5
hour period, when evolution of hydrogen had ceased the the rxn was a viscous
gel. This was placed in a 41 beaker and rinsed several times with tap water,
each time allowing suspension to settle before decanting. This precipitated
nickel was air driied overnight on a filterpaper. (note larger peices of foil
were removed).
Activation lOg of the above catalyst was placed in a beaker containing
385mls 40%aqueous AcOH and 89g NaCl at 70C for 7 minutes, then the solution
is decanted and the Nickel rinsed with 60C dH20, then rinsed with EtOH then
placed in a 500ml erylenmeyer flask containing 250ml EtOH and charged with
20mmol TMP2NP (5g). With moderate overhead stirring, lOg of Al is added lg at
a time followed by a 3ml aliquot of 31% HC1 with each addition. Addition
takes 2 hours, it is then allowed to stir an additional hour while evolution
of Hydrogen subsides. Rxn become one viscous gel to which and 100ml EtOH is
added with stirring. Rxn is then slowly basified with 50% NaOH. After A10
hassettled the alcoholic overhead is decanted and the sludge extracted with
100ml toulene. The EtOH is stripped off using low vac on a water bath, the
residue being taken up with the toulene extract. Extract was washed lx w/
Saturated aqueous NaCl and lx with dH20. This is driied over MgS04. Pregassed
toulene is added in small aliquots with pecipitated crystals being vac fil-
tered between aliquots. Yield lOmmol TMA2HC1 (2.5g) 50% molar yield.
Восстановление
2,5^диметоксифенилнитропропена
на никеле Урушибары U^Ni^A
В круглодонную колбу вместимостью 100 мл, оборудованную механической мешал-
кой и содержащую 10 г цинковой пыли и 3 мл воды был влит раствор 3 г
NiCl2'6H20 (квалификации ХЧ, это, скорее всего, не так важно, как чистота цин-
ка) в 10 мл воды, сразу начато перемешивание. Смесь практически сразу сильно
разогрелась и почти вылезла из колбы. Через 15 минут перемешивание было оста-
новлено, смесь разбавлена водопроводной водой, вылита в 500 мл колбу, и твер-
дый остаток серого (скорее темно-, чем светло- ) цвета, по виду мало отличав-
шийся от взятого изначально цинка, промыт несколько раз водопроводной водой
декантацией, а последний раз - дистиллированной водой. К нему затем было до-
бавлено 160 мл 13% уксусной к-ты. Перемешивание велось вручную. Реакция шла,
как и положено, бурно, с нагреванием и вспениванием, осадок постепенно стал
черным и весь всплыл наверх; через 5 мин. все было отфильтровано на Шотте №4
и промыто там же 200 мл дистиллированной воды, а затем небольшим количеством
ИПСа на глаз. Фильтрат имел хорошо заметный зеленый оттенок. Полученный ката-
лизатор, пока еще мокрый, был быстро перенесен в 500 мл круглодонную колбу
(сначала это делалось при помощи шпателя, затем в фильтр заливался ИПС, все
размешивалось шпателем и быстро выливалось в колбу), туда же сразу было влито
100 мл ИПСа.
Колба с катализатором и ИПСом была установлена на механическую мешалку, в
нее добавлен р-р 0,2 г 2,5-диметоксифенилнитропропена в 15 мл ИПСа (на самом
деле ИМХО не обязательно делать РМ настолько разбавленной), 1 г тонкой быто-
вой алюминиевой фольги, нарезанной четырехугольниками и 3 мл концентрирован-
ной соляной к-ты, после чего начато перемешивание. Обратный холодильник не
использовался, т.к. в нем нет особой необходимости. Реакция алюминия с соля-
ной к-той началась не сразу, но постепенно разошлась и температура поднялась
до приблизительно 70°С (рука уже не терпит). Когда практически весь алюминий
растворился, был добавлен следующий грамм фольги в сопровождении 3 мл конц.
соляной к-ты, затем еще раз, всего 4 раза. Все это заняло приблизительно 2,5
часа.
По окончании реакции к смеси был добавлен концентрированный р-р гидроксида
натрия в количестве достаточном, чтобы слои разделились, и нижний водный слой
не был бы слишком густым. Верхний желтоватый слой ИПСа был отделен, а то, что
осталось в колбе, промыто дополнительно 100 мл ИПСа. Весь спирт затем был
объединен и отогнан, оранжевый остаток растворен в большом кол-ве петролейно-
го эфира и банально выбит солянкой, что дало 80 мг гидрохлорида 2,5-
диметоксиамфетамина светло-коричневого цвета. Закристаллизоваться он не успел
(это соединение вообще очень плохо кристаллизуется, ему на это может потребо-
ваться неделя), был взвешен в бюксе и практически сразу введен в р-цию с бро-
мом в ледяной уксусной к-те.
Хлоридом олова
и алюминиевой
амальгамой
См.: Восстановление нитростиролов. Эта реакция работает и на нитростиролах,
и на нитропропенах.
Железом в
кислой среде
Восстановление ведётся в кислой среде (обыкновенно используется ледяная ук-
сусная к-та, но иногда возможно использовать соляную к-ту) мелкодисперсным
порошком железа - он может быть получен восстановлением железного купороса
алюминием или цинком (только не промывайте полученный металл кислотой - желе-
зо, в отличие от никеля, растворится).
В реакции сначала получается имин, который в кислой среде гидролизуется в
кетон.
Ещё одна деталь состоит в том, что конденсацию бензальдегида с нитроэтаном
и восстановление оного в кетон можно провести "в одной кастрюле", т.е. без
изоляции полученного нитропропена. Пример этого вы тоже сможете прочитать ни-
же .
Получение аминов и метиламинов (таких как МДМА и ПММА - главный способ по-
лучения N-метилированных аналогов лежит через соответствующий кетон) из син-
тезированного кетона есть процедура тривиальная и хорошо изученная, (Восста-
новительное аминирование). Эта реакция работает и на 2,4,5-триМеО-ФНП, из-
вестного своей чувствительностью.
4^метокси^фенил^2^пропанон
4-метокси-фенил-2-нитропропен (10 г, 51 ммоль) растворяют в 75 мл ледяной
уксусной кислоты и этот раствор добавляют к нагреваемой смеси порошка железа
(32 г, 0,57 моль) в 140 мл ледяной уксусной кислоты. Смесь сначала коричне-
вая , затем становится белой и пенистой. Нагревание продолжают еще 1,5 часа.
Затем смесь добавляют к 2 л воды и продукт экстрагируют 3x100 дихлорометаном.
Объединенные экстракты промывают 2x150 водой и сушат с сульфатом магния. Рас-
творитель отгоняют при нормальном давлении и остаток перегоняют в вакууме,
получая 6,1 г (37 ммоль, 72%) оранжево-розового масла с Т.кип. = 110 С при 3
ммНд.
3,4-метилендиоксифенилацетон
Суспензию 32 г восстановленного железа в 140 мл ледяной уксусной кислоты
медленно нагревают на водяной бане. Когда смесь нагрета почти до кипения,
прибавляют раствор 10 г 1-(3,4-метилендиоксифенил)-2-нитропропена в 75 мл ле-
дяной уксусной кислоты. Происходит бурная реакция с чрезмерным вспениванием.
Оранжевый цвет реакционной смеси меняется на красный, при этом образуются бе-
лые соли и черная корка. После всего добавления, смесь нагревают еще 1,5 ча-
са. На протяжении этого времени цвет смеси становится светлым, почти белым, и
видно появление продукта в виде темного масла по стенкам стакана. Смесь до-
бавляют к 2 л воды, экстрагируют 3x100 мл дихлорометаном, объединенные экс-
тракты промывают насыщенным раствором гидроксида натрия. После отгонки рас-
творителя остаток перегоняют под вакуумом, получая 8г 3,4-метилендиоксифенил-
ацетона в виде желтого масла.
3,4-метилендиоксифенилацетон
В 2-х литровую трехгорлую колбу, оснащенную мешалкой и обратным холодильни-
ком помещают 460 мл этанола и 67 г бета-нитроизосафрола. Смесь нагревают до
кипения и когда все кристаллы растворяются, добавляют 1100 мл горячей воды.
При нагревании и тщательном перемешивании добавляется 80 г восстановленного
железа и 5 г шестиводного трихлорида железа. Потом при перемешивании было до-
бавлено 63 мл концентрированной соляной кислоты в течении 30 минут. Смесь пе-
ремешивают при кипячении 2 часа. Затем начинают отгонять растворитель. От ос-
татка отфильтровывают оксид железа и из него экстрагируют продукт 3x50 дихло-
рометаном. Фильтрат подкисляют соляной кислотой, выделяя красный слой кетона.
Его экстрагируют 2x100 дихлорометаном. Объединенные экстракты сушат с сульфа-
том натрия и растворитель отгоняют. Получено 55 г сырого кетона в виде крас-
ного масла.
о-метоксифенилацетон8
В 3-х литровую трехгорлую колбу, оснащенную мешалкой, обратным холодильни-
ком и капельной воронкой вносят 170-205 г (прим. 1) о-метоксифенил-2-нитро-1-
пропена, растворенного в 200 мл толуола, 500 мл воды, 200 г порошка железа и
4 г хлорида железа III. Смесь нагревают до 75 С и прикапывают 360 мл концен-
трированной соляной кислоты в течении 2 часов. После того, как вся кислота
залита, смесь перемешивают при нагревании еще 30 минут.
Смесь перемещают в 5 литровую трехгорлую круглодонную колбу и продукт пере-
гоняют с паром, собирая 7-10 литров дистиллята. Органический слой отделяют, а
водный экстрагируют свежим толуолом (1 л). Объединенные экстракты встряхивают
30 минут с раствором 26 г бисульфита натрия в 500 мл воды (прим. 2) . Затем
толуоловые экстракты еще раз промывают водой и толуол отгоняют. В результате
получено 107-120 г (65-73%) оранжевого масла, перегонка которого при 128-
130/14мм.Нд дает 102-117 г (63-71%) продукта.
Примечания:
1. Указана приблизительная масса вещества, т.к. в оригинале брался раствор
только что синтезированного нитростирена, выход которого не подсчитывался.
2. Эта процедура позволяет убрать примеси всех альдегидов, которые присутст-
вуют в продукте и практически не снижает вход кетона. Однако другие заме-
щённые ФА реагируют с бисульфитом, поэтому в иных случаях её применять не
стоит.
Фенилацетон
Смесь 0,6 моль (32 г) порошка железа и 140 мл технической 96% уксусной ки-
слоты нагрели до 40 С. Как только в смеси начали появляться первые пузырьки,
при перемешивании был добавлен раствор 0,1 моль (8 г) P2NP в 150 мл 96% ук-
сусной кислоты. Цвет смеси меняется с оранжевого до характерно-красного. Тем-
пературу не поднимали выше 60С!!! На дне колбы образовывался налет белой со-
ли, а сверху был замечен нужный весьма красный цвет масла. Перемешивание про-
должали 3 часа, затем смесь поместили в 1 л воды, отфильтровали непрореагиро-
вавшее железо и продукт экстрагировали 200 мл диэтилового эфира. После удале-
Organic Synthesis, CV 4, 573
ния растворителя было получено 8,5 мл красного масла. Полученный кетон очища-
ли бисульфитным методом.
Азаронкетон9
(2 , 4 , 5-триметокси-фенилацетон)
Смесь ледяной уксусной кислоты (30 мл) и железа 20 кусочков (14 г, 0.24
моль) в 250 мл трехгорлой колбе оборудованный холодильником, плиткой и меха-
нической мешалкой, энергично размешивали и нагревали до кипения, пока смесь
не стала серовато-белой (приблизительно 30 минут). Раствор 2,4,5-
trimethoxyphenyl-2-nitropropene (6 г, 24 ммоль) в ледяной уксусной кислоте
был добавлен капля по капле, после чего интенсивно размешивали. Далее смесь
кипятили еще 3 часа. Получившуюся серовато-темно-зеленую смесь фильтровали
всасыванием и затем промыли с горячей уксусной кислотой. Фильтрат был раство-
рен с 100 мл воды и экстрагирован 3x50 мл DCM. Объединенные органические экс-
тракты были промыты с 5 % ЫаНСОз и водой, высушены MgS04 и выпарены, чтобы
дать коричневое масло.
Перегонка при 115-120 С (0.5 mmHg) дало 4 г (75 %) кетона, тр 44-46°С.
В 100 мл уксусной кислоты добавили 32 г железа и нагрели до 40 С. Нитропро-
пен (8 г) растворили в 150 мл уксусной кислоты, смешали растворы и начали
перемешивание. Реакция шла около 2 часов. Температура поддерживалась за счет
реакции и редко падала ниже 40 С. Когда это происходило смесь нагревали до 50
С. Далее смесь разбавили литром воды и экстрагировали ДХМом 3*50. Объединен-
ные экстракты промыли раствором соды (для нейтрализации остатков уксуса), а
затем еще раз водой. ДХМ отогнали. В остатке около 6-7 мл темно-красного Р2Р.
Если необходимо, можно почистить бисульфитом.
Хлористым
оловом
Реакция имеет прямое сходство с восстановлением нитропропенов в оксимы,
только в этом случае полученный оксим прямиком гидролизуют в кетон.
В этилацетате
18,1 г (100 ммоль) 1(-2-фторофенил)-2-нитропропена было добавлено сухими
порциями к 49,5 г (220 ммоль) SnCl2'2H20 взвешенному в 75 мл EtOAc, в то время
как температура реакции сохранялась между 20-40 С холодной водяной баней. Ко-
гда весь нитропропен был добавлен, и цвет изменился на белый (5 минут) рас-
твор был перемещен в круглодонную колбу, содержащую 250 мл воды и 50 мл соля-
ной кислоты. EtOAc был удален отгонкой под уменьшенным давлением, и водная
суспензия оксима и солей олова перемешивалась при 80 С в течение 1 часа. Вод-
ная фаза была дистиллирована с паром, чтобы удалить кетон. Когда масляные ка-
пли больше не появляются в дистилляте, оный экстрагируют метилен хлоридом.
Экстракты сушат MgS04 и метилен хлорид удаляют отгонкой, оставляя весьма
чистый кетон как бесцветное масло.
Выход: 13,5д (89%) 2-фторо-фенилацетона.
Чистота: 98 % (HPLC)
9 JMC 23, 1318-1323 (1980)
В толуоле
100 ммоль фенилнитропропен
220 ммоль олово (11) хлорид дигидрат
200 ммоль НС1 (в виде рассчитанного количества конц. водного НС1)
50 мл толуол
200 мл вода
NaCl (твердый)
Растворите олово (11) хлорид в воде, [то есть сперва поместите олово в кол-
бу потом добавьте некоторую часть воду и децал соляной к-ты, нужно добиться
растворение олова], смешанной предварительно с НС1. Добавьте нитропропен в
рек. массу и емкость ополосните толуолом и тоже вылейте в реак. массу. Теперь
добавьте остатки воды туда же, за раз. При хорошем перемешивании варим массу
2 часа. Охлаждаем колбу до комнатной температуры и начинаем добавлять туда
соль до того пока слои не разделятся, после разделения органический верхний
слой отделяем и выливаем в литровую колбу содержащую 500 мл воды. Перегоняем
с паром пока поступают капли. Это означает, что должно было быть собрано от
500 мл до 1,5 л дистиллята. После перегонки с паром образовалось 2 слоя:
верхний - толуол с водой, нижний - кетон. Отделите слои в делительной воронке
и экстрагируйте водную часть с 2x100ml толуола. Объедините экстракты толуола,
сушите с MgS04, и удалите толуол в роторном испарителе. В остатке кетон жел-
того цвета.
Выходы в районе 85-92 %. Если увеличить время гидролиза выход будет боль-
ше .
Борогидридом натрия
В этом случае нитропропен сначала восстанавливается в нитропропан борогид-
ридом натрия, но нитропропены восстанавливаются в нитропропаны массой извест-
ных способов - например, цинковой пылью в солянке (аналогично восстановлению
нитростиролов цинковой пылью).
An oven-dried 250ml rb flask sitting in an ice/salt bath is charged with
50ml IPA (dried w/ MgS04) , lg 8-20 mesh indicating silica gel and 80mmol
NaBH4 (3g) with mag stirring. When temp of solution was 0°C a solution of
20mmol of desiccated TMP2NP (5g) in 100ml dry THF, is added dropwise from a
pressure equalized addition funnel over 1.5 hours. Rxn is allowed to stir for
an additional 0.5 hours, until all traces of orange had disappeared. Ice bath
is removed and rxn mixture was vacuum filtered and the solvent stripped off
using low vac on a water bath.
150ml MeOH is added to the residue followed by the slow addition of 320mmol
GAA (19g) from a pressure equalized addition funnel vented by a hose out of
doors. The funnel is removed and 15ml dH20 is added with 50mg HgCl2. With
vigourous mag stirring 0.5 moles Al (13.4g) (regular reynolds wrap) is slowly
added over a 2 hour period and allowed to stir an additional hour while re-
maining Al goes into suspension. Rxn is transferred to a 500ml erlenmeyer
flask and slowly basified with 50% NaOH. When rxn with remaining Al has sub-
sided, it is a viscous gel. Flask is stopped and shaken until the gel breaks
down into a fluid again. It is then extracted 2X with 100ml toulene. Extracts
pooled and washed IX w/ Saturated NaCl soltion, lx w/ dH20, dryed over MgS04.
Then pre-gassed aliquots of toulene are added with filtration between ali-
quots until no more crystals precipitate.
Yield: llmmol TMA2HC1 (2.75g) 55% molar yield.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР
Николайчук .О
(продолжение)
ТАЙМЕРЫ И ПАМЯТЬ
Функциональные характеристики
таймеров реального времени
Таймером реального времени (Real Time Clock — RTC) называется схема, пред-
назначенная для независимого от процессора или контроллера, а также от нали-
чия питания подсчета текущего времени и ведения функций календаря. Таймеры
реального времени выпускаются фирмами Dallas Semiconductors [1], Thomson [2],
Philips [3], Epson [4], Motorola [5], Unitrode (BenchMarq) [6] и многими дру-
гими. Несомненным лидером в этой области является фирма Dallas
Semiconductors, которая выпускает наиболее разнообразную номенклатуру микро-
схем RTC.
Существует, по крайней мере, по два стандартных формата записи данных вре-
мени и календаря в RTC
Первый основной формат записи данных времени обозначается как STD (Standard
Timer Data) и содержит шесть байт (в некоторых 4-битных RTC — шесть младших
полубайт) , в которые записываются часы (Н) , минуты (М) и секунды (S) в виде
HH:MM:SS.
Второй расширенный формат записи времени обозначается как STD+hh, где под
байтами hh подразумевается значение десятых и сотых долей секунды. Такой фор-
мат содержит 8 байт (полубайт) — HH:MM:SS:hh.
Первый стандартный формат записи данных календаря также обозначается STD и
содержит значения двух последних цифр года (YY), номер месяца (ММ), номер дня
(DD). Этот формат содержит шесть байт — YY-MM-DD.
Второй расширенный формат записи данных календаря обозначается Y2K и содер-
жит, в отличие от предыдущего, значения всех четырех цифр года. Формат содер-
жит 8 байт данных календаря — YYYY-MM-DD.
Ниже перечислены основные и возможные функции (свойства) микросхем RTC.
Основная функция — генерация кодов времени и календаря, для чего микросхема
имеет встроенный высокостабильный кварцевый генератор, обеспечивающий, как
правило, точность не хуже ±1 минута за месяц, набор счетчиков и программно
доступные регистры, в которые помещаются данные текущего времени и календаря.
Многие микросхемы RTC имеют функцию генерации прерывания в запрограммиро-
ванное время (Time of Day Alarm) . Это прерывание генерируется раз в сутки.
Обозначается эта функция буквой «А» (здесь и далее мы будем использовать обо-
значения, применяемые в документации фирмы Dallas Semiconductors)
Некоторые RTC имеют встроенный супервизор питания, который генерирует сиг-
нал сброса (Microprocessor Reset) для микропроцессора (микроконтроллера) и
удерживает его в состоянии сброса до тех пор, пока напряжение питания не дос-
тигло нормы. Функциональная возможность обозначается как UR. Это сделано для
исключения возможности нарушения данных RTC во время переходных процессов пи-
тания и для блокировки возможности обращения процессора во время, когда пита-
ние не в норме.
В некоторых RTC имеется вход для внешнего сигнала KS (Kick-start), который
может вызвать генерацию выходного сигнала RTC для включения питания микропро-
цессорной системы.
Во многих микросхемах имеется выход Р (Periodic), который можно запрограм-
мировать на генерацию импульсов в диапазоне периодов от 122 мкс до 500 мс.
Некоторые микросхемы имеют встроенный сторожевой таймер WD (Watchdog
Timer) .
Многие микросхемы RTC имеют встроенную энергонезависимую оперативную память
RAM (Random Access Memory), причем размер этой памяти может изменяться от не-
скольких байт до 512 кБ. Это полезное свойство микросхем RTC позволяет при
достаточном объеме такой памяти использовать ее в качестве Flash-памяти для
хранения различного рода настроек.
Еще одно полезное свойство некоторых микросхем RTC заключается в возможно-
сти очистки всей оперативной памяти, для чего в этих микросхемах имеется спе-
циальный вход RC (RAM Clear).
Встречаются RTC с выходом U (Update in Progress), индицирующим занятость
микросхемы внутренними операциями, а также таймеры с дополнительным прерыва-
нием WU (Wake-up) в запрограммированное время.
Для некоторых применений может быть полезна еще одна особенность — возмож-
ность записи времени между событиями ER (Event Recorder).
Очень полезное свойство — счетчик PC (Power Cycle Counter), который считает
количество циклов, прошедших с момента включения питания, то есть с момента
начала работы системы. Имеется также счетчик VC (Vcc Active Counter), который
считает только тогда когда питание активно.
Микросхемы могут быть выполнены в различных корпусах (DIP, SO), модулях (М)
и в виде слотов (S).
Микросхемы RTC выпускаются с напряжением питания 5 или 3,3 В. Выпускаются
таймеры RTC с внешним резервным питанием (батарейкой), со встроенной литиевой
батарейкой, обеспечивающей, как правило, до 10 лет непрерывной работы, и со
встроенными гнездами для сменных батарей.
Доступ к данным микросхемы может быть параллельными (Parallel), смешанным
(Mixed), побайтным (Bytewide), а также с использованием последовательных ин-
терфейсов 2-Wire, 3-Wire и SPI. Выпускаются таймеры с байтовым и полубайтовым
доступом.
Многие микросхемы RTC с параллельным интерфейсом поддерживают несколько
спецификаций шин, например Intel и Motorola.
Отдельные типы микросхем RTC, особенно содержащие большой объем энергонеза-
висимой памяти, совместимы по корпусу и функциональному назначению выводов с
некоторыми микросхемами ПЗУ. Естественно, что выпускаются микросхемы с нор-
мальным и расширенным температурным диапазоном работы.
Кроме перечисленных основных и часто встречающихся дополнительных функций,
некоторые микросхемы имеют дополнительные специфические функции, например та-
кие, как температурный контроль ТС (Temperature Control), температурный бу-
дильник ТА (Temperature Alarm), встроенный аналого-цифровой преобразователь
ADC и т. п.
Критерии выбора RTC
При анализе приведенных выше свойств микросхем RTC становится ясно, что
многие из них являются избыточными при решении нашей задачи — разработке уни-
версальных технологических контроллеров. Определим критерии — основные (обя-
зательные) и желательные качества, по которым мы будем выбирать микросхемы
RTC.
Безусловно, микросхема RTC должна иметь функции счета времени и календаря.
Формат данных времени и календаря принципиального значения не имеет.
Поскольку технологические контроллеры ориентированы на работу в реальном
масштабе времени, обмен между собственно микроконтроллером и его периферийны-
ми узлами должен осуществляться достаточно быстро. В связи с этим микросхема
RTC должна обеспечивать параллельный байтовый доступ к данным.
Желательно, чтобы микросхема RTC имела Intel-совместимую шину.
Обязательным является наличие встроенной энергонезависимой памяти. Объем
памяти зависит от назначения разрабатываемых контроллеров. Для обычных техно-
логических задач, как правило, хватает памяти объемом около 50 байтов. В дос-
таточно редких случаях, когда контроллер должен запоминать и хранить при от-
ключенном питании большой объем информации, необходимо выбирать RTC с большим
объемом встроенной памяти. С учетом того, что адресное пространство большин-
ства микроконтроллеров составляет 64 К, и часть этого пространства занимает
быстродействующая RAM и адреса периферийных устройств, объем встроенной в RTC
оперативной памяти обычно не превышает 32 К.
Желательно, чтобы корпус и функциональное назначение выводов были совмести-
мы с некоторыми микросхемами Flash-памяти.
Микросхема RTC должна иметь либо встроенную литиевую батарейку, либо гнезда
для установки сменных батареек, т. е. чтобы микросхема была в модульном ис-
полнении. Это значительно экономит площадь печатной платы.
Обязательно, чтобы микросхема RTC могла устанавливаться в стандартизованные
DIP-панельки для обеспечения максимальной ремонтопригодности и модифицируемо-
сти контроллера
Перечисленные критерии позволяют осуществить выбор микросхем RTC из всего
многообразия выпускаемых микросхем. В табл. 1 приведены данные наиболее рас-
пространенных микросхем RTC.
Таблица 1
Тип
DS1216B
DS1216C
DS1216D
DS1216E
DS1216F
DS1216H
DS1243Y
DS1244Y
DS1248Y
DS1251Y
DSI254
DS1284,
BQ4845
DS1286,
BQ4847
DS12885,
RTC6593,
МС146818А
BQ3285
DS12887,
М48Т86,
BQ3287
DS12887A,
BQ3287A
DSI2C867,
BQ3287,
М48Т86
DS12C887A
BQ3287A
DSI302
DS1305
DS1306,
BG3287A
DS1307,
МК41Т56,
PCF8583
PCF8593,
RTC8583
RTC8592
DS1315
DS1337
DS1384
DSI386,
М48Т59
Питание
В
5
5
3,3/5
3/5
3/5
3,3/5
5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
5
5
5
5
5
5
5
2-5
2-5
5
3,3/5
1,8-3,3
5
5
Формат
време-
ни
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD+hh
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD+hh
STD
STD+hh
STD+hh
Формат
кален-
даря
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
Y2K
Y2K
STD
STD
STD
STD
Y2K
STD
STD
RAM
(байт)
2K,8K
8K,32K
8K,32K,
128K
8K,32K
8K,32K,
128K
128K,512K
8K
32K
128K
512K
2M
50
50
114
114
114
113
113
31
96
56
50
8K,32K
Возможности
A,WD
A,WD
A,P,U
A,P,U
A,P,U,RC
A,CR
A,P,U,RC
TC
2A,TC
2A
A,WD
A,WD
Тип шины
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Phantom
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
3-Wire
3-Wire или
SPI
2-Wire
P-Phantom
2-Wire
P-Bytewide
P-Bytewide
Корпус
S
S
S
S
S
S
M28
M28,P34
M32,P34
M32,P34
B168
D28,L28
M28
D24,L28
S24
M24
M24
M24
M24
C8,D8,
S8,S16
C16,D16
T20
C8,D8,
S8
D16,S16
T20
C8,D8,
S8
Q44
M32,P34
BQ4832Y
DS14285,
BQ4285
DS14287,
BQ4287
DS1486,
BQ4842
DS1500
DS1501,
BQ4845
DS1510
DS1511,
BQ4847
DS1543
DS1553,
М48Т59А
DS1554,
BQ4832Y
DS1556,
BQ4842
DS1557
DS1602
DS1603
DS1615
DS1616
DS1629
DS1642,
М(К)48Тх2
DS1643,
М(К)48Тх8
DS1644,
М48Т35,
BQ4830Y
DS1646
DS1647
BG4850Y
DS1670
DS1672
DS1673
DS1677
DS1678
DS1680
DS1682
DS1685,
BQ3285L
DS1687
BQ3287E
DS1688
DS1689
5
5
5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
5
5
5
5
2 5-5
5
5
5
5
5
3,3
2/3/3.3
3/5
5
5
3,3/5
3/5
3/5
3/5
3/5
3/5
STD
STD
STD+hh
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
BIN
BIN
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
BIN
STD
STD
STD
STD
BIN
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
STD
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
BIN
BIN
STD
Y2K
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
BIN
STD
STD
Y2K
STD
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
114
114
128K
256
256
256
256
8K
8K
32K
128K
512K
32
32
2K
8K
32K
128K
512K
32
10-EPROM
114+128
114+128
114
114
A,P,U
A,P,U
A,WD
A,KS,WU,WD,UR
A,KS,WU,WD,UR
A,KS,WU,WD,UR
A,KS,WU,WD,UR
A,WD,UR
A,WD,UR
A,WD,UR
A,WD,UR
A,WD,UR
A,TA,TS
A,TA,CB
А, ТА
NV
NV
NV
NV
NV
A,ADx3,WD,UR
UR,TC
A,ADx3,WD,UR
AADx3,WD,UR
A,CR,ER
A
A,P,U,KS,WU,RC
A,P,U,KS,WU,RC
A,P,U,KS,WU,RC
VC,PC
A,P,U,KS,WU,RC
VC,PC
P-Muxed
P-Muxed
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
3-Wire
3 -Wire
3-Wire
3-Wire
3-Wire
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
3 -Wire
2-Wire
3-Wire
3 -Wire
2-Wire
2-Wire
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
D24,L28
S24
M24
M32,P34
D32,S32
D28,S28
T28
M32
M28
M28
M28,P34
M32,P34
M32.P34
P34
D8,S8
SIP7
C16,D16
S16
D24,S24
S8
M24
M28,P34
M28,P34
M32,P34
M32,P34
S20,T20
S20,T20
T20
D8,S8
Q44
C24,D24
L28,S24
M24
D28,S28
D28,S28
DS1691
DS1693
DS17285
DS17287
DS1742,
М(К}48Тх2
DS1743,
М48Т59
DS1744,
М48Т35,
BQ4830Y
DS1746
DS1747,
BG4850Y
DS17485
DS17487
DS17885
DS17B87
МАХ6900
DS2404
МАХ6901
3/5
3/5
3/5
3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3,3/5
3/5
3/5
3/5
3/5
2-5
3.0-5
2-5 j
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
STD
BIN
STD
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
Y2K
114
114
114+2K
114+2K
2K
8K
32K
128K
512K
114+4K
114+4K
114+8K
114+8K
A,P,U,KS,WU,RC
VC,PC
A,P,U,KS,WU,RC
VC,PC
A,P,U,KS,WU,RC
A,P,U,KS,WU,RC
NV
NV
NV
NV
A,P,U,KS,WU,RC
A,P,U,KS,WU,RC
A,P,U,KS,WU,RC
A,P,U,KS,WU,RC
A,I,C
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
SPI
3 -Wire
3-Wire
M28
M28
D24,S24
T28
M24
M24
M28,P34
M28,P34
M32,P34
M32,P34
D24,S24
T28
M24
D24,S24
T28
M24
S6
D16,S16
S8
В табл. 1 использованы следующие обозначения корпусов (хх — количество вы-
водов) :
• Мхх — модуль DIP, включающий собственно микросхему RTC, кварцевый резо-
натор и встроенную (сменную или постоянную) батарею;
Dxx —
Тхх -
Sxx —
Qxx —
Схх —
Lxx —
Вхх —
натор
DIP-корпус;
TSSOP и TSOP-корпуса;
SOIC-корпуса;
PQFP-корпуса;
CSP-корпуса;
PLCC-корпуса;
BGA модули, включающие собственно микросхему RTC,
и микросхему типа DS3800 для подзарядки батареи;
кварцевый резо-
• Рхх — PowerCap-модули, включающие собственно микросхему RTC, кварцевый
резонатор и микросхему типа Б89034РСХдля подзарядки батареи.
Кроме приведенных в табл. 1 микросхем RTC, существует ряд достаточно специ-
фических изделий, выпускаемых фирмой Epson [4]. Эта фирма выпускает ряд мик-
росхем с 4-битной параллельной шиной, а также довольно много микросхем с по-
следовательными интерфейсами (2-Wire, 3-Wire, I2C) .
Анализ и выбор
микросхем RTC
Из приведенных в табл. 1 типов микросхем RTC можно отобрать всего несколь-
ко, удовлетворяющих приведенным выше критериям.
Мы отобрали только те микросхемы (табл. 2), которые имеют параллельную шину
и модульное исполнение с корпусами MDIP24 и MDIP28. Первые три группы микро-
схем выполнены в модульных корпусах MDIP24 и имеют очень несущественные отли-
чия, касающиеся дополнительных функциональных возможностей. Все они имеют
объем встроенной памяти не менее 114 байт, что вполне достаточно для большин-
ства стандартных применений. Остальные четыре группы микросхем выполнены в
модульных корпусах MDIP28.
Таблица 2
Тип микросхемы
DS12(C)887(A)
M48T86,BQ3287(A)
DS14287, BQ4287
DS16876 BQ3287E
DS12866 BQ4847
DS1691,DS1693
DS1543,DS1643
M(K)48Tx8
DS1553,DS1743
M48T59A
DS1644,DS1744
M48T35,BQ4830Y
Формат
времени
STD
STD
STD
STD+hh
STD
STD
STD
STD
Формат
кален-
даря
STD
STD
Y2K
STD
Y2K
STD
Y2K
STD
HAM
(байт)
114
114
114+128
50
114
8K
8K
32K
Возможности
A, P, U, (RC)
A, P, U
A,P,U, KS, WU,RC
A, WD
A, P, U, KS, WU,
RC, VC ,PC
A, WD, UR
A, WD, UR
Тип шины
P-Muxed
P-Muxed
P-Muxed
P-Bytewide
P-Muxed
P-Bytewide
P-Bytewide
P-Bytewide
Корпус
M24
M24
M24
M28
M28
M28
M28
M28
Из них первые две группы имеют достаточно малый объем памяти (50 и 114
байт) для относительно большого корпуса. Это обстоятельство позволяет нам в
случае плохого совпадения функционального назначения выводов исключить их из
дальнейшего рассмотрения.
На рис. 1 показано функциональное назначение выводов микросхем RTC первой
группы с мультиплексированными шинами адреса и данных.
При этом использованы следующие обозначения:
AD0-AD7 — мультиплексированная шина адреса/данных;
Vcc — напряжение питания;
GND — общий вывод питания;
МОТ — вход выбора типа шины (Intel или Motorola);
Vcco — выход для питания внешней памяти;
PWR/ — выход прерывания включения питания с открытым коллектором;
SQW — выход генератора программируемой частоты;
CEI/ — вход выборки кристалла для внешней памяти;
СЕО/ — выход выборки кристалла для внешней памяти;
RCLR/ — вход стирания внутренней памяти;
IRQ/ — выход прерывания (будильника) с открытым коллектором;
RST/ — вход сброса;
DS — строб данных;
R/W — вход режима чтения/ записи;
ALE — строб адреса;
CS/ — вход выборки кристалла;
Vbaux — вход внешней батареи;
• KS/ — вход сигнала Kickstart;
• RD/ — вход сигнала чтения;
• WR/ — вход сигнала записи;
• NC — неиспользуемый вывод.
PWR/
П.С.
п.с.
п.с.
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
А06
AD7
GND
Vcco
П.С.
П.с.
п.с.
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
GND
МОТ
п.с.
п.с.
п.с.
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
GND
1
2
3
4
5
6
7|
8
9
10
11
12
24
23
22 -
21
20
19
18
17
16
15
14
13
Vcc
SQW
——п.с.
' RCLR/
п.с.
IRQ/
RST/
DS
п.с.
R/W
ALE
cs/
I Vcc
SQW
j CEO/
j CEI/
n.c.
IRQ/
1 RST/
OS
n.c.
R/W
ALE
CS/
I Vcc
SQW
VBAUX
RCLR/
n.c.
IRQ/
KS/
RD/
n.c.
WR/
ALE
cs/
DS12(C)887(A)
DS14287
DS1687
Рис. 1.
Анализ рис. 1 и приведенных данных о функциональном назначении выводов по-
казывает, что микросхемы практически совпадают по основным функциональным вы-
водам, за исключением сигналов управления чтением/записью R/W, RD/, WR/. Это
позволяет при использовании минимальных внешних модификаторов устанавливать
их на одну и ту же панельку
На рис. 2 показано функциональное назначение выводов микросхем RTC второй
группы с разделенными шинами адреса и данных.
Использованы следующие обозначения:
• АО-А14 — входы шины адреса;
• D0-D7 — входы шины данных;
• Vcc — вход питания;
• GND — общий вывод питания;
• СЕ/ — вход разрешения кристалла;
• WE/ — вход разрешения записи;
• ОЕ/ — вход разрешения чтения;
• RST/ — выход сброса с открытым коллектором;
• INTA/, INTB* — внешние входы;
• IRQ/FT — выход прерывания и тестирования частоты с открытым коллектором;
• SQW — выход генератора программируемой частоты;
• СЕ2 — вход 2 разрешения кристалла;
• NC — неиспользуемые выводы.
PWR/
п.с.
П.С.
п.с.
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
GND
Vcco
п.с.
п.с.
П.С
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
GND
МОТ
п.с.
п.с.
п.с.
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
GND
1
2
3
4
5
6
7
в
9
10
11
12
24
23
22-
21
20
19
18
17
16
15
14
13
vcc
sow
— п.с.
"RCLR/
п.с.
IRQ/
RST/
DS
п.с.
R/W
ALE
CS/
Vcc
SOW
CEO/
ев/
п.с.
IRQ/
RST/
DS
п.с.
R/W
ALE
cs/i
| vcc
SQW
Vbaux
RCLR/
n.c.
IRQ/
! KS/
RD/
n.c
WR/
ALE
CS/
DS12(C)887{A)
OS14287
DS16B7
Рис. 2.
Анализ рис. 2 и приведенных данных о функциональном назначении выводов по-
казывает , что микросхемы совпадают по основным функциональным выводам. Это
позволяет устанавливать их на один и тот же сокет (панельку) . Кроме того,
разводка этой панельки позволяет при необходимости устанавливать на нее вме-
сто микросхем RTC многие микросхемы ПЗУ (ROM — Read Only Memory) .
Таким образом, мы отобрали для использования в универсальных технологиче-
ских контроллерах две группы микросхем RTC: первая — с минимальными (основны-
ми) функциями счета времени и календарем и малым объемом встроенной памяти,
которая может быть использована в более простых (в отношении решаемых про-
граммных задач) технологических контроллерах, вторая — с основными функциями
и встроенной энергонезависимой RAM довольно большого объема (8 или 32 К) для
использования в технологических контроллерах со сложным программным обеспече-
нием и необходимостью энергонезависимого хранения больших объемов данных.
Микросхемы RAM
для технологических
контроллеров
Как правило, при разработке универсальных технологических контроллеров из-
вестны их примерные области применения, соответственно, известен примерный
уровень сложности программного обеспечения и объемы обрабатываемых и накапли-
ваемых данных. Если ожидается использование разрабатываемых контроллеров для
обработки и хранения больших объемов данных, естественно возникает необходи-
мость в использовании в них микросхем оперативной памяти. К микросхемам памя-
ти при этом предъявляются требования по соответствию быстродействия, доста-
точности объема, энергопотреблению и минимальности площади на печатной плате.
Кроме того, учитывается то обстоятельство, что адресное пространство контрол-
леров ограничено и часть его отводится для работы периферийных устройств (в
том числе микросхем RTC со встроенной энергонезависимой памятью). С учетом
этого, для большинства задач считается достаточным использование микросхем
оперативной памяти с объемом 32 К, то есть половины адресного пространства.
Микросхемы памяти выпускаются очень многими фирмами. Их параметры и схемы
включения хорошо известны, поэтому приведение их данных в рамках этой статьи
нецелесообразно.
Отметим только, что наиболее полно удовлетворяют требованиям по минимально-
сти площади, занимаемой на печатной плате, микросхемы в узких корпусах. Одной
из таких микросхем RAM является IS61C256A-15N фирмы ISS1 [7]. Она выпускается
в узком корпусе DIP28, является полностью статической. Напряжение питания со-
ставляет 5 В. Она имеет малое динамическое энергопотребление (400 мВт), малые
времена цикла (10, 12, 15, 20 и 25 не), в режиме необращения потребление ми-
нимизируется и составляет при работе совместно с TTL-входами 55 мВт, с CMOS-
входами — 250 мкВт.
Схемы включения
микросхем RTC
Как итог вышесказанного, рассмотрим две подсистемы памяти технологических
микроконтроллеров. На рис. 3 показаны схемные изображения микросхем RTC пер-
вой группы. На рис. 4 изображена схема подсистемы памяти, позволяющая уста-
навливать все эти микросхемы и их аналоги (табл. 2) на одну панельку с реали-
зацией практически всех основных функций.
4
Ь
6
7
8_
9
10
11
14
17
15
131
181
21
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
ALE
DS
R/W
>CS
[rst
>RCL
RTC
©
DS12887
IRQ<!
SOW |
MOT I
23_
1
4
5
6
7_
8
9
10
11
14
17
lb
131
ml
2l I
ADO
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
ALE
DS
R/W
>CS
>RST
>CE0
RTC
®!
DS14887
IRQ<j
SQwl
rvJ
CEO
J9_
23_
1
22
4
b
6
1_
В
9
10
11
14
17
jADO
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
ALE
>RD
—-$WR
131
18
21
>CS
)KS
)RCL
RTC
®
DS1687
IRQcj
SOW j
PWR<!
vB
11.
23_
22
Рис. 3.
POO
PQ1
P02
РОЗ
P04
PQ5
PQ6
P07
ALE
JO
11
14
RD/(P37) 17
WR/(P36)
CS/
RST/
151
13
18
RAM RST/ 21
Рис. 4.
JO
_9
_£
7
_6
_A
4
3
Л
24
11
23
2
26
J_
2/1
АО
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
All
A12
A13
A14
22!
20
RTC
@
*
*
*•
W
О
44/
<0
^
V)
\
QO
01
02
03
04
05
06
Q7
11_
j3_
15_
16_
17
17
19
JO
9
_8
7
6
b
4
JL
J4
21
J3
2
_26
2/1
■—(
d
Д
АО
A1
A2 ;
A3 '
A4 |
!A5 '
A6 ;
A7 i
A8
АЭ
A10
All
A12
CS2
WE
ЮЕ
>CS !
RTC
@
Y
DS17
v.
DS164
00
01
02
03
041
051
06
Q7
JO
9
6
/
Ь
Ь
4
3
25;
24
_21_
23
2
26
ll
АО
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
AtO
A11 ■
A12 i
IHU
)RST
J2/Lp
22LF
-=HJ0E
Д
RTC
@
CO
if)
W
0
if)
^
(0
0
QO
01
Q2
Q3
04
Q5
06
07
1L
12_
]3_
i!L
i6_
17_
18_
19
Jl
9
_8
/
Ь
b
4
Л
26
АО
A1
A2
A3
A4
A5
A6
SOW
llNTB
—nilNTA
27AwF~
Зое
JS
>CS
RTC
@
DS1286
QO
Q1
02
03
04
05
06
07
Рис. 5.
со см
£ £
оооооооо
у- см со
2
<
ОС
61С256
о
§ < 2 5
СО
3 3 5
со
<
о *- см со <d*
см 1 см | см
cot см
см
см'
Q
DC
о
см см
§
С£>
о
S58SSS8S
о
DS1644/DS1744
со
О
§ < 2 2 «
<* S $ $
«О
2
<
О «- СМ СО ч*
-чН со| m <* <* со см со 1-
1 ' см см см см| см'
ОС
9
^ й| 8
ьы
*
й
Й
^1 «о
й
§
ш
СО
см
о *-
со со
см со ъ
со ш со
ш
to
ш
00
а
ш
74НС245
о *~
< <
см
<
кО Ю Ь-
< < <
со Ш
<
СО О) *-
-8
о*-смео^т«эг-
ааооаооо
о
ос
74НС573
см
Q
S а
СМ СО *? U7 Ш
а о о о о
Q
о о
со ел *-| *—
£
3
§
со
ОС
§
С7>
ОС
§
о
ОС
о
<
™
ее
о
<
см
ОС
§
со
ОС
<
•*ч
ш
9
со
о
о *- см со ^ in
£ £ £ £ £ £
I
О т- СМ СО
см см см см
см
о. о. а
ш со
см
а.
£
£ г
Рис. 6.
На рис. 5 показаны схемные изображения микросхем RTC второй группы. На рис.
6 — подсистема памяти, включающая микросхему RAM и панельку для микросхем RTC
с внутренней энергонезависимой RAM. Такая подсистема памяти содержит шинный
формирователь данных D1(74HC245), регистр младшего байта адреса D2(74НС573),
микросхему RTC второй группы D3 и микросхему оперативной памяти D4(61C256).
Функциональные назначения сигналов приведены над линиями сигналов, а перед
ними показаны названия битов портов микроконтроллера АТ89С51/52. Модификаторы
(перемычки) JP1-JP10 предназначены для настройки панельки под конкретную мик-
росхему RTC второй группы или микросхемы постоянного запоминающего устройства
ROM (Flash). Микросхема оперативной памяти D4 (32 К) расположена в младшей
половине адресного пространства микроконтроллера. Выборка кристалла микросхем
D3 (RTC или ROM) должна поступать от системного дешифратора адреса (на схеме
не приведен), который должен располагать либо ее, либо подсистему устройств
ввода/вывода в старшей половине адресного пространства. К выв. 23 панельки
через установленную перемычку JP1 может подаваться либо линия адреса ADR11
(DS1744, DS1644, DS1643, DS1743, DS1543, DS1553), либо при снятой перемычке
JP1 и установленной JP7 с этого вывода может сниматься сигнал с выхода про-
граммируемого генератора меандра SQW (DS1286). Перемычки JP2-JP6 позволяют
отключать соответствующие линии адреса или менять местами линии ADR14 и WR/
при установке на панельку микросхем ROM (Flash), Перемычки JP8, JP9 позволяют
снимать сигналы прерываний при использовании микросхем DS1543, DS1553,
DS1286. Перемычка JP10 необходима для подачи дополнительного сигнала выборки
при использовании микросхем DS1643, DS1743. Таким образом, приведенная схема
позволяет устанавливать на панельку целый ряд микросхем RTC с различными
функциональными возможностями и объемом встроенной энергонезависимой памяти,
что значительно повышает гибкость технологических контроллеров.
Литература:
1. http://www.dalsemi.com, http://www.itis.spb.ru
2 . http://www.thomson.com
3 . http://www.phHips.com
4 . http://www.epson.со.jp
5 . http://www.motorola.com
6 . http://www.benchmarq.com
7 . http://www.issi.com/61c256ah.pdf
Электроника
сг
ВШШШ1
®шшшв
шшшсюеа
sda@g
КОНТРОЛЛЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КЛАВИАТУР
Николайчук О.
Особенности
технологических
клавиатур
Технологические клавиатуры, используемые в системах малой автоматизации и
промышленном оборудовании, являются устройствами ввода информации в различные
микроконтроллерные или микропроцессорные системы (МКС). Как правило, они
обеспечивают выдачу информации в виде параллельного кода для увеличения ско-
рости обмена и снижения аппаратных затрат в МКС, где имеющиеся последователь-
ные интерфейсы резервируются для связи с другим оборудованием (например, с
командно-информационными сетями). В тоже время, некоторые технологические
клавиатуры могут иметь еще один или несколько дополнительных последовательных
интерфейсов (RS-232C, RS-485, SPI) , а также элементы расширенной индикации
(например, интерфейс жидкокристаллического индикатора — LCD). Достаточно час-
то технологические клавиатуры оснащаются звуковой сигнализацией нажатия кла-
виш и переключения режимов.
По сравнению с клавиатурами персональных компьютеров (ПК) , технологические
имеют, как правило, меньшее количество клавиш, причем расположение их вовсе
не обязательно совпадает со стандартным (как у клавиатуры ПК).
Кроме того, технологические клавиатуры обычно имеют специфическое конструк-
тивное исполнение: более прочный (часто герметизированный) металлический кор-
пус, более надежные контактные группы с большим и жестким ходом для исключе-
ния случайных нажатий, нестандартный размер клавиш, защитная пленка над кла-
вишами и т. п.
Простой контроллер
технологической
клавиатуры
Принципиальная схема простого контроллера технологической клавиатуры приве-
дена на рис.1. Она позволяет сканировать клавиатурную матрицу с форматом 8x9
(8x10) клавиш, то есть до 72 (80) клавиш. Клавиатура имеет звуковую индикацию
нажатий, светодиодную индикацию нажатий «PRESS» и регистров «САР» и «RUS»,
схему начальной инициализации микроконтроллера и защиты от зависаний, парал-
лельный интерфейс выдачи кодов с квитированием обмена.
Приведенная принципиальная схема простого контроллера технологической кла-
виатуры содержит следующие элементы: собственно микроконтроллер D2
(АТ89С2051), дешифратор кода опроса D4 (CD4028A, возможна замена на К561ИД1),
мультиплексор Dl (74HC251, возможна замена на К1555КП15), регистр выходных
данных D5 (74НС573, возможна замена на КР580ИР82 или К555ИР22 с соответствую-
щим подключением выводов) и супервизор питания D3 (TL7705).
Принцип работы контроллера достаточно прост. При включении питания суперви-
зор D3 формирует сигнал сброса микроконтроллера RST (положительный импульс).
В результате микроконтроллер D2 проходит этап начальной инициализации, после
чего начинает выставлять на своих выходных линиях Р10—Р13 коды опроса для де-
шифратора D4. Последний преобразует входной код в единичный потенциал на со-
ответствующем выходе, который поступает на клавиатурную матрицу кнопок. Далее
микроконтроллер D2 выставляет соответствующие коды на линиях Р14—Р16 и опра-
шивает свою входную линию Р37. Если на пересечении линии кода опроса, находя-
щейся под единичным потенциалом, и входной линии мультиплексора D1 была нажа-
та кнопка, то она замыкает выходную единичную линию дешифратора D4 на соот-
ветствующую входную линию мультиплексора D1. В результате на выходе мультип-
лексора D1 также появится единичный потенциал, который поступит на вход Р37
микроконтроллера D2. Получив сигнал о нажатии соответствующей кнопки (единич-
ный потенциал на линии Р37), микроконтроллер анализирует состояние переменных
САР и RUS, и в зависимости от их значений выставляет в порт Р0 соответствую-
щий выходной код, записывая его в выходной регистр D5 подачей короткого поло-
жительного импульса на линию Р34. После этого он формирует звуковой сигнал,
подаваемый на излучатель LD1 (ЗП1-3), и световой (в виде серии импульсов на
линии Р31) , подаваемый на светодиод «PRESS». Переменные САР и RUS изменяют
свое состояние после нажатия соответствующих клавиш. Их состояние индицирует-
ся одноименными светодиодами, подключенными к линиям Р30 и РЗЗ. Как и в стан-
дартных клавиатурах переменная, САР соответствует набору маленьких или боль-
ших символов, переменная RUS — набору русских или латинских.
После каждого цикла опроса всех клавиш микроконтроллер выдает соответствую-
щий код на линии Р10—Р13 для формирования на выходе 9 (вывод 05) дешифратора
D4 положительного импульса перезапуска схемы зашиты от зависаний. Импульс
проходит через RC-цепочку (СЗ и R5) и диод VD1, подзаряжая конденсатор С4. В
случае зависания контроллера импульсы на эту цепочку не поступают, в резуль-
тате чего конденсатор С4 разряжается, что приводит к формированию супервизо-
ром D3 сигнала сброса RST и восстановлению работы микроконтроллера.
После записи в регистр D5 кода, соответствующего нажатой клавише, микрокон-
троллер периодически опрашивает линию Р32 занятости BUSY. Когда на этой линии
появляется нулевой потенциал, соответствующий готовности МКС к приему кода,
микроконтроллер выставляет нуль на линии Р35, открывая регистр D5, и через
диод VD2 стробирует входные цепи МКС. Последняя после завершения чтения кода
устанавливает сигнал занятости BUSY (P34) в единичное состояние. Со своей
стороны, клавиатурный контроллер, завершив обмен, продолжает сканирование
клавиатурной матрицы кнопок, ожидая очередного нажатия.
R1HP1-4-910K
JP3HSCRN INP"
INPO
INP1
INP2
INP3
INP4
INP5
INP6
INP7
1
11
13
15
о-Н
S01...SD3
AL307
9+5 В
R2...R4
САР" 270
—йн=>-
PRES^4
—Н-
"RU5'
W
-*Н=-
чч
LD1
ЗР1
Id C1 l
-"- ZQ
12 МГц
15
14
13
12
D4 11
05 10
АО
A1
A2
ioE
D6 9
MX
Ю
О
I
D1
11
P30
P31
P32
P33
P34
P35
P37
XL1
RST
XL2
CPU
in
О
N
О
О)
00
D2
P10
P11
P12
P13
P14
P15
P16
P17
+E
GND
12 DO
13 D1
14 D2
15 D3
16 D4
17 D5
18 06
19 07
DO 10
D1 13
D2 12
D3 11
DO
D1
D2
D3 5
04 6
05 7
06 8
07 9
11
20
10
+5B
00
01
02
03
04
05
06
07
С
<50E
DC
d
s
(0
<
00
О
о
о
D4
RG
CO
h-
Ю
О
X
<t
N
D5
VD2
2D522
.C3
'0,1
VD1
20522
-EH-
4
C4=L
0,22
R5
10k
9+5 В
R6 620K
—cu-
es -L-
0,22
8
Vcc
<>MR
SENS
GND
SV
in
О
-I
D3
RST
REF*
Ct
C7-L
n0,22~
3 Л 90 T
T°1 V
R8
Ik
14
15
Q0
01
02
03
Q4
Q5
06
07
19
18
17
16
15
14
13
12
+5BO-
R7
I 56k
or
C8
220,0 '--
10B I
JP1 "SCRN OUT'
1
11
13
15
17
OUT0
OUT1
OUT 2
0UT3
OUT 4
OUTS
OUT 6
OUT 7
OUT 8
JP3 KEYB4
11
13
15
DAT0
DAT1
DAT 2
DAT3
DAT 4
DAT 5
DAT 6
DAT 7
17
STB
19
BUSY
21
f5B
23
GND
Рис. 1. Принципиальная схема простого контроллера
технологической клавиатуры.
Рабочая программа простого
контроллера клавиатуры
Ниже приводится полный текст рабочей программы для простого технологическо-
го контроллера. Необходимые пояснения даны в комментариях к тексту программы.
/* КЕУВ01.С ver. 1.04*/
/* Keyboard Controller AT89C2051 */
#include AA\include\io51 . h"
#define FALSE 0
#define TRUE 1
#define byte unsigned char
/**** Определения битов ****/
/* Управление светодиодом САР */
#define CAPS РЗ.0
/* Управление светодиодом PRESS
и звукоизлучающей головкой */
#define PRESS РЗ.1
/* Входная линия сигнала
занятости от МКС */
#define BUSY P3.2
/ Управление светодиодом RUS */
#define RUS РЗ.3
/* Строб записи в регистр D5 */
#define С РЗ.4
/* Строб вывода информации в МКС */
#define OE РЗ.5
/* Выходной сигнал мультиплексора */
#define DB РЗ.7
/* Определения переменных */
/* Регистр состояния САР */
byte RC;
/* Регистр состояния RUS */
byte RR;
/* Предыдущий выданный символ */
byte LAST ;
/* Подпрограмма перезапуска цепочки WDT супервизора питания D3 */
void WDI (void) {
Р1=0хА0;
Pl=0xFF;
}
/* Подпрограмма временной задержки */
/* - (10+7*Delay)mkS */
void Time (char Delay) {
while (Delay) {
WDI О ;
Delay=Delay-l;
}
}
/* Подпрограмма временной задержки */
/* ~ 22 mS */
void MS22 (void) {
Time (760) ;
}
/* Подпрограмма временной задержки */
/* ~ 250 mkS */
void MS025 (void) {
Time (70);
}
/* Подпрограмма временной задержки */
/* ~ Step*100mS */
void Delay (char Step) {
byte i, j;
for (i=0; i<Step; i++) {
j=101;
while (j~) /* 100 mS */
Time (160);
}
}
/* Подпрограмма записи кода символа в регистр D5;
звуковой и светодиодной индикации PRESS */
void WriteByte (void) {
byte j=200;
C=l;
MS025() ;
C=0;
while {j—) {
PRESS=0;
MS025() ;
PRESS=1;
MS025() ;
}
}
/* Подпрограмма сканирования матрицы клавиатуры.
Младший полубайт Р1 поступает на дешифратор D4
и управляет строками матрицы.
Старший полубайт Р1 поступает на мультиплексор D1
и снимает информацию со столбцов. */
byte Scan Keys (void) {
WDI() ;
Pl=0x75:
if (DB!=0) {RC=l; CAPS=0;}
Pl=0x76; if (DB!=0) {RC=0; CAPS=l;}
Pl=0x66; if (DB!=0) {RR=l; RUS=0;}
Pl=0x68; if (DB!=0) {RR=0; RUS=l;}
/* Control Keys */
Pl=0x70; if (DB!=0) return 0x12;
Pl=0x60; if (DB!=0) return 0x18;
/* CAP */
/* SMALL */
/* RUS */
/* LAT */
/* ESC */
/* Fl */
Р1=0х50
Р1=0х40
Р1=0х30
Р1=ОхОО
Р1=0х10
Р1=0х20
Р1=0х24
Р1=0х28
Р1=0х72
Р1=0х73
Р1=0х65
Р1=0х56
Р1=0х38
Р1=0х58
Р1=0х48
Р1=0х78
Р1=0х67
WDI() ;
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
if
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
<DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
(DB!=0)
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
0x19
OxlA
OxlB
OxlC
0x17
OxlF
OxlD
OxOD
OxlE
0x01
OxOB
OxOC
0x15
0x16
0x13
0x14
0x20
/*
/*
/* F2 */
/* F3 */
/* F4 */
F5 */
START */
/* BS */
/* I I I I */
/* ENTER */
/* TAB */
/* MOD */
/* DEL */
/* INS */
/* UP */
/* DN */
/* LEFT */
/* RIGHT */
/* SPACE */
/* Numerotic keys */
if{DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) (if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
if(DB!=0) {if
Pl=0x71
Pl=0x61
Pl=0x52
Pl=0x51
Pl=0x42
Pl=0x41
Pl=0x32
Pl=0x31
Pl=0x02
Pl=0x01
Pl=0xl2
Pl=0xll
Pl=0x22
Pl=0x21
/* Alpha
Pl=0x62
Pl=0x63
Pl=0x53
Pl=0x43
Pl=0x44
Pl=0x33
Pl=0x34
Pl=0x03
Pl=0x04
Pl=0xl3
Pl=0xl4
Pl=0x23
WDI () ;
Row 1
if (DB
if (DB
if (DB
if (DB
if (DB
if (DB
if {DB
if (DB
if (DB
if (DB
if (DB
if (DB
*/
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
!=0)
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
(if
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RC
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
0x5C,
0x28,
0x29,
0x2D,
0x2 F,
0x22,
ОхЗА,
0x2 С,
0x2E,
0x2D,
0x3F,
0x25,
0x21,
ОхЗВ,
ОхбА,
0x63,
0x75,
0x6B,
0x65,
0x6E,
0x67,
0x7B,
0x7D,
0x7A,
0x68,
0x5R,
: else
: else
: else
: else
, else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
, else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
: else
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
0x2 A,
0x31,
0x32,
0x33,
0x34,
0x35,
0x36,
0x37,
0x38,
0x39,
0x30,
0x2B,
0x3D,
0x23,
0x51,
0x57,
0x45,
0x52,
0x54,
0x59,
0x55,
0x49,
0x4F,
0x50,
0x5B,
0x5D,
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
\* */
(/1
)/2
-/3
//4
«/5
:/6
,/7
./8
/9
?/0
%/+
!/=
;/#
Q/й
w/ц
Е/У
R/K
T/E
Y/H
u/r
t/Ш
0/Щ
Р/Э
[/X
]/ъ
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
/* Alpha Row 2 */
Pl=0x74; if(DB!=0) {if (RR) return 0x66; else return 0x41;} /* А/Ф */
Pl=0x64; if{DB!=0) {if (RR) return 0x79; else return 0x53;} /* S/Ы */
Pl=0x55; if(DB!=0) {if (RR) return 0x77; else return 0x44;} /* D/B */
Pl=0x45,
Р1=0х35,
Р1=0х05,
Р1=0х06,
Р1=0х15,
Р1=0х16,
Р1=0х25,
Р1=0х26,
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
/* Alpha Row 3
Р1=0х57,
Р1=0х47,
Р1=0х46,
Р1=0х37,
Р1=0х36,
Р1=0х07,
Р1=0х08,
Р1=0х17,
Р1=0х18,
Р1=0х27,
return С
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
: if(DB!
);
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
*/
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
=0)
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
{if
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
RR
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
0x61 ;
0x70;
0x72 ;
0x6F;
0x6C ;
0x64 ;
0x76;
0x7C ;
0x71;
0x7E ;
0x73;
0x6D ;
0x69;
0x74;
0x78;
0x62 ;
0x60 ;
0x40;
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
else
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
return
0x46,
0x47,
0x48,
0x4A,
0x4B,
0x4C,
0x26,
0x27,
0x5A,
0x58,
0x43,
0x56,
0x42,
Ox4E,
0x4D,
ОхЗЕ,
ОхЗС,
0x40,
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
} /*
F/A
G/П
H/P
J/O
К/Л
L/Д
&/Ж
'/Э
z/я
Х/Ч
c/c
V/M
В/И
N/T
M/b
>/B
</ю
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
l/Nr */
}
/* Основная функция программы */
void main (void) {
byte i, j, ch;
C=0;
i=10;
/* Мигание PRESS и звук при инициализации микроконтроллера */
while (i) {
WriteByte ();
MS22() ;
i=i-l;
}
RC=0 ;
/* Начальное состояние */
CAPS=1; /* SMALL */
RR=1;
RUS=0; /* RUS */
/* Главный рабочий цикл */
while (1) {
/* Сканировать матрицу */
ch = Scan Keys ();
/* Если было нажатие клавиши */
if(ch!=0) {
/* Записать символ в регистр D5 */
Pl=ch;
WriteByte ();
/* Проверять готовность МКС до 256 раз,
если МКС готов — код символа передать
иначе проигнорировать */
for(j=0;j<256;j++) {
if(BUSY==0) {
ОЕ=0 ;
MS22() ;
0Е=1 ;
break;
}
wdi О;
}
/* Если повтор кода задержать время выдачи */
if (LAST==ch)
Time (120);
else
Delay (3);
LAST=ch;
}
}
} /* Конец программы */
Приведенная программа достаточно проста. Она легко модифицируется под любую
матрицу клавиатуры, поэтому в данной статье клавиатурная матрица не приводит-
ся. Для этого достаточно расположить клавиши в клавиатуре требуемым образом,
соединить их выходными линиями дешифратора D4 (т. е. строками) так, чтобы на
каждой выходной линии было не более восьми клавиш. Затем клавиши различных
строк объединить в группы не более чем по восемь. Каждую группу соединить с
отдельным входом мультиплексора D1. Зная номер строки и столбца, легко полу-
чить код клавиши и модифицировать функцию ScanKeys приведенной выше програм-
мы. Если девяти строк, используемых в приведенных схеме и программе, не хва-
тает для организации требуемой клавиатурной матрицы, можно использовать вывод
десятого кода (05) дешифратора D4 для организации еще одной строки. Если и
это не поможет, необходимо дешифратор D4 (4 в 10) заменить на дешифратор 4 в
16.
Сложный контроллер
технологической
клавиатуры
В некоторых случаях в системах малой автоматизации требуется применение бо-
лее сложных контроллеров технологических клавиатур. В них помимо функций,
реализованных в приведенной выше схеме простого контроллера, добавляются один
или несколько последовательных интерфейсов, а также «интеллектуальный» (со
встроенным контроллером) символьный жидкокристаллический индикатор. Естест-
венно, у такого контроллера и более сложная программа, которая, кроме выпол-
нения функции сканирования, осуществляет накопление введенных символов во
внутреннем ОЗУ микроконтроллера, их индикацию в виде одной или нескольких
строк, развитое редактирование с помощью функциональных клавиш и передачу по-
сле нажатия определенных клавиш на параллельный или последовательный интер-
фейс. На рис. 2 приведен один из вариантов принципиальной схемы подобного
сложного контроллера.
со
о
OJ СЧ1 I ТГ Ю| 00
+
9 -
1—Н
1—Т—Т—Т—Т—Т—Т—Т—Т—Т—Т—Т—Т—Т
О N М (Р 00 О CSi ^ ОЭ СО О
■| <£>\ СО! *~ I *Н "• I *~Т 'Н °° I ^ I °^| ^ I CN| | ^ I
ОООООООООООООО
О
о
НИ
*— со] m I р- j оэ
О
Ш О
0Q О
О 2
^д
Рис. 2. Расширенный вариант контроллера технологической клавиатуры.
Схема содержит собственно микроконтроллер Dl (AT89C51/52), супервизор пита-
ния D2 (TL7705), выходной регистр данных D3 (74НС573), интерфейс RS-232C D4
(МАХ202/232). Порт РО микроконтроллера используется как порт данных для запи-
си в выходной регистр, выходы которого и сигналы управления обменом выведены
на штырьковый разъем JP4, в жидкокристаллический индикатор, подключенный к
JP5, а также на строки клавиатурной матрицы (разъем JP3) . Выходы столбцов
матрицы поступают на порт Р1 микроконтроллера. Принцип сканирования клавиа-
турной матрицы в данном случае аналогичен вышеописанному. В параллельный ин-
терфейс введен дополнительный сигнал ACKNLG, который сообщает МКС, что в бу-
фере обмена клавиатуры есть данные.
Приведенные принципиальные схемы и программа к одной из них являются хоро-
шей основой для самостоятельной разработки самых разнообразных контроллеров
для технологических клавиатур.
ФИЗИКА ДЛЯ САМЫХ МАЛЕНЬКИХ
Александр Никонов
ГЛАВА 4.
ДРУГОЙ СВЕТ
А вот теперь можно слегка задуматься и задаться таким вопросом... Когда мы
говорили о звуковых колебаниях, мы узнали, что не все колебания атмосферы че-
ловек в состоянии услышать - есть инфразвуки и ультразвуки, которые ухо «не
берет». Может, и со световыми колебаниями то же самое?
Да!
Со световыми колебаниями ситуация такая же - есть ультрасвет и инфрасвет,
которые глаз не берет. Только называются они чуть по-другому - ультрафиолето-
вым и инфракрасным излучением. Солнце эти лучи исправно испускает, но мы их
не видим.
Те колебания, частота которых превышает частоту фиолетового цвета, называ-
ются ультрафиолетовыми. А те, частота которых меньше частоты красного света,
называются инфракрасными. Можно и по-другому сказать:
коротковолновое излучение - это ультрафиолет, а длинноволновое - инфракрас-
ное.
То есть радуга на небе на самом деле имеет не семь цветов, а больше, просто
другие цвета мы не видим.
Кстати, не все земные существа такие убогие, как люди. Пчелы, например, ви-
дят ультрафиолет, а змеи инфракрасное излучение.
/WWWWWWVWWVXAA/K
Ультрафиолетовое
излучение
Инфракрасное
излучение
600 650 700
Длина волны,нм
Невидимый свет расположен по краям от видимого.
Потемнение кожи, которое мы называем загаром, вызывается ультрафиолетовым
излучением. В небольших дозах оно весьма полезно, поскольку именно под воз-
действием ультрафиолета наша кожа вырабатывает витамин D. А в вот больших до-
зах ультрафиолет опасен - он не только вызывает солнечные ожоги, но и может
привести к смертельным заболеваниям кожи, повредить зрение. Поэтому особенно
загаром увлекаться не стоит, а летом лучше носить темные очки, чтобы не было
ожога сетчатки - того экранчика в глазу, на который проецируется изображение.
Как видите, ультрафиолет биологически очень активен. С помощью ультрафиоле-
товых ламп убивают вредные микробы, обеззараживая воду в бассейнах и воздух в
помещениях больниц.
По счастью, от избыточного ультрафиолета легко защититься, его практически
не пропускает обычное оконное стекло.
Поэтому для производства ультрафиолетовых ламп приходится делать специаль-
ное стекло - кварцевое.
Теперь скажем пару теплых слов об инфракрасном излучении. Про теплые слова
я сказал не зря, ведь инфракрасное излучение иногда еще называют тепловым. Мы
глазами его не видим, но если оно достаточно интенсивное, мы можем почувство-
вать его кожей как тепло.
И что это значит?
А то, друзья мои, что мы с вами теперь знаем все способы передачи тепла от
одного тела к другому! Ну-ка, вспоминайте, первую часть публикации. Мы там
говорили, что температура и тепло - это просто мера скорости молекул. И я
рассказывал, как передается тепло: более энергичные, то есть более быстрые -
«горячие» - молекулы нагретого тела барабанят по более медленным - «холодным»
- молекулам другого тела, тормошат их, расталкивают, отдавая им свою энергию.
И постепенно, постепенно скорости молекул в горячем и холодном телах уравни-
ваются. Тогда мы говорим:
- О! Отлично! Температура сравнялась! Холодное нагрелось, горячее остыло.
Этот способ теплопередачи называется теплопроводностью.
Могучие умы выделяют в отдельную категорию такую разновидность теплопереда-
чи, как перемешивание или, по научному говоря, конвекцию. Конвекция - это ко-
гда большие массивы «горячих» молекул перемешиваются механическим путем с
большими массивами «холодных». Лучший пример тут - батарея отопления. Она
стоит под окном и нагревает воздух вокруг себя. А поскольку теплый воздух
легче холодного, он поднимается вверх без всякого воздушного шара, и на его
место к батарее снизу, от пола подсасывается холодный воздух. Который тоже
нагревается о батарею и улетает вверх. Таким образом вкруговую идет постоян-
ное перемешивание воздуха в комнате. Конвекция ускоряет процесс теплообмена в
больших объемах.
Конвекция — это очень просто. Обычное перемешивание
И вот теперь мы узнали еще один способ передачи тепла - лучами, то есть
волнами инфракрасного спектра. Попадая на какое-то тело, инфракрасные лучи
его нагревают, то есть раскачивают молекулы, придавая им скоростенки.
Рефлекторный обогреватель.
Не каждый современный ребенок видел такую штуку, как на фото выше. Сейчас
больше в моде другие обогреватели. А раньше такие вот рефлекторы пользовались
большой популярностью. В чем суть этого великого изобретения? На керамический
патрон наматывается металлическая спиралька из специального сплава. Через нее
пропускают ток, и спираль нагревается докрасна и нагревает керамический ко-
нус. При этом спираль и керамика немного излучают в видимом диапазоне (крас-
ный свет) и очень сильно в невидимом — инфракрасном. Круглый металлический
рефлектор фокусирует эти лучи, направляя их сплошным потоком вперед. И чело-
век чувствует тепло или даже жар, если на него направить отражатель. Шикарно,
дети мои, шикарно!
Теперь, ознакомившись с качественными характеристиками, нам осталось только
дать численные значения ультра- и инфрасвета. Кстати, слово «инфрасвет» нико-
гда нигде и никем не употребляется, это я уж так, хулиганю. Всегда говорят
почему-то длинно - «инфракрасное излучение». А вот волны с другой стороны
спектра почему-то имеют свое сокращение - «ультрафиолет». Загадки языка.
Итак, ультрафиолетовый свет находится на частотной шкале «правее» фиолето-
вого и простирается от 790 до 30000 ТГц. А инфракрасный, соответственно, ле-
вее и его значения лежат в значениях от 1 до 400 тетрагерц.
Раздумчивый читатель, который смотрит на два хода вперед, может в этом мес-
те начать ожесточенно чесать затылок, организуя таким образом повышенный при-
ток крови к мозгу для усиления умственной деятельности, ибо в голове его уже
зреют два вопроса:
- А еще левее инфракрасного и правее ультрафиолетового бывают волны?
- И волнами чего является свет? Ну, в смысле что колеблется? Морские волны
- это колебания воды. Звуковые - воздуха. А тут? Ответит нам, наконец, автор
или нет?
Отвечаю по порядку.
Да. И левее, и правее инфра- и ультрасветовых колебаний тоже существуют
волны. А почему бы им не быть? Направо от ультрафиолета частоты растут, а
длины волн, соответственно, падают. А влево от инфракрасного частоты падают,
а длины волн растут.
И что же находится правее ультрафиолета с частотой выше ультрафиолета?
А там, милые мои, находятся уже знакомые нам рентгеновские лучи. Оказывает-
ся , они - то же самое, что свет, только частоты другие. Вредные для здоровья
рентгеновские лучи имеют частоты от 30000 ТГц до 600000 ТГц. Те рентгеновские
лучи, что подлиннее (меньше частота), называют мягким рентгеном. А высокочас-
тотные рентгеновские лучи - жестким.
Далее, еще правее располагается также известное нам гамма-излучение. Оно не
просто вредное, оно убийственное.
Теперь посмотрим в другую сторону. Какие волны лежат левее инфракрасных? А
это хорошо нам знакомые радиоволны! Они условно делятся на:
• сверхдлинные (от 0 до 3 килогерц, длина этих волн - тысячи километров)
• длинные (с частотой от 3 до 30 килогерц и километровой длиной)
• средние (от 300 КГц до 3 мегагерц, гектометровые)
• короткие (от 3 МГц до 30 МГц, декаметровые)
• метровые (30 МГц - 300 Мгц)
• дециметровые (300 МГц - 3 ГГц)
• сантиметровы или СВЧ (3 ГГц - 30 ГГц)
• миллиметровые или микроволны (30 ГГц - 300 ГГц)
Практически все эти волны человечеством так или иначе используются.
На сверхдлинных волнах были полуэкспериментальные попытки сделать дальнюю
связь с подводными лодками, поскольку длинные волны хорошо проходят сквозь
воду.
На длинных, средних и коротких волнах осуществляется обычная радиосвязь.
Метровые и дециметровые - это передача изображения в телевидении.
Сантиметровыми волнами разогревают пищу в печках-СВЧ.
Миллиметровые волны пытаются использовать в медицине для лечения.
Как видите, природа всех этих колебаний, начиная с самого длинного и «лени-
вого» радиодиапазона с тысячекилометровыми волнами и заканчивая самым корот-
ким и жестким проникающим излучением, одинакова.
Часть этих колебаний мы можем воспринимать непосредственно своими органами
чувств - я имею в виду тот короткий кусочек шкалы, который мы называем види-
мым светом. И теперь остается только ответить на вопрос, что же это за коле-
бания, то есть что же именно колеблется, раз свет - это волна.
Тут я рекомендую вам вспомнить, с какого момента мы начали этот длинный
разговор о волнах. Не листайте, я напомню ход событий.
Мы сначала узнали, из чего собирается вещество. Оно собирается всего из
трех частиц - электрон, протон и нейтрон. Две из них электрически заряжен-
ные. Мы полюбили таблицу Менделеева, где сгруппированы все возможные атомы,
сделанные из трех указанных элементарных частиц. Мы узнали на примере воды и
соли, как собираются из атомов молекулы. (Подробности этой сборки изучает
наука химия.)
Затем выяснилось, что, помимо вещества, в мире существует еще и некое неви-
димое и неосязаемое поле. Оно неразрывно связано с веществом! Электрическое
поле связано с электрически заряженными частицами. Магнитное поле магнита по-
рождается движением электрически заряженных частиц. А вообще-то разделять их
бессмысленно, поскольку магнитные и электрические проявления поля - это как
орел и решка у монеты. Ну не бывает же отдельно орла и решки, это просто две
стороны одной денежки. Точно так же не бывает и отдельного магнитного и элек-
трического поля. Это две стороны единого электромагнитного поля. Просто ино-
гда нам видится только одна из его сторон. Но стоит сделать шаг в сторону...
Шаг в сторону - это движение. А движение сразу приводит к «мерцанию сторон»
поля: движущееся магнитное порождает электрическое, движущееся электрическое
порождает магнитное. И пошел разбег кругов.
Затем мы подвесили на ниточке магнит, а потом заряд и качнули их, заставив
двигаться, колебаться и распространять по своему полю волны.
Длина
Низкочастотные радиоволны инфракрасное Рентгеновское Гамма
колебания излучение излучение излучение
Полная шкала электромагнитных колебаний.
Догадались? Те самые волны, которые в частотном диапазоне простираются от
нуля до бесконечности, - радиоволны, свет, ультрафиолет, рентген, гамма - это
просто электромагнитные волны. То есть колебания электромагнитного поля. Оно
пронизывает всю вселенную. Просто где-то поле «гуще», а где-то истончается до
нуля.
Выше нарисована шкала этих волн, которую поэтически можно назвать «таблицей
Менделеева для электромагнитных колебаний».
ЧАСТЬ III. СУМАСШЕДШАЯ ФИЗИКА
Все настолько прекрасно, что и желать больше нечего! Не так ли?
Мы знаем, как устроено вещество, с конструкторской точностью. То есть можем
просто сделать игрушечный конструктор из трех деталек (протон, нейтрон, элек-
трон) и собрать из него все атомы таблицы Менделеева - химические элементы. А
из этих элементарных веществ далее собрать уже любую молекулу сложного веще-
ства.
Мы также знаем, что в мире, кроме вещества, существует еще и поле. Точнее,
поля. Невидимые, но реальные. Гравитационное, например, поле, которое обеспе-
чивает нам стабильное присутствие на нашей планете, а нашей планете - враще-
ние вокруг Солнца, что не только полезно, но и крайне приятно. А то бы мы все
умерли.
Кроме гравитационного, есть еще электромагнитное поле, которое распростра-
няют вокруг себя заряженные частицы (электрон да протон). Оно обеспечивает
нам всю химию, потому что атомы собираются в молекулы, а молекулы тяготеют
друг к другу (дабы предметы не разваливались), только и исключительно с помо-
щью электромагнетизма. Других причин нет.
И еще в мире есть волны. А почему бы им не быть? Если что-то колеблется,
оно толкает вокруг себя среду, в которой находится, распространяя по ней уп-
ругие колебания. Можно вызвать акустические колебания, то есть звуковые, если
колебать, например, струну. А можно вызвать колебания электромагнитного поля,
если колебать зарядики. Частота этих колебаний имеет диапазон широчайший, и
мы почти всеми частотами можем пользоваться. Даже опасное рентгеновское излу-
чение дозировано используем в медицинских целях - чтобы свои туловища просве-
чивать и искать разные болезни, проглоченные гайки и переломы.
Ну, казалось бы, чего еще надо? Живи да радуйся! Все так хорошо в мире ста-
ло , так понятно... Подобные благодушные настроения царили у физиков сто лет
назад. Правда, тогда еще не был открыт нейтрон, но свет в электрических лам-
пах уже горел без всякого нейтрона, телефон работал, автомобили бегали, под-
водные лодки плавали, рентгеном людей просвечивали, а химики колдовали над
своими колбами и получали приличные результаты. Умеем, когда захотим!
Тем неожиданнее случилась катастрофа...
ГЛАВА 1. КАКОЙ УДАР
СО СТОРОНЫ КЛАССИКА!
Мир рухнул. Привычный мир физиков обрушился буквально в одночасье. Вот
только что в физическом раю пели соловьи благолепия, пухли, как на дрожжах,
жирные розы удовлетворенности, распространяя окрест благоуханные ароматы дос-
тижений . И вдруг бац - какая неприятность! Привычный рай трещит и развалива-
ется на части, а из разломов начинают торчать невидимые ранее проблемы.
Я ничуть не шучу, мои маленькие друзья и товарищи покрупнее. Какие могут
быть шутки о катастрофе мировоззрения!
Весь девятнадцатый век физика развивалась такими бурными темпами и добилась
таких успехов, что гордость физиков за свою вотчину была вполне обоснованной.
Удалось создать стройную непротиворечивую картину мира, в основе которой ле-
жала ньютоновская механика. Скорости, траектории, законы движения массивных
тел... Все это можно было определить, просчитать и, зная все координаты, мас-
сы и скорости тел, предсказать, где они окажутся в любой момент времени в бу-
дущем.
Иными словами, мир представлялся фатальным. Что такое фатализм? Всеобщая
предопределенность - чему суждено случиться, того не миновать, как ни пытай-
ся . От судьбы не уйдешь. Написано тебе на роду утонуть, значит утонешь...
Именно такую «окаменевшую» и неизменяемую картину мира давала ньютоновская
механика, в которой конечные координаты и другие параметры любого тела, любой
частицы жестко детерминировались (предопределялись) начальными условиями дви-
жения. Понятно, что на практике данных обо всех частицах вселенной у нас нет,
но в теории мир был именно таким - железно заданным формулами физических за-
кономерностей .
Правда, о философской подоплеке своих механистических воззрений физики за-
думывались не особо, им просто нравилась та цельная картина мира, которая вы-
рисовывалась к концу XIX века. Как движутся планеты, понятно. Законы распро-
странения волн известны. Оптика позволяет делать очки и телескопы. Уравнения
Максвелла, описывающие электромагнитное поле, уже написаны. Электротехника
развивается бурными темпами. Плохо ли?
И когда о ту пору юный абитуриент пришел к своему профессору - физику Фи-
липпу Жолли и сказал ему, что мечтает связать свою жизнь с физикой, тот томно
отмахнулся:
- Ах, молодой человек! Физика, как наука, в общем и целом завершена, за ис-
ключением нескольких несущественных мелочей. Стоит ли вам портить себе жизнь?
Займитесь лучше юриспруденцией или музыкой.
Этого юного абитуриента, который действительно отлично играл на фортепиано
и даже был автором одной оперетты, звали Макс Планк. Это имя сегодня известно
всем, кто учился в школе или хоть что-то слышал о физике.
Макс Планк - человек, который, уцепившись за те самые «несущественные мело-
чи», о которых говорил благодушный Жолли, взломал здание старой физики - и
сам испугался содеянного.
Макс Планк - человек, основавший здание новой физики - квантовой.
Макс Планк, придумавший кванты, - человек, который сам в кванты не верил.
Именем Макса Планка названа одна из самых фундаментальных констант совре-
менной физики, описывающая базис нашего мира - «постоянная Планка». А на мо-
гиле Макса Планка вместо дат его жизни и смерти выбиты совсем другие цифры -
значение постоянной Планка.
Планк прожил долгую нелегкую жизнь, пересекшую две мировые войны. Он пере-
жил обоих своих сыновей, один из которых погиб в Первую мировую, а второй был
в начале 1945 года повешен нацистами за участие в покушении на Гитлера. Дом
Планка вместе с огромной библиотекой сгорел от попадания бомбы и почти 90-
летний старик, в чем был, вместе с женой пешком отправился в никуда.
Знал ли тот юный мальчик Макс, стоявший перед маститым профессором Жолли -
уважаемым ученым, который родился в эпоху Наполеоновских войн, сотрясавших
Европу, - что ему самому, Максу Планку, придется пережить две огромные войны,
потерять детей и перевернуть физику? Не знал, конечно. И знать не мог в прин-
ципе, ибо тот переворот в физике, коему Планк дал начало, убедительно показал
человечеству: мир нефатален, вы можете изменить будущее! Мир принципиально
непредсказуем. Он квантовый. И случайность вшита в самую основу бытия.
Так что же сделал Макс Планк такого, во что и сам не поверил?
Одной из тех неразрешимых «мелких проблемок», которые стояли перед физиками
конца девятнадцатого века и о которой говорил умудренный профессор Жолли мо-
лодому Планку, была проблема излучения так называемого черного тела. Черное
тело - это придуманный физиками теоретический конструкт, вымышленный объект,
который все излучения поглощает и ничего не отражает. При этом черное тело
постепенно нагревается и потому переизлучает тепло уже в собственном диапазо-
не.
Дивиться тому, что физики взяли да и выдумали что-то, в реальном мире не
существующее, не стоит. Дело в том, что физика всегда оперирует некими иде-
альными моделями. Как и любая другая наука. Наука ведь не гонится за истиной,
как вы, быть может, ошибочно предполагаете. Наука просто строит интеллекту-
альные модели. И проверяет их на соответствие реальности - работает или нет,
можно с ее помощью делать предсказания или нельзя. Можно - хорошая теория,
берем на вооружение. Нет - ошибочная.
Все научные теории без исключения имеют ограниченную область применения и
строятся для решения практических задач. А так как человеческие хотелки все
растут и растут, людям хочется получить больше и больше, область решаемых за-
дач вскоре начинает превышать возможности теории. И она перестает работать в
новых условиях. Приходится строить более общую теорию, в которую старая тео-
рия входит частным случаем. Или же просто отказываться от старой теории, пол-
ностью меняя научную парадигму. Вы, я надеюсь, знаете, что такое парадигма?
Парадигма - это система устоявшихся взглядов.
Так вот, в стройном здании физики позапрошлого века была одна теоретическая
неясность. Исследуя излучения разных нагретых тел, физики заметили, что по-
строенные ими красивые теории не стыкуются с отвратительной реальностью. Из
теории получалось, что нагретое абсолютно черное тело должно излучать беско-
нечно большую энергию, что абсурдно. Теория давала сбой.
Пытаясь привести такую хорошую теорию к такой неприятной практике, букваль-
но за волосы таща формулы к реальности. Планк сделал гениальное допущение.
Оно выглядело очень искусственным, но зато сразу позволило решить проблему на
бумаге. Макс Планк предположил, что энергия излучения, которое отдает нагре-
тое тело, испускается не сплошным потоком, а порциями, которые Планк назвал
квантами.
Предположение, конечно, глупое. Ну, что значит «излучается порциями»? Вот у
нас есть бак, заполненный водой. Мы открыли кран, и она потекла - сплошным
потоком. А почему излучение от нагретого тела должно «течь» не сплошным пото-
ком, а каким-то пунктиром? Это же волны! Они бегут сплошняком! Что еще за
порции такие дурацкие?
Однако введение этих порций в формулы дало хороший результат и позволило,
что называется, подогнать решение к ответу, известному из практических наблю-
дений .
Работая над моделью излучения черного тела, Планк часто прогуливался по
улице с сыном, не переставая думать обо всем этом. И однажды признался маль-
чику:
- Или то, что я делаю, абсолютная бессмыслица, или самое большое открытие в
физике со времен Ньютона!
Планк, который стоял на позициях классической физики, очень расстраивался
из-за того, что ему пришлось выдумать эти вот «рваные волны», которые излуча-
ются непонятными порциями. Он рассчитывал, что кто-нибудь вскоре придумает
что-то получше и исправит ситуацию, избавив мир от его дурацких квантов.
Увы! Кванты никак не хотели из теорий убираться, без них никак не получа-
лось .
Неужели энергия тоже квантована, как и вещество? Поясню... Вещество, как мы
уже знаем, делимо. Мельчайшей его частичкой является атом. Может, и энергия
тоже состоит из «атомов энергии»? Стоп! А при чем тут энергия, спросите вы,
ведь речь у нас об излучении? Дело в том, что энергией в физике часто называ-
ют не только такую абстрактную вещь, как энергия кинетическая или энергия по-
тенциальная , но и вполне конкретное электромагнитное излучение. Оно считается
энергией в чистом виде, так сказать... В общем, Планку формулы подогнать к
реальности удалось, но по смыслу получилась какая-то ерунда, какие-то «куски
волн», «куски излучения», похожие на частицы.
Пока классическая физика осмысливала получившуюся ерундень, по ней нанесли
еще один удар. На сей раз постарался Эйнштейн.
Эйнштейн - не только икона современной физики, но и самый известный физик
среди простого народа. Не потому, что народ понимает его теории, а потому что
Эйнштейн, волосатый и озорной, - любил фотографироваться, высунув язык.
Что же натворил Эйнштейн?
Не скрою, набедокурил он изрядно. Рассказываю.
В конце XIX века физиками был открыт так называемый фотоэффект. Очень инте-
ресное явление! Оно заключается в следующем: при освещении металлической пла-
стины светом световые лучи выбивают из этой пластины электроны. Схемка экспе-
римента дана ниже.
Неожиданностью в этом опыте было то, что энергия выбиваемых светом электро-
нов совершенно не зависела от интенсивности светового потока! Слабенький он
был или мощный - это влияло только на количество выбитых электронов. А вот их
энергия зависела, как ни странно, от частоты света. И для любого материала
катода всегда существовала такая низкая частота излучения, что фотоэффект
прекращался. Это назвали «красной границей фотоэффекта», потому что чем ниже
частота света, тем он ближе к красному.
Явление фотоэффекта. Берется стеклянная лампа хитрой формы и из
нее откачивается воздух. С разных сторон в стекло впаяны два
электрода — катод и анод. На них подается напряжение от батареи.
Однако никакого тока в сети нет, потому что цепь не замкнута. Но
если начать облучать светом катод (-), световые волны станут вы-
бивать из металла электрончики. Освободившись из металлического
плена, они под действием притяжения со стороны положительно за-
ряженного анода (+) летят к нему, образуя электрический ток и
замыкая электрическую цепь.
Еще любопытно, что никакой медленной «накачки» электронов энергией не было,
электроны начинали вылетать из металла сразу после включения лампы, словно им
не нужно было «раскачиваться», набирая энергию для вылета.
Вообще-то, волновая теория света предсказывала совершенно другой результат
- электроны должны сначала какое-то время накапливать энергию, причем их
энергия должна была зависеть от интенсивности излучения (sipкий источник света
или тусклый), а не от его частоты, то есть цвета лучей. Это что же получает-
ся? Теория плохая? Но в других случаях она прекрасно работает. А тут чего-то
спотыкается. Мы уже знаем: так бывает. Любая функция имеет область определе-
ния, а любая теория имеет границы своего применения. Ученые как раз вышли на
эту границу. И значит, пришла пора расширять теорию!
Это и сделал Эйнштейн. Он внес в ситуацию точно такое же предположение, ка-
кое внес Планк: излучение происходит «порциями». Ну, то есть излучение - это
не какая-то сплошная волна, как думали раньше, а короткие «кусочки», больше
похожие вообще-то на частицы. Порция - это ведь часть, и само слово «частица»
произошло от слова «часть».
Впоследствии эти «кусочки света» назвали фотонами.
У фотонов нет никакой массы. Они не могут находиться в состоянии покоя. Они
электронейтральны, то есть не имеют заряда. Фотон - это квант, то есть части-
ца электромагнитного излучения. Порция живой энергии.
Один фотон попадает в один электрон и целиком передает ему свою энергию,
всю порцию, после чего электрон, получивший эту энергию, пулей вылетает из
кристаллической решетки металла, как подорванный.
Интенсивность (яркость) света - это количество фотонов. Много фотонов - sip-
кий свет, мало - тусклый. Поэтому интенсивность света и влияет на число выби-
тых электронов, а не на их энергию, ведь один фотон выбивает только один
электрон: больше яркость света - больше выбитых электронов. Энергия же выби-
тых электронов (то есть скорость их вылета из металла) зависит от энергии фо-
тона, а та зависит от частоты фотона. Высокочастотные - высокоэнергичные. По-
этому если частота (то есть энергия) фотонов становится слишком маленькой для
выбивания электронов из металла, фотоэффект просто пропадает. Вот такое объ-
яснение «красной границе фотоэффекта» дал Эйнштейн.
Вроде логично. Но при этом какой-то бред вообще, вы не находите?
Ну, в самом деле, как волна может состоять из частиц, фотонов этих? Ведь
волна - это, строго говоря, процесс. А частица - это, друзья мои, объект. Вот
молекула, например, объект. Если мы собираем множество молекул в огромный
массив, мы получаем среду. И по этой среде могут распространяться колебания,
то есть синхронизированные движения объектов среды (молекул). Групповой танец
молекул - это колебание. Как колебание может состоять из «частиц колебания»?
Как процесс может быть объектом?
Велосипед - это объект. Езда на велосипеде - процесс.
Буханка хлеба - объект. Нарезание хлеба - процесс.
Антилопа - это объект, хоть и живой. Бег антилопы - процесс.
Вода - это объект, хоть и жидкий. Волны на воде - процесс.
Это же принципиально разные вещи!
Нос - это не сморкание. Потому что нос - объект, а сморкание - процесс, ко-
торый с объектом происходит.
Мозг - это объект. Мышление - процесс, который в мозгу творится.
Как частица может быть волной?
Со времен Ньютона, который утверждал, будто свет - это поток корпускул,
прошло много времени, за которое наука блистательно доказала не корпускуляр-
ную, а именно волновую природу света. Все свойства волн были у света обнару-
жены - дифракция, интерференция, преломление. Свет - это волны, а не части-
цы! . .
И вдруг приходят Эйнштейн с Планком и говорят: да нет, вообще-то это части-
цы, кванты, только так и можно объяснить целый ряд физических явлений, вклю-
чая фотоэффект. Электроны поглощают частицы света целиком, порционно. Был бы
свет сплошными волнами, вся картина фотоэффекта выглядела бы совершенно ина-
че. А она выглядит так, как если бы электроны не раскачивались постепенно не-
прерывными колебаниями, а бомбардировались потоком частиц.
Погоревали немного физики да и махнули рукой: эх, ладно, пусть будет околе-
сица! Согласимся, что иногда свет обладает свойствами волны - когда он сво-
бодно летит себе и никого не трогает. А иногда свойствами частиц - когда бом-
бардирует вещество. Пусть у нас будут теперь две взаимоисключающие теории,
объясняющие свет, и пусть они счастливо дополняют друг друга, решили физики.
Поженили две несовместимые теории и радуются.
Но тут пришел один француз по имени Луи де Бройль, тоже физик, и сказал:
- У меня идея! Если свет, который мы всегда считали волной, теперь обладает
свойствами частиц, то быть может, и электроны, которые мы всегда считали час-
тицами , тоже обладают свойствами волн, ну, то есть, могут интерферировать -
складываться друг с другом?
Тоже идея дикая, если задуматься. Электроны - это точно малюсенькие шарики!
Давным-давно известна их масса, известен размер - эти характеристики электро-
на в любом физическом справочнике написаны. Ну, какие волны? Какая интерфе-
ренция? ! Это же горох! Разве может одна горошина сложиться с другой? Бред!
Ничего, ничего, - успокоил научное сообщество де Бройль. - Давайте про-
верим. Проверили...
Помните, как физик Юнг пропускал свет через две параллельные щелки, после
прохождения которых световая волна начинала складываться друг с другом, давая
на экране полосатую картину? Там, где волны света складывались, были яркие
полосы, а там, где они вычитались - темные.
Тот же самый эксперимент, проведенный с электронами, показал: интерференция
есть! «Горох» складывается друг с другом! И ладно бы только это! Но ведь вы-
яснилось , что один электрон пролетает через две щели одновременно - так же,
как и одинокий фотон может пролететь через две щели одновременно! Одна горо-
шина провалиться через две щели в полу не может. Один автомобиль проехать в
два параллельных туннеля не может. Один поезд по двух колеям одновременно
ехать не может. А один электрон да через две щели - запросто!
То есть он пролетает через две щели и потом сам с собой интерферирует, то
есть складывается волновым образом.
Удивительно. Некоторые свойства электрона, например, спин, о котором мы уже
говорили, объясняются вращением электрончика вокруг собственной оси, он кру-
тится как юла или планетка. И это вполне представимо. Но как вокруг своей оси
может кружиться волна? Это уже ни в какие ворота воображения не лезет!
И не только электрон. В дальнейших опытах была показана интерференция, то
есть волновые свойства, протонов, нейтронов. А затем и таких огромных по
сравнению с элементарными частицами образований, как атомы и даже целые моле-
кулы! Вещество имеет волновую природу!
Это что же получается? Все наши привычные картины насмарку? Выходит, элек-
трон, как и свет, в свободном полете проявляет свойства волны, а при соударе-
нии с препятствием ведет себя, как классическая частица?
Но тогда и модель атома нужно менять! Мы больше не можем представлять себе
электрончики как планеты, летающие вокруг атомного ядра по своим орбитам. По-
тому что у волн нет никаких орбит, волны как бы размазаны в пространстве. По-
лучается, что электроны просто размазаны вокруг атомов и представляют собой
нечто вроде электронных облаков.
1
Интерференция пучка электронов в двухщелевом эксперименте . Черно-
белая фотокартинка изображена справа. Если бы электроны были, как
шарики, картина была бы принципиально иной — на экране мы бы видели
только две засвеченные полосы — напротив щелей. А их вон сколько!
Электроны вне атомов ведут себя аналогично - не имеют траекторий полета.
Хотя с точки зрения классической физики девятнадцатого века должны были бы их
иметь. Что такое траектория полета, каждый грамотный пенсионер и юный мальчик
представляют прекрасно. Это линия движения. Пуля, которая вылетает из ствола,
описывает определенную траекторию. Законы баллистики давно известны, зная
скорость и массу пули, всегда можно вычислить, где и в какой момент после вы-
лета окажется пуля, и какую скорость она будет иметь. Здесь ничего сложного
нет.
А вот если стрельнули электроном, то ничего точно предсказать нельзя. Элек-
трон в полете размазан. Волна! Она везде. И поэтому пролетает одновременно в
две дырки. После чего интерферирует сама с собой. А затем врезается в экран
уже в виде объекта - крохотного материального шарика, имеющего конкретный
размер и точку удара. Все это огромное по сравнению с размерами классического
электрона летящее электронное облачко в одно мгновение вдруг схлопывается,
стягивается в точку и превращается в привычную нам частицу. Это называется
коллапсом или охлопыванием волновой функции.
Сложно себе это представить, ей-богу. Потому физики старой школы долго пре-
бывали в растерянности. И сами виновники торжества, типа Планка и Эйнштейна,
долго не хотели соглашаться с тем, чему сами послужили причиной.
Так в начале XX века начала рушиться вся привычная наглядная картина миро-
здания, на которой раньше стояла физика. Наука вторглась в область микромира
и попала в область непредставимого. То есть не имеющего наглядных моделей.
Ведь что для нас наглядность? То, что нам привычно. А привычно нам то, с чем
мы сталкивается каждый день в нашем макромире. И поскольку свойства микромира
кардинально отличаются от свойств макромира, в нашем большом мире мы не можем
найти нужных аналогов и примеров, которые бы наглядно описывали то, что про-
исходит там.
Это умозрительный эксперимент. Из-за мизерной длины волны
осуществить физически, но в качестве «врак детям» сойдет.
электрона его нельзя
Очередное огромное полешко в костер этой мировоззренческой катастрофы под-
бросил великий физик Гейзенберг - тот самый, который делал Гитлеру атомную
бомбу, да так и не доделал. Гейзенберг совершил открытие принципиальной важ-
ности, которое поставило на старом добром наивном мире XIX века - мире лоша-
дей и паровозов, Шерлока Холмса и Жюля Верна - черный жирный крест.
Гейзенберг открыл свой знаменитый принцип Гейзенберга, который раз и навсе-
гда покончил с иллюзией фатальности, с представлением о мире, в котором все
можно предсказать, если познать его хорошенечко. Мир оказался принципиально
непознаваемым до конца и лишенным так называемой скрытой реальности.
В чем же этот принцип Гейзенберга, действующий в микромире, заключается? О
чем он говорит? И что такое скрытая реальность?
Принцип Гейзенберга иначе называют принципом неопределенности. Суть принци-
па следует из его названия и заключается в том, что в микромире всегда при-
сутствует неопределенность. То есть мы не можем одновременно точно определить
и координату микрочастицы, и ее скорость. Чем точнее мы определяем скорость,
тем менее точно определяется координата. И наоборот. При самом точном опреде-
лении скорости неопределенность в определении координаты частицы стремится к
бесконечности. Иными словами, ничего мы уже сказать о ее местоположении не
можем.
Принцип неопределенности имеет свое формульное выражение, но приводить эту
формулу, хоть она и довольно проста, я не буду, чтобы не отпугивать читате-
лей , поскольку каждая формула сокращает количество читателей вдвое. А мне бы
этого не хотелось! Скажу лишь, что в формуле Гейзенберга присутствует в каче-
стве константы, то есть неизменного коэффициента, постоянная Планка - одна из
основных характеристик микромира. Это и есть константа неопределенности.
Ну, а что такое «скрытая реальность»?
Если мы отдернем рукой познания тяжкий бархатный полог этого мира, закры-
вающий его изнанку, мы увидим божественный механизм, наподобие часового, ко-
торый приводит мир в движение. Этакие приводные колесики вселенной, как в му-
зыкальный шкатулке... Таковы были ньютоновские представления о мире - если мы
чего-то не знаем, то это происходит только потому, полагала наука XIX века,
что мы просто еще чего-то не успели изучить. А вот изучим и узнаем!
Физика XX века поставила на этих наивных представлениях крест, заявив: мы
кое-что не знаем о мире не потому, что еще не отдернули рукой познания полог
неизведанного, а потому что мир сам о себе этого не знает. Этой информации,
которую мы ищем, просто не существует в природе! Принцип неопределенности -
такой же закон природы, как и все прочие, ранее нами открытые. И он говорит:
не существует никакого четкого, словно в часах, механизма пока еще скрытой от
нас реальности. Определив скорость частицы, мы полностью теряем способность
найти ее местоположение вовсе не потому, что нами еще не познана какая-то
скрытая пока реальность. Нет! Как раз все познано! И это неприятное познание
состоит в том, что мир в самой своей основе не имеет той определенности, к
которой мы так привыкли. И до тех пор, пока мы не начали измерять параметры
частицы, их, этих параметров, просто не существует! Они возникают в момент
измерения. Именно потому заранее мы о них ничего сказать и не можем. Можно
сказать, что мы творим мир измерением.
Мы не может точно вычислить характеристики частицы или предугадать место,
куда она попадает. Но зато мы точно можем узнать вероятность попадания! На-
пример, с вероятностью в 90 % частица окажется тут, а не там.
Что это значит?
Это значит, что из огромного числа частиц 90 % хлопнутся сюда, а не туда. А
вот что касаемо поведения отдельной частицы, то где именно она окажется, дос-
товерно сказать нельзя. Скорее всего тут. Но может и там.
Глава 2. Напрыгали,
как черти из табакерки!
В прошлой главе мы одну хорошую вещь с вами повторили и проговорили - в ми-
ре существуют вещество и поле. Если два куска вещества сталкиваются непосред-
ственно - как, например, лоб бегущего мальчика с дверным косяком, они со сту-
ком взаимодействуют. Здесь взаимодействие передается касанием. Но бывает и
дистанционная передача, похожая на колдовство - на расстоянии воздействие пе-
редается с помощью поля, которое простирается в пространстве вокруг, напри-
мер, магнита, притягивающего разложенные скрепочки. Или вокруг Земли, если
речь идет не об электромагнитном поле, а о гравитационном.
Гравитационное взаимодействие, то есть взаимодействие масс, отвечает за
всемирное тяготение, а электромагнитные силы, то есть взаимодействие между
притягивающимися и отталкивающимися зарядами, отвечают у нас за всю химию и
за само существование тел, которые не разваливаются на атомы, а вполне себе
целехонькие находятся в положенных местах.
Кроме того, в предыдущих частях книги вы узнали, что бывают еще два вида
взаимодействия - сильное и слабое. Сильное весьма мощное, но короткодействую-
щее и отвечает за удерживание нуклонов в ядре атома (оно противодействует
электростатическому отталкиванию положительно заряженных протонов). А слабое
- это распадное взаимодействие, отвечающее за распад частиц и развал атомных
ядер. Помните - распад одинокого нейтрона...
Возникает вопрос: если гравитационное взаимодействие передается полем и
электромагнитное передается тоже полем, то, может быть, слабое и сильное так-
же имеют полевую природу?
Да, имеют. Но об этом чуть позже. Сейчас же вернемся к тому простому и не-
затейливому случаю, с которого начали эту главу и который не должен, казалось
бы, вызывать никаких вопросов - например, с приятным стуком сталкиваются и
разлетаются два бильярдных шара или голова мальчика и дверной косяк. Как пе-
редается взаимодействие между твердыми электронейтральными и немагнитными те-
лами в момент их соприкосновения?
Что при этом происходит на уровне атомов?
Вопрос непростой! Мы ведь уже знаем, что атомы практически пусты внутри, в
них чуть-чуть «реального» вещества, да и то почти целиком сосредоточенного в
ядре, а от плотного ядра до крайних электронных оболочек - огромное по атом-
ным меркам расстояние. Сами же электронные облака, оболочки или орбитали, как
их еще называют, почти ничего не весят, электроны-то легонькие и крохотные!
Во взрослом человеке массой примерно 70 кг электроны весят всего 20 граммов,
а весь остальной вес приходится на ядра атомов.
99, 9999 % объема атома - это пустота, не занятая никаким веществом. Ядро в
атоме занимает одну стотриллионную часть объема атома. А электроны атома за-
нимают еще меньший объем, чем ядро.
Атом практически пуст!
И вот мы берем воображаемый очень сильный микроскоп и начинаем смотреть в
него с целью выяснить, что же происходит, когда сближаются два бильярдных ша-
ра . Шары на первый, то есть невооруженный взгляд, гладкие. Но мы видим при
большом увеличении, как они вот-вот коснутся друг друга довольно шероховатыми
поверхностями, напоминающими горы на планете. Прибавляем увеличение вообра-
жаемого микроскопа и начинаем различать уже отдельные молекулы, затем атомы.
Вот атомы двух шаров приближаются друг к другу. Точнее приближаются их элек-
тронные шубы. Но электронные шубы - практическая пустота. Электрончики мало
того, что крохотные и болтаются на очень удаленных от ядра орбитах, так они
еще одновременно и волны, то есть «существа» весьма эфемерные. По сути, ато-
мам нечем соприкасаться!
Почему же атомы не проходят друг сквозь друга?
г \
*
^ш
У / X
*
ч у
т *
\
\
\
\
\
\
I
I
I
I
/
/
/
V.
/
ч
л:
\. У
Отчего же они не проходят друг сквозь друга, как на этом рисунке?
А оттого, что одноименно заряженные частицы (например, электроны) отталки-
ваются. Дистанционно. Полем. И это значит, что никакого соприкосновения твер-
дых тел на самом деле не существует! Ничто там не соприкасается, потому что
соприкасаться практически нечему - пустота одна с эфемерным трепетанием элек-
тронных облаков! Фактически внешние электроны атомов двух стукающихся друг о
друга бильярдных шаров взаимодействуют друг с другом дистанционно, на рас-
стоянии , через поле! Правда, это расстояние очень маленькое, но все равно мы
наблюдаем типичное дальнодействие.
Именно так и происходят все соударения всех твердых тел - через электроста-
тическое отталкивание электронных оболочек их внешних атомов.
А как поля двух сближающихся электронов «общаются» друг с другом, как они
друг друга чувствуют? И что такое вообще - поле? Из чего оно сделано?
На этот вопрос физики вам не ответят. На этот вопрос знают ответ только фи-
лософы . Они говорят так: поле - это особый вид материи. И многозначительно
замолкают.
Зато на первый вопрос - как полевое взаимодействие передается - физики от-
вет имеют. Передатчиком электромагнитного взаимодействия являются кванты
электромагнитного поля - те самые фотоны, о которых мы уже знаем. То есть:
два сближающихся внешних электрона разных атомов обмениваются «приветственны-
ми телеграммами» - квантами - и таким образом «узнают» друг о друге: ага! на
подлете другой электрон, нужно отталкиваться!
Точно так же происходит обмен электромагнитными квантами между электронами
и протонами в одном атоме: они шлют друг другу постоянные опознавательные со-
общения: привет! рядом противоположный заряд, надо притягиваться!
- Так может, поле состоит из квантов? - озарит кого-то внезапная мысль.
Мысль хорошая. Но неправильная.
Как океан не состоит из волн, так и поле не состоит из квантов. Кванты поля
- это лишь возмущения, волнение физического поля. Но даже не это самое инте-
ресное .
Удивительнее другое - те самые обменные кванты не простые, а виртуальные,
то есть как бы несуществующие. Что это значит? А это значит, что их нельзя
перехватить или засечь никаким приборным методом. То есть даже убедиться в их
существовании невозможно.
Неплохо завернуто? Такова современная физика, привыкайте.
Слова «виртуальная реальность» известны нынче всем из-за массового распро-
странения компьютеров и компьютерных игр. Виртуальная - значит несуществую-
щая, придуманная, сказочная, игровая. Но если для компьютерных миров это оп-
ределение вполне понятно, то в устах строгой науки физики выглядит странно. И
это еще очень мягко сказано! С каких это пор физика оперирует сказочными, вы-
думанными категориями? А вот с тех самых пор, когда Планк и Эйнштейн себе на
голову придумали кванты и потом весьма страдали через это интеллектуально.
Родив новый раздел физики - квантовую механику, они сами были ею очень недо-
вольны, уж больно непривычная какая-то физика начинала вырисовываться на го-
ризонте ! Недаром Эйнштейн называл квантовую механику «магией» и даже «не-
физикой».
Но великий Эйнштейн ошибался! Кванты прочно укоренились в физике вместе с
квантовой механикой, и современные физики теперь не только отказались от
прежних наивных представлений о физической реальности (об отказе физиков от
реальности можно прочитать ниже в специальном разделе), но и вовсю оперируют
виртуальными квантами, само существование которых доказать нельзя, потому что
их принципиально невозможно поймать. Это своего рода «шифрограммы», которыми
обмениваются заряженные частицы.
Настоящие, реальные кванты, частицы или фотоны отличаются от виртуальных
тем, что реальные фотоны - это обычный свет, обычное электромагнитное излуче-
ние. Его можно «поймать» на фотопластинку или глазом, отразить зеркалом, уло-
вить антенной. А вот виртуальные фотоны - никак. Едва возникнув, они обязаны
тут же поглотиться, не успев как следует проявиться в этот мир.
Почему?
Потому что в нашем мире, друзья мои, ничто не возникает из ниоткуда и нику-
да не пропадает, ибо действуют строгие законы сохранения. Подумайте сами -
электроны все время пуляют вокруг себя этими фотонами. А ведь каждый фотон -
это «порция энергии» в чистом, рафинированном виде. При таком «расходе патро-
нов» электрон вскоре вовсе потерял бы всю энергию своего существования! А он
ничего не теряет, а спокойно живет.
Да, бывают случаи, когда электрон излучает реальный, настоящий фотон. Но
для излучения фотона электрон должен быть возбужденным, то есть ранее уже по-
глотившим фотон света. Принцип прост: сначала электрон поглотил фотон, возбу-
дился, то есть стал энергичнее ровно на эту порцию энергии, а потом выплюнул
ее обратно в виде фотона. Именно так и происходит отражение света от предме-
тов . Чуть позже мы об этом еще поговорим подробнее.
Но обычный спокойный, «домашний» электрон в атоме, кружащийся в мягких та-
почках по своей уютной орбитали вокруг ядра, просто не имеет лишней энергии,
чтобы бездарно тратить ее, выстреливая из себя фотон за фотоном, информируя
всех о своем присутствии!
Поэтому физикам пришлось придумывать, то есть дополнять свою теорию некими
виртуальными фотонами. Которые все-таки как бы излучаются электроном, как бы
нарушая закон сохранения энергии. Но само это нарушение, само появление или
«полупоявление» этих виртуальных фотонов в нашем мире возможно лишь потому,
что существует принцип неопределенности, допускающий на короткое время нару-
шение законов сохранения - но на такое короткое время, чтобы засечь это нару-
шение было никак нельзя. Этакая флуктуация, то есть случайное колебание в
рамках допустимой неопределенности.
И если реальные фотоны видят все, кому не лень, то виртуальные «видят»
только обменивающиеся ими частицы. По сути - это призраки. Чистая выдумка фи-
зиков . Теоретический конструкт, рожденный в их головах. Однако эти неуловимые
призраки передают вполне реальное взаимодействие: бац! и бильярдные шары со
стуком разлетелись в разные стороны - просто потому, что электроны, находя-
щиеся на их поверхностях, обменялись виртуальными фотонами. Которых как бы и
не существует. Или их не существует без всяких «как бы»? Ведь что такое «су-
ществует»?
Существует - значит проявляет себя! А виртуальные фотоны принципиально не-
возможно засечь никакими приборами. И проявляют они себя только так - через
взаимодействие между элементарными частицами, из которых состоит весь мир.
Ну и как проверить, есть ли они «на самом деле»? Да никак! В теории они су-
ществуют и объясняют, как происходит взаимодействие. А кроме теорий наука
больше ничем, в общем-то, и не оперирует.
Ладно. С этим примерно разобрались - электромагнитное взаимодействие пере-
дается с помощью фотонов. А остальные виды взаимодействия?
Да так же!
Гравитационное - передается с помощью квантов гравитационного поля - грави-
тонов . Причем если реальные электромагнитные фотоны прекрасно изучены и легко
наблюдаемы, то гравитоны экспериментально еще не обнаружены.
Сильное взаимодействие, которое скрепляет в ядре атома между собой протоны
и нейтроны, передается сильным полем, носителем которого являются кванты это-
го поля - виртуальные пи-мезоны. Нуклоны в ядре буквально окружены шубой из
виртуальных пи-мезонов.
Ну, а носителем слабого взаимодействия являются кванты слабого поля со
странным названием векторные бозоны.
Подробный рассказ об этих и других элементарных частицах - тема для отдель-
ной публикации, однако пару слов об этом сказать стоит.
Мы с вами твердо знаем: самые лучшие элементарные частицы - электрон, про-
тон и нейтрон. Я бы на каждом из них знак качества поставил, настолько они
отличные! Именно из этих кирпичиков сделан весь окружающий нас мир - воздух,
зеркало, папа с мамой, мороженое, деньги, солнце и прочие полезные в быту
предметы. Все остальные частицы по сравнению с этими - сущий мусор.
А какие остальные?
Ну, вот, например, уже знакомое нам нейтрино, про которое мы вскользь упо-
минали ранее, и которое получается при распадных, то есть слабых взаимодейст-
виях. Напомню: при распаде свободного нейтрона, который живет 15 минут, полу-
чаются протон, электрон и то самое нейтрино. Возникнув, оно уже не взаимодей-
ствует с веществом и улетает прочь навсегда со скоростью света, более никому
никогда уже не мешая и практически не вступая ни в какие реакции. Сущий пус-
тяк ! Вселенский вздор. Мировой мусор.
Ну, еще мы с некоторой натяжкой можем включить в список известных нам час-
тиц фотон - «кусочек света», хоть это и безмассовая частица, в том смысле,
что она не имеет массы покоя: фотон нельзя остановить, он может только лететь
со скоростью света, как и нейтрино. Только нейтрино просто пронзает любую ма-
терию, не замечая, и улетает дальше, а когда фотон хлопается о какое-то веще-
ство , он просто перестает существовать. Куда же он девается? Мы ведь твердо
знаем из законов сохранения массы и энергии, что масса и энергия никуда не
пропадают и не возникают из ниоткуда.
Совершенно верно: фотон, будучи порцией чистой энергии, всю ее (себя) пере-
дает тому электрону того атома того вещества, в которое попал. Электрон цели-
ком проглатывает этот квант энергии и становится возбужденным, то есть более
энергичным, перескакивая при этом на более высокую орбиту.
А потом?
А потом возбужденный электрон сбрасывает возбуждение, излучая фотон и «ус-
покаивается», вновь опускаясь на прежнюю низкую орбиту. Именно так происходит
рассеивание голубого света в атмосфере - фотоны беспорядочно скачут от одной
молекулы воздуха к другой. Так происходит отражение света от зеркала. И почти
также происходит переизлучение в другом диапазоне: например, закопченное, то
есть покрытое черной сажей, стекло свет не отражает, а поглощает. То есть
электроны сажи хватают фотон, возбуждаются, но потом, в силу особых свойств
сажи, переизлучают его с другой частотой - в виде квантов инфракрасного, то
бишь теплового излучения. Это значит, что черные тела типа сажи быстро нагре-
ваются на свету. Поэтому на юге, где много солнечного света, лучше иметь бе-
лый автомобиль или серебристый - меньше нагреваться будет и больше отражать.
А вот бак для нагрева воды солнцем надо непременно делать черным - вода в нем
быстрее прогреется.
Впрочем, мы отвлеклись... Итак, еще сто лет назад физики знали всего три
частицы - протон, электрон и нейтрон, причем нейтрон был еще не открыт, а
только предсказан (открыт он был лишь в 30-е годы XX века).
Ну, чего еще желать? Зачем нужны еще какие-то частицы, если из этих трех
складывается все?
Однако, изучая в верхних слоях атмосферы космические лучи, то есть приле-
тающее на Землю из космоса излучение разного рода, ученые обнаружили и другие
частицы. И даже античастицы! Именно так была обнаружены первая античастица -
позитрон.
Почему их назвали античастицами? Потому что свойства античастиц как бы про-
тивоположны свойствам частиц, и при встрече частицы с античастицей происходит
их аннигиляция, то есть взаимоуничтожение - этакий микроскопический взрыв,
при котором обе массы (частицы и античастицы) переходят в чистую энергию, то
есть в кванты электромагнитного излучения - на месте двух солидных частиц с
массой образуется яркая и безмассовая фотонная вспышка.
Позитрон - это антиэлектрон. Он имеет точно такую же массу, точно такой же
размер, что и электрон. У него такой же спин, то есть свойство вращения, как
у электрона, но электрический заряд у позитрона положительный, а не отрица-
тельный. Иными словами, позитрон - точная копия электрона, только с противо-
положным зарядом. И этого хватает для взрывного взаимоуничтожения при встрече
- аннигиляции.
Позже были найдены античастицы и для других частиц. Антипротон, например,
имеет все те же характеристики, что и обычный протон, вот только заряд у него
не положительный, а отрицательный. Однако при встрече антипротона с протоном
происходит все то, что и должно происходить при встрече античастиц - анниги-
ляция.
Вообще говоря, аннигиляция - самый энергичный процесс из известных челове-
честву. Аннигиляционный взрыв в тысячи раз мощнее взрыва водородной бомбы.
Потому что при взрыве атомной или водородной бомбы только часть массы реаги-
рующего вещества переходит в энергию. А тут - вся масса! В том и состоит ос-
новной прикол аннигиляции, что она целиком превращает массу в излучение.
Самая большая водородная бомба, когда-либо взорванная человечеством, имела
мощность в 50 мегатонн в тротиловом эквиваленте, то есть для взрыва такой же
силы потребовалось бы 50 миллионов тонн обычной взрывчатки (тротила) - это
миллион грузовых вагонов по 50 тонн каждый, что превышает мощность всей
взрывчатки, использованной во Второй мировой войне. При этом сама водородная
бомба весила всего 27 тонн, а действующего вещества (дейтерия) в ней было
всего-то несколько тонн, все остальное - вспомогательное оборудование. А вот
если бы могли осуществить взрыв такой мощности при помощи антивещества, по-
требовались бы уже не тонны, а всего 1 кг антивещества и 1 кг вещества.
Вот только взять его негде, это антивещество, его очень мало в нашей Все-
ленной. Ученым на ускорителях удается получать буквально считанное количество
этих античастиц. И однажды, кстати, удалось даже собрать из них атом антиво-
дорода. Что такое водород, мы знаем - это один протон, вокруг которого враща-
ется один электрон, самое простое вещество. А антиводород - это антипротон,
вокруг которого вращается позитрон. У обычного водорода плюсовой заряд в цен-
тре атома, а «минус» болтается вокруг, а у антиводорода все наоборот. Антиве-
щество !
Водород
Протон
Антиводород
е
Антипротон
Позитрон
Водород и антиводород.
Кстати, вас не удивил тот факт, что масса может исчезать, превращаясь в
чистый свет (излучение)? Ведь на самом деле это поразительно, если вдуматься!
Нас с самого детства окружают тела, имеющие массу, мы так привыкли к проявле-
нию массивности, что сама мысль о том, будто масса может попросту исчезать,
кажется дикой. Тем более, что у самих физиков есть закон сохранения массы,
который дети проходят в начальной школе! Это что же, один из главных физиче-
ских законов нарушается, что ли?
Нет, не нарушается. Ведь масса не исчезает бесследно.
Дело в том, что, строго говоря, масса и энергия - это одно и то же. Масса -
это как бы «сгущенная энергия», и правильнее закон сохранения массы и закон
сохранения энергии было бы назвать законом сохранения массы-энергии, потому
что масса никуда бесследно не исчезает, но может переходить в энергию, и на-
оборот (равно как и разные формы энергии могут переходить друг в друга - ме-
ханическая в электрическую, электрическая в тепловую и т. д.)
Эквивалентность массы и энергии показал еще Эйнштейн, написав свою знамени-
тую формулу, связывающую массу с энергией через скорость света. Приводить эту
простенькую формулу, хоть и велик соблазн, я тут не буду, ибо дал себе страш-
ную клятву написать о физике без единой формулы. С другой стороны, кто мне
помешает разместить тут картинку? Таким образом я хитро вывернусь, не нарушив
данного самому себе слова.
Формула Эйнштейна, связывающая массу с энергией, настолько попу-
лярна в народе, что ее часто рисуют даже на футболках и кружках.
Здесь Е — это энергия, m — масса, а с — скорость света в квадрате.
В общем, если верить майкам и кружкам, любую энергию можно выразить в кило-
граммах, а любую массу - в единицах энергии (джоулях) с помощью простого ко-
эффициента «с». Хотя с налету понять сие непросто: в самом деле, ну как такое
может быть, что масса и энергия - одно и то же? Уму непостижимо!
Масса - это мера инертности тела, мера его веса.
Чем массивнее тело, тем труднее его стронуть с места, разогнать или под-
нять . Еще масса имеет гравитационное свойство - она может притягивать к себе
другие гравитирующие массы. А энергия - это нечто эфемерное, теоретическое.
Некое свойство или способность тела совершать работу. Мы это уже разбирали:
поднял гирю в часах - запас ей потенциальную энергию для движения стрелок,
разогнал пулю - придал ей кинетическую энергию, теперь она может пробить дос-
ку. Наконец, энергией в физике называют и просто кванты электромагнитного из-
лучения. Вот именно в эти безмассовые кванты и превращается масса при некото-
рых реакциях.
Тут некоторые добрые люди могут сказать, почесав затылок:
- Ну, тогда получается, что энергия энергии рознь, не надо путать. Кинети-
ческая энергия - это просто формальная абстракция. Скорость тела подставляет-
ся в формулу, и получается на бумажке некое число, которое мы называем энер-
гией. В реальности никакой энергии нет, есть только скорость тела. Да и та -
величина очень относительная, весьма формальная. Если вы едете в электричке,
то ваша скорость относительно земли равна скорости электрички, и у вас тогда
довольно большая кинетическая энергия. А относительно вагона вы вообще не
двигаетесь, а просто сидите на лавке, стало быть, относительно вагона ваша
кинетическая энергия равна нулю! А если учесть, что Земля с огромной скоро-
стью несется вокруг Солнца, то относительно Солнца ваша кинетическая энергия
вообще умопомрачительная! Но это всего лишь циферки на бумаге. А вот что ка-
саемо излучения, то есть квантов электромагнитного поля, которые тоже иногда
называют энергией - это всего лишь одна из форм существования материи - поле-
вая. Просто в микромире вещество может превращаться в поле, а поле в вещест-
во . Так что не надо нам тут говорить, будто реальное вещество превращается в
энергию. Оно просто превращается в другую форму материи. А попробуйте превра-
тить в реальную материю цифры на бумаге!..
Хорошие рассуждения. Глубоко человек копает. Уважаю. Вот только кинетиче-
ская энергия, которая зависит от скорости, очень даже может превращаться в
реальную материю - и полевую, и вещественную, то есть и в излучение, и в мас-
су.
Это все время происходит и в природе, и у физиков в ускорителях. Ускоритель
- это огромная установка, которая с помощью электромагнитных полей разгоняет
потоки заряженных частиц. И сталкивает их друг с другом. Идея ускорителей со-
стояла в том, чтобы посмотреть, как устроены частицы, разбив их ударом друг о
друга, как маленький мальчик разламывает игрушку с целью поглядеть, что у нее
внутри. Однако в результате столкновения элементарные частицы не разваливают-
ся на составные части, ибо не состоят из «деталек», а превращаются в другие
частицы или рождают целые гроздья новых частиц. Откуда же они берутся? А из
энергии! Из той самой, которую придали исходным частицам физики, разогнав их.
Так, например, если хорошенечко разогнать навстречу друг другу два протона,
то при их столкновении сами исходные протоны никуда не деваются, а при ударе
рождается еще целая гроздь разных частиц. Каких? Об этом чуть ниже, а сейчас
обратите внимание на то, что рождаются они как бы из ничего. Но на самом деле
не из ничего, а из «лишней» энергии этих исходных протонов, из чистой скоро-
сти.
Люди хитрые и хорошо знакомые с теорией относительности Эйнштейна, могут
уточнить:
Не из скорости, а из дополнительной массы, которую им придала скорость!
А людям, с теорией относительности не знакомым, нужно кое-что пояснить. Де-
ло в том, что теория Эйнштейна утверждает: при росте скорости любого массив-
ного тела его масса увеличивается. Это факт.
Масса покоящегося тела - минимальна. Фотон, например, так вообще не облада-
ет массой покоя, поэтому и может летать, как ангел, со скоростью света, а ос-
тановиться не может. Но если тело имеет массу, то мы его никогда не сможем
разогнать до скорости света, потому что его масса при приближении к скорости
света будет стремиться к бесконечности.
При тех скоростях, с которыми мы имеем дело в земной реальности, рост массы
совершенно незаметен, но при приближении к скорости света масса начинает рас-
ти очень быстро, стремясь к бесконечности. Поэтому даже легонький электрон
невозможно разогнать до скорости света: для этого не хватит энергии всей все-
ленной, поскольку масса электрона превысит массу всей вселенной.
Небольшой отдельный блок об удивительной теории относительности вы можете
прочитать ниже, а сейчас завершим разговор о массе-энергии и о частицах...
Можно, конечно, сказать, что вещество в виде новых частиц рождается в ускори-
телях из «наросшей» массы сталкивающихся протонов, поскольку их разгоняют до
скоростей, близких к скорости света, и масса частиц вырастает изрядно. Но это
объяснение никак не противоречит сказанному ранее, ведь рост массы происходит
как раз из-за набора скорости, то есть возникает из кинетической энергии ра-
зогнанных тел. Разгоняя частицы, мы накачиваем их энергией. Таким образом,
энергия непосредственно превращается в массу, а эксперимент воочию демонстри-
рует нам эквивалентность массы и энергии. Вот вам и формальная абстракция,
вот вам и и «циферки на бумажке»!..
8m 0
7m fl
6m e
5m c
4m c
3m 0
2m„
m(
О
J I I L
0.5 c
с v
Очень красивый график, который показывает, что при приближении к скорости
света масса тела вырастает в разы. Здесь то — это масса покоящегося элек-
трона или любой другой частицы — хоть килограммовой гири.
Можно пойти в рассуждениях и дальше. Вспомним магнит. Его окружает магнит-
ное поле. Как далеко оно простирается? И может ли оно вообще на каком-то уда-
лении от магнита резко «оборваться»? Нет, теоретически поле уходит в беско-
нечность, «истончаясь» до практического нуля, но никогда этого нуля не дости-
гая . И вокруг электрона его электрическое поле тоже тянется в бесконечность.
Можно сказать, что любой крохотулечка-электрон имеет габариты размером со всю
вселенную. Или что он представляет собой «стоячую волну» с пиком электриче-
ского поля в точке собственного расположения, а полевые края этой остроконеч-
ной «шляпы» уходят в бесконечность.
Еще на рубеже XIX - XX веков появилась теория, гласящая, что вся масса
электрона создается его электромагнитным полем и ничем больше. Ее выдвинул
английский физик Томсон. К единому мнению по данному вопросу физики так и не
пришли, но учитывая, что вещество имеет двойственную, то есть и корпускуляр-
ную, и волновую природу, каждую частицу можно представить, как «полевой сгу-
сток» или «полевой клубок», который может, проаннигилировав и потеряв массу
при встрече с «антиклубком», «распуститься» в линейную нить летящего фотона.
Физические поля, друзья мои, это не кучевые облачка, окружающие заряженные
частицы или предметы. Поля уходят в бесконечность и пронизывают всю вселен-
ную. Мы живем в полях и колебаниях и сами во многом представляем собой поля и
колебания. И даже там, в далеком космосе, в миллиардах и триллионах километ-
ров от любого вещества, где, казалось бы, и нет ничего, все равно что-то
есть.
Что?
Физический вакуум. Обычно под словом «вакуум» понимают пустоту, так ска-
зать, «чистое пространство», в котором нет ни веществ, ни полей. Но еще древ-
ние греки смутно догадывались, что «природа боится пустоты».
- Natura abhorret vacuum! - восклицали римляне вслед за греческим философом
Аристотелем.
И смутные догадки древних философов квантовая физика подтвердила. По совре-
менным представлениям, пустоты действительно нет, а вакуум представляет собой
вырожденную материю на нулевых энергетических уровнях. В этой «пустоте», то
есть в физическом вакууме, все время происходят околонулевые колебания поля и
вещества, поэтому прямо из пустоты на короткие мгновения рождаются и тут же
схлопываются виртуальные пары «частица-античастица». Разрешает им рождаться
принцип неопределенности. А чтобы при этом не нарушался закон сохранения мас-
сы-энергии, частицы, едва проклюнувшись из небытия, тут же снова ныряют об-
ратно в ничто. Иначе получится, что вещество берется из ниоткуда!
Но если пары частица-античастица образуются на такой короткий срок, что их
невозможно засечь никаким прибором, как проверить, происходит ли это? Есть
несколько способов.
Во-первых, в момент появления их можно успеть растащить, приложив мощное
внешнее поле. Чего проще: поставим две параллельные металлические пластины в
вакууме, подадим на них мощный электрический потенциал - на одну «+», на дру-
гую «-». Тогда частицы, возникнув из небытия, не успеют схлопнуться обратно,
а будут ухвачены «за волосы» собственного поля внешним полем и растащены. Но
никакого нарушения законов сохранения при этом уже не произойдет, ведь мы за-
платили деньги, подключили прибор к розетке, потратили энергию, в результате
чего получили из нами же организованного внешнего поля новую массу. Все по
честному.
Во-вторых, существует так называемый эффект Казимира. Снова берем и ставим
в вакууме две параллельные пластины на микронном расстоянии друг от друга. И
замечаем, что они начинают притягиваться друг к другу чуть больше, чем им по-
ложено в соответствии с законом всемирного тяготения. Почему? Из рисунка ниже
и подписи к нему становится ясно, почему.
Эффект Казимира. И между пластинами, и за ними вакуум «кипит»
постоянно возникающими частицами и квантами полей. Но внутри
пластин возможно возникновение ограниченного количества квантов
— только таких, у которых между пластинами укладывалось целое
число волн, а остальные там «не помещаются». А вот вне зазора
возникают кванты любых частот, их там ничто не ограничивает.
Значит, снаружи их вспыхивает больше и снаружи квантовое давле-
ние , соответственно, сильнее.
Наконец, третье доказательство «кипения» вакуума. В физическом вакууме все
время возникают и исчезают виртуальными парами протоны и антипротоны, элек-
троны и позитроны. А они ведь имеют свой заряд! И этот заряд из-за постоянно-
го «кипения вакуума» постоянно присутствует вокруг реальных частиц и с ними
взаимодействует, как бы экранируя реальные частицы от внешнего наблюдателя.
Так вот, эта экранировка физиками была засечена приборно. Таким образом, бу-
дучи не в силах поймать сами виртуальные частицы, они засекли их наличие по
косвенным признакам. Разве плохо?
И теперь современные философы, начитавшись книжек о физике, выделяют три
состояния материи - вещество, поле и вакуум. Я бы даже сказал, что вакуум -
это «овеществленное пространство».
Но самый большой сюрприз преподнес философам английский физик Дирак, по
представлениям которого реальные частицы являются всего лишь устойчивыми воз-
бужденными состояниями вакуума. Какое-то из них мы воспринимаем как электрон,
какое-то как пи-мезон... И когда электрон, например, летит, то это не шарик
летит в пустоте, где ему ничего не мешает, а перемещается волна возбуждения в
первичной ткани нашего мира - вакууме. С этой точки зрения мы все состоим из
пустоты, разным образом организованной.
Вот такие пироги...
Ну, а что касаемо элементарных частиц, с которых мы начали эту главу, то к
настоящему времени физики обнаружили их целые сотни. И честно говоря, ничуть
не обрадовались. Потому как не нужно им было столько! Весь окружающий нас мир
создан всего из трех частиц. Ну, еще нам пригодятся кусочки света - фотоны. А
остальное-то на кой черт напрыгало из закромов природы?
Для чего природе понадобились эти сотни частиц, которые мы засекаем на ус-
корителях?
Просто безумное какое-то количество! С разными свойствами... Например, раз-
ница в массах у частиц может достигать 600 миллиардов! То есть самые тяжелые
в 600 миллиардов раз тяжелее самых легких. К чему такое безумное разнообра-
зие?
Правда, почти все эти новоявленные сотни частиц весьма короткоживущие, они
существуют ничтожные доли секунды, после чего распадаются на более стабильные
и уже знакомые нам частицы. Поэтому лично я, честно говоря, в силу недолго-
вечности этих частиц вообще отказал бы им в громком наименовании «частицы», а
обозвал скорее переходными процессами, то есть самим моментом превращения
сталкивающихся в ускорителе протонов во что-то другое. В природе не бывает
мгновенных процессов, все процессы занимают какое-то время, вот и те треки,
которые опознаются физиками как короткоживущие частицы, я бы назвал «реакция-
ми». Впрочем, физики называют эти короткоживущие штучки отдаленно схожим сло-
вом - «резонансы». И вообще сейчас они заняты тем, что составляют для обнару-
женных сотен частиц классификацию, своего рода «таблицу Менделеева» для эле-
ментарных частиц.
Пожелаем им в этом успехов.
Относительно
относительности
Теория относительности Эйнштейна - наиболее известная широкой публике физи-
ческая теория. Хотя она не самая странная и не самая сложная. Квантовая меха-
ника и посложнее, и постраннее будет. Но именно про теорию относительности в
общих чертах имеют представление почти все от мала до велика. Сейчас это
представление поимеете и вы, вне зависимости от того, малый вы или великий...
По-хорошему про данную теорию нужно писать отдельную книгу - со схемами и
графиками, но нам сейчас придется ограничиться только отдельными выводами из
теории относительности. Они весьма нетривиальны.
Эйнштейн показал, что при приближении к скорости света масса тела растет
(об этом мы уже знаем), линейные размеры тела сокращаются (оно становится ко-
роче) , а время для него замедляется. Что означает последний факт? Он означа-
ет, что все процессы для этого тела текут медленнее - при взгляде со стороны,
разумеется. Так, если на звездолете, передвигающемся с околосветовой скоро-
стью, проходит минута, то на Земле могут пройти годы или даже столетия.
Но это еще не все странности. Эйнштейн трактует гравитацию как искривление
пространства и замедление времени. Иными словами, то, что мы принимаем за тя-
готение, то есть стремление тел притянуться к Земле, есть просто побочный эф-
фект кривого пространства. Наиболее наглядная картинка, которую можно вообра-
зить , чтобы это понять, такова.
Представьте себе ровно натянутую и разлинованную в клеточку резиновую по-
верхность - это пространство без гравитирующих масс. Все линии и углы тут
прямые. Мы имеем модель двумерной поверхности, то есть плоскость - на плоско-
сти есть только ширина и длина, но нет высоты. Невесомый шарик (фотон) будет
катиться по этому прямому плоскому пространству прямолинейно. Такое прямое
пространство называется эвклидовым в честь греческого геометра Эвклида.
Если теперь на эту плоскость положить массивный шар в виде тяжелой планет-
ки, резиновая поверхность прогнется. Нарисованные на поверхности линии и углы
растянутся и искривятся, причем чем ближе к шару, тем больше. И если снова
запустить по этой резине какой-нибудь маленький пробный шарик, прямая траек-
тория его движения неподалеку от тяжелого шара изогнется вслед за изогнутой
поверхностью резины, а если скорость шарика невелика, он может вообще ска-
титься в прогнутую большим шаром ямку. Как бы притянется к нему. Но это «при-
тяжение» лишь есть следствие изогнутости нашего двумерного пространства.
То же самое происходит и с нашим трехмерным пространством, просто его ис-
кривление представить себе не так просто, как искривление двумерной поверхно-
сти, то есть плоскости.
Таким образом, каждая масса в нашем мире, начиная от самых легких частиц до
самых тяжелых звезд и галактик, формирует вокруг себя искривление пространст-
ва, которое перестает быть прямым, эвклидовым.
Искривленное двумерное (плоское) пространство, двигаясь по кото-
рому пробный шарик попадает в яму изогнутого пространства.
Но это еще не все хитрости старика Эйнштейна. По его теории, масса не толь-
ко искривляет вокруг себя пространство, но еще и замедляет вблизи себя время,
и чем больше масса - тем больше.
Соответственно, возле Солнца время течет немного медленнее, чем около Зем-
ли.
Несмотря на все эти совершенно неочевидные вещи, теория Эйнштейна прошла
все возможные экспериментальные проверки, и эффекты искривления пространства
и замедления времени были зафиксированы приборно. Теория была блистательно
доказана!.. Конечно, для тех масс, с которыми мы обычно имеем дело и на кото-
рых живем (Земля), эффект искривления пространства и времени слаб, но при
должном старании ловится. А уж тут физики постарались, уверяю вас! И потому
сегодня теория относительности является одной из главных и самых прекрасных
драгоценностей в сокровищнице физической науки. Периодически взволнованные
физики берут эту теорию дрожащими ручонками и, не отрывая глаз, тихо вздыха-
ют, любуясь ею, будучи не в силах перенести восхищения.
Как физики от
реальности
отказались
Физика отличается от математики тем, что описывает не голые цифровые абст-
ракции, а конкретный мир, хотя и с помощью математики. За математическими
формулами в физике всегда стоит какая-то реальность, и если формулы эту ре-
альность описывают неправильно, значит теория не верна, нужно подобрать дру-
гие формулы. Или даже не подобрать, а вывести, построив у себя в голове некую
наглядную модель того, как происходят физические процессы - течет вода, летит
тело под действием силы тяжести, нагревается тело, преломляется луч. Если вы-
веденная формула соответствует результатам экспериментов, значит, наглядная
модель, возникшая в голове теоретика, соответствует действительности - по
крайне мере до определенных пределов.
Однако все было так только до начала XX века, поскольку ранее физика зани-
малась изучением в основном макромира, а потом перешла к изучению микромира.
И вот в физике микромира наглядность начала пропадать. Представить себе час-
тицу в виде маленького шарика - легко. Представить себе волну - тоже не слож-
но. А вот как представить себе волно-частицу? Как представить, что один элек-
трон прошел одновременно через две щели? Как представить себе виртуальный
квант или возбужденный вакуум?..
В нашем макромире подобных объектов нет. В этом и состоит проблема совре-
менной физики: человек есть животное, приспособленное к жизни в мире твердых
тел, то есть в макромире. То, к чему мы привыкаем с детства, живя в этом мире
твердых тел, мы и считаем наглядным, то есть понятным. Наглядность есть функ-
ция привычки, не более. А проникновение силою ума в микромир лишило физиков
наглядных картинок, оставив в их инструментарии только абстрактное мышление и
чистую математику. У нас нет и не может быть представлений о микромире: наше
тело заточено под выживание в макромире.
Но так больно было расставаться с наглядностью! Так трудно было расставать-
ся с привычным и естественным! Например, для нас совершенно естественно, что
параллельные линии не пересекаются. Однако для нас это естественно только по-
тому, что мы привыкли жить в так называемом эвклидовом пространстве, где ра-
ботает привычная школьная геометрия. Однако физики уже оперируют и другими
геометриями - геометриями искривленных пространств, в которых параллельные
вполне себе пересекаются.
- Физика изучает мир и потому не может обойтись без наглядности, - считали
физики старой школы. - Ведь за формулами всегда стоит какая-то реальность!
Нужно просто придумать такие модели, которые бы реальность адекватно описыва-
ли и давали возможность ее понять не только на уровне формул. Вот мы же может
формулами описать сжатие пружины или полет пули, и можем эти процессы нагляд-
но себе представить. Давайте же найдем такие наглядные модели, которые бы да-
вали наглядное представление о событиях в микромире.
- А это невозможно, - жестко возражало новое, молодое поколение физиков. -
Как можно представить себе «вектор состояния» или «волновую функцию»? Придет-
ся вам теперь обходиться только формулами! Хе-хе.
- Какие же вы все-таки мерзкие! - обижались старички. - Ведь быть такого не
может, чтобы природа сама о себе чего-то не знала. Скорее всего, это мы о ней
чего-то еще не успели узнать, раскрыть каких-то ее секретов, поэтому нам и
кажется, что в природе микромира царят случайность и неопределенность и что
летящий электрон находится одновременно во всех точках пространства. А на са-
мом деле - он где-то в одном месте. Просто нужно дальше изучать мир и по-
стичь , наконец, скрытую пока еще от нас реальность. Потому как то, что полу-
чается из формул, просто противоречит интуиции!
- Да нет никакой скрытой реальности, дедки! - цинично смеялось над физиками
старого поколения поколение молодое. И называло стремление стариков к нагляд-
ности «наивным реализмом». - А что касается интуиции, то она всего лишь поро-
ждение макромира и наших чувств, завязанных на макромир, забудьте про нее.
И вы уже знаете, что среди обиженных дедков были такие зубры, такие столпы
физики, как Планк, де Бройль и Эйнштейн, которые сами стояли у истоков миро-
воззренческой катастрофы. Эти люди растерянно пытались найти хоть какие-то
наглядные модели, чтобы описать корпускулярно-волновой дуализм и прочие чуде-
са микромира. А новое поколение только рукой махало, даже не пытаясь найти
каких-то картинок, довольствуясь только формулами.
Об этом драматичном споре один из физиков новой волны - Макс Борн высказал-
ся так: «Нашу полемику нельзя назвать чисто научной дискуссией. Скорее, она
напоминала религиозные споры времен Реформации. Так что надежд на примирение
мало». И в общем, был прав. Мировоззренческая катастрофа была такой, что кое-
кто из физиков на этой почве даже увлекся древнеиндийской философией, как это
сделал, например, Эрвин Шредингер.
Усугубило катастрофу и то обстоятельство, что физике пришлось отказаться не
только от концепции физической реальности, но и от концепции объективности!
Раньше считалось, что есть объективный мир и есть субъект, то есть человек,
который этот мир изучает. Объективность же мира в том и заключается, что он
от субъекта никак не зависит. Он просто существует, вне зависимости от того,
изучаем мы его или нет, и кто этим занимается - Иванов, Петров или Сидорчук.
Законы природы от нас не зависят, мы их просто познаем...
Но законы микромира оказались столь странными, что в них наблюдение субъек-
та за реальностью очень даже влияло на реальность! Объективная реальность
оказалась зависящей от субъекта!
Вот пример.
Двухщелевой эксперимент с электроном, который пролетает в две щели и рисует
на экране интерференционную картину. Итак, один электрон пролетел в две щели.
«А может, все-таки в одну?» - с надеждой вопрошали физики-классики. Что ж,
можно проверить. Можно неподалеку от одной из щелей поставить регистратор,
который будет засекать, пролетел в эту щель электрон или нет. Если регистра-
тор электрон засечет - значит, он действительно пролетел в эту щель. А если
не засечет - значит в другую!
Ну, и что же вы думаете? Как только ставят регистратор, как только начинают
проводить наблюдение, так электрон и вправду начинает пролетать только в одну
щель - либо в эту, либо в соседнюю. Но при этом интерференционная картинка на
экране исчезает!
Интерференция исчезает, когда электрон «узнает», что мы за ним наблюдаем,
вот в чем проблема. Электрон начинает вести себя, как обычная частица. А ко-
гда не наблюдаем (выключаем прибор регистрации), он снова ведет себя, как
волна, и картинка сложения волн на экране возникает снова.
Как неожиданно...
И одна из главных физических формул микромира, которая описывает так назы-
ваемый «вектор состояния», она ведь описывает математическими значками не
только само состояние изучаемой квантовой системы, но и наши знания о ней.
Они включены в формулу. Ну, разве могли физики старой школы так легко с этим
смириться?
А уж когда физики-теоретики стали изучать вакуум и самые мелкие структуры
бытия, последние остатки наглядности в виде мысленных картинок или рисунков
растворились и остались одни сплошные формулы.
Что поделаешь, миром руководит математика!
ГЛАВА 3. ОТКУДА
БЕРЕТСЯ ВРЕМЯ
Те, кто не поленился и прочитал информационный блок о теории относительно-
сти, наверняка остался впечатлен фокусами со временем. Как это так - время
замедляется при росте скорости?! Что это означает? А это означает, что все
процессы в месте замедления времени идут медленнее.
- Но позвольте! - скажет умный человек в круглых очках. - Если все процессы
идут медленнее, и часы в том числе, то откуда мы знаем, что время замедли-
лось? Мы этого просто не заметим, ведь замедлились все процессы!
Верно. Внутри такой системы, в которой замедлилось время, никто ничего не
заметит. Это будет заметно только снаружи. Ведь все познается в сравнении!
Размеры предметов измеряются методом сравнения их с линейкой, временные про-
межутки - путем сравнения их с промежутками времени, отмеряемыми часами. А
если не с чем сравнивать, то как узнаешь?
Поэтому о замедлении времени в какой-то системе может судить только внешний
наблюдатель, находящийся вне этой системы. Вот он как раз и может сказать:
- Ой! А у вас часы идут медленнее. И стареете вы как-то медленнее, чем я. И
двигаетесь. И думаете. Вы, наверное, тормоз!
В общем, теория относительности показала, что относительны не только масса
и пространство, но и время: масса тела с увеличением скорости растет, линей-
ные размеры тела (то есть само пространство) сокращается, а время замедляет-
ся.
Но что такое время?
Немало философов ломало голову о природе времени. Физики ньютоновской эпохи
полагали: вот есть материя, из которой сделано все; есть пространство как
вместилище всех вещей; и есть время как мера длительности происходящих про-
цессов. Материя - это актеры, сцена - это пространство, а длительность спек-
такля - это время. Причем пространство и время останутся, даже если из мира
убрать материю.
Современная физика полагает иначе: есть только квантовое сущее, которое
проявляет себя в трех ипостасях - как материя, пространство и время. Есть
бескрайний океан вакуума, в котором все происходит, и волнения которого мы
воспринимаем как вещество и поле.
На бытовом уровне с веществом все понятно. Мы и сами вещество и имеем дело
с веществом всю жизнь. С пространством тоже нет непоняток - если далеко, то
лучше лететь на самолете: он быстрее перемещается в этом самом пространстве.
И вообще, если бы не пространство, где бы тогда помещалось вещество? Тут у
нас непонимания нет. Все очень просто.
А вот время...
Оно - что? Как его пощупать? Можно ли его выделить в некую отдельность? По-
чему люди говорят о стреле времени, о том, что оно проходит безвозвратно, и
что прошлого не вернуть?
Я вам на эти вопросы отвечу сразу: никакого «отдельного» от материи времени
нет. Есть только происходящие процессы.
Мы говорим о наличии времени только тогда, когда происходят события. Нет
событий - нет времени.
Столкнулись позитрон с электроном, превратившись в кванты электромагнитного
излучения - это событие. Каркнула ворона - это событие. Умер человек - это
событие. Поскольку в мире все время что-то происходит, мы и говорим о наличии
времени.
Время, как и массу, как и расстояние, мы отсчитываем по калиброванным от-
резкам. Мы договорились: вот такой вот отрезок пространства считать метром,
вот такой вот кусок массы - килограммом, а вот такой отрезок времени - секун-
дой . Эталоны метра и килограмма хранятся в парижской Палате мер и весов. Эта-
лонный метр сделан из твердого и почти не подверженного температурным расши-
рениям платино-иридиевого сплава. Эталон килограмма сделан из того же мате-
риала и представляет собой цилиндр высотой и диаметром в 39 мм.
А вот секунду в Палату мер и весов не положишь. Ее эталон овеществлен в
особо точных атомных часах - чертовски сложном приборе, в котором используют-
ся неизменные природные процессы - электромагнитные колебания возбужденного
атома цезия, например.
Эталонные метры имеют в сечении сложную форму. Это чтобы не гнулись!
Эталонный килограмм накрыт колпаками, чтобы уменьшить все воз-
действия , включая оседающую пыль.
Атомные часы.
В быту для измерения времени нами используются приборы попроще - обычные
механические или электронные часы, которые из-за их примитивности все время
приходится подстраивать под сигналы точного времени. А некоторые электронные
наручные часы уже умеют ловить сигналы точного времени, передающиеся по ра-
дио, и сами подстраиваются.
Мы смотрим на круговое движение стрелок и так определяем время. Раньше люди
измеряли время по течению песка в песочных часах или воды в водяных, по дви-
жению тени в солнечных часах. В общем, всегда люди отмеряют время по какому-
то равномерному движению.
Потому что времени, как отдельной субстанции нет, есть только движение ма-
териальных объектов в пространстве, которое мы и воспринимаем, как время.
- Но если времени нет, почему тогда у времени есть свойства? - спросит тот
же умник в круглых очках. - Такое, например, свойство, как однонаправлен-
ность. В пространстве можно перемещаться во все стороны. А во времени - толь-
ко в будущее.
Верное замечание. Но что мы понимаем под однонаправленностью времени? Что
значит «нельзя переместиться в прошлое»?
А это значит, что нельзя стать моложе, например. Мы все своим чередом идем
от детства через юность и молодость к зрелости и старости. И остановить этот
процесс не можем. Если стакан разбился, мы не можем вернуться в прошлое и пе-
реставить его от края стола подальше. Если у нас кончились деньги или другие
ресурсы, мы не можем вернуться в прошлое, когда они у нас еще были, и пере-
планировать траты.
Почему в пространстве путешествовать можно, а во времени нельзя?
Да потому и нельзя, что пространство есть, а времени нет - не в чем путеше-
ствовать! Мы видим, как перемещаются в пространстве предметы - вот и вся ил-
люзия времени.
Хотите попасть в «прошлое», просто переместите все предметы, все поля, все
частицы в мире в то положение, которое они в прошлом занимали, и задайте им
те скорости, которые они имели тогда - вот и все. Можно это сделать?
Нельзя.
Потому что стакан уже разбился, а мы состарились - и не можем повернуть эти
процессы вспять. Вот в этом и заключается весь фокус: не время необратимо!
Необратимы некоторые физические процессы - вот в чем кажущийся феномен необ-
ратимости времени.
Мы не можем повернуть вспять некоторые формы движения материи.
Мы не может омолодиться. Мы не можем потраченную из батарейки карманного
фонарика энергию вернуть обратно, потому что она уже превратилась в свет и
тепло - и фотоны излучения безвозвратно рассеялись в пространстве. Как их те-
перь собрать по квантам во вселенной и засунуть обратно в батарейку? Да ни-
как! Поэтому время, точнее, большинство процессов движения необратимы.
Причем с точки зрения физики они необратимы принципиально! И отсюда вытека-
ет много следствий - например, невозможность создания вечного двигателя вто-
рого рода, то есть такого двигателя, который бы преобразовывал зряшное тепло
в полезную работу.
Непонятно?
Что ж, придется поговорить про вечные двигатели. Это будет крайне занима-
тельная и весьма поучительная беседа!
Эта идея - сделать вечно крутящееся колесо - занимала человечество сотнями
лет. Еще древние... нет, на сей раз не греки, а индусы мечтали построить та-
кую штуку, чтобы она крутилась вечно и сама по себе. Однако самый пик изобре-
тательства пришелся на европейское Средневековье и эпоху Возрождения. Тогда
как раз вовсю строились мельницы, вот европейские механики и задумались: а
нельзя ли такое приспособление соорудить, чтобы никакой внешний привод - ни
от течения реки, ни от ветра - не был ему нужен. Ведь не везде есть ручьи и
речки, не везде дуют постоянные ветра. Как хорошо было бы - построил, запус-
тил один раз такое колесо, присоединил к нему мельничные жернова для помола
муки, и оно само крутится. «Перпетуум мобиле» - вечное движение на латыни.
Вот один из самых известных проектов вечного двигателя. «Раз
справа шарики расположены дальше от центра колеса, то по закону
рычага они будут сильнее давить вниз, чем шарики слева, находя-
щиеся ближе к оси. И колесо начнет безостановочно крутиться!» —
рассуждал изобретатель. Однако на деле никакого вечного кручения
не будет, поскольку хоть левые шарики и ближе к оси, то есть да-
вят вниз с меньшей силой, зато их там больше.
Наивные были люди! Это мы с вами сегодня умные, это нам с вами понятно, что
халявы в мире не бывает, за все надо платить - в физике сей бытовой принцип
носит название закона сохранения массы-энергии. А сотни лет назад тысячи изо-
бретателей всерьез пытались получить патент на создание вечного двигателя.
Засилье этих идиотских проектов так утомило ученый мир, что Парижская ака-
демия наук еще в конце XVIII века приняла решение не рассматривать больше
проекты вечных двигателей.
Потому что вечный двигатель невозможен! Его существование противоречит за-
кону сохранения энергии. И баста.
Но это изобретателей не остановило. С течением времени они придумывали все
более сложные конструкции, а с наступлением эпохи паровых машин начали проек-
тировать вечные двигатели второго рода. Что это значит? Объясню...
Вечными двигателями первого рода называют механические устройства, которые,
по замыслу изобретателя, должны работать вечно. Типа того колеса, что на ри-
сунке .
Вечные двигатели второго рода - это тепловые машины, которые умеют превра-
щать в полезную работу окружающее нас тепло. Это требует некоторого поясне-
ния. Но сначала давайте вместе немного порассуждаем о вечных двигателях в
принципе.
Допустим, что вечный двигатель возможен. Придумали мы такое колесо или кон-
струкцию, которая может вечно крутиться. В конце концов, природа знает приме-
ры «вечного движения» - Земля крутится вокруг своей оси и вокруг Солнца мил-
лиарды лет и даже не думает останавливаться! Чем не вечный двигатель? Более
того, законы механики гласят, что любое тело, если на него не действуют ника-
кие силы, будет либо покоиться, либо двигаться равномерно и прямолинейно. И
даже не всегда прямолинейно, как мы видим на примере кружащейся вокруг Солнца
Земли. Так чего ж ученые морочат нам голову, будто вечное движение невозмож-
но? Возможно!
Вечное движение, конечно, возможно. Более того, движение из вселенной уст-
ранить никак нельзя, оно от природы присуще материи, которая только и сущест-
вует в движении. И самый простой вечный двигатель - обычное колесо на оси.
Если его раскрутить хорошенько, то есть придать ему энергию, то теоретически
колесо будет крутиться вечно, как и наша планета. Потому что существует закон
сохранения энергии, и коль уж мы энергию к телу приложили, бесследно никуда
она исчезнуть не может - колесо обязано крутиться вечно!
Но мы знаем из опыта, что оно крутиться вечно не будет, а вскоре остановит-
ся. Значит, какие-то силы на колесо все же действуют, а энергия, запасенная
нами, куда-то утекает, как вода из худого ведра.
Что за паразитные силы такие действуют на наше колесо? Да обычные силы тре-
ния! То есть силы сопротивления движению. Колесо трется об ось, постепенно
стачивая ее и нагревая. Потрите сильно-сильно ладони друг о друга, они нагре-
ются и покраснеют. Вот вам типичный пример действия трения - ваша механиче-
ская энергия переходит в дурное тепло. А еще колесо трется о воздух, нагревая
его и гоняя ветер. Поэтому самолеты и автомобили стараются сделать более об-
текаемыми, чтобы на сопротивление воздушным потокам не пришлось тратить лиш-
нее топливо. А движущиеся детали - колеса и шестерни - сажают на специальные
подшипники и смазывают, чтобы уменьшить потери энергии на трение.
Ну, а если бы наше гипотетическое раскрученное колесо вращалось без всякой
оси и в космосе, где нет воздуха? Тогда бы оно вращалось вечно, как вращаются
планеты.
О-кей. Допустим, нам удалось создать идеальный подшипник без трения, помес-
тить колесо в вакуумную камеру и как-то его там раскрутить - тогда у нас по-
лучится вечный двигатель. Но очень глупый! Потому что ведь нам нужно не само
по себе вечное движение, а полезная работа! Что мы будем делать с этим вечным
двигателем? Глазеть на него, моргая?
Как только мы присоединим к этому вечному колесу какую-нибудь ось с жерно-
вом и заставим молоть зерно, то есть будем наше колесо активно тормозить ра-
ботой, так оно тут же и затормозится! И нам снова придется его раскручивать,
преодолевая сопротивление. Не проще ли тогда крутить жернов вручную? На фига
промежуточное колесо-то ?
Работающий механизм не может добывать энергию «из ниоткуда».
Жизнь так сложилась, что если нужна полезная работа, то необходимо где-то
добывать для нее энергию. Или хорошенько покушать и самим крутить, или пусть
ветер крутит мельницу, или пусть река крутит турбину электростанции. А еще
много скрытой энергии содержится в топливе. Если его сжечь, получится куча
тепла, с его помощью можно нагреть воду в котле, превратив ее в пар, а уже
сжатый пар может толкать поршень или крутить какой-нибудь агрегат. Именно это
и происходит на тепловых электростанциях, где перегретый пар крутит ротор
электрогенератора.
Но потом, когда топливо сгорит, все выделенное им тепло, вылетев в трубу,
рассеется в пространстве. И тепло от трения тоже рассеется в пространстве. И
вообще любая-любая работа, которую мы производим, в конечном итоге сводится
только к одному - к безвозвратной потере энергии в виде рассеянного тепла.
Такова природа: все высокоорганизованные виды энергии (механическая, электри-
ческая, кинетическая) в конце концов превращаются в низкоорганизованное бро-
совое тепло.
- А нельзя ли его обратно собрать из окружающей среды? Тогда получится веч-
ный двигатель второго рода! Мы не нарушим закон сохранения энергии, ведь мы
не будем брать энергию из ничего. Мы просто соберем ту энергию, что уже рас-
сеялась , и заново заставим работать! - задумались изобретатели. И начали кон-
струировать разные фантастические проекты. Вся суть которых, в конечном сче-
те, сводилась к сбору рассеянного тепла из окружающей среды с целью его кон-
центрации (нагрева чего-то конкретного) для совершения в последующем полезной
работы.
Однако строгие физики каждый раз указывают таким вот горе-изобретателям:
- Ребята! Принципиально невозможно тепло от более холодного тела передать
более горячему, сделав его еще горячее. Тепло может переходить только от го-
рячего к холодному, а не наоборот!
Почему это так, мы скоро поймем, а пока послушаем дальше физиков:
- Для совершения любой работы нужна разность потенциалов, разность энергий.
Это может быть разность электрических потенциалов в электротехнике. Или раз-
ность потенциальной энергии тел, находящихся на разной высоте - например,
поднятая над уровнем пола гиря в часах с кукушкой имеет больше энергии, чем
та же гиря на полу. Или текущая сверху вода - за счет разницы высот она может
крутить турбину или водяное колесо. А если разницы высот и, соответственно,
течения нет, колесо не будет крутиться. Точно так же и с тепловыми машинами -
там вся полезная энергия добывается из разницы температур между горячим телом
(например, горящим топливом) и холодной окружающей средой.
Если нет разницы потенциалов (электрических, температурных или высотных),
будет полный покой и никакого движения, способного совершить полезную работу.
Нужен поток! Поток энергии (электронов в виде тока, текущей воды, передающе-
гося от горячего тела к холодному тепла). Нет потока - нет работы.
А передача тепла от холодного тела к горячему так же невероятна, как вода,
сама по себе текущая в гору! Поэтому вечный двигатель второго рода и невозмо-
жен. Да, вокруг нас полно паразитного тепла - оно и в воздухе, и в воде, но
попробуй его собери! Попробуй-ка организуй «кучку тепла», из которой потом
можно будет организовать обратный поток в окружающую среду для пользы дела.
Представьте себе большой баллон с газом, разделенный пополам перегородкой.
В левой половинке баллона у нас газ под большим давлением, а в правой поло-
винке - под малым. Температура газа одинакова. Это значит, что скорости моле-
кул в обеих частях одинаковы, просто слева (где высокое давление) молекул
больше и их пробег между соударениями короче.
Разница потенциалов налицо - с одной стороны высокое давление, с другой
низкое! Что теперь произойдет, если мы уберем заслонку между половинками бал-
лона или откроем на ней какой-нибудь вентиль?
Давление выровняется. И в обеих частях баллона будет мельтешить одинаковое
количество молекул.
Пока давление выравнивается, мы можем поставить под дутье турбинку и полу-
чить кручение - полезную работу. А вот когда давление выровняется, турбинка
крутиться перестанет.
Может ли так случиться, что миллиарды и триллионы молекул газа в баллоне
вдруг сами по себе совершенно случайно соберутся в одной части баллона? Да
нет, конечно! Чисто статистически это практически невероятно! Они ведь дви-
жутся хаотически и все в разные стороны!
Выравнивание давления в баллоне.
Теперь представим другую ситуацию. Тот же баллон, только теперь в левой
части газ нагретый, а в правой - холодный. Убираем перегородку, и что проис-
ходит? Энергичные и быстрые («горячие») молекулы из левой части начинают
сталкиваться с «холодными», то есть медленными молекулами из правой части,
подталкивая и подгоняя их. А сами при этом будут свою скорость терять. И в
результате через некоторое время скорости молекул усреднятся.
Может теперь так случиться, что миллиарды и триллионы молекул газа вдруг
как-нибудь сами по себе совершенно случайно разделятся на две группы - очень
быстрых и очень медленных? Да нет, конечно! Это практически невероятно! Они
ведь движутся хаотически и все в разные стороны!
Выравнивание температуры в баллоне.
Вот в этом и заключается феномен однонаправленности времени. Он носит чисто
статистический характер. Просто большинство происходящих в мире процессов
статистически необратимы!
Времени как такового нет. Есть только необратимые с точки зрения теории ве-
роятности процессы. Нет, они не невозможны! Они просто настолько маловероят-
ны, что для их реализации не хватит времени существования всей вселенной.
Это значит, что все в нашем мире ведет к усреднению и деградации. Когда-
нибудь все запасы энергии во вселенной будут потрачены и превращены в рассе-
янное тепло. Все неравномерности и разности потенциалов усреднятся, и в мире
просто ничего не будет происходить. Эта печальная картина получила в науке
название тепловой смерти вселенной.
Глава 4.
Энтропия и
информация
- А вот у нас дома есть кондиционер, - скажет мне особо сметливый читатель,
- и он очень даже запросто передает тепло от холодного тела к нагретому. Он
не дает уравниваться температурам на улице и в доме, делая прохладу в кварти-
ре, тогда как на улице жара. Кондиционер забирает квартирное тепло и выкиды-
вает его на жаркую улицу.
Сметливый читатель мог припомнить и более обыденную вещь - холодильник. Тот
тоже работает против усреднения, искусственно создавая разницу температур в
комнате и внутри себя. Но на создание этой разницы температурных потенциалов
мы тратим энергию из сети.
Конечно, можно локально препятствовать природе в ее стремлении к усреднению
и тепловой смерти, но для этого нужно затрачивать энергию. То есть где-то ее
брать, прикладывать к нужному месту и в этом месте творить созидательную ра-
боту по противодействию слепым омертвляющим силам природы. По противодействию
энтропии.
Вы когда-нибудь слышали это слово - «энтропия»? Это термин из области тер-
модинамики - раздела физики, который, как видно из названия, изучает процессы
передачи тепла и превращения в тепло других видов энергии.
Энтропия - это мера хаоса.
Мера статистического усреднения. Чем более усреднена система, чем меньше
она способна совершить работу, тем больше в этой системе энтропии. Один из
законов физики гласит: энтропия в любой закрытой системе может только расти
или, по крайней мере, не убывать. Причем не убывать она может только в одном
случае - если уже достигла максимума. Если система умерла.
Рост энтропии - это рост хаоса, это усреднение, умирание, деградация, раз-
рушение . Стрела времени - это стрела энтропии.
В рисунках с газовыми баллонами, приведенными ранее, сверху система, обла-
дающая минимальной энтропией, а снизу, после усреднения - максимальной.
Но почему физика уточняет, что энтропия растет только в закрытых системах?
И что такое закрытая система?
Закрытой является система, которая не обменивается с окружающей средой мас-
сой и энергией. А если обменивается, то уже становится открытой.
Когда физиками были осознаны законы термодинамики, - а их естественным
следствием стала будущая тепловая смерть вселенной, - физики немного огорчи-
лись. Им жалко стало нашего мира. А церковь, наоборот, обрадовалась. В термо-
динамике они увидели свой шанс.
Дело в том, что бурное развитие наук в XVI-XIX веках очень сильно потеснило
разного рода мифологические доктрины. Наука стала объяснять то, что раньше
объяснялось только наличием богов и ангелов, и конструировать такие вещи, ко-
торые с помощью религии сделать было нельзя. Люди стали все больше смеяться
над прошлыми наивными представлениями о мире, которые им продавала церковь, и
авторитет церкви начал стремительно падать. В конце концов, на рубеже XVIII-
XIX веков на волне социальных революций люди стали в массовом порядке отказы-
ваться от религиозных сказок.
И тут наука преподнесла религии неожиданный подарок. Из законов термодина-
мики вытекало два неопровержимых следствия и один неприятный для науки во-
прос.
Первое следствие. Раз все в этом мире по естественному течению событий мо-
жет только портиться и разрушаться, раз вся энергия, в конце концов, перехо-
дит в тепло и рассеивается в пространстве, значит, мир имел начало и был соз-
дан богом с запасами энергии. Которые мы теперь и тратим в свое удовольствие.
А ведь именно о сотворении мира и говорили всегда попы!
Второе следствие. Раз мир ждет неизбежная тепловая смерть, значит, настанет
конец света. Как и учит церковь!
А неприятный вопрос состоял вот в чем. . . Если все может только усредняться
и портиться, упрощаться и деградировать, почему же мы вокруг наблюдаем столь
прекрасный мир? Из маленького зерна произрастают огромные деревья. Растут лю-
ди, усложняются общества, строятся дома. Мир развивается, а вовсе не дегради-
рует ! Как это соотносится с законом о нарастании энтропии? Нет ли в этом про-
мысла божьего?
Ответ на первое следствие наука дала в XX веке. Мир действительно имел на-
чало, он произошел в результате так называемого Большого взрыва, причиной ко-
торого послужила банальная квантовая флуктуация. Правда, устройству вселенной
и ее возникновению нужно посвятить отдельную публикацию...
Что же касаемо конца света, то каков он будет, пока еще не вполне понятно и
зависит от многих факторов, которые еще предстоит изучить - является вселен-
ная открытой системой или закрытой, ждет ли ее бесконечное раздувание или
схлопывание и т. д.
Но самое замечательное, что в том же XX веке был дан ответ на главный во-
прос : отчего же вокруг нас происходит развитие, если законы термодинамики
требуют неизбежной деградации?
Ответ этот довольно прост: наша планета не является закрытой системой. На-
против ! На нее буквально потоком льется солнечная энергия, благодаря которой
и происходит мощнейшая работа эволюции по противодействию энтропийному давле-
нию. Приток свободной энергии и является причиной эволюции, то есть постоян-
ного усложнения систем, которые с помощью этого усложнения конкурируют между
собой за свободную энергию. Кто сложнее - тот и обыгрывает конкурентов.
Даже совсем простые системы, если их накачивать энергией извне, склонны
создавать некие упорядоченные структуры. Например, вихри конвекции, как в ки-
пящей кастрюле.
А что такое человек, биосфера, цивилизация? Это сложные устойчивые неравно-
весные системы. Поясню.
Бывают системы устойчивые и неустойчивые.
Бывают равновесные и неравновесные.
«&-
^й
I)
\
\
Если воду не подогревать, она спокойна и находится в равновесии со
средой. Но если ее начать накачивать энергией путем разогрева на
газу, в воде тут же образуются устойчивые вихри конвекции — горя-
чая вода от дна поднимается кверху, а охлажденная валится вниз.
Внимательно почитайте далее текст об устойчивости и равновесии!
Устойчивая система - шарик в рюмке или в ямке. Он вниз закатился и сам от-
туда наверх не выкатится нипочем, если ему не помочь. Все системы стремятся к
энтропии, к равновесию, к нижайшему уровню энергии. Человеческая лень - при-
мер такого стремления на уровне организма. Ну, а раз так, шарик в самом низу
и лежит. Любое случайное воздействие, стронувшее шарик, приведет к тому, что
он снова скатится на самое дно рюмки. Устойчивое положение!
Неустойчивая система - это карандаш, стоящий на острие или шарик на пригор-
ке. Зафиксировать эту систему практически не удастся, любое случайное дунове-
ние, любое дрожание молекул эту системы валит - карандаш падает, шарик скаты-
вается с пригорка вниз.
Равновесная система - это система, находящаяся в равновесии. Нет в ней ни-
каких пиков, все усреднено и мертво. Шарик в ямке - система равновесная.
Неравновесная система - та, что находится в неравновесии. В ней присутству-
ет разница потенциалов, за счет чего система может двигаться. Шарик на при-
горке - неравновесная система, которая стремится к равновесию. Это неустойчи-
вая неравновесная система.
- А зачем тогда разделять системы на устойчивые и равновесные? - спросите
вы. - Разве неустойчивость не всегда совпадает с неравновесием, а устойчи-
вость с равновесием?
Не всегда.
Человек - устойчивая неравновесная система. Он очень сложно организован,
степень его внутренней организации запредельна! Такая система немедленно
должна начать обваливаться, как карандаш, стоящий на острие. Но она не обва-
ливается, потому что сделана так, что каждую секунду активно борется за свое
неравновесие, за свою выделенность из среды, тратя на это бездну энергии. Это
характеристика всех живых систем - борьба за жизнь против энтропии.
Наконец, бывают еще неустойчивые равновесные системы. Пример? Представьте
пригорок, а на нем шарик. И вот мы, чтобы шарик тут зафиксировать, делаем
крохотную ямку на вершине пригорка. И аккуратно ставим туда шарик.
Стоит! Уравновесился, собака!
Но стоит только чуть-чуть колебнуть этот шарик, как он неудержимо скатыва-
ется с пригорка вниз. Равновесие?
Да, но очень неустойчивое. Потому что пассивное. За свою устойчивость шарик
не борется. Он ведь неживой.
1 - устойчивое 2 - неустойчивое
равновесие равновесие
а б в
Равновесие и устойчивость.
Жизнь - это устойчивое неравновесие. И очень большое неравновесие. Очень
удаленное от энтропийности. Очень организованное.
А что такое организация?
Хороший вопрос!..
Организация - великий противник энтропии. Разницу между организованной ма-
терией и хаотичной видно на рисунке ниже.
Более естественным, то есть статистически более вероятным состоянием мате-
рии является энтропийное. Не зря существует поговорка, отражающая этот фунда-
ментальный физический принцип: «Ломать - не строить». Можно даже не ломать, а
просто предоставить все времени, и оно, в конце концов, расправится со всем,
что нам дорого и мило. Чтобы противостоять разрушающему влиянию энтропии,
нужно бороться.
Внимательно посмотрите на рисунки далее. Чем отличается состояние системы
слева и справа, если материал, из которого система создана, одинаков? Количе-
ство чайников и игральных костей одинаково, их химические и физические свой-
ства одинаковы. Но первый же взгляд на рисунок выявляет существенную разницу.
о/4
ф р & &
& * Ate ^ Л®ФА
ф Ф ^ Ф ф * J& %^
*_*♦
В чем разница систем, если количество и качество
предметов в них одинаково?
Разница - в организации! Справа организация есть, а слева ее нет. Мы затра-
тили труд и энергию на то, чтобы из естественного хаотичного состояния пере-
вести систему в состояние порядка. Мы просто взяли и расставили предметы в
нужном нам порядке, потратив на это силы и время. Можно сказать, что мы вло-
жили в систему энергию.
Как правило, высокоорганизованные системы содержат больше энергии, чем низ-
коорганизованные. И организуя системы, мы (или эволюция) запасаем в них энер-
гию.
Жизнь - это очень сложно организованная материя.
По сравнению с хаотическим расположением атомов и молекул частицы, выстро-
енные в сложную структуру живого существа, представляют собой вершину эволю-
ционной организации!
Поэтому хищники кушают травоядных зверюшек. Они просто нагло пользуются чу-
жой организацией! Если есть что-то уже организованное, то есть некий объем
энергии, запасенный организацией, его можно сожрать и путем развала этой ор-
ганизации энергию высвободить и присвоить. Так рассуждал бы хищник, если бы
знал физику.
Вот растет дерево. Постепенно, долго. Оно питается микроэлементами почвы
через корни и солнечным светом через листья. Каждый зеленый лист - это радар
для приема солнечного излучения. С помощью солнечной энергии дерево организу-
ется, то есть строит себя из хаотической грязи почвы. Таким образом оно запа-
сает энергию. А потом приходит мужик, рубит дерево на дрова и высвобождает
эту накопленную энергию в виде тепла - путем разрушения древесины огнем в
печке. И остается хаотический вещественный мусор в виде улетевших в трубу га-
зов и золы, которая уже не горит.
Кстати, внутри человека происходит то же самое, что и в печке - окисление
топлива (еды) кислородом. Человек вдыхает через специальное приспособление
окислитель. И использует его для сжигания топлива. Только внутри нас горение
происходит очень медленно.
И вот что я вам еще скажу! Человек питается вовсе не едой! Потому что любой
организм выделяет ровно столько массы, сколько он закидывает себе в рот. Ра-
зумеется, это не касается детей и прочих растущих организмов, которые увели-
чиваются в размерах. А вот взрослый организм, который уже не растет и не хо-
чет толстеть, выбрасывает вместе с выделениями (кал, моча, пот, сопли, водя-
ной пар изо рта) ровно столько, сколько поглощает. Зачем же он тогда ест?
Да затем, что ему нужна энергия для жизни! А энергию он получает путем де-
струкции еды, то есть разрушения высокоорганизованных молекул и превращения
их в низкоорганизованные.
Человек питается чистой организацией5 материи!
И вот теперь давайте зададимся хулиганским вопросом. Если бы существовал
бог, мог бы он в нашем мире сделать идеальное существо, то есть такое, кото-
рое кушает и не какает?
Конечно, нет! Ведь ежесекундно борясь с энтропией и поддерживая свою выде-
ленность из среды, свою организацию, мы разрушаем чужую организацию - органи-
зацию растений и животных, которых поедаем и сжигаем в своей утробе. А куда
девать «золу»? Куда девать то, что осталось от высокоорганизованного вещества
после его разрушения - обломки? Ведь нам не вещество нужно, а только его раз-
рушение ! Не накапливать же «мусор» в организме! Приходится выбрасывать. Таким
образом, сходив в туалет, человек сбрасывает овеществленную энтропию.
И это касается не только человека и прочих живых существ, но и других слож-
ных систем, например, цивилизации. Вопреки крикам защитников природы, челове-
чество не может жить, не производя мусор и не загрязняя, так или иначе, окру-
жающую среду... Поняли эту великую мысль? Теперь вам есть, что ответить маме,
когда она станет ругать вас за бардак и мусор в вашей комнате.
- Невозможно жить и не мусорить! Овеществленная в мусоре энтропия - неиз-
бежный спутник всех живых систем!
Услышав такое, мама пойдет, конечно, посоветоваться к папе, чтобы решить,
не стоит ли вызвать ребенку врача, видимо, он переутомился. И, возможно, при-
несет с семейного совета следующую мудрую мысль:
- Сынок, сбрасывай свою энтропию в мусорное ведро, а в комнате немедленно
наведи организованный порядок! Не позволяй наступать хаосу на цивилизацию!
Иначе останешься не только без мороженого, но и без новых игрушек.
Против столь убедительных научных аргументов спорить вам, конечно, будет
трудно. Придется подчиниться грубой силе...
А мы в заключение этой главы и основного текста публикации сделаем главный
вывод: организация, то есть усложнение материи в одном месте, всегда оплачи-
вается ее разрушением в другом месте. Невозможно созидать, не разрушая чего-
либо . Поэтому мы всегда обречены что-то брать у природы и портить. И так ве-
дет себя все живое. Поскольку такова физика нашего мира.
Ну, а чем оплачивается эволюция в целом на нашей планете? Ведь когда-то
жизни на ней не было, а потом она возникла буквально из грязи и, постепенно-
постепенно усложняясь, доросла до высшей ступени эволюции - человека. Разру-
шением чего оплачивается этот пир духа?
5 Строго говоря, человеку для жизни нужна не только энергия, но и некоторые микро-
элементы, витамины и пр. Но и они вовсе не накапливаются у нас в туловище, а просто
приходят на смену потерянным, которые ушли в выделениях.
Разрушением Солнца.
Именно оно, сгорая и безвозвратно тратя свои запасы термоядерного топлива
(попросту говоря водорода), обеспечивает усложнение материи на нашей планете.
Если вдруг у кого возник вопрос, а откуда взялось Солнце, рекомендую его
припрятать до выхода следующей книжки - о звездах.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЭЛЕМЕНТЫ МИРОВОГО КОНСТРУКТОРА
В этом приложении мы с вами познакомимся с некоторыми простейшими химиче-
скими веществами из таблицы дедушки Менделеева. Про водород, кислород и хлор
вы уже прочли кое-что. А теперь познакомимся с теми элементами, которые наи-
более важны для человека или просто интересны сами по себе.
Углерод - С
6 протонов
6 нейтронов
6 электронов
Копоть, сажа, уголь - это и есть углерод практически в чистом виде. Черное
пачкающее вещество. Правда, сегодня городскому жителю углерод чаще всего
встречается в виде графита, то есть в виде грифеля в простом карандаше. Это
тоже пачкающее, мягкое серо-черное вещество. Здесь его пачкающие свойства
применяют с пользой - чтобы оставлять следы на бумаге.
Однако есть и другие формы существования углерода - совершенно не черные,
не пачкающие и не мягкие, а совсем даже напротив - прозрачные и очень твер-
дые. Такая форма существования углерода называется алмазом. Если грифель рас-
тирается в пыль руками, то алмаз - самое твердое вещество на Земле. И кто
скажет, что он пачкается? Он прекрасен! Это вам любая женщина подтвердит.
Но каков фокус! С одной стороны - нечто черное, непрозрачное, проводящее
электрический ток и очень мягкое. С другой - бесцветный, прозрачный, неверо-
ятно твердый изолятор (материал, не проводящий ток). И это все - одно и то же
вещество!
Почему?
Фазовый переход, друзья мои! При определенных (очень высоких) температурах
и давлениях графит превращается в алмаз. Химически он остается все тем же ве-
ществом, но его физические свойства, как видите, меняются кардинально. А все
из-за того, что перестраивается кристаллическая решетка.
Так упакованы атомы в алмазе (жесткая структура).
А так они располагаются в графите (слоистая структура).
Однако при прямо противоположных физических свойствах своих химических
«привычек» алмаз не лишился. Он точно так же может прореагировать с кислоро-
дом (О) и полностью окислиться, то есть сгореть без остатка, целиком превра-
тившись в углекислый газ (СОг) .
Углерод - один из важнейших для жизни элементов. Собственно, жизнь из него
и «сделана». Этот элемент обладает чудесным свойством выстраивать сам с со-
бой, а также с другими элементами длинные молекулы, именуемые полимерами. Из
таких длинных атомных цепочек и строится вся органика, то есть, грубо говоря,
«живое вещество».
Азот (N), стоящий в таблице Менделеева правее углерода, - это газ. И сосед-
ний кислород (О) тоже газ. И фтор (F) - газ. А вот более легкий, чем эти
трое, углерод - почему-то представляет собой твердое вещество. Почему? Потому
что он, в отличие от кислорода, азота и фтора, не образует легких молекул из
двух атомов, типа О2, N2 и F2. Сила связи между атомами кислорода в одной мо-
лекуле кислорода 02 велика, а между разными молекулами кислорода слаба - вот
они и разлетаются в разные стороны. Зато в алмазе, например, все атомы угле-
рода связаны друг с другом одинаково крепко - в один сплошной полимер. Можно
сказать, что кристалл алмаза - это одна сверхгигантская молекула. И конечно,
такая сверхтяжелая «молекула» газом быть никак не может.
Тот раздел химии, который изучает углеродные полимеры, называется органиче-
ской химией. Углеродные цепочки - тот «скелет», на котором строятся молекулы
жизни.
Круговорот углерода в природе прост - животные дышат кислородом, а выдыхают
углекислый газ (С02) , связывая таким образом углерод. Растения же, напротив,
дышат углекислым газом, выдыхая в атмосферу кислород, а высвобожденный угле-
род пускают на строительство своего «тела» - ствола, листьев, корней. Потом
растения поедаются животными, и углерод, как главный строительный материал
всего живого, поступает в их тела.
В человеке массой 70 кг содержится 15 кг углерода. Больше, чем углерода, в
организме человека только кислорода - почти 45 кг. А водорода - 6 кг. При
этом атомов водорода в штуках почти в два раза больше, чем атомов кислорода,
просто водород очень легкий. Водород и кислород присутствуют в нашем организ-
ме в основном в виде воды, из который человек состоит на 70 %. Человек, по
сути, это водный пузырь, армированный костями. Точнее, миллиарды микроскопи-
ческих водяных пузыриков, именуемых клетками. Все жизненные реакции внутри
нас идут в водном растворе.
Фтор - F
9р+, 10п, 9е~
Это, пожалуй, самый агрессивный элемент из существующих, стремящийся про-
реагировать со всем, что попадается ему «под руку». Фтор находится в правом
верхнем углу таблицы Менделеева, что уже говорит о многом. Это практически
полюс системы элементов, самая ее крайность.
Мы привыкли тушить огонь водой, потому что вода негорюча. Но в атмосфере
фтора горит даже вода, высвобождая кислород и образуя фторид водорода (HF) .
Если этот фторид растворить в воде, то получится плавиковая кислота - самая
агрессивная кислота из известных нам. Обычную кислоту (серную, соляную и пр.)
можно хранить в стеклянных сосудах. А плавиковая разъедает даже стекло, по-
этому ее хранят в специальных фторопластовых емкостях.
Если в атмосферу фтора бросить кремний или уголь, то их даже поджигать бу-
дет не надо - сами воспламенятся, настолько хочется фтору с чем-нибудь пореа-
гировать! Не зря его так назвали: «фтор», что в переводе с греческого означа-
ет «разрушающий». Опасная штука! В атмосфере фтора горят и кирпич, и асбест,
и многие металлы.
Однако в малых дозах фтор может быть и полезен. В микроскопических количе-
ствах мы получаем фтор с водой, и он, встраиваясь в наш организм, попадает в
зубную ткань и позволяет зубам бороться с бактериями, вызывающими кариес, то
есть гниение зубов. Но стоит только содержанию фтора в воде превысить допус-
тимые нормы, как зубы и весь организм начинают активно разрушаться. В орга-
низме человека содержится примерно 3 мг фтора.
И еще - именно фтор, наряду с тяжелой водой, помог сделать атомную бомбу.
Для бомбы необходим уран-235, который надо было отделить от урана-238. Хими-
чески их не разделишь, это одно и то же вещество. Как же выделить из урана
атомы, в ядрах которых 235 нуклонов, отделив их от атомов, где 238 нуклонов?
Можно попробовать использовать центрифуги - раскручивать жидкость, и тогда
чуть более легкие фракции (атомы) станут отбрасываться центробежной силой
чуть дальше. Затем это более легкое отбирать, снова запускать на центрифугу и
таким образом раз за разом обогащать нужными нам фракциями. Именно так отде-
ляют тяжелую воду от обычной, легкой.
Но беда в том, что уран - не жидкость, а металл. Что же делать? Выход на-
шелся. Фторид урана, то есть соединение урана с фтором - легкоплавкое вещест-
во, которое можно при невысоких температурах сделать жидкостью и подвергнуть
сепарации. А уж затем, после сепарации, снова выделить из фторида чистый
уран, уже разделенный.
Азот - N
7р+, 7п, 7е~
Воздух по большей части состоит из него, родимого. Напомню: азота в атмо-
сфере около 80 %, а кислорода - 20 %. Так что дышим мы в основном им. В орга-
низме для реакций используется только вдыхаемый кислород, азот же играет роль
балласта - как вдыхается, так в неизменном виде и выдыхается. Но балласт этот
не бесполезен! Дышать одним только чистым кислородом смертельно опасно.
Азот, наряду с углеродом и другими элементами, входит в ряд необходимых
строительных материалов для нашего тела, только получаем мы его не из возду-
ха, а с едой - в составе азотистых соединений.
Азот также входит в состав удобрений, которые вносят в почву для повышения
урожайности, потому что азотными удобрениями питаются растения, строя из азо-
тистых веществ плоды и стебли. А уж эти плоды и стебли поедаем потом мы с ва-
ми. Так азот попадает в наш организм. В организме среднего человека содержит-
ся примерно 2 кг азота.
Любопытно тут вот что. Пользу азотистых соединений для урожая люди заметили
несколько столетий назад. Потом в Южной Америке открыли залежи селитры - азо-
тистого минерала, который стали использовать в качестве удобрения. Это повы-
сило урожайность и крепко подсадило сельское хозяйство на ископаемую селитру.
Настолько крепко, что мыслители позапрошлого века вскоре начали хвататься за
голову: «А что мы будем делать, когда исчерпаете. южноамериканское месторож-
дение, которое питает сельское хозяйство всего мира? Не грядет ли вслед за
этим всемирный голод?». Видные ученые всерьез предрекали крах цивилизации из-
за дефицита селитры!
Людям всегда свойственно тревожиться за свое будущее, и они постоянно зада-
ются такого рода опасливыми вопросами по поводу разных ископаемых и прочих
запасов. А что будет, когда закончится нефть? А что будет, когда закончится
газ? Металлические руды? Не помрем ли мы?. . Но никогда до полного исчерпания
и помирания дело не доходит, потому что с помощью ума и природной сообрази-
тельности человечество каждый раз находит замену тающему на глазах ресурсу.
Сначала люди делали орудия труда и охоты из камня под названием кремень. Но
не успели его запасы исчерпаться, как человечество изобрело плавку металла...
Сначала жгли в печах дерево, а когда Европа «облысела» почти до конца, нашли
новое топливо - уголь. Не успел кончиться уголь, стали использовать нефть в
качестве топлива...
Так было и с селитрой. Человечество решительно не погибло, а просто стало
производить азотные удобрения из воздуха, где этого азота полным-полно.
Неон и другие
равнодушные
элементы
Ne (Ar, Kr, Xe, Rn
Этот яркий представитель инертных газов был открыт в конце XIX века специа-
листом в области физической химии Рамзаем. Инертными называют все газы, стоя-
щие в 8 столбике таблицы Менделеева - аргон, криптон, гелий, ксенон, радон,
поскольку все они обладают одинаковым свойством инертности, то есть весьма
неохотно вступают в химические реакции с другими элементами. Атомы этих газов
настолько «ленивые» на реакции, что даже между собой не дружат - их молекулы,
в отличие от привычных нам газов, состоят всего из одного атома. И все эти
газы открыл головастый Рамзай (некоторые, правда, совместно с физиками Рэлеем
и Резерфордом).
Если инертным газом заполнить стеклянную трубку и подать на ее концы напря-
жение, газ в трубке начнет светиться. Цвет свечения зависит от сорта газа:
неон, например, горит оранжевым. Подобные трубки эти получили название газо-
разрядных, но чаще их называют просто неоновыми лампами. Такие лампы стали
применять в рекламе, поскольку, во-первых, это красиво; а во-вторых, удобно -
трубки можно гнуть в виде букв, делая светящиеся завлекательные надписи.
Железо - Fe
26р+, 29n, 26e"
Мы живем в железном веке, и этим все сказано. До железного человечество жи-
ло в веках бронзовом и медном, а еще раньше полуголые дикари бегали по плане-
те с каменными орудиями, поэтому их эпоха называлась каменным веком. Какой
отсюда вывод? Железо круче! Из железа с небольшим содержанием углерода (до 2
%) делают сталь, которую не зря называют хлебом промышленности.
На самой заре железного века железа было мало и оно ценилось дороже золота.
Причем если золото находили уже готовым - в виде самородков, то железо прихо-
дилось с помощью высоких температур восстанавливать из природной ржавчины -
руды. Преимущества железа были людьми быстро оценены - высокие прочность и
твердость. Поэтому производство железа неустанно развивалось, и через некото-
рое время стоимость железа упала намного ниже стоимости золота.
Между прочим, почти весь лес в Европе в свое время извели не столько для
отопления жилищ, сколько для нужд металлургии, так как древесный уголь ис-
пользовался при выплавке стали.
Железо используется человеком не только «снаружи», но и «изнутри» - именно
оно придает нашей крови красный цвет и участвует в процессе переноса по орга-
низму живительного окислителя - кислорода. При недостатке железа в организме
наступает анемия, то есть упадок сил. Железа в человеке около 4 граммов.
Алюминий - А1
13р+, 13п, 13е"
Алюминия на планете много. Но и он когда-то стоил дороже золота, потому что
сначала этот металл добывался не промышленным, а лабораторным способом, в не-
больших количествах, для изучения. Будучи впервые полученным, алюминий немало
поразил просвещенную публику - никто не ожидал, что металл может быть таким
легким! Посмотрев, где в таблице Менделеева находится алюминий, вы и сами мо-
жете в этом убедиться - он располагается ближе к левому верхнему углу. Если
атомный вес железа 55 единиц, то алюминия - всего 26.
После первого появления, в силу редкости и дороговизны из алюминия стали
делать ювелирные украшения и ложки с вилками. Это сейчас алюминиевые ложки -
признак бедности и солдатчины, их никто не любит. А сто с лишним лет назад
алюминиевая посуда считалась высшим шиком, с нее ели только особы королевской
крови.
Однако потом были придуманы способы промышленной добычи, и алюминий начали
изготавливать десятками и сотнями тысяч тонн. Из-за его легкости алюминий ши-
роко применяют в авиации, из него делают электропровода и посуду.
В организме человека содержится ничтожное количество алюминия. Его роль в
организменных процессах не вполне понятна, но известно, что в результате де-
фицита этого элемента у животных возникают задержки роста, начинаются пробле-
мы с размножением, теряется координация движений. У людей дефицита этого мик-
роэлемента не наблюдалось. Зато наблюдалось обратное - его избыток. И вот из-
быточные дозы алюминия весьма опасны для здоровья. Алюминий токсичен и может
вызывать поражение костной ткани, почек, нервной системы, при его избытке
ухудшается память, могут развиться такие опасные заболевания, как болезнь
Альцгеймера.
Фосфор - Р
15р+, 15п, 15е"
Это желтовато-белое, мягкое, легко воспламеняемое и чертовски ядовитое ве-
щество, которое может светиться в темноте. Последнее - самое интересное свой-
ство фосфора, которое принесло ему славу. Свечение фосфора принципиально от-
личается от свечения радия, поскольку ни о каком распаде, ни о какой радиации
в случае с фосфором речь не идет. Фосфор светится просто потому, что активно
реагирует с кислородом воздуха (по сути, медленно горит) с выделением лучи-
стой энергии. Он может даже самовоспламениться на воздухе, поэтому фосфор
хранят в воде.
Несмотря на свою крайнюю ядовитость, фосфор является необходимым элементом
для строительства нашего тела; при этом понятно, что получаем мы его вместе с
пищей не в чистом виде, а в составе неядовитых соединений. Впервые фосфор был
выделен алхимиками из человеческой мочи более трехсот лет назад, что как раз
говорит о большом содержании фосфора в организме.
Немецкий алхимик Геннинг Бранд в поисках золота обратил внимание на челове-
ческую мочу, задавшись резонным вопросом: а не золото ли придает моче столь
красивый желтоватый цвет? Геннинг начал мочу кипятить, выпаривать, смешивать
с другими веществами. Вонища стояла, ужас!.. Никакого золота он в результате
этих операций не получил, конечно, но зато добыл белое, светящееся в темноте
вещество. Которое хитрый Бранд превратил в золото другим способом - не хими-
ческим, а психологическим. Ведь до этого человечество никаких самосветящихся
веществ не знало. Поэтому Бранд немедленно стал показывать вновь открытое ве-
щество богачам в качестве огромного достижения. Богачи немало удивлялись и
давали изобретателю деньги золотыми монетами на дальнейшие исследования.
Через некоторое время Бранд продал секрет изготовления фосфора одному своем
коллеге, и постепенно информация разошлась по Европе. Вскоре было обнаружено,
что очень много фосфора содержится не только в моче, но и в костях и прочих
тканях человека, а также других животных. И не только животных, - в растениях
полно фосфора, именно поэтому рост сельскохозяйственных культур сильно уско-
ряют вносимые в почву фосфатные удобрения.
Ну, а сколько конкретно в человеческом теле этого химического элемента? Ес-
ли принять массу тела за 70 кг, то фосфора в нем будет около килограмма, при-
чем 90 % всего фосфора сосредоточено в костях в виде разных соединений. Любо-
пытно, что при разложении трупов фосфор, находящий в тканях, может высвобож-
даться в виде бесцветного газа - фосфористого водорода. Он имеет свойство
возгораться и при этом светиться слабеньким холодным пламенем. Днем такое
пламя совершенно незаметно, а вот ночью... Ночью на кладбищах над свежими мо-
гилами порой можно наблюдать колеблющийся факел слабого свечения, похожий на
привидение. Эти светящиеся «призраки» издревле пугали людей. Вы не были ночью
на кладбище? Сходите, вдруг повезет, и вы станете свидетелем интересного фи-
зического явления.
Кальций - Са
20р+, 20п, 20е"
Очень важный для человека металл и один из самых распространенных элементов
на Земле. В природе кальций встречается не в чистом виде, как, например, са-
мородное золото, а в виде солей, из которых состоят многие горные породы. Из-
вестняк , мел, мрамор - примеры таких пород.
Почти все наши стройматериалы - бетон, кирпич, цемент - содержат соединения
кальция.
Ну, а раз кальция много в земной коре, его немало и внутри наших организ-
мов, поскольку жизнь на Земле возникала из тех элементов, которые были в на-
личии. А как иначе?
В каждом взрослом человеке среднего веса содержится примерно 1,5 кг каль-
ция, причем практически весь он сосредоточен в костях.
В наш организм кальций поступает с пищей и водой. Если в воде много солей
кальция, она называется жесткой.
Калий - К
19р+, 20п, 19е"
Этот металл - брат кальция, в таблице Менделеева расположен рядом с ним. В
чистом виде в природе калий тоже не встречается в силу своей активности - он
так и норовит вступить с другими элементами в реакцию, образовав какие-нибудь
соединения. Поэтому искусственно полученный чистый калий перевозят в специ-
альных герметично запаянных банках, заполненных инертным газом.
Чистый калий применяют в химической промышленности, но брать его надо очень
осторожно - в перчатках и маске, потому что калий воспламеняется буквально от
капли воды. С большими же количествами калия вообще работают в специальных
камерах, заполненных инертным газом. Дышать там нечем, поэтому приходится на-
девать специальные скафандры. Если же калий случайно загорится, тушить его
водой, как вы понимаете, бесполезно - это все равно, что заливать костер бен-
зином. Горящий калий гасят, засыпая его натриевой солью, то есть обычной по-
варенной солью, которую мы кладем в суп.
В нашем организме соли калия играют очень важную роль, они, например, уча-
ствуют в передаче сигнала по нервам. В организме среднего человека содержится
примерно 150 г калия. Нехватка калия может привести к сердечному приступу.
При этом цианистый калий, то есть химическое соединение калия с углеродом и
азотом, является одним из самых сильных ядов, известных человечеству. Доста-
точно нескольких крохотных крупинок этого опасного вещества, чтобы убить че-
ловека .
Серебро - Ад
47р+, 60п, 47е"
Драгоценный металл, издревле известный человечеству. Наряду с золотом яв-
лялся универсальной мерой стоимости для разных товаров - из серебра и золота
делали деньги.
Если не считать денег и украшений, то одно из самых известных применений
серебра - производство зеркал. Тот самый тонкий отражающий слой на задней
стенке стекла, который и делает его зеркалом, сделан как раз из серебра. А
первые зеркала, которыми пользовались древние красавицы, были вообще целиком
серебряными, их делали из полированной серебряной пластины.
Ранее серебро очень широко применялось в фотографии. Это сейчас фотография
практически вся цветная и цифровая. А раньше фотографии получали, проецируя
поток света через объектив на фотобумагу. А что такое фотобумага? Это бумага,
покрытая солями серебра. Дело в том, что соли серебра обладают таким свойст-
вом, как фоточувствительность. Иными словами, они темнеют на свету. Сильно
засвеченные участки фотобумаги приобретали темный цвет, менее засвеченные ос-
тавались белыми или серыми. Так формировалось черно-белое изображение.
После своего изобретения в конце XIX века фотография приобрела необычайную
популярность, и к 60-м годам XX века только в одной Америке каждый год на ну-
жды фотографов тратилось более 900 тонн серебра, которое в виде солей распы-
лялось тонким слоем по фотобумаге, безвозвратно изымаясь таким образом из
оборота. Ну, а после изобретения иных технологий фиксации изображений нужда в
серебре упала, как и его цена.
Еще одно полезное свойство серебра - оно убивает микробы. Поэтому вода в
серебряных сосудах долго не протухает. В старину этим пользовались хитрые по-
пы, которые торговали такой вот «стерилизованной» водой из серебряной емко-
сти, называя ее «святой водой» и наделяя якобы волшебными свойствами.
Медь - Си
29р+, 34п, 29е"
Очень хороший элемент! Красноватого цвета металл. Относительно мягкий (в
полтора раза мягче железа.) Хорошо проводит электрический ток, поэтому упот-
ребляется для изготовления проводов.
Когда-то, в медном веке медь была главным металлом, потому что железо еще
не было открыто, и из меди и ее сплавов делали все - оружие, ножи, предметы
быта. Забавно, но даже сейчас еще встречаются медные молотки - их применяют в
цехах, где есть опасность взрыва или воспламенения, потому что железные мо-
лотки при сильном ударе могут вызвать искру, а медь не искрит.
Два главных сплава, основой которых является медь, это бронза и латунь.
Бронза - это сплав меди с оловом, а латунь - сплав меди с цинком. Латунь хо-
рошо противостоит коррозии, поэтому из нее часто делают разные морские штучки
- колокола, компасы, ручки. Выглядят они красиво, блестят как золото!
Меди на Земле в тысячу раз меньше, чем, например, алюминия, поэтому и стоит
она дороже. Именно медь придает различным минералам (малахиту, например) его
красивый зеленоватый цвет.
По содержанию меди в организме она относится к микроэлементам, поскольку в
среднем человеке меди всего 70 миллиграмм. Но она очень нужна для функциони-
рования нашего тела! Медь важна для здоровой кожи, поддержания иммунитета
(защитных сил организма), работы мозга и нервной проводимости.
Так же, как и серебро, медь обладает бактерицидными свойствами, то есть
убивает микробы. Замечено, что использование изделий из меди (дверные и окон-
ные ручки и т. д.) позволяет снизить в реанимационных отделениях риск инфици-
рования больных на 40 %.
Олово - Sn
50р+, 68п, 50е"
Олово - один из семи древнейших известных людям металлов, наряду с золотом,
серебром, медью, железом, свинцом, ртутью. Его добавляли в расплавленную
медь, чтобы получать более прочную, чем медь, бронзу. Из чистого олова делали
ложки и другую посуду. А еще отливали оловянных солдатиков.
Еще совсем недавно тонким слоем олова покрывали консервные банки, чтобы
жесть, из которых банки делают, не окислялась. Теперь вместо олова жесть все
чаще покрывают слоем лака, посуду из олова тоже больше не делают, и поэтому в
быту олово мы можем встретить только в виде так называемого припоя - оловян-
ной проволочки, которую используют для пайки электросхем с помощью паяльника.
Одно из самых интересных свойств олова связано с немного пугающим термином
«оловянная чума». Свойство это было замечено довольно давно и никакой радости
людям не принесло. Рассказываю...
Вообще, олово, как и все металлы, обладает металлическим блеском и в слит-
ках представляет собой серебристо-белое вещество, из которого можно отливать
разные полезные штуки, например, ложки или игрушечных солдатиков. Но иногда с
оловом вдруг случается нечто странное. Подобное произошло в начале прошлого
века с погибшей полярной экспедицией Роберта Скотта, которая отправилась ис-
следовать Южный полюс. Экспедиционеры взяли с собой топливо в железных емко-
стях, швы которых были запаяны оловом. Как вы понимаете, в условиях полярного
холода топливо - вещь жизненно необходимая. Экспедиция мужественно преодоле-
вала колоссальные трудности, но добила людей потеря топлива - весь керосин
вытек через щели емкостей, потому что олово, которым пропаивались швы, по не-
понятной причине превратилось в серый порошок и осыпалось, образовав щели.
Нечто подобное позже произошло и в России. В ту пору Российская империя
олово сама не производила, а закупала его за рубежом. И вот морозной зимой
1916 года целый состав с оловом отправился с Дальнего Востока в Европейскую
часть страны. Но не дошел. Вернее, состав-то дошел. Но долгожданного олова в
нем не было. Вместо блестящих беловатых слитков, пластичных и ковких в ваго-
нах лежал какой-то странный серый порошок. Химический анализ показал, что это
и было олово.
Почему же блестящие слитки превратились в серый порошок? Фазовый переход!
Вспомните углерод. Он может существовать как в виде черного, непрозрачного
мягкого графита, проводящего электричество, так и в виде прозрачно-белого, не
проводящего ток, очень твердого алмаза. То же самое с оловом - при низких
температурах перестраивается кристаллическая решетка олова, и его физические
свойства разительно изменяются. Этот процесс назвали «оловянной чумой», пото-
му что «болезнь» быстро распространяется по всему олову, и один кусок словно
заражает другой.
Кстати, у олова есть и еще одна, третья модификация - при температуре выше
160 °С снова меняется расположение атомов в кристаллической решетке олова. И
меняется, разумеется, вместе с физическими свойствами - олово полностью теря-
ет свойственную металлам пластичность и становится хрупким, как стекло.
Ртуть - Нд
80р+, 120п, 80е"
Это единственный металл, который при нормальных условиях (при комнатной
температуре) является жидкостью. Мы привыкли, что для плавления металлов их
нужно разогревать. Мы видели по телевизору жидкую сталь, которая льется из
ковшей на металлургических заводах, сверкая огненными брызгами и светясь бе-
лым светом из-за огромной температуры. А вот ртуть нагревать не надо, капли
жидкой ртути, похожие на шарики, превращаются в твердое тело только при тем-
пературе минус 39 ° С. Мороз! Именно такова температура плавления ртути.
У ртути довольно большой коэффициент теплового расширения. Вообще-то, все
тела при нагревании расширяются, но ртуть это любит особенно! Именно поэтому
ее используют в градусниках - даже небольшое повышение температуры у больного
человека приводит к расширению ртути, что мы и отмечаем на шкале градусника.
В жидкой ртути хорошо растворяются некоторые металлы, например, серебро,
золото, олово. Такие растворы металлов в ртути называют амальгамами. А вот
железо в ртути не растворяется, поэтому ртуть можно перевозить в стальных ем-
костях. С помощью амальгам раньше золотили разные предметы - растворяли золо-
то в ртути, затем покрывали полученной жидкостью предмет. Ртуть постепенно
испарялась, а золото оставалось на предмете тонким слоем.
Пары ртути ядовиты, поэтому детям разбивать градусники, чтобы добыть для
игры немного ртути, строго не рекомендуется.
Несмотря на свою токсичность (ядовитость), ртуть в микродозах содержится в
нашем организме в виде разных соединений. Роль ртути в системе жизнеобеспече-
ния не до конца изучена, известно только, что недостаток ртути в организме
приводит к снижению иммунитета, росту простудных и воспалительных заболева-
ний.
Галлий - Ga
31р+, 38п, 31е"
Почему я напоследок решил рассказать о галлии, ведь разных металлов и дру-
гих элементов в таблице Менделеева полно, и обо всех в относительно небольшой
публикации не расскажешь?
Потому что галлий позволяет показывать удивительные фокусы. Дело в том, что
температура плавления галлия всего 30 °С. А температура человеческого тела,
напомню, 36,6 °С. То есть кубик твердого блестящего металлического галлия на
ладони начнет на глазах таять, превращаясь в блестящую лужицу.
А фокус, о котором я упомянул, делают такой - отливают из галлия чайную ло-
жечку и кладут рядом с чашкой. Человек сует ее в горячий чай, и ложка на его
глазах тает, стекая на дно чашки металлическими каплями.
При определенном старании галлий можно даже купить, заказав по Интернету,
чтобы играться с ним. Галлий не токсичен.
И
! %
Сколько и каких элементов содержится в человеке.
Технологии
ВАКУУМНОЕ НАПЫЛЕНИЕ
Оликевич А.
Само название данной технологии вызывает ощущение чего-то сложного, науко-
емкого и недоступного простым смертным. Однако японский радиолюбитель
Ryuichi1 разрушил это представление своим видеороликом с демонстрацией уста-
новки для вакуумного напыления меди из самых незамысловатых компонентов.
Его пример вдохновил и меня на создание подобной установки. Непосредствен-
ной целью Ryuichi было создание медных зеркал для самодельного С02-лазера.
Однако, конечно, технология напыления металлов имеет огромное количество и
других применений - от износостойких покрытий до микроэлектромеханических
систем (МЭМС) .
Наносимые покрытия могут иметь разную толщину — от миллиметров до единиц
атомов и совершенно точно воспроизводят структуру поверхности образца. Поэто-
му их применяют для подготовки образцов к тем видам исследования, при которых
они должны быть проводящими, например, для рассматривания в электронный или
сканирующий туннельный микроскоп.
Суть вакуумного напыления (в англоязычной литературе: physical vapour
deposition, PVD) состоит в оседании паров материала на подложку. Вакуум здесь
нужен по двум причинам:
1 http://mirata.blogspot.ru
1. Обеспечение беспрепятственного пролета паров от мишени до подложки (чем
меньше в камере газа, тем меньше вероятность их отклонения в стороны, хи-
мических реакций с газом и охлаждения в полете). Охлаждение в полете плохо
потому, что частице нужен некоторый запас энергии, чтобы немного углубить-
ся в материал подложки, «расшатав» атомы её поверхностного слоя.
2. Отсутствие кислорода, который при высоких температурах начал бы, конечно
окислять горячие поверхности мишени и растущей пленки, мешая процессу.
Само несущие
изделия из
тугоплавких
материалов
i
Изделия авиа-
космического
назначения
Металлические!
пленки
J
Многослойные
пленки
S
Сенсорные
/v
X
к
4дгиитоактиеньм
Микро и наио
объекты
[Тонкие пленкм|
на подложках
Оксидные.
нитридные
и прочие
пленки
I
Деали микро
рптикоэлектро|
механических
систем
биметаллические]
пленки
Однослойные
пленки
Износостойкие
Термоактивные
Каталитические
|Аитикорро знойные!
[Декоративные!
Кжаростойкие]
Подготовка
|образцов для]
электронной
и эондовой
микроскопии
кнтифрикциоииыв
Оптические
зеркала
произвольной
формы, спектра
У коэффициента]
отражения
Системы
отклонения
лазерного луча!
Светофильтры]
УФ оптика для
фотолитографии!
Зеркала
полупрозрачные
роиироваиио^
стекло
|Астрономическая|
оптика
jL
[Антистатические
Магнитные
прозрачные
Проводящие
прозрачные
Защитные очки
от лазерного
излучения
Энерго-
сберегающее]
стекло
Фотосенсоры
Дисплеи
Топливные
элементы
Проводники
для
электроники
радиодетали,
микросборки.
||нтегральные|
схемы
Гибкие
пленочные
проводники,
сенсоры и
электронные
компоненты
Солнечные
батареи
Фото-
каталити-
ческие
Само-
очищающиеся
Печатные
платы, в т.ч. на
экзотических
материалах
новые маски
и методы
травления
Бактери-
цидные
Резонаторы
лазеров
Интерферометры^
Для превращения материала мишени в пар (распыления) используют разные тех-
нологии, из которых мы попробуем две: магнетронное и ионно-плазменное распы-
ление .
Эти процессы происходят не то чтобы совсем в вакууме, а скорее в разрежен-
ном разе - таком, чтобы поддерживался устойчивый электрический разряд. Разряд
превращает раз в плазму — смесь электронов и ионов. Ионы ускоряются электри-
ческим полем и в прямом смысле бомбардируют мишень, распыляя её. Представляе-
те, как это выглядит с точки зрения ползающей по мишени бактерии? Некоторые
называют это ионным или плазменным напылением, акцентируя внимание на той или
иной стороне этого простого, в сущности, явления.
Конструкция
установки
Рабочая камера установки представляет собой обыкновенную банку из под огур-
цов . В донышке ее просверлены два отверстия. В среднем отверстии вклеена
резьбовая шпилька, а в крайнем - патрубок для вакуумного шланга. В качестве
клея лучше всего использовать эпоксидку. На момент опыта у меня ее не оказа-
лось и потому пришлось обходиться клеем для ПВХ, суперклеем и фиксатором
резьбы, что, по-видимому, не ухудшило качества работы установки а лишь услож-
нило процесс ее склеивания.
Термоклей здесь не подходит - во время работы банка нагревается и термоклей
размякнет (я проверял). Может возникнуть опасение, что просверленная нагретая
банка под вакуумом может лопнуть. Да, я думаю, может. Хотя вот эта конкретная
банка не лопнула пока, она может сделать это потом. Поэтому будьте осторожны
и, в идеале, работайте за толстым листом оргстекла или, по крайней мере, в
защитных очках.
Существует много способов получения отверстий в стекле, но я выбрал самый
простой в XXI веке - купил в строительном магазине сверло по стеклу. На малых
оборотах, со смачиванием водой, сверление банки не вызвало затруднений.
Для создания вакуума я использовал один из самых дешевых китайских вакуум-
ных насосов, который легко купить в Москве за несколько тыс. руб. Это одно-
ступенчатый 185-ваттный насос VE115 производительностью 51 л/мин. Он способен
откачивать воздух до давления порядка 20 Па. Пожалуй, это самая дорогая де-
таль нашей установки, не считая ЛАТРа. Мне показалось, что мощность даже это-
го насоса избыточна для наших целей и можно было бы обойтись насосом более
примитивным, но у меня его не оказалось.
К резьбовой шпильке в центральном отверстии мы будем крепить держатель под-
ложек, он же анод (положительный электрод). Главное требование к нему, по су-
ти, одно - чтобы подложки не вываливались от вибрации стола, создаваемой мо-
тором вакуумного насоса. Желательное требование: регулировка высоты. Недолго
думая, я сварил его из обрезков металла, а можно было, например, свинтить из
чего-то или вообще согнуть из проволоки. Главное - не паять и не термоклеить!
Банка с установленным внутри ее держателем ставится на мишень - лист немаг-
нитного металла. После долгих поисков я купил 6-миллиметровый медный лист
(медь - лучший материал для напыления). Для герметичности между банкой и лис-
том надо поставить прокладку из резины. Сначала я использовал черную резину,
вырезанную из чего-то, похожего на клок автомобильной камеры. С ней не уда-
лось достичь хорошего вакуума. Тогда я вырезал прокладку из 2-миллиметровой
силиконовой резины и дело пошло. На краях красной силиконовой резины можно
видеть радужно блестящие слои всевозможных металлов, осевших туда при опытах
с установкой.
Крепить мишень к банке никак не нужно - при создании в банке вакуума, атмо-
сферное давление прижимает к ней мишень с силой в сотни ньютон. На этом со-
оружение вакуумной части закончено. Перейдем к электронной части, не более
сложной.
Электронная
часть
Состоит из ЛАТРа, трансформатора от микроволновки (далее - МОТ от англ.
Microwave Owen Transformer), выпрямительного диодного моста и высоковольтного
конденсатора (тоже от микроволновки).
Прошу обратить особое внимание на опасное для жизни напряжение, превышающее
1000 вольт. Эти эксперименты должны проводиться как минимум, под наблюдением
взрослых, а лучше всего, чтобы присутствовало несколько человек, чтобы при
случае оказать помощь. Автор не несет никакой ответственности за возможные их
последствия, предоставляя желающим действовать на свой страх и риск.
Резистор, показанный на схеме, изначально встроен в конденсатор микровол-
новки и предназначен как раз для того, чтобы постепенно разряжать конденсатор
после выключения прибора. Лично я не стал полагаться на этот резистор и перед
тем как копаться в установке разряжал конденсатор замыкая анод и катод медным
проводом (естественно, он должен быть в изоляции!). Однако, со временем, бди-
тельность притупляется, так что этот резистор может оказаться весьма кстати.
i>
220 В
ЛАТР
£
>
Выпрямитель
МОТ
ЛАТР служит, естественно, для плавной регулировки напряжения. Его выходная
обмотка подключается к низковольтной обмотке МОТ. Низковольтная это та, у ко-
торой меньше витков, но они более толстые. Эта обмотка имеет значительно
меньшее сопротивление и в микроволновке была подключена к 220 вольтам пита-
ния.
На высоковольтной обмотке МОТа оказывается высокое переменное напряжение,
которое нам нужно преобразовать в постоянное. Для этого служит диодный мост
из высоковольтных диодов HVM10 и HVM12. Диоды эти рассчитаны на 10-12 кВ, а
на выходе МОТ бывает гораздо меньше, поэтому за пробой диодов напряжением я
не переживал. Но по току диоды рассчитаны всего на 350 мА, поэтому я исполь-
зовал вместо каждого диода два параллельно соединенных. Этот подход себя оп-
равдал - даже когда в погоне за мощностью я доводил МОТ до легкого дымка,
диоды оставались целы.
Первый
тест
Сначала давайте испытаем установку без держателя подложки (чтобы лучше было
видно, что там происходит). Включим вакуумный насос, и пусть поработает 1-2
минуты. У моего вакуумного насоса по звуку можно определить, получается ли
вакуум или есть течь. В любом случае, это станет ясно при включении питания.
Установим ЛАТР на минимальное напряжение и включим в сеть. Теперь плавно
повышаем напряжение. Если вакуум плох, то мы увидим яркие сине-зеленые искры
с пугающими резкими щелчками2. Значит что-то надо загерметизировать получше.
Зато в хорошем вакууме мы увидим тихий спокойный разряд сиреневого или
фиолетового цвета.
Надо сказать, что никакие ухищрения и режимы съемки не позволили мне пере-
дать красоту плазмы, которая бывает розовой и зеленой, синей и фиолетовой,
аквамариновой и вишневой, сиреневой и оранжевой, мерцающей и равномерной, в
общем какой угодно. Даже одна только эстетическая сторона дела однозначно
стоит того, чтобы самостоятельно собрать такую установку и наблюдать плазмен-
ные явления воочию.
Установка в работе.
После диодного моста мы получаем выпрямленный пульсирующий ток, который хо-
рошо бы сгладить, чтобы получить совсем уж постоянный (впрочем, я не проверял
- может быть, для наших целей можно и не сглаживать). Для этого было логично
применить конденсатор от микроволновки, который заведомо рассчитан на работу
при выходном напряжении МОТ. Тем более, что у него удобные выводы с двойными
клеммами, к которым я и подключил провода, идущие к вакуумной камере.
На этом электронная часть закончена - приступим к экспериментам!
2 https://www.youtube.com/watch?v=PxB4_7arULw&feature=youtu.be
Магнитная
система
Теперь у нас есть отличная плазма и всё, что осталось - это заставить ее
делать то, что нам нужно. А что нам, собственно, от нее нужно?
Нужно сконцентрировать ее неподалеку от поверхности мишени, чтобы положи-
тельные ионы азота (я не понял, правда какие: N+ или N2+) , разгонялись в ее
направлении электрическим полем и вышибали атомы. Это и будет распыление. К
счастью, человечество давно нашло простой способ сделать это - закрутить
электроны по кругу магнитным полем вблизи мишени.
На рисунке ниже фиолетовым показаны линии магнитного поля, которое создает
небольшой цилиндрический магнит, вставленный в кольцевой. Электроны стремятся
покинуть отрицательный катод и устремиться вверх, к положительному аноду. Но
сила Лоренца (помните школьное "правило левой руки"?) отклоняет его путь, за-
ставляя бегать по кругу, в области, где у меня нарисован бледно-синий как бы
бублик в разрезе (скоро мы его увидим своими глазами).
Там электрон обязательно вскоре ударяется о молекулу азота и ионизирует ее,
выбивая еще один (а может, и не один?) электрон. Тогда разлетевшиеся в разные
стороны электроны как могут, наконец добираются до анода (или опять попадают
в кольцо) , а ион азота делает то, что нужно нам - выбивает атом из мишени.
Да, кстати, откуда там азот? Конечно, из недооткачанного воздуха - ведь боль-
шую часть воздуха составляет именно он.
Итак, нам нужно добавить такое вот кольцевое магнитное поле. Небольшой ци-
линдрический магнит для расположения в центре в наши дни легко купить. Я на-
брал его из маленьких кольцевых просто потому что они оказались под рукой. А
большой кольцевой можно взять из мощного динамика или из магнетрона от микро-
волновки (там он тоже гоняет электроны по кругу). Система из таким вот обра-
зом скрещенных электрических и магнитных полей в вакууме и называется в тех-
нике магнетроном. В микроволновке идет магнетронная генерация СВЧ волн, а у
нас - магнетронное напыление.
У меня как раз вышли из строя два динамика, и на всякий случай я поставил
один магнит на другой. От этого, по-видимому, установка стала работать лучше.
Вообще, слабые магниты формируют размытое плазменное кольцо, которое плохо
напыляет. В начале моих экспериментов кольцо было узким и белым, а в конце
(когда я значительно перегрел магниты за полдня непрерывной эксплуатации)
стало розовым и широким. Обратите внимание на это при создании собственной
установки и не допускайте слабых и перегретых магнитов. Чем сильнее магнитное
поле, тем лучше!
Поставим оба магнита на какую-нибудь железку. Она удержит их в нужном поло-
жении, замкнет с обратной стороны магнитное поле, и, (если это железяка про-
долговатая) , позволит удобно перемещать их под рабочей камерой, не задевая
рукой катод.
Напыление
медных пленок
Первый блин комом - полярность диодов была перепутана. В итоге у меня катод
и анод поменялись местами. Однако, не догадываясь об этой ошибке, я поместил
в камеру держатель подложки, а на него образец - кусок стекла. При откачке
воздуха и подаче напряжения держатель стал светиться ярко розовым эмиссионным
светом. Но я этому не придал значения. Помещая магнит под мишень при инверс-
ном подключении я получил некие кольцеобразные структуры, но крайне тусклые и
невыразительные. Через некоторое (довольно долгое) время стало видно, что
подложка темнеет. Я вытащил ее и измерил проводимость. Проводимость оказалась
нулевой. Это было всё что угодно, но не металлическая пленка. Тогда я повто-
рил опыт с другим кусочком стекла, продержав его в камере ещё дольше. Он стал
темнее, но мультиметр по-прежнему не показал ни малейших признаков проводимо-
сти.
Поменяв полярность на правильную (см. схему в начале статьи), я снова попы-
тался поймать плазму в магнитное кольцо3. На этот раз дело пошло куда весе-
лей ! Итак, теперь у нас есть отличное плазменное кольцо. А если повысить на-
пряжение , то на аноде появляется еще красивый плазменный шар4.
Что ж, настало время поместить в держатель какую-нибудь термостойкую под-
ложку и скорее что-нибудь напылить! Я нашел в кладовке советскую коробочку с
тонкими пластинками слюды - кажется это то, что нужно. Откачиваем камеру. ..
Плавно повышаем напряжение... На подложке появляется быстро расширяющееся и
темнеющее бурое пятно: напыление началось!
Проходит меньше минуты и подложка становится совсем непрозрачной. Выключим
напряжение и дадим ей немного остыть в вакууме - чтобы не подвергать горячую
медь воздействию атмосферного кислорода. Но сквозь банку уже видно как играет
оранжево-золотистыми бликами обратная поверхность свеженапыленного медного
зеркала.
3 https : / /www. you tube. com/watch? v=7 PsDAWhwHUI
4 https : //www. you tube. com/watch? v=D70eDo_hDpA
Вот банка остыла. Остыла, видимо и подложка (в вакууме охлаждение идет мед-
ленней) . Пора доставать!
<
Мультиметр теперь совершенно согласен, что это медь - сопротивление между
противоположными углами пленки такое же, как и при замыкании щупов мультимет-
ра накоротко. И это при том, что пленка так тонка, что свет проходит через
нее. Только зеленый.
Оно и логично - ведь красная часть спектра от меди отражается, а зеленая и
сине-фиолетовая поглощается и излучается. Именно в такой странно-бело-зеленый
цвет ведь и окрашивает медь бесцветное пламя горелки.
На следующем фото слева можно сравнить отражение на медной пленке вакуумно-
го насоса без вспышки (в лучах лампы) и со вспышкой (таким образом, свет
дважды отразился от медного зеркала пройдя к насосу и обратно).
Покрылась медью и банка (это ее вид уже после многих циклов напыления). По-
хорошему, надо предусмотреть некий защитный экран, а то рано или поздно при-
дется стать свидетелем грандиозного короткого замыкания в вакууме. Кстати,
интересно вообразить себе устройство работающее на принципе непрерывного на-
пыления пленки и ее же непрерывного разрушения токами короткого замыкания.
Кажется, это может породить какие-то замысловатые узоры или даже фракталы.
А что же стало с мишенью? О, на ней ионы прогрызли кольцо, как бы протертое
чем-то абразивным. А в середине и вокруг кольца, видимо медь напылилась сама
на себя.
Текстолит
Получив такую удивительную возможность, как нанесение меди, я стал думать,
куда же бы ещё ее нанести? А, вот, например, на текстолит. Будет самодельная
печатная плата. А почему бы и нет?
Сгорая от нетерпения изготовить самодельную печатную плату, я не стал долго
ждать пока покрытие приобретет толщину. Тем более, невысокая прозрачность
текстолита не позволяла оценить это. Поэтому я рановато достал подложку. По-
крытие нанеслось, но слишком тонкое. Так что когда я намазал его флюсом и по-
пытался залудить, силы поверхностного натяжения втянули медь в шарики олова,
стремительно отрывая ее от подложки и от соседних участков. Ох уж этот микро-
мир - всё не как у людей!
Значит, существует некая минимально допустимая толщина меди, при которой ее
не разорвут силы поверхностного натяжения. Ну ладно. Толстую медь напылить
несложно. Да и гальванически можно еще нарастить, если почему-то толстый слой
не захочет напыляться. Хотя пока и не видно причин, почему он может не хотеть
напыляться.
Фторопласт
Ещё раз напылять медь на текстолит было уже не так интересно, тем более мой
взгляд упал на фторопласт - материал, известный своей нелюбовью ко всяким по-
крытиям. Ага, вот, значит, тут-то ты и попался, братец фторопласт.
Помня о неудачном опыте с текстолитом я не стал спешить, подождал несколько
минут и получил то г что хотел: жирный слой меди на фторопласте:
Силикон
Тогда я осмелел и стал помещать в камеру всё более экзотические материалы.
На силиконовой резине, как и следовало ожидать, получилось гибкое, блестящее,
проводящее покрытие.
шй
Металлы
Что бы ещё покрыть медью? А вот, например, оцинкованное железо.
Или алюминиевую деталь...
Бумага
Что ж, бумага. Сгорит или превратится в бумагу металлизированную? Нет, не
сгорела. Вот обычная офисная бумага. Слева - покрытая медью, справа - латунью
(об этом чуть позже). Сопротивление ее "от края до края" - сотни Ом.
Интересная игрушка для выяснения того, как распределяется напряжение в про-
водниках разной формы. Можно вырезать ножницами, скажем, букву "Г" и посмот-
реть , срезает ток путь или нет. Там где начнет обугливаться бумага, там и
путь тока. Ещё лучше склеить ее с термобумагой от кассового аппарата. На ней
путь тока будет виден ещё раньше и чётче.
Да что там такие штуки? Разве теперь проблема изготовить конденсатор или
пленочный резистор, даже сверхминиатюрный? Ведь совсем несложно измерять со-
противление участка подложки в процессе нанесения покрытия - и автоматически
прекратить его как только сопротивление снизится до заданной величины. А по-
том защитить эпоксидом от внешней среды. А конденсатор? Намного ли он будет
хуже заводского?
А печатные платы - разве теперь их нужно травить через маску? Нет, их можно
наносить через маску. Скажем нет запаху и пятнам хлорного железа на рабочем
столе.
Разовьем эту мысль дальше. Давным-давно изобретены диоды, фото- и термоэле-
менты, состоящие только из меди и ее оксида. Стало быть, можно изготовить и
их. Но будет ли всё это выглядеть серьезно без царя электроники - транзисто-
ра? Тут уж одной медью не отделаешься - их величеству нужен кремний.
Кремний
Что ж, возьмем кремний. Для создания транзисторов нам понадобится наносить
на кремний медь и легировать его поверхность ионами элементов III и V групп.
Начнем с первого. Возьмем кремниевую пластину. С одной стороны она блестит
серым блеском металлического кремния, а с другой оксидирована слоем толщиной
несколько сот нанометров. Поэтому этот слой играет цветами радуги при наклоне
пластины, и вообще, смотрится очень высокотехнологично.
Среди кремниевых пластин у меня есть такие, которые были рассыпаны на пол
детьми и поэтому не претендуют на чистоту поверхности. На них и будем трени-
роваться .
Оказалось, что в нашу замечательную установку пластина не помещается. В
банку она пролезает, а вот держатель понадобится существенно переделывать. Ну
и ладно. Возьмем пока кусок разбитой пластины.
Как и ожидалось, с нанесением меди никаких проблем не возникло. Тончайший
слой, толщиной несколько микрон (это, как читатель уже, наверное, догадался,
я определил по числу радужных колец на краю покрытой области) тоже перелива-
ется цветами при наклоне пластины, как и слой оксида.
Пожалуй, можно попробовать использовать медь как защитный слой при травле-
нии оксидного слоя HF. А медь для собственно контактов можно всегда нанести
потом). Надо будет попробовать на досуге. А пока вернемся к напылению.
Напыление
кремния
На всякий случай я попробовал напылить на слюдяную подложку и сам кремний.
Для этого я разложил осколки кремниевой пластины на медной мишени. Но ничего,
как я и предполагал, не вышло - диэлектрик и есть диэлектрик.
Пластмассы
А можно ли напылять на пластмассы. В смысле, на термопластические пластмас-
сы. И если да, то на какие и что получится?
Вот кусочек 2-хмиллиметрового оргстекла с небольшим полупрозрачным слоем
меди. Он совсем не проводит. Почему? Ответ нам дает картина поверхности об-
разца под микроскопом, испещренная своеобразными трещинами. Видимо, нагрева-
ясь (а по нему видно, что оно нагрелось) оргстекло, имея больший коэффициент
теплового расширения, чем медь, и будучи гораздо толще (в 1-2 тысячи раз,
должно быть) разорвало медную нанопленочку в клочья.
Что ж, давайте попробуем сделать пленку меди толще и посмотрим, разорвет ли
ее оргстекло теперь. А может, наоборот, это медь скукожит оргстекло? Я поднял
держатель повыше, чтобы вторая подложка из оргстекла меньше нагревалась от
соседства с плазменным кольцом.
Вообще, я не очень понял, влияет ли высота образца на качество покрытий. На
скорость нанесения точно влияет - чем выше образец, тем медленней. Оно и по-
нятно - меньше атомов долетают в единицу времени.
Также не вполне понятно как лучше вести процесс - на больших мощностях или
на малых. На больших опять таки, скорость выше, но и больше нагрев образца. А
на малых нагрев образца может быть выше из-за того, что он долго находится в
процессе напыления. Пока я не знаю, какой режим процесса соответствует мини-
мальному нагреву образца. А нагрев его мне не нравится тем, что медь иногда
получается не идеальной, а с темными пятнами оксида меди и розовой матово-
стью.
Итак, образец оргстекла с более толстым медным слоем. Процесс шел пока орг-
стекло не начало кипеть - выделять пузыри газа, что в вакууме происходит
очень легко в силу отсутствия давления извне. Ничего, пузыри тоже покрылись.
Итак, есть ли проводимость теперь?
Опять нет! Что же там произошло? С краю, где покрытие тонко, результат та-
кой же, как и в прошлый раз. Видно как меняется форма трещин и островков в
зависимости от толщины покрытия на разных участках.
h'ti
л .?
X
.wv
ZV
'\i
\>.
^>
^
ч
X 4
/X.
l
/\
/
N
♦i.
^
4
у
s'^
А вот как обстоят дела в середине образца (см. ниже) , где покрытие имеет
большую толщину. Похоже, при нагревании оргстекло разорвало образовавшуюся
микро фольгу на кусочки, а при охлаждении еще и скомкало их! Эх, пронаблюдать
бы весь процесс вживую под микроскопом!
Отмечу также, что оргстекло при нагреве явно выделяет вредный для процесса
напыления газ. Выражается это в том, что при включении плазмы сначала рост
пленки меди идет быстро, но вскоре совсем затухает. Если выключить ток и дать
подложке остыть, то всё повторяется. Вот почему новая медь не заполнила тре-
щины в старой пленке, пока оргстекло было горячим и расширенным.
Также я попробовал украсить медной пленкой деталь из конструктора LEGO(R).
Результат такой же: плавится и не проводит.
Напыление
алюминия
Напылив медь на всё подряд, я решил, что настало время понапылять и другие
металлы. Например, алюминий. Я заменил медную мишень на алюминиевую, поместил
слюдяную подложку в держатель и включил систему. Однако, разряд стал вести
себя совсем не так, как я привык это наблюдать.
Мерцающие огоньки5 быстро перемещались по поверхности алюминия с места на
место. Я поднял напряжение на ЛАТРе примерно до 120 вольт (дальше он дымится)
и ждал дольше обычного, но никаких следов потемнения подложки не наблюдалось.
Тогда я выключил установку и посмотрел, что из этого вышло.
Со слюдой практически никаких видимых глазом изменений не произошло. Но ми-
шень ! Смотрите сами, что с ней случилось.
Это не похоже на матовость, вызванную разрядами, нет перед нами какое-то
иное вещество. Это может быть, конечно, только оксид или нитрид алюминия, а
может быть, и их смесь. Похоже, алюминий реагирует с нашим рабочим газом, и
потому-то никакого напыления и не происходит.
Однако, нет худа без добра. Собственно говоря, надо всего лишь в несколько
раз повысить напряжение и этот процесс уже перерастет в ионную имплантацию —
важнейшую технологию легирования полупроводников (к вопросу о самодельном
транзисторе), создания проводящих путей в алмазе, и, кстати, помещения атомов
внутрь фуллеренов и нанотрубок. То есть азот надо посильнее «заколачивать» в
поверхность (сообщая ионам энергии 10-1000 кЭв) и тогда он «имплантируется»
не просто в виде соединений на поверхности, а проникнет на глубины в сотни и
5 https://www.youtube.com/watch?v=Ylqip29fEjo
тысячи атомных радиусов.
Но сейчас перед нами стоит совсем другая задача. Вот поэтому в профессио-
нальных установках магнетронного напыления в качестве рабочих газов использу-
ют , естественно, газы инертные. Обычно это наиболее дешевый и доступный газ -
аргон. Но иногда (наверное, для распыления материалов с большим атомным ве-
сом) используют и другие инертные газы. Интересно, что будет, если использо-
вать гелий? Так или иначе, вывод ясен: будущие версии данной установки непре-
менно нуждаются в устройстве дозированной подачи рабочего газа.
Напыление
латуни
Я раздобыл большой кусок латуни (которая, как известно, представляет собой
сплав Си и Zn) толщиной около 1.5 миллиметров и сначала не был уверен, сможет
ли он быть мишенью из-за своей небольшой толщины. Не промнется ли он внутрь
банки, закоротив установку и поразив меня градом осколков и искр? К счастью
этого не произошло.
Кусок латуни был при этом довольно кривым сам по себе. Это привело к тому,
что вся установка приподнялась над медной опорой и несколько отдалилась от
магнитов. Кольцо при этом стало расплывчатее и тусклее. Пришлось подложить
под магниты пластину из конструктора, чтобы приподнять их. В результате они
уперлись в медь, что было ошибкой - в конце концов статьи они перегреются и
ослабеют.
Несмотря на довольно большую мощность и время работы установки, на слюду
почти ничего не нанеслось. Да и на мишени след ионы оставили не очень серьез-
ный. Вряд ли дело тут опять в нитридах? Но тогда в чем?
Почему-то мне пришло в голову вырезать из латуни небольшой кусочек (по раз-
меру плазменного кольца) и поместить его прямо на поверхность медной мишени.
Результат оказался для меня совершенно неожиданным. По краям кружок как раз
касался плазменного кольца. Так вот в этих местах он быстро разогрелся до
оранжевого каления и стеклянная подложка стремительно (как минимум на порядок
быстрее, чем при напылении меди) стала темнеть, покрываясь блестящим (и, как
оказалось, хорошо проводящим) металлическим слоем!
Итак, технология напыления латуни была освоена. Но почему в виде кольца она
напылялась так хорошо? Нужны были дальнейшие эксперименты.
Я трижды попробовал напылить латунь на слюдяные пленки, и получил хорошие
покрытия. Но они своим видом всё больше напоминали.. цинк!
А с обратной стороны слюды обнаружилось странное явление - какие-то...
желтки.
По-видимому, в начале, когда латунный кусок холоден, напыления нет. Ионная
бомбардировка начинает его разогревать (ведь он касается медной основы лишь в
нескольких точках, а значит, имеет очень плохой теплоотвод). В небольшом ин-
тервале температур распыляется латунь в виде красивого ярко-желтого сплава,
но при превышение некой критической температуры происходит плавление или еще
какой-то подобный переход, и латунь начинает разделяться - атомы цинка цинк
уходят в вакуум, а меди - остаются на месте.
На месте ли? Да, на своем месте. Посмотрите, во что превратилась латунь на
поверхности распыляемого кусочка. Да это же медь!
Ионно-плазменное
распыление
Так, незаметно для себя мы вступили в область другой технологии, известной
под названием ионно-плазменного распыления. Недостаток ее нам уже известен:
материалы сложного состава разделяются на фракции. Википедия объясняет это
разницей в давлениях паров компонентов. Действительно, в литературе приводят-
ся графики скоростей испарения металлов в вакууме при разных температурах, из
которых следует, что цинк испаряется на много порядков быстрее меди.
Получается, если нам важно сохранить состав сплава, то технология магне-
тронного распыления - лучше. Нагрева металла при этом надо всячески избегать.
Вот почему мишени для магнетронного распыления в профессиональных установках
предусматривают водяное охлаждение. И подложки тоже порой охлаждают водой.
Но есть у нового метода и достоинство - и еще какое - невероятно высокая
скорость распыления. Причем оно как бы лавинообразно самоускоряется. Чуть
только войдет в этот режим и уже через секунды нарастает сплошное покрытие. И
значительно возрастает ток - потому что начинает дымиться МОТ. Что же проис-
ходит при этом? Какова природа этого загадочного явления?
Я предположил, что дело обстоит примерно так. При разогреве близких к плаз-
менному кольцу участков мишени из них начинается испарение металла, в нашем
случае - цинка. Однако, попав в кольцо, пары цинка претерпевают ионизацию и
сами становятся положительными ионами. Как следствие - ускоряются и бомбарди-
руют поверхность мишени, вызывая ее дополнительный разогрев и выбивая при
этом дополнительные атомы.
•
•
•
•
Но что произойдет, если атом цинка попадет не в латунную маленькую мишень,
а в большую, медную и холодную? Он, наверное, увязнет в ней. Обратите внима-
ние на фотографии выше (где латунь потеряла цинк) - как много осело цинка на
медную большую мишень. Причем осело так хорошо, что не особенно удалось со-
скрести даже наждачной бумагой.
А латунная (или уже бывшая латунная?) маленькая мишень (см. ниже) после ря-
да распылений приобрела вот такой вид (справа - перевернутая). Собственно,
она расплавилась в каплю.
Напыление
цинка
Что ж, раз мы смогли извлечь цинк из латуни, почему бы не напылить цинк в
чистом виде? Насыплем гранулы на место, где обычно присутствует плазменное
кольцо. И вокруг насыплем на всякий случай - не жалко.
Плазменное кольцо пронизало промежутки между гранулами сверху и снизу, од-
нако . . . не проявило к ним особенного интереса. Хотя мощность была не меньше
той, которая расплавила латунь (на целых 500 К более тугоплавкую!).
В результате гранулы едва спеклись, на них напылилось немножко меди. На
подложке осело немножко неведомо чего, а мишень превратилась в загадочный
инопланетный ландшафт.
*§
Тут я вроде бы начал догадываться, в чем дело. Ведь закругленные поверхно-
сти имеют плохие эмиссионные свойства (и хороший теплоотвод). Помните, в
школьном курсе электростатики проходили, что заряд скапливается на остриях и
стекает с них? Должно быть, для эффективного распыления поверхности мишени,
она должна иметь острые края, которые разогреваются (а потом уже всё тело ми-
шени) . Тогда я взял и зубилом отрубил кусок цинковой пластины толщиной около
2 мм по размеру латунной капли. Края получились весьма острыми.
Эта идея оказалась плодотворной. Цинк распылился, да ещё как! И держатель и
банка оказались быстро покрыты добротным слоем цинка.
Ну а медная мишень вообще оцинковалась на славу (см. ниже) . Даже то, что
было под цинком. Ну а почему бы и нет? Там ведь происходит почти всё то же
самое, что и сверху, только в перевернутом виде.
Покрытие цинка на подложке получилось великолепным. И проводящим электриче-
ство не намного хуже медного.
Теперь и на бумагу мы можем наносить не только медь, но, значит, и цинк. А
это значит, что мы уже практически можем создавать ну очень маленькие, а так-
же гибкие и плоские батарейки. На этот раз я взял не офисную, а глянцевую бу-
магу (от рекламной листовки), что благоприятно сказалось на внешнем виде по-
крытий .
Цинк нанёсся каким-то матовым образом. Только в левом нижнем углу получился
блестящий участок. Видимо, он находился в каком-то правильно удаленном месте
камеры. А остальная поверхность, наверное, как бы забрызгалась микро (нано?)
частицами от чрезмерно активного распыления. Несмотря на матовый вид, под
микроскопом покрытие выглядит весьма ровным и однородным.
Более того - если потереть цинковое покрытие тряпочкой, матовость счищает-
ся, а блестящее покрытие остается.
Напыление
никеля
Раз острые края благоприятны для ионно-плазменного напыления, то с фольгой
оно должно происходить просто замечательно. Почему нет? У меня как раз давно
лежит без дела некоторое количество никелевой фольги. Скомкал я из нее нечто
по размеру латунной капли (ставшей неофициальным эталоном размера маленьких
мишеней). В этом опыте я поднял подложку несколько повыше, чтобы не получи-
лось матового покрытия как с цинком. Может быть, крупные микрокапельки до
подложки не долетят.
Ярко - оранжевые края маленькой мишени и темнеющая подложка - верный при-
знак, что что-нибудь интересное мы да получим!
И вот оно - прекрасное ровное зеркальное покрытие с характерным для никеля
благородным блеском! Это самый красивый из металлов, которые я напылял. Ника-
ких матовостей, окислений и прочих дефектов ни с какой стороны.
На просвет никель значительно отличается от меди. Ну, так ведь, на то он и
никель.
А ещё он обладает примечательными магнитным свойствами. Такими, что полу-
прозрачная пленочка никеля может в поле не самого еще мощного магнита поднять
вес не только свой, но и всей слюдяной подложки6.
Напыление оловянно-
свинцового припоя
Вдохновившись цинком и никелем я решил попробовать напылить другой доступ-
ный мне материал - оловянно-свинцовый припой. Для этого я обвел маркером на
омедненном текстолите внутреннюю окружность силиконовой прокладки и напаял
туда изрядное количество припоя.
https : //www. you tube. com/watch?v=ew3l cM--pM
Эта гибридная мишень находилась в плазме до тех пока я не почувствовал то,
что рано или поздно и должен был почувствовать - а именно, запах перегретого
текстолита. Тогда я прекратил эксперимент и стал смотреть, что получилось.
Во-первых, медь в рабочей зоне очевидно нагрелась, что вызвало какие-то ис-
парения из текстолита, которые вспучили медную фольгу пузырем в направлении
вакуума. Это, в принципе, можно было и предсказать.
Во-вторых, сам припой явно претерпел переплавку. Ну другого мы от него и не
ждали. Посередине застывшей капли остался след от какого-то всплеска.
В-третьих, на подложке осело нечто невразумительное, тёмное и непроводящее.
В-четвертых, на краю этой подложки видны микроскопические шарики припоя.
Что всё это значит?
Позже я прочел, что такие явления типичны при дуговом распылении легкоплав-
ких сплавов. Для борьбы с этим применяют специальной конструкции фильтры, не
допускающие крупные частицы материала до подложки.
Вот как выглядят эти шарики под микроскопом.
*!* f< ''. v '■.*>
•Ws::
- -# --, ** V'*.: • -.v>/ •*.»:. VjivV^ ч ■
►1 * « >» *
У-
Напыление
свинца
Так, что ещё у нас есть? Ага, свинец.
Результат такой же, как и с припоем - непроводящее бурое покрытие на под-
ложке, подплавленные гранулы маленькой мишени. Ну и немного меди напылилось
на свинец.
Напыление
висмута
Ещё у меня был висмут. Так как поверхность медной мишени уже содержала зна-
чительный участок таблицы Менделеева, я взял для чистоты эксперимента алюми-
ниевую мишень - алюминий-то уж точно напыляться на нашу подложку не станет.
Продолговатые гранулы висмута выглядят как дрова в костре. А вокруг бушует
плазма!
Гранулы, конечно, расплавились, а на подложке снова образовалось бурое не-
проводящее покрытие, о составе которого можно только догадываться.
Впрочем, между висмутом, свинцом и оловом много общего. Может, потому они и
ведут себя одинаково. Может быть, эти темные покрытия состоят из изолирован-
ных микрошариков, за счет поверхностного натяжения склонных скорее образовать
видимые невооруженным глазом шары, чем пребывать в тонкопленочном состоянии.
А легкоплавкость не дает им пребывать в твердом состоянии, которое бы защити-
ло их от этого. Может и так. По крайней мере, действительно, прослеживается
тенденция - чем более тугоплавки металл, тем выше качество его напыленной по-
верхности. Наверное, я тоже приду со временем к водо-охлаждаемым подложкам.
Найдя таблицу поверхностного натяжения металлов, я увидел, что у меди и ни-
келя оно даже выше, чем у "капризных" легкоплавких металлов. Значит, дело
всё-таки, скорее всего, в легкоплавкости и отсутствии охлаждения.
Ионно-плазменное
распыление алюминия
Тогда я решил вернуться к проблеме нанесения пленок алюминия с учетом новых
знаний по части ионно-плазменного распыления. Я отрезал кусочек тонкого алю-
миниевого листа наподобие цинкового и загнул вверх четыре его острых уголка
"для пущей эмиссии".
Однако упрямый металл расплавился, но не распылился.
Но и я не собирался сдаваться. Я сложил тонкую алюминиевую фольгу в пачку и
сделал ножницами надрезы с многих сторон, придав ей форму снежинки.
Я положил это на кусок алюминиевого листа и выкрутил ручку ЛАТРа на такое
напряжение, при котором еще можно было надеяться, что МОТ вот-вот не вспых-
нет . Но тщетно. Алюминий немного подплавился и забронировался в своей оксид-
но -нитридной пленке. Никакого напыления и на этот раз не произошло.
Напыление
стали
Оставив алюминий в покое до тех пор, пока не удастся добыть аргон, я взялся
за сталь. Подобрал соответствующего размера шайбу и слегка обработал ее шкур-
кой.
Стальная шайба, в отличие от остальных ранее напыляемых материалов, сущест-
венно изменила конфигурацию магнитного поля в установке. Кольцо окружило шай-
бу по внешнему контуру. А при повышении напряжения появилось второе кольцо на
контуре внутреннем.
В результате, поверхность шайбы приобрела характерную ободранность, а на
подложке появилось интересное радужное покрытие с синеватым оттенком. Сталь
это или остатки антикоррозионного покрытия с шайбы - сказать трудно. По край-
ней мере, оно не притягивается магнитом.
Напыление
нержавеющей
стали
Следующей мишенью стала большая пластина из немагнитной нержавейки (по-
видимому, AISI 304). На подложке ничего вразумительного не получилось, однако
кольцо ионы прогрызли, осадив вокруг тонкие радужные слои, по виду напоминаю-
щие то, что осело на подложке при распылении покрытой чем-то железной шайбы.
Что это? Железо? Никель? Хром?
**
Ясно одно: мощности для непосредственно магнетронного распыления у нас не
хватает. Что ж, попробуем ионно-плазменный вариант. Я стал искать что-то из
нержавейки, близкое к размеру плазменного кольца и не слишком массивное. Уда-
лось найти вот такое кольцо, размером несколько меньше идеального.
Плазма стала быстро разогревать кольцо. Если отключить ток, то видно, какое
оно горячее7.
%Л ь
7 https://www.youtube.com/watch?v=5WRX7_CjIIU
В результате кольцо не расплавилось, но приобрело характерный для прогретой
стали серый вид. Может оно при этом ещё и азотировалось?
На подложке осело тонкое, довольно прозрачное, равномерное зеленоватое по-
крытие, не похожее на медь. Но трудно сказать, что это и какого состава. Во-
обще нужно как-то научиться определять состав покрытий. Травлением или каки-
ми-нибудь методами аналитической химии.
Мне пришла в голову мысль, что, может быть, какая-то существенная часть то-
ка идет под действием магнитного поля прямо по кольцу и разогревает его напо-
добие индукционной печи. Чтобы проверить, не так ли это, я перекусил кольцо
плоскогубцами. Если есть какая-то индукционная составляющая в его нагреве, то
он должен значительно уменьшиться.
Нагрев кольца нисколько не уменьшился, так что мои подозрения были напрас-
ны. Тогда я решил проверить ещё одну идею - что всё-таки нагревает кольцо -
ионная бомбардировка или высокая плотность тока на острых углах, где идет
эмиссия электронов? Для этого я положил сверху ещё одно кольцо, рассуждая
так: оно ближе к аноду, и если дело в эмиссии, то нагреется сильнее оно. А
если в ионах - то нижнее.
Намного быстрее нагрелось нижнее кольцо. Таким образом, ионная бомбардиров-
ка - основной источник нагрева мишеней в нашем варианте напыления, а польза
от тонких краев маленьких мишеней в основном, видимо, обусловлена плохим теп-
лоотводом.
Увлекшись опытами я и не заметил, как от нагрева размагнитились магниты.
Это и закончило данную серию экспериментов. Нужна, должно быть, там, катушка,
а не магниты. Особенно если охлаждать мишень водой - тогда охлаждалась бы и
катушка.
Другие металлы и опыт
других экспериментаторов
У меня не оказалось под рукой других металлов в приемлемом для мишени виде.
Однако известно, что Ryuichi наносил смешанные покрытия Au-Cu положив на мед-
ную мишень золотую цепочку, а Виталий Сарычев8 в своей самодельной установке
напылял9 серебро и золото с использованием аргона в качестве плазмообразующе-
го газа. В качестве кухонной альтернативы вакуумному колоколу он использовал
не банку, а салатницу, что, конечно прогрессивно, так как улучшает обзор,
снижает ее загрязнение парами металла и, в принципе, дает возможность нано-
сить покрытия на большей площади:
Конструктивные соображения
по созданию более
совершенной установки
Некоторые заинтересовались возможностью применения вместо вакуумного насоса
компрессора от холодильника. У меня его к сожалению нет.
Интересно, также, чем можно заменить связку ЛАТР-МОТ. Наверняка, человече-
ство уже придумало что-то более электронное, дешевое и компактное. Какой-
нибудь управляемый тиристором умножитель или в этом роде.
Несмотря на удобство использования банки или, тем более, салатницы, непри-
ятным и опасным моментом является сверление в них отверстий. Это не может не
приводить к созданию в стекле трещин, сколов и напряжений, что чревато вне-
запным лопанием банки под нагревом и вакуумом. Поэтому я стал искать вариан-
ты компоновки рабочей области установки, не связанные со сверлением стекла.
Вариантов оказалось несколько.
С одной стороны, можно было попробовать подвести вакуум и ток к аноду через
изолированные отверстия в мишени. Тогда банку (или в данном случае, лучше са-
8 https://www.youtube.com/channel/UCiW0pkhZ889WzbagorlGeVA
9 https://www.youtube.com/watch?v=bN5xxj fRFuM
латницу) можно использовать, как она есть, без всякой доработки. Это сильно
облегчит и замену банки в случае ее засорения металлами или повреждения. С
другой - если научиться аккуратно удалять дно банки, получится отличный стек-
лянный цилиндр, к которому через вторую силиконовую прокладку можно приложить
пластину из нержавейки или фторопласта с многочисленными вводами-выводами га-
зов и электрических кабелей (к чему, по-видимому, идет дело.)
Кроме того, цилиндр имеет принципиальное преимущество - из него можно стро-
ить многоступенчатые конструкции с вводами и выводами посередине, которые нам
могу еще не раз пригодиться.
Однако после неудачной попытки получить ровный цилиндр из банки при помощи
популярного метода горящей нитки, и столь же неудачного распиливания банки
болгаркой (диском по камню) , я стал в нем сомневаться. Мои сомнения развеял
по-видимому лучший способ получения стеклянных цилиндров из банок и бутылок
путем ровного скалывания по предварительно нарезанному стеклорезом контуру с
использованием разности температур
С другой стороны, можно обойтись и вообще без банок и цилиндрических по-
верхностей. Они ведь никак не участвуют в самих вакуумных процессах (надеюсь)
и взяты круглыми и стеклянными просто по аналогии с научными приборами какими
мы их привыкли видеть. Что, если представить себе каркас куба к которому со
всех шести сторон атмосферным давлением (или не только им) прижаты пластины.
Любую пластину можно выбрать какой заблагорассудится. Это может быть мишень,
может быть стекло, обычное и, если нужно, кварцевое, может быть пластина ме-
таллическая или диэлектрическая, полная отверстий, патрубков и оборудования.
Хоть все шесть пластин можно сделать такими.
А если на гранях пластин сделать фаски (или просто взять пластины чуть
меньше), то можно объединять кубы в трехмерные конструкции, практически неог-
раниченные в своей сложности и расположении технологических вводов.
https://www.youtube.com/watch?v=HCegXL8Q14E
В принципе, используя большую шайбу, можно даже поворачивать такие модули
на произвольные углы.
В целом система мне нравится, осталось придумать только как делать сами ку-
бы и какие конкретные размеры взять за основу. Можно варить кубы из нержавею-
щего уголка. А можно из обычного, а затем покрывать фторопластом.
В литературе пишут, что в вакуумной технике используется также медь, алюми-
ний, латунь, дюраль, сталь 20 и сталь 45. Опытные говорят, что варить обору-
дование для вакуума надо не обычной сваркой, а аргонно-дуговой. Хотя, может
быть, полуавтомат с защитным разом тоже подойдет.
Однако, в высоковольтных системах (а у нас, ведь, такая) металлические кубы
могут стать нежелательными проводниками. Хорошо бы им состоять из чего-то ва-
куум-плотного, но диэлектрического. Из стекла такие не сделать. Текстолит?
Эпоксидные смолы, наверное, выделяют в вакууме разные газы. Но что, если куб
из армированной стеклотканью эпоксидной смолы предварительно прогреть? А по-
том нанести какое-то вакуум-плотное покрытие? Эти вопросы пока не решены. Но,
возможно, когда-нибудь мы увидим удобную и простую в изготовлении установку,
по своим возможностям не уступающую имеющимся в продаже.
Радиационная
безопасность
Заряженные частицы в камере проходят разность потенциалов в несколько сотен
(примерно до 1000) вольт. При торможении их теоретически возможно излучение
фотонов с энергией до 1 кЭв, что лежит в диапазоне так называемого мягкого
рентгеновского излучения (SX). В предисловии к книге Р. Элтона "Рентгеновские
лазеры" сказано, что длина пробега фотонов мягкого рентгена в биоматериалах
составляет единицы - десятки микрон. То же написано и в книге Э. Кларка "Мик-
роскопические методы исследования материалов". Таким образом, даже если мяг-
кий рентген при работе установки и возникает, дальше поверхностного слоя кожи
он не проникнет.
Из обсуждения в комментариях к видеоролику Ryuichi выходило, что при тех
напряжениях, которые присутствуют в процессе, электроны высокой энергии по-
следовательно расходуют ее на ионизацию азота и камера излучает преимущест-
венно в области ультрафиолетовых волн, эффективно поглощаемых стеклом камеры.
В пользу безопасности процесса говорят два соображения. Во-первых, как мы
знаем, полупроводниковые матрицы видеокамер фотоаппаратов и телефонов показы-
вают "снег" - вспыхивающие пиксели - под действием ионизирующих излучений. Я
подносил планшет с включенной и прикрытой от света камерой почти вплотную к
установке и ничего подобного не заметил. Во-вторых, те, кто работал со свар-
кой или УФ лампами знают, насколько неприятное ощущение возникает в глазах
через некоторое время после даже мимолетного взгляда на не самый ещё жесткий
ультрафиолет. Я полдня смотрел на магнетронную плазму практически в упор и
даже сходил в аптеку за альбуцидом, опасаясь, что с глазами начнется нечто
ужасное. Но абсолютно ничего не произошло. Видимо, процесс напыления имеет
высокий КПД и не рассеивает особенно много энергии в виде рентгена и ультра-
фиолета .
Ввиду важности вопроса я всё-таки нашел научное подтверждение безопасности
такого рода установок в книге А. Своллоу "Радиационная химия органических со-
единений " :
«В то же время мягкие рентгеновские лучи (например, излучение, получаемое
при максимальном значении разности потенциалов на трубке 50 Кв) с трудом про-
никают сквозь стенки стеклянного сосуда. Поэтому при работе с такими мягкими
рентгеновскими лучами не требуется практически никакой защиты оператора.»
Кроме того, вращающиеся в кольце электроны должны издавать циклотронное из-
лучение в диапазоне радиочастот. Было бы интересно научиться определять час-
тоту этого излучения, а еще лучше считывать и использовать ее как параметр
контроля работы установки.
Другие методы
физического
напыления
В обоих рассмотренных нами пока технологиях для испарения мишени использо-
ван пучок ионов - будь то азота в случае магнетронного напыления, или самого
материала мишени в случае ионно-плазменного напыления.
Однако существует ряд альтернативных способов нагреть материал мишени до
температуры испарения. Я надеюсь испытать их в более совершенных конструкциях
напылительной установки. Таких способов немало:
1. Резистивный — мишень испаряется пропусканием по ней (или по лодочке, в ко-
торой она лежит) электрического тока. Это довольно древний и примитивный
способ, который, конечно, стоит попробовать (возможно, с лодочкой из тан-
тала) .
2. Индукционный — то же самое, но без непосредственного контакта проводов с
мишенью. Это, вероятно, позволит нагревать мишень до температур, которые
бы не выдержали провода и напылять, скажем, вольфрам.
3. Электродуговой, когда для испарения мишени используется дуга с низким на-
пряжением и большой силой тока.
4. Нагрев по принципу лампы с полым катодом - его выделяют в отдельную кате-
горию11 , но я не вполне понял, чем отличается от электродугового.
5. Лазерный — название его говорит само за себя. Думаю, для этой цели подой-
дет 50-ваттный ИК лазерный диод.
6. Радиочастотный. Использует для генерации ионов безэлектродный радиочастот-
ный разряд (по-видимому, такой как появляется в разреженных газах вблизи
катушки Тесла). Работает при большем вакууме (что повышает качество покры-
тий) и пригоден для напыления диэлектриков.
http: //ru. wikipedia. огд/то±к±/Лампа_с_полым_катодом
7. Плазменный (High-target-utilization sputtering, HiTUS). В этом методе
плазма генерируется в стороне от мишени и подается на нее плотной струей.
8. Ионно-лучевой. Здесь ионы образуются и нейтрализуются в стороне от мишени
и на нее поступает поток высокоэнергетических нейтральных частиц. Позволя-
ет напылять диэлектрики, а также независимо контролировать энергию и ин-
тенсивность пучка ионов.
9. Электронно-лучевой — самый перспективный, на мой взгляд метод. Во-первых,
его можно осуществлять в той же самой установке, поменяв полярность элек-
тродов и, возможно, добавив фокусирующую и ускоряющую системы. Во-вторых,
позволяет наносить диэлектрики. В-третьих, электронный луч очень управляем
(вспомним электронно-лучевые мониторы и электронные микроскопы) и можно
было бы с его помощью не просто распылять мишень как придется, а вытравли-
вать на ней канавки и фигурки по компьютерным моделям. Например, удалять в
нужных местах участки фоторезиста. В общем, двигаться дальше в сторону фо-
толитографии , МЭМС и всего такого.
Существуют также разнообразные модификации процесса напыления — например,
проведение его не в непрерывном, а импульсном режиме (думаю, это может значи-
тельно снизить нагрев и окисление покрытия, повышая его качество), или метод
Ion Assisted Deposition — когда поток нейтральных ионов сбивает с подложки
плохо закрепленные участки покрытия, а хорошо укрепившиеся — нет. Так выращи-
вают алмазоподобные пленки в NASA.
Популярно и так называемое реактивное напыление. Нет, это не напыление при
помощи струи реактивного двигателя. Просто в камеру вводится активный газ —
кислород, азот и т.п., вступающий в химические реакции с атомами мишени на
пути к подложке. Так именно и получают разнообразные интересные покрытия типа
AlTiN или Ti02.
Технологии
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ НЕХОРОШИХ РАСТЕНИИ
SALVIA
DIVINORUM1
Шалфей предсказателей, или Шалфей наркотический (лат. Salvia divinorum) —
вид растений из рода Шалфей, из листьев которого получают психоактивный гал-
люциноген диссоциативного свойства сальвинорин А.
При правильных условиях и действиях, Шалфей производит уникальное состояние
"божественного опьянения". В течение сотен лет его использовали в религиозных
и целительских церемониях Mazatec индейцами, которые живут в области Оахаки в
Мексике. Эффекты Шалфея очень отличаются от таковых алкоголя, но подобно ал-
коголю, он вредит координации (Никогда не пытайтесь двигаться под влиянием
шалфея - это может оказаться фатальным!).
Это растение - настоящий подарок. По силе действия сальвинорин можно срав-
нить с ЛСД и он так же относится к группе "больших психоделиков".
В отличие от большинства галлюциногеннов, это - не алкалоид. Хотя он не
формирует зависимость, чистый сальвинорин чрезвычайно силен. Дозы только не-
скольких сотен микрограммов (миллионные грамма) будут иметь очень мощные эф-
фекты, что не удобно для большинства людей.
Из-за его чрезвычайной силы, сальвинорин никогда не должен использоваться,
если дозировка не была точно измерена с чрезвычайной точностью. К счастью,
лист Шалфея в сотни раз более слабый, чем чистый сальвинорин, поэтому, лист
Шалфея может использоваться намного более благополучно, чем чистый сальвино-
рин.
С 31 декабря 2009 года в России сальвия входит в Список I Перечня наркотических
средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Фе-
дерации (оборот запрещён).
Лист шалфея физически весьма безопасен. Он очень мягко действует на орга-
низм. Никто когда-либо не умирал от передозировки шалфея. Шалфей - не стиму-
лятор, это - не успокоительное средство, это - не наркотик, это - не транкви-
лизатор .
Salvia divinorum
Культивирование
Сальвия дивинорум многолетнее субтропическое растение, при отсутствии замо-
розков растет в течение всего года. Это зеленое растение с большими листьями
отличительным толстым, полым, квадратным зеленым стеблем. Оно может вырасти
на несколько метров высоты, если условия благоприятны. Когда растение стано-
вится достаточно высоким, стебель согнется, или будет ломаться, и может уко-
рениться, если он входит в контакт с сырой землей.
Хотя Сальвия дивинорум может цвести при естественных условиях освещения,
оно почти никогда не образует семян. Так что растение почти всегда размножа-
ется отростками. Листья овальны, слабозубчатые и могут быть весьма большими
(до 9 дюймов в длине). Они обычно изумрудно-зеленые, но при некоторых услови-
ях, могут быть желто-зелеными или даже желтыми. Они покрыты нежными, коротки-
ми волосками, которые делают поверхность листа бархатной.
Растения должны стоять в частичной тени и быть хорошо увлажнёнными. Но пе-
релив, безусловно, вреден, так как начинают гнить корни! Сальвия дивинорум
может быть выращен в закрытом помещении в любом климате. Он прекрасно растёт
дома.
Сальвия дивинорум в домашних условиях.
Вы можете выращивать Сальвию дивинорум на открытом воздухе весь год, если
Вы живете во влажном субтропическом климате, с хорошо увлажненной, но и хоро-
шо просыхающей почвой, с высоким содержанием перегноя. Если Вы живете в более
холодном климате или засушливом климате, Вы всё же можете вырастить шалфей на
улице, если приложите к этому процессу некоторое количество заботы. Вы должны
быть уверены, что растение защищено от мороза и хорошо увлажняется. Шалфей не
сможет пережить заморозок или засуху.
Она может быть выращена на открытом воздухе в горшках, которые могут быть
принесены в закрытом помещении, когда на улице холодает ниже +15°С. Таким об-
разом, он может быть выращен на открытом воздухе летом и в закрытом помещении
зимой.
Шалфей скажет Вам, когда он становится слишком сухим: его листья будут сви-
сать . Недостаток воды - это наиболее вероятный первый признак отвисания ли-
стьев . Почва должна хорошо увлажняться, но она должна и хорошо просыхать.
При посадке Шалфея в горшках, удостоверьтесь, что горшок является достаточ-
но большим, чтобы позволить растению расти хорошо. Если вы ограничены свобод-
ным местом, то используйте самый большой горшок, какой только возможно.
Горшок должен иметь отверстие снизу и слой гравия или иного дренажа на до-
нышке - это воспрепятствует застаиванию воды и загниванию корня. Коммерческая
цветочная почва идеально подойдёт. Добавление Вермикулита® или Перлита® к
цветочной почве полезно, но как добавка-разрыхлитель, а не как основа.
Шалфей будет нуждаться в удобрении. Любое хорошее удобрение общего назначе-
ния будет работать. Рыбий жир - хороший выбор органического удобрения, но из-
за ее очень неприятного аромата, она является подходящим только для наружного
использования. Удовлетворительные результаты могут быть достигнуты с химиче-
скими удобрениями. Подойдёт любое комплексное удобрение общего свойства для
домашних цветов.
Если вы выращиваете растение дома, то вы можете выставлять его на улицу, в
тёплую погоду, во время дождя. Это препятствует образованию в почве минераль-
ных солей.
Шалфей необходимо подвергать воздействию рассеянного солнечного света хотя
бы несколько часов в день. В закрытом помещении лучше всего разместить его
возле окна.
Шалфей может переносить и большие количества солнца, если он хорошо полит и
опрыскан. Так же неплохо справляется с условиями глубокой тени. При изменении
условий содержания, будь то свет или влажность, сделайте это постепенно, а не
резко. Учитывая достаточное количество времени, Шалфей очень приспосабливаем,
но может потребоваться неделя, чтобы он привык к новой окружающей среде.
Много вредителей могут нападать на Шалфей. Белокрылка - большая проблема
для оранжереи. Тля, слизняки, гусеницы, клещи и т.п. насекомые могут также
повредить ваши растения. Гниль корня и стебля могут быть проблемами. Грибко-
вые пятна могут появиться на листьях. Не известно какие вирусы растений напа-
дают на Сальвию дивинорум, но вероятно некоторые случаи имеют место.
Тля и насекомые могут быть удалены с растения хлопковой тряпочкой, смочен-
ной изопропиловым спиртом. Слизняки так же причиняют большой ущерб. Чтобы они
не добрались до Вашего растения, установите горшок на приподнятую подставку.
Не спускайте глаз с этих слизистых вредителей. Один слизняк может съесть ог-
ромное количество Шалфея! Пиво можно использовать, чтобы привлечь и утопить
слизняков. Установите блюдце пива в небольшой ямке в земле; поверхность блюд-
ца должна быть вровень с почвой, чтобы слизняки могли залезть, напиться, и
утонуть.
Клещи паука можно уничтожить, растворяя Кастильское мыло в воде и опрыски-
вая листья, включая нижнюю сторону. Повторите эту процедуру три раза с двух-
недельным интервалом. Предостережение: были некоторые данные, что мыло повре-
ждает листья, так что не берите его слишком много.
Ваш садовый шланг - лучший друг в борьбе с вредителями. При помощи хорошего
распылителя вы можете буквально смывать вредителей с листьев, не забывая про
нижнюю сторону листа.
Шалфей обычно размножается отростками, а не семенем. Отростки могут быть
укоренены или в воде или непосредственно в почве.
Укоренение в воде
Отрежьте черенок с несколькими листьями длиной 5-20 см. Отрежьте листья,
которые находятся на самом нижнем узле вашего черенка, и сразу же поставьте
его в маленький стаканчик с водой, налитой на 3-4 см высотой от дна. Только
один черенок может быть в одном стаканчике, так как гниль может испортить вам
всю партию. Лучше, если отросток срезан немного ниже узла, так как узел - это
место, из которого наиболее вероятно вырастут корни.
Отрезайте отросток чистыми ножницами, чтобы микробы и грибки впоследствии
не могли повредить стебель. Разместите отростки на рассеянном солнечном све-
ту. Хорошая мысль - использовать охлаждённую кипячёную воду. Если ваша вода
хлорирована, прокипятите ее. Нехлорированная вода может быть загрязнена мик-
робами , также прокипятите ее. Укоренение в воде - успешно приблизительно в
75% случаев. Остальная часть растений со временем гибнет от гнили корня.
В течение 2 недель начинают развиваться корни. Когда они будут 2-2,5 см
длины, пересадите растение в горшок с землёй. Сверху накройте растение "па-
латкой влажности" - обычной перевёрнутой банкой или прозрачным полиэтиленовым
пакетом. Через пару недель можете постепенно убрать пакет.
Некоторые производители сообщают, что веточки, которые летом отламываются
сами, укореняются более успешно, чем отрезанные преднамеренно. Укоренение в
воде на открытом воздухе может уменьшить шанс на появление гнили стебля. Оче-
видно, ультрафиолетовый свет в нефильтрованном солнечном свете действует, гу-
бительно на микробы и грибки в воде.
Укоренение в почве
Шалфей может быть внедрен непосредственно в почву. Необходимые материалы:
• Цветочная почва.
• Два одноразовых стаканчика.
• Rootone ® порошок (это - укореняющая смесь гормона, которая также содер-
жит фунгицид), она доступна в большинстве специальных магазинов в Соеди-
ненных Штатах2.
• Небольшой прозрачный целлофановый пакет
• Круглая резинка.
• Вода.
Проделайте отверстие в донышке пластикового стаканчика для дренажа. Запол-
ните стаканчик на 2/3 цветочной землёй. При помощи карандаша или пальца сде-
лайте углубление в почве 5 см глубиной. Почва теперь готова к посадке ростка.
Теперь подготовьте росток. Чистыми ножницами отрежьте верхушку стебля с не-
сколькими маленькими листочками на вершине. Сразу же поставьте его в чистую
воду. Срезайте стебель только ниже узла, так как корни будут развиваться
именно от узла.
Итак, смочите отрезок стебля в воде и воткните его в укореняющую смесь,
приблизительно на 1 см глубиной. Вытащите и обтряхните излишки смеси. Укоре-
няющая смесь ядовита, поэтому хорошо вымойте руки с мылом. Конец стебля, при-
2 Это перевод статьи.
сыпанный порошком, поместите в отверстие в земле. Мягко утрамбуйте почву во-
круг отростка, чтобы земля заполнила отверстие. Аккуратно полейте растение,
чтобы земля хорошо смочилась. Поставьте ваш стаканчик внутрь другого, больше-
го по размеру пластмассового стакана, на дно которого приспособьте какую-
нибудь подставку, чтобы дренажное отверстие в маленьком стаканчике сообщалось
с воздухом, и вода могла свободно вытекать из него. Натяните перевернутый по-
лиэтиленовый мешок сверху на большой стакан, чтобы он образовал подобие пар-
ничка для растения. Закрепите его снаружи при помощи круглой резинки. При на-
личии такого парничка не нужно часто поливать растение. Через несколько не-
дель вы можете пересадить растение в большой горшок.
Обработка
материала
растения
Высушенные листья Шалфея должны сохраняться в запечатанных контейнерах да-
леко от света. Хранящиеся таким образом листья сохраняют свои свойства в те-
чение многих лет.
Если Вы обладаете собственным растением, вы, вероятно, захотите засушить
его листья для последующего использования. Есть несколько способов сделать
это.
Метод 1.
"Щедрость растения"
Ждите, пока листья не умрут естественной смертью или не завянут. Соберите
их. Разместите на бумаге в комнате с низкой влажностью воздуха. Почаще пере-
ворачивайте . Ждите, пока они не высохнут совсем.
Неизвестно, обладают ли умершие листья более слабыми свойствами, чем специ-
ально собранные свежие. Преимущество: Вы не будете лишать ваши растения ли-
стьев , которые ему требуется. Неудобство: Вы должны будете ждать, пока расте-
ние не будет готово само пожертвовать Вам листья.
Метод 2.
"Метод табака"
Возьмите большие, недавно сорванные листья, и разместите их стопочками друг
на друге, толщиной по 0,5 см. Сложите их на листе бумаги в кучу. Переворачи-
вайте их дважды ежедневно, пока они не станут сухими, но не хрустящими. Пре-
имущество: "табак", как говорят, дает более "гладкий" дым, чем полностью вы-
сушенные листья. Неудобство: возможно, такое медленное высыхание может погу-
бить маленькие листочки, которые сопреют до того, как высохнут большие ли-
стья.
Метод 3.
"Дегидрататор"
Положите листья на дегидрататор. Это такой пакетик с силикагелем, который
можно найти в коробках с разным оборудованием или в коробках с обувью. Он
очень сильно впитывает влагу, и листья быстро высыхают. Сушите, пока листья и
стебли не станут абсолютно сухими и ломкими. Преимущества: скорость, полное
высыхание, и удобство. Неудобство: Стоимость закупки дегидрататора.
Метод 4.
"Духовка"
Поместите листья на жаростойкое блюдце или тарелку и поставьте в духовку.
Выставьте температуру не более +60°С. Преимущества: скорость, полное высыха-
ние , и удобство. Неудобства: Может быть, более трудно держать температуру ду-
ховки в оптимальном диапазоне.
Метод 5.
"Хлорид кальция"
Хлорид кальция доступен в большинстве химических магазинов, а так же он
применяется как осушитель в упаковках с электронно-вычислительной техникой.
Насыпьте достаточное количество хлорида кальция слоем на дно полиэтиленового
пакета. Согните лист алюминиевой кухонной фольги наподобие тарелочки и на-
сыпьте в него листья. Поставьте эту тарелочку внутрь пакета на хлорид каль-
ция, но так, чтобы сами листья не касались его. Хорошо завяжите пакет при по-
мощи резинки. Листья будут абсолютно сухими примерно через два дня. Преимуще-
ство: очень полное высыхание. Неудобство: метод менее удобный, чем другие ме-
тоды . Медленно.
Экстракт из
листьев Шалфея
1. Раскрошите сушеный лист до мелкой крошки, для того, чтобы использовать
меньше растворителя. Растирать до состояния пыли не надо. Весь смысл в
крошении листа - это уменьшение объема занимаемого листом, и, соответст-
венно, уменьшение количества нужного растворителя.
2. Поместите лист в чашку из стекла, нержавейки или фарфора, и поместите все
это в холодильник. Следует установить температуру как можно ближе к +2 ° С.
3. Ацетон также поместите в холодильник. Охладите его до +2 ° С. Пометьте бу-
тылку с ацетоном, чтобы случайно ее не выпить! Звучит идиотизмом, но слу-
чаи бывали...
4. Замочите ваши размолотые листья в ацетоне (том, самом, охлажденном), не
более чем на две с половиной минуты, непрерывно помешивая раствор. Умень-
шение времени этой процедуры приведет к получению более чистого продукта.
10-30 секундная настойка будет идеально подходить для получения кристалли-
ческого сальвинорина, если вам это конечно нужно.
5. Быстро отфильтруйте теперь уже позеленевший раствор, и отставьте его в
сторону. Если вы уменьшите время настаивания, раствор не будет зеленым,
т.к. меньшее количество грязи перейдет в раствор; это нормально. Добавьте
свежего ацетона в отжатый раствор, и настаивайте около трех минут (или
меньше, если хотите получить более чистый экстракт), постоянно помешивая.
Быстро отфильтруйте этот экстракт и получите два разделенных экстракта,
которые позже вы сможете объединить вместе. Хранение двух вытяжек - это, в
общем, неплохая идея, так как первая вытяжка обычно чище, нежели вторая.
Если же вы хотите сделать сильно активный лист, то можете объединить оба
экстракта.
6. Подождите в течение нескольких часов, чтобы вытяжка (сейчас, возможно, зе-
леного цвета) отстоялась, чтобы вся грязь осела на дно. На дне емкости вы
обнаружите зеленовато-коричневый материал, похожий на песок. Осторожно
слейте ацетон, и сохраните то, что осталось на дне для последующей экс-
тракции , если вы подозреваете, что в этой грязи еще остался сальвинорин.
7. Ну, собственно, теперь вы можете использовать полученный ацетон для после-
дующей экстракции (для увеличения концентрации), или же просто упарить его
в стеклянной посуде, дабы изучить то, что вы получили. Если вы решили упа-
рить экстракт, вы увидите покрытый корочкой, зеленоватый, но очень ядреный
экстракт.
Используя этот расклад для 30 г листьев, вы экстрагируете около 250 мг
сальвинорина-сырца. В данном опыте, в сухом экстракте вы получите около 75 мг
сальвинорина (ну, в зависимости от того, какой был лист). В среднем, чистота
двух объединенных экстрактов составляет около 30%, но процент может варьиро-
ваться как в большую, так и в меньшую сторону. Концентрация экстракта зависит
слишком уж от многих факторов. Общее правило таково, что вторая вытяжка
уменьшает чистоту результирующего раствора значительно, по сравнению с пер-
вой, но увеличивает активность полученного раствора. Не пытайтесь курить по-
лученный материал, ибо он слишком ядреный. Я упаривал вытяжки только для то-
го , чтобы посмотреть, насколько качественным получился результат! Потом я
вновь растворял сальвинорин в ацетоне, и пропитывал им листья, делая их более
прущими. Если вы экстрагируете около 30 г листьев, а потом пропитаете полу-
ченным экстрактом 2,5 г листьев, то вы получите около 2,5 г - 10Х. Средняя
доза такого продукта примерно 50 мг. Большой дозой считается 100 мг.
================================== ПОДВАЛ ===================================
Дексаметорфана
гидробромид
Декстрометорфан - основное психоактивное вещество, относится к группе дис-
социативов. Он же DXM.
Содержится в сиропе от кашля пГликодинп. Сироп в стеклянном флаконе по 100
мл, содержащий в 1 мл декстрометорфана гидробромида 2,0 мг, терпин гидрата
2,0 мг, левоментола 0,75 мг. Свободно продаётся практически в любой аптеке,
только стоит дороговато.
Экстракция
каустической
содой
1. Готовите щелочной раствор из каустической соды: в 200 мл теплой воды сы-
плете каустическую соду и мешаете до тех пор, пока она не перестанет рас-
творяться (т.е. до насыщения раствора).
2. В 2-х литровую пластиковую бутылку выливаете 5 сиропов "Гликодин", зали-
ваете туда полученный щелочной раствор, а также бензин Zippo (сантиметр
по высоте бутылки), закрываете крышкой и сильно трясёте примерно 10 ми-
нут.
3. Даете отстояться (10-30 минут). Получается два слоя: снизу коричневое,
сверху плавает бензин.
4. Делаете в пробке дырку гвоздем, затыкаете ее пальцем.
5. Аккуратно переворачиваете, сливаете коричневый слой и совсем чуть-чуть
бензина (чтобы щелочи не осталось точно). В процессе слива надо будет
сделать дырку в боку бутылки, чтобы слилось.
6. Теперь у вас бутылка с дырявой пробкой и дыркой примерно посередине, в
бутылке бензин (в нем находится DXM).
7. В 200 мл кипятка растворяете чайную ложку лимонной кислоты.
8. Выливаете этот кислый раствор в бензин, затыкаете обе дырки пальцами и
сильно трясёте минут 10. Потом даете отстояться столько же.
9. В результате 2 слоя: снизу лимонная кислота (в ней DXM) , сверху бензин
(он не нужен).
10.Аналогично пункту 5, сливаете нижний слой. Оставьте небольшую прослойку
из кислого раствора, чтобы бензин точно не попал.
11.Лимонную кислоту кипятите на медленном огне минут 5-10.
При использовании сиропов "ТуссинН-" пересчитайте немного пропорции и учти-
те, что цвет будет красным, а не коричневым при экстракции и слои должны раз-
деляться намного быстрей, чем при использовании "Гликодина". Сиропы "Зедекс",
по словам некоторых людей, практически невозможно использовать для экстракции
DXM, потому что в "Зедексе" очень много примесей, которые не позволяют выде-
лить DXM.
Экстракция
нашатырным
спиртом
1. В 2 л пластиковую бутылку выливаете 3 сиропа "Гликодин", заливаете туда
столько же по объему нашатырного спирта (стандартный - 10%) и на полсан-
тиметра бензина Zippo, закрываете крышкой и сильно трясёте минут пять.
2. Даете отстояться минут 10-15. Получается два слоя: снизу коричневое,
сверху плавает бензин (если слои не хотят разделяться, нужно добавить ту-
да чайную ложку соли).
3. Делаете в пробке дырку гвоздем и затыкаете ее пальцем.
4. Аккуратно переворачиваете, сливаете коричневый слой и совсем чуть-чуть
бензина (чтобы нашатыря не осталось точно). В процессе слива надо будет
сделать дырку в боку бутылки, чтобы слилось.
5. Теперь у вас бутылка с дырявой пробкой и дыркой примерно посередине, в
бутылке бензин (в нем находится DXM).
6. В обычном стакане воды растворяете чайную ложку лимонной кислоты (пусть
постоит минут 5, чтобы кристалликов не было).
7. Выливаете лимонную кислоту в бензин, затыкаете обе дырки пальцами и силь-
но трясёте минут 10. Потом даете отстояться столько же.
8. В результате 2 слоя: снизу лимонная кислота (в ней DXM), сверху бензин
(он не нужен).
9. Так же как и в пункте 4: сливаете нижний слой. Оставьте небольшую про-
слойку из лимонной кислоты, чтобы бензин точно не попал.
10.Лимонную кислоту кипятите на медленном огне минут 5.
Экстракция
содой
1. Готовите щелочной раствор из соды: жарите (прокаливаете) соду на сковоро-
де 10 минут, чтобы она стала мелкая (для 3 пГликодиновп (600 мг DXM) нуж-
но примерно 100 г соды) и затем высыпаете ее в кипяток (400 мл - 2 стака-
на) - сыпать понемногу, будет реакция; затем перемешиваете, чтобы все
растворилось.
2. В 2-х литровую пластиковую бутылку выливаете 3 сиропа "Гликодин", зали-
ваете туда полученный щелочной раствор и на полсантиметра бензина Zippo,
закрываете крышкой и сильно трясете минут 10.
3. Даете отстояться минут 10-30. Получается два слоя: снизу коричневое,
сверху плавает бензин.
4. Делаете в пробке дырку гвоздем и затыкаете ее пальцем.
5. Аккуратно переворачиваете, сливаете коричневый слой и совсем чуть-чуть
бензина (чтобы щелочи не осталось точно). В процессе слива надо будет
сделать дырку в боку бутылки, чтобы слилось.
6. Теперь у вас бутылка с дырявой пробкой и дыркой примерно посередине, в
бутылке бензин (в нем находится DXM).
7. В стакане кипятка растворяете немного лимонной кислоты (меньше чайной
ложки).
8. Выливаете этот кислый раствор в бензин, затыкаете обе дырки пальцами и
сильно трясёте минут 10. Потом даете отстояться столько же.
9. В результате 2 слоя: снизу лимонная кислота (в ней DXM), сверху бензин
(он не нужен).
10.Так же как и в пункте 5: сливаете нижний слой. Оставьте небольшую про-
слойку из кислого раствора, чтобы бензин точно не попал.
11.Лимонную кислоту кипятите на медленном огне минут 5.
Литпортал
ЛАВКА ВРЕМЕНИ
ЧеширКо
- Что вы там стесняетесь? Заходите, раз пришли, - выкрикнул хозяин магазина
в сторону приоткрытой входной двери.
- Да я не стесняюсь, - смутился парень и переступил через порог, - я просто
вывеску читал. Оригинальное вы название придумали для магазина: "Лавка Време-
ни". Звучит интересно. Даже как-то мистически.
- Спасибо, - улыбнулся хозяин и вопросительно посмотрел на молодого челове-
ка, - что у вас?
- У меня часы. . . Вот, - он достал из кармана красивые наручные часы и про-
тянул их продавцу, - недавно заметил, что отставать начали.
- Интересные часики. Первый раз вижу часы с треугольным циферблатом.
Механика? - хозяин взял часы, близоруко прищурился и поднес их к самым гла-
зам.
- Да, механические. Никогда не подводили, а недавно опоздал из-за них на
встречу аж на полчаса. Сможете починить?
- Отличные часы, грустная история, - кивнул продавец и протянул их обратно.
- Так вы сможете их починить?
- Я не ремонтирую часы, - равнодушно ответил мужчина за прилавком.
Парень, в легком замешательстве огляделся вокруг. По периметру стен стояли
застекленные прилавки. В каждом из них ровными рядами лежали самые разные ча-
сы.
- А, - молодой человек хлопнул себя по лбу, - вы их продаете? А я просто
увидел вывеску и подумал, что вы и ремонтом занимаетесь. Простите тогда...
Кстати, а сколько стоят вот эти?
С этими словами он ткнул пальцем в витрину.
- Я не продаю часы, - пожал плечами хозяин магазина и, сев на стул, взял в
руки газету. Встряхнув ее резким движением, он открыл ее на середине и погру-
зился в чтение, - к тому же, эти часы спешат.
Молодой человек посмотрел на продавца и заинтересованно наклонил голову.
- Извините, что отвлекаю вас...
- За последнюю минуту вы уже извинились два раза, - не отрываясь от газеты,
буркнул мужчина, - знаете такую поговорку: "Если долго кланяться, голова от-
валится"? Я вам скажу - пренеприятнейшее это занятие, ходить по улице без го-
ловы. То и дело, натыкаешься на прохожих или фонарные столбы. И если послед-
ние, как правило, молчаливы, то люди обязательно скажут вам какую-нибудь га-
дость. Единственный плюс во всем этом - вы их не услышите, потому что уши то-
же находятся на голове, которой у вас нет.
Парень провел ладонью по своей шее, как будто пытаясь убедиться, что его
голова еще на месте, но тут же одернул руку, смутившись своей излишней впе-
чатлительности .
- Я просто хотел спросить. Вы не ремонтируете часы и не продаете их, но у
вас их здесь так много... Чем вы занимаетесь?
- Я продаю время, - обыденным голосом произнес хозяин магазина, - там же
написано: "Лавка Времени". Если бы я продавал часы, я бы написал: "Магазин
часов", а если бы ремонтировал, то "Ремонт часов".
- Продаете время? - ухмыльнулся парень.
Продавец отложил газету и внимательно посмотрел на посетителя.
- Ну вот... Видимо я был прав.
- В чем?
- Скорее всего, у вас все-таки отвалилась голова, и вы потеряли слух. Ина-
че, зачем вы по два раза переспрашиваете одно и то же? Я же вам сказал - я
продаю время.
- Как можно продавать время? Что вы несете?
- Примерно так же, как некоторые продают картошку или любовь.
Парень рассмеялся и облокотился о прилавок. Его начал веселить этот стран-
ный человек.
- Ну, с любовью вы перегнули. Нельзя купить любовь за деньги.
- У вас определенно, что-то со слухом. Я не говорил о деньгах.
- А за что еще можно ее купить?
- Вы можете рассчитаться за нее своим умом, красотой, опытом, силой... Не-
которые, кстати, принимают к оплате даже обещания. Эдакая любовная ипотека
получается... Впрочем, это не важно. Вы хотите купить время или нет? Если
нет, то не отвлекайте меня от работы, пожалуйста.
- Таких оригинальных мошенников я еще не встречал, - парень восхищенно по-
качал головой, - интересно послушать, сколько стоит это ваше время и что вхо-
дит в эту услугу.
- Вот это другой разговор, - продавец поднялся со стула и подошел к прилав-
ку , - оплата только по факту, после оказания услуги, никаких предоплат. Сама
услуга заключается в следующем. Я отправляю вас в нужную точку времени, кото-
рую вы укажете. Сразу говорю - работаю только с прошлым. Будущее не продаю.
Всё.
Молодой человек протер ладонью лоб и несколько секунд молча смотрел на про-
давца. На первый взгляд, он не был похож на психически больного человека. К
тому же, вряд ли кто-то сдал бы психу это помещение в аренду. Конечно, оно
могло быть его личным, но все же, людская молва уже давно разнесла бы вести о
сумасшедшем и о его магазине. Но люди за окном спокойно проходили мимо вит-
рин, не обращая внимания на это логово идиота. Оставалось надеяться только на
то, что это какая-то глупая шутка.
- Вы шутите, да? - с надеждой в голосе спросил он.
- Бывает. Невозможно всегда ходить с каменным лицом, поэтому иногда я шучу,
да. Но только не в тех случаях, когда это касается моей работы.
- У меня даже слов нет, если честно, - развел руками парень.
- Слова - это имущество общественное, поэтому их у вас и не должно быть. Вы
можете только брать их из общей кучки и использовать их по назначению. Жела-
тельно по делу. Иначе от них нет никакого толка.
Молодой человек стоял у прилавка с широко открытыми глазами и смотрел на
продавца.
- Я удивляюсь вашей непробиваемости. Вы втираете мне такую редкостную чушь
с таким честным лицом, что я просто поражен. Вы, случайно, не бывший политик?
Продавец отрицательно покачал головой и даже поморщился.
- Хорошо, - парень кивнул и решительно хлопнул ладонью по прилавку, - я со-
гласен. Давайте, отправляйте меня в прошлое. Мне просто интересно, каким об-
разом вы меня обманете.
- Вот и отлично, - потер руки продавец, - выберете временную точку, пожа-
луйста .
- И на сколько же лет обычно отправляются в прошлое ваши клиенты?
- Все по-разному, - пожал плечами продавец, - как правило, все хотят что-то
изменить в своей жизни и отправляются туда, где это еще возможно. Согласи-
тесь, зачем человеку, у которого всё хорошо, менять свою жизнь?
- В этом вы правы, - задумался парень.
- Вспомните, был ли у вас момент, где вы ошиблись, свернули не туда, совер-
шили поступок, который не нужно было совершать?
Посетитель ненадолго погрузился в воспоминания, затем, вынырнув из них, по-
смотрел в глаза продавца.
- Я понимаю, что вы меня обманываете, но... Чем черт не шутит... Да, у меня
есть такая точка. Шесть лет назад. Если бы это было возможно, я бы вернулся в
то время и многое изменил. Возможно, что я сейчас был бы счастлив...
- Любовь, любовь... - усмехнулся продавец, разглядывая лицо парня, - в этом
вы не уникальны. Как правило, девять из десяти моих клиентов возвращаются в
прошлое именно за ней. Ну что ж, говорите дату и вперед.
- Ну, допустим, 17 декабря.
- Как скажете, - кивнул продавец, - 17 декабря, шесть лет назад.
Он закатал рукав на левой руке и показал посетителю часы с кожаным ремеш-
ком. На циферблате отображалось время, а в специальном окошечке - дата.
- Ну что? Готовы?
- Готов, - улыбнулся парень.
- Тогда, в добрый путь, - продавец нажал на кнопку, и даты в окошке замель-
кали в обратную сторону.
• * *
Солнце уже клонилось к закату. Продавец, потянувшись на стуле и сладко зев-
нув, отложил в сторону газету. Бросив взгляд на часы, он покачал головой. Уже
давно нужно было закрываться. Он только успел подняться со стула, как дверь в
магазин распахнулась и внутрь вбежал запыхавшийся человек. Оперевшись на при-
лавок, он блестящими глазами смотрел на хозяина магазина, не в силах выгово-
рить и слова. Немного отдышавшись, он схватил руку продавца и принялся трясти
ее.
- Вы. . . Вы просто волшебник! Простите, что я не поверил тогда вам! Вы не
представляете...
- Тише, тише, - улыбнулся продавец, - я так понимаю, что у вас все получи-
лось?
- Да! Да! Простите меня, что я вам не поверил! Мне очень стыдно!
- Да успокойтесь вы, это нормальная реакция. Лучше расскажите, помогло ли
вам время, которое вы купили?
- Да я просто счастлив! - выкрикнул парень, - я изменил свою жизнь! Она те-
перь со мной, у меня родилась дочь, мы строим дом, я работаю на другой рабо-
те, все просто отлично! Я уже несколько лет прихожу сюда, чтобы поблагодарить
вас, но ваш магазин появился только сегодня, до этого здесь было пустое поме-
щение . Я так рад, что встретил вас!
Он извлек из внутреннего кармана куртки толстый кошелек, и принялся доста-
вать из него купюры.
- Сколько я вам должен за эту услугу? За это я готов заплатить сколько
угодно! Вы просто спасли меня!
- Очень радует, что вы помните про вознаграждение, - одобрительно кивнул
головой продавец, - как мы и договаривались, оплата только по факту.
- Если бы я тогда не был таким дураком, я бы расплатился с вами еще шесть
лет назад, - засмеялся молодой человек, - сколько я вам должен?
- Вы хотите расплатиться деньгами? - нахмурился мужчина, - вы действительно
считаете, что время можно купить за деньги?
- Нет? А что вы хотите? - растерялся парень.
- Вы знаете, когда я открывал свой бизнес, я не думал, что он будет на-
столько убыточным, но я не бросил его только лишь из своих добрых побуждений.
Ведь я могу помочь стольким людям обрести свое счастье... Вы купили шесть лет
времени и прожили их счастливо. Я думаю, что это того стоило, правда? - про-
давец взглянул на парня, - вы никогда не сможете купить ни секунды времени за
все сокровища Вселенной, поэтому мне приходится принимать к оплате только са-
мые дорогие вещи, которые есть у моих клиентов.
- Так как мне с вами рассчитаться?
- Сочтемся, - подмигнул продавец, - а пока можете оставить мне в залог свои
часы.
- И всё? - парень принялся расстегивать ремешок на запястье.
- Почти, - усмехнулся продавец, - почти всё.
• * *
- Скажите, а сколько стоят эти часы? Интересные такие, треугольные, - жен-
щина ткнула пальцем в витрину, - хочу сделать подарок своему другу.
- Я не продаю часы, - послышалось из-за газеты, - к тому же, эти часы от-
стают .
- А чем вы здесь тогда занимаетесь? - женщина озадаченным взглядом посмот-
рела на витрины.
- В данный момент, читаю газету.
- Неужели? И что пишут?
- Пишут, что один мой клиент вчера оплатил мои услуги.
Продавец встал со стула, подошел к прилавку и положил газету на край.
- Ой, уже написали про вчерашнюю аварию? - взглянув на фотографию на первой
полосе, вздохнула женщина, - это ужасно... Говорят, одному водителю при
столкновении оторвало голову.
- А я ведь его предупреждал, - буркнул себе под нос продавец.
- Что вы сказали?
- Ничего. Слышали такую поговорку: "Любопытной Варваре на базаре нос ото-
рвали"? Я вам скажу - пренеприятнейшее это занятие, ходить по улице без но-
са. . .
Литпортал
НАУКА ПЛОСКОГО МИРА
Терри Пратчетт, Йен Стюарт, Джек Коэн
Глава 25.
Неестественный
отбор
Библиотекарь, опираясь на костяшки пальцев, быстро ковылял по внешней сто-
роне университетской библиотеки, хотя понятие «внешний» плохо применимо к по-
мещению, столь глубоко погруженному в Б-пространство.
Как всем известно, знание - это сила, сила - это энергия, энергия - это ма-
терия, а материя есть масса, следовательно, большие скопления знаний должны
искажать пространство и время. Именно поэтому все книжные магазины так похожи
один на другой, букинистические лавки изнутри кажутся намного больше, чем
снаружи, а все библиотеки прочно связаны между собой. Только узкий круг ис-
тинных библиотекарей знает об этом, но они тщательно скрывают тайну. Цивили-
зация просуществует недолго, если станет известно, что ошибись поворотом меж-
ду стеллажами - и угодишь прямиком в Александрийскую библиотеку аккурат в тот
момент, когда поджигатели хлопают себя по карманам в поисках спичек, а кро-
шечный участок пола в справочном отделе одновременно принадлежит Бронзовошей-
ному колледжу, где профессор Духобой как раз доказывает невозможность сущест-
вования богов незадолго до той злополучной грозы.
Библиотекарь на ходу бормотал себе под нос: «У-ук... у-ук...». Примерно как че-
ловек рассеянно повторяет: «Ножницы... ножницы...», скользя взглядом по комнате,
словно в надежде, что слова помогут им как-нибудь материализоваться. И дейст-
вительно , Библиотекарь говорил: «Эволюция... эволюция...» Его как раз послали за
подходящей книжкой.
В зубах он сжимал чрезвычайно сложную каталожную карточку.
Волшебники Незримого университета знали об эволюции абсолютно все. Это был
само собой разумеющийся факт. Например, вы берете нескольких волков и, путем
тщательнейшего неестественного отбора в течение нескольких поколений получае-
те собак всех мастей и размеров. Ну, или: у вас имеется несколько яблонь-
дичков с кислыми плодами; запасшись стремянкой, тоненькой кисточкой и ангель-
ским терпением, вы создаете в итоге крупные сочные яблоки. И еще: ловите не-
сколько невзрачных степных лошадок и ценою определенных усилий, а также под-
робной родословной обретаете победителя скачек. Эволюция - это проявление
нарративиума в действии: все на свете можно усовершенствовать. Даже человече-
ская раса сумела эволюционировать посредством среднего образования и других
благ цивилизации. Все началось с неотесанных пещерных чуваков, а на выходе мы
имеем мудрых волшебников Незримого университета, дальше которых, по-видимому,
эволюционировать уже некуда.
Конечно, временами кое-кто вырывается вперед, продвигая всякие революцион-
ные идейки. Однако по большей части этим занимаются типы, полагающие, что мир
на самом деле круглый или что содержимое их панталон страшно интересует ино-
планетян .
Неестественная селекция - непреложный факт, тем не менее, волшебники знали,
они точно знали, что нельзя начать с бананов, а в результате получить рыбу.
Библиотекарь, сверяясь со своей шпаргалкой, несколько раз свернул в самых
неожиданных направлениях. Время от времени с другой стороны стеллажа разда-
вался странный шум, словно там быстро-быстро жонглировали целой пригоршней
разнообразных звуков. Потом где-то что-то замерцало. Невнятное бормотание
сменилось ватной тишиной пустых залов, а затем - веселым потрескиванием пла-
мени и смехом...
Наконец, после долгого блуждания и лазанья по полкам, Библиотекарь оказался
перед глухой стеной, сложенной из книг. С уверенностью бывалого книжного чер-
вя он подошел вплотную, и книги послушно расступились перед ним.
Библиотекарь оказался в некоем подобии кабинета. Все вокруг было заставлено
книгами, хотя их было и меньше, чем он ожидал найти в столь важном узле Б-
пространства. Возможно, все дело было в той самой книге... Да, вот и она, сто-
ит, рассеивая Б-излучение такой мощности, какое Библиотекарь наблюдал разве
что в запечатанных подвалах Незримого университета, где содержались самые
опасные магические фолианты. О, это была книга книг, прародительница целой
книжной расы, из-за которой будет лихорадить целые столетия...
А еще, к сожалению, ее только писали.
Держа перо в руке, Автор уставился на Библиотекаря так, словно увидел при-
зрака .
Если не считать лысины и бороды, которой позавидовал бы любой волшебник, он
был очень, очень похожим на Библиотекаря.
- О, господи...
- У-ук?
Библиотекарь не ожидал, что его заметят. Видимо, в голове у Автора крути-
лась какая-то весьма подходящая для этого мысль.
- Позволь поинтересоваться, а какого ты цвета?..
- У-ук1.
Автор протянул дрожащую руку. Чувствуя, что от него чего-то ожидают, Биб-
лиотекарь тоже протянул ладонь, и кончики их пальцев соприкоснулись.
Автор моргнул.
- Скажи-ка мне, - задал он вопрос, - человек - это обезьяна или ангел?
Тут Библиотекарь ошибиться не мог.
- У-ук, - ответил он, что означало: «Разумеется, обезьяной быть лучше! И
полетов от тебя никто не потребует, и сексом можно заниматься сколько угодно,
если только ты не работаешь в Незримом университете, - вот такая невезуха».
Затем он торопливо отступил, еще раз уукнул, извиняясь за сбой в простран-
ственно-временной системе координат, вышел через отверстие в Б-пространстве,
опираясь на костяшки пальцев, и схватил первую попавшуюся книгу, на корешке
которой было написано «Эволюция».
Тот бородач писал куда более удивительную книгу. Если бы он только выбрал
слово «во-схождение » вместо «про-исхождение », вероятно, можно было избежать
этого конфуза.
А может, и нет.
ГЕКС позволил себе поглотить дополнительную порцию будущего... Для простоты
назовем это... знанием. Слова там были такими трудными. Их понимание целиком
зависело от контекста. Ему нужно было еще многому научиться. Это все равно
что пытаться разобраться в устройстве гигантской машины, не понимая даже
принципа работы отвертки.
Иногда ГЕКС думал, что он собирает воедино обрывки каких-то инструкций. А
где-то там, далеко, в понятийном бульоне плавают разрозненные фразы, кажущие-
ся умными, но бессмысленными. А некоторые из них и вовсе совершенно непроше-
ными.
Пока ГЕКС размышлял над этой важной мыслью, откуда-то возникла другая,
предлагающая ему возможность Заработать $$$$. Не Отрывая Задницы От Стула!!!
ГЕКС пришел к выводу, что это маловероятно.
Книга, которую притащил Библиотекарь, называлась «Эволюция для детей млад-
шего школьного возраста».
Аркканцлер аккуратно перелистал ее страницы. Книжка была хорошая, с картин-
ками. Библиотекарь знал, что нужно волшебникам.
- И это ты называешь подходящей книгой по эволюции? - спросил Аркканцлер.
- У-ук.
- А вот мне она кажется совершенно бестолковой, - продолжил Аркканцлер. -
Что это за бесовщина тут намалевана?
На картинке была изображена сгорбленная фигурка, похожая на обезьянью. Су-
щество слева направо перемещалось по странице, все более распрямляясь и теряя
волосяной покров, пока, наконец, уверенно не зашагало у самого края листа,
вероятно, довольное тем, что ему удалось проделать весь путь и ни разу не по-
казать свои гениталии.
- На меня похоже, - сказал Декан, заглянув через плечо Аркканцлера. - Я так
же по утрам встаю.
- А куда волосы подевались? - требовательно вопросил Чудакулли.
- Ну, некоторые люди имеют обыкновение бриться, - ответил Декан.
- Очень странная книга, - сказал Чудакулли, укоризненно поглядывая на Биб-
лиотекаря. Последний затих, так как начал немного волноваться. В его голову
закралось ужасное подозрение, что он как-то умудрился изменить Историю или,
по крайней мере, одну из историй, и поэтому, вновь оказавшись в привычном и
Красно-коричневого.
безопасном Незримом университете, схватил на бегу первую попавшуюся книжку,
подходящую для людей с высочайшим интеллектом и сознанием десятилетнего ре-
бенка. Библиотекарь взял ее в пустом коридорчике, в стороне от своих обычных
маршрутов, а еще там стояли маленькие красные стульчики.
- А, я все понял! Это сказка, - объявил Чудакулли. - Что-то наподобие того,
как лягушка превратилась в принцессу. Вот, посмотрите сюда... Сначала какие-то
капли, напоминающие наш «кисель», потом - рыбки, затем хмм... тритоны, после
них - здоровенные зверюги, типа драконов, и - ха! - мышь, а вот тут вот -
обезьяна, ну, и наконец, - человек. В отдаленных сельских районах такое про-
исходит постоянно. Там живут чрезвычайно мстительные ведьмы!
- Между прочим, омниане верят во что-то наподобие этого, - произнес Главный
Философ. - Вроде как Ом тоже начал с простого, типа всяких змеек, а потом по-
степенно перешел к человеку.
- То есть жизнь, по-ихнему, вроде лепки из пластилина? - спросил Чудакулли,
у которого с религией были нелады. - Сначала тебе удаются лишь примитивные
формы, а немного насобачившись, ваяешь слонов и птичек, падающих, как только
ты ставишь их на стол? Кстати, господа, а ведь мы с вами знакомы с богом эво-
люции, не забыли? Естественная эволюция всего лишь улучшает виды существ. Она
не может их изменить.
Его палец перевернул следующую страницу ярко разрисованной книжки.
- Коллеги, насколько я понимаю, это всего лишь одна из старых волшебных
книг, посвященная гипотезе морфической упругости1. Смотрите-ка сюда, - ткнул
Чудакулли в картинку, на которой красная стрелка вела от большой ящерицы к
птице. - Ящерицы не могут превращаться в птиц. Если бы они могли, то почему
до сих пор ползают? Никто не может сам решать, как ему выглядеть. Не правда
ли, Казначей?
Казначей довольно кивнул. Он как раз дочитал ГЕКСовы выкладки по теоретиче-
ской физике вселенной Проекта и понял каждое слово. Особое удовольствие дос-
тавил ему тезис об ограниченности скорости света. Это было абсолютно логично.
Он взял карандаш и написал на полях: «Если предположить, что вселенная -
отрицательно искривленное анти-парамедианское множество, что более или менее
очевидно, следовательно, ее топологию можно вывести из наблюдений одних и тех
же галактик с нескольких различных направлений». Он задумался на секунду и
добавил: «Но придется помотаться».
Конечно, Казначей был прирожденным математиком, а для истинного прирожден-
ного математика нет ничего более желанного, чем поскорее избавиться от про-
...каковая владела умами волшебников на протяжении долгих лет. Споры шли вокруг сле-
дующей проблемы: несложно превратить кого-нибудь в лягушку или, скажем, в белую мыш-
ку. Странность заключалась в том, что, несмотря на более-менее одинаковый размер
и внешность, превращение человека в орангутана требовало огромного количества маги-
ческой энергии, и подобный факт имел место лишь однажды, при взрыве в жестко ограни-
ченном волшебном поле библиотеки. Превращение же кого-нибудь в дерево было намного,
намного труднее, тогда как с преобразованием тыквы в карету легко справлялась любая
сумасшедшая старуха с волшебной палочкой. Какой вывод можно было сделать, обобщив
эти факты? Принятая гипотеза утверждала, что заклинания трансформации преимуществен-
но разлагают морфическое поле объекта до некоторого базового уровня, а потом приво-
дят его в норму. Лягушка сравнительно проста, поэтому морфическое поле не требуется
разлагать слишком глубоко. Превращение же человека в обезьяну, пусть даже во многом
на него похожую, означало наличие длительного отката. Вам было крайне сложно превра-
тить кого-нибудь в дерево, поскольку из этого состояния невозможно было вернуться,
а вот деревянная карета из тыквы - пожалуйста, так как и то и другое происходит
из растительного мира. Волшебники считают, что раз все более или менее сходится,
значит, так оно и есть на самом деле. Вильям Оккам, доведись ему угодить в Незримый
университет, уже щеголял бы там длиннющей бородой.
клятой бухгалтерии и унестись в небесные кущи, где все объясняется с помощью
букв иностранного алфавита и никто не орет как оглашенный. Однако здесь все
было еще прекрасней. Непередаваемая идея, что дюжина измерений могут быть
скручены так, что их и не различишь, была подобна мороженому с клубникой для
человека, привыкшего замечать то, что недоступно другим.
Глава 2 6.
Происхождение
Дарвина
В романе «Последний континент» волшебники встретились с богом эволюции. Тот
делал все так, как и положено божеству:
«Просто шедевр. - Из слона показался Чудакулли. - И колеса отличные. А де-
тали ты красишь до или после?».
Бог1 эволюции собирал свои создания кусочек за кусочком, как мясник, только
наоборот. Ему особенно нравились змейки и черви, потому что они были просты-
ми : их можно было скатывать, как ребенок колбаски из пластилина. Но может ли
меняться вид, однажды созданный богом эволюции? В Плоском мире именно так и
происходит, потому что этот бог1 то и дело норовит внести какие-то изменения...
Но как все происходит без божественного вмешательства?
Те, кто разводит домашних животных, будь то охотничьи собаки или мясные
свиньи, прекрасно знают, что живые существа могут понемногу изменяться из по-
коления в поколение. Человек, с помощью «неестественного отбора», может вы-
вести длинных и худых норных собак или крупных толстых свиней, дающих больше
бекона в пересчете на одно копыто1. Это знали как волшебники, так и англичане
Викторианской эпохи. Но до XIX века никому, похоже, в голову не приходило,
что подобным же образом можно объяснить и удивительное многообразие форм зем-
ной жизни: от бактерий до бактрианов и от лисичек до лисиц.
Они не подумали об этом по очень простой причине. Если ты разводишь собак,
то в итоге у тебя всегда получаются собаки, а не бананы или рыбы. Разведение
животных сродни магии: если человеку нужна длинная худая собака, то он берет
коротеньких толстеньких собачек и с помощью кое-каких хитростей (если не за-
клинаний) получает длинных худых собак. Бананы же, какими бы длинными и худы-
ми они ни были, - плохое подспорье в этом деле. Кажется, что организмы не мо-
гут менять биологический вид, они могут лишь изменять формы, если человеку
этого очень хочется, но все равно останутся в пределах своего вида.
Около 1850 года два человека независимо друг1 от друга задумались, а не иг-
рает ли природа в точно такую же игру, только куда более масштабную, не ставя
перед собой при этом никаких конкретных целей (именно в предположении, что
природа ставит перед собой какие-то цели, и заключалась «ахиллесова пята»
всех предыдущих рассуждений на подобные темы). То есть они предположили нали-
чие некой «самоходной» магии, естественного отбора в противовес отбору, про-
водимому людьми. Одним из них был Альфред Уоллес, а вторым Чарльз Дарвин, ку-
да более известный, чем первый, в наше время.
Дарвин провел много лет в путешествиях по всему миру. С 1831 по 1836 год он
в качестве натуралиста ходил на корабле Его Величества «Бигль». Работа Дарви-
на заключалась в записи наблюдений за растениями и животными. В письме от
1877 года Дарвин вспоминает, что во время путешествия он еще верил в «неиз-
менность видов», но по возвращении домой в 1836 году задумался о важности
своих наблюдений и понял, что «множество фактов указывает на общность проис-
хождения видов». Под этой фразой он подразумевал, что различные теперь виды,
Количество бекона в пересчете на копыто в среднем немного больше, чем одна чет-
верть в пересчете на голову.
возможно, имели общих предков. То есть виды, вероятно, обладают способностью
меняться. Эта идея была отнюдь не нова, однако именно Дарвин первым понял
возможный механизм таких изменений.
Между тем Уоллес изучал флору и фауну Бразилии и Вест-Индии. Сравнив данные
по этим двум регионам, он пришел к тем же выводам, что и Дарвин. В 1858 году
Дарвин все еще продолжал обдумывать свои идеи, намереваясь впоследствии из-
дать большую книгу, в которой изложить все свои открытия. Уоллес же планиро-
вал написать небольшую статейку с основными выводами. Будучи настоящим анг-
лийским джентльменом, Уоллес предупредил Дарвина о своих намерениях, чтобы
тот успел что-нибудь опубликовать первым. Тогда Дарвин быстренько написал не-
большой доклад в Линнеевское общество, а через род издал и книгу под названи-
ем «Происхождение видов», правда, далеко не такую объемистую, как собирался.
Доклад Уоллеса появился в том же журнале чуть позже, хотя официально доклады
обоих ученых были представлены на одном и том же заседании общества.
Какой же была первая реакция на эти две эпохальные статьи? Вот что написал
в своем ежегодном отчете президент общества Томас Белл: «В сущности, этот год
не был отмечен какими-либо поразительными открытиями, которые произвели бы
переворот в своей области науки». Однако восприятие коллег изменялось по мере
того, как к ним приходило осознание экстраординарности теории Дарвина и Уол-
леса. Тем еще и досталось от духовных собратьев Наверна Чудакулли за то, что
они посмели предложить правдоподобную альтернативу библейскому креационизму.
В чем же заключалась эта эпохальная идея? Она была настолько проста, что со-
вершенно ускользала от внимания кого бы то ни было. Томас Гексли, прочитав
«Происхождение видов», заметил: «Как-то глупо было не подумать об этом рань-
ше».
Вот эта идея: для того чтобы изменять животных, человек не нужен; они впол-
не могут делать это самостоятельно, а точнее - друг с другом. Это и есть ме-
ханизм естественного отбора. Герберт Спенсер, проделавший огромную журналист-
скую работу по популяризации теории Дарвина, изрек: «Выживает сильнейший». С
одной стороны, эти слова имеют преимущество: они могут убедить каждого, что
он хорошо понимает теорию Дарвина, но, с другой стороны, имеется и существен-
ный недостаток: они могут убедить каждого, что он понимает идею Дарвина хоро-
шо. В общем, это были классические «враки детям», вводившие в заблуждение
многочисленных критиков теории эволюции и заставлявшие их нападать на положе-
ние, давно почившее в бозе, а кроме того, породившие некоторые дурацкие и
мерзкие политические теории.
Начав с огромного количества наблюдений за многочисленными видами растений
и животных, Дарвин убедился, что организмы могут изменяться сами по себе,
причем измениться настолько, чтобы по прошествии длительного времени дать на-
чало новым видам.
Представьте себе множество существ одного и того же вида. Они конкурируют
между собой за разные ресурсы, например - еду, и не только между собой, но и
с другими видами. Теперь предположим, что по какой-то случайности одно или
несколько животных получают потомство, лучше приспособленное для того, чтобы
выигрывать конкурентную борьбу. Подобные особи имеют больше шансов выжить и
дать жизнь следующему поколению, которое может обладать тем же преимуществом.
И наоборот, если одно или несколько животных получат потомство, менее приспо-
собленное к конкурентной борьбе, последнему будет труднее выжить и продолжить
свой род, а если кто-то все-таки успеет это сделать, его потомству все равно
будет труднее сохраниться. Таким образом, даже небольшое преимущество приве-
дет к тому, что через несколько поколений популяция будет сплошь состоять из
«победителей». На самом деле эффект от таких преимуществ будет расти как
снежный ком, и особенно много времени на это не понадобится.
Естественный отбор представляется довольно незамысловатой идеей, однако
слова вроде «конкуренция» или «выиграть» слишком многозначны. Очень легко
сделать ошибочное заключение о коварстве эволюции. Когда птенец выпадает из
гнезда и становится обедом проходящей мимо кошки, мы оказываемся свидетелями
борьбы за выживание между кошками и птицами. Но если подобную сцену считать
конкуренцией видов, получается, что кошки выигрывают вчистую. Почему же тогда
птицы до сих пор не вымерли, оставив Землю кошкам?
Потому что давным-давно кошки и птицы как бы пришли к соглашению, что вы-
жить должны оба вида. Если птицы будут бесконтрольно размножаться, через не-
которое время их станет так много, что им не будет хватать пищи. К примеру,
самка скворца в течение жизни откладывает 16 яиц. Если все птенцы выживут и
дадут потомство, то популяция скворцов каждое поколение будет увеличиваться в
восемь раз (по 8 птенцов на каждого из родителей). Такой экспоненциальный
рост чрезвычайно быстр: к 70-му поколению можно будет сложить шар размером с
Солнечную систему из скворцов (а вовсе не из голубей, хотя кому-то кажется,
что это именно их высокое предназначение).
Таким образом, единственно приемлемый темп роста популяции скворцов - это
нулевой, то есть два птенца (в среднем) на двух взрослых скворцов. Одно поко-
ление будет сменяться другим, не более, но и не менее. Если выжившего потом-
ства окажется слишком много, то вид ждет демографической взрыв; если слишком
мало - он рискует исчезнуть. Значит, 14 из 16 яиц обязаны погибнуть. Тут-то в
игру вступают кошки, а также разные другие обстоятельства, из-за которых так
нелегко быть птицей, особенно молодой. В некотором смысле кошки даже оказыва-
ют птицам услугу, не каждой птичке в отдельности, конечно, а всему виду
(впрочем, все зависит от того, попадете ли вы в число двоих выживших или че-
тырнадцати умерших).
Куда более очевидны услуги, которые птицы оказывают кошкам, на которых еда
падает буквально с неба, точно манна небесная. Что же не позволяет ситуации
выйти из-под контроля? Если где-то возникнет группа особенно жадных кошек,
они быстро уничтожат всю еду в округе и вымрут, а освободившуюся территорию
быстро займут их менее прожорливые товарки. Те кошки, которые едят ровно
столько, сколько необходимо, обязательно победят в конкурентной борьбе кошек-
чревоугодниц. При этом кошки и птицы не являются конкурентами, поскольку иг-
рают в разные игры. Кошки конкурируют с кошками, а птицы с птицами. На первый
взгляд процесс может показаться чересчур расточительным, однако, это не так.
Скворчихе ничего не стоит отложить 16 яиц. Жизнь хорошо воспроизводима, она
способна создавать пусть и не точные, но очень близкие копии самой себя, и
создавать много и дешево. Эволюция может без труда перепробовать множество
вариантов и отбросить нерабочие. Это отличный способ отобрать то, что окажет-
ся эффективным.
Как сказал Гексли, идея лежала на виду. Она причинила кучу неприятностей
креационистам, поскольку лишила их одного из излюбленных аргументов, а именно
постулата о божьем промысле. Живые создания кажутся нам настолько совершенны-
ми, что они просто обязаны быть специально кем-то придуманными, а если это
так, то должен существовать и Главный Проектировщик. Дарвинизм же продемонст-
рировал, что с помощью случайных и бесцельных изменений - самостимулируемой
селекции - можно добиться таких впечатляющих результатов, что поневоле может
показаться, будто существует некий Главный Проектировщик.
Разумеется, как и во всей науке, в теории дарвинизма есть некоторые до сих
пор не объясненные моменты, однако все попытки ее опровергнуть потерпели про-
вал . Классический пример, до сих пор используемый креационистами, несмотря на
то, что еще сам Дарвин дал на него прекрасный ответ, касается эволюции глаза.
Человеческий глаз - сложнейшая структура, все элементы которой должны быть
точно подогнаны друг к другу, иначе ничего не будет работать. Если мы утвер-
ждаем, что такая сложная структура возникла в результате эволюции, следова-
тельно, мы должны признать, что это происходило постепенно. Она не могла воз-
никнуть сразу целиком. Но если это так, на каждом этапе своей эволюции прото-
глаз должен был приобретать что-нибудь, что помогало его хозяину выжить. Как
такое возможно? Вопрос часто задается в вульгарной форме: «Какая польза могла
быть от половины глаза?». От вас, естественно, ожидается, что вы сделаете ло-
гичный вывод: «Никакой» - и мигом обратитесь в первую попавшуюся религию. Ме-
жду тем «никакой» - это вполне логичный ответ, неверен сам вопрос. Существует
множество способов сконструировать глаз постепенно, не собирая его при этом
по кусочкам, как мозаику. Эволюция не лепит свои произведения кусочек за ку-
сочком, как делал бог эволюции в книге «Последний континент». Сам же Дарвин
указывал, что у современных животных можно найти все необходимые светочувст-
вительные органы, начиная с соответствующих участков кожи и так далее, по
возрастанию сложности, способности к концентрации световых лучей, распознава-
нию мелких деталей, пока наконец мы не получим такое сложное устройство, как
человеческий глаз. Короче говоря, в живом мире имеется непрерывная цепочка
органов, похожих на наш глаз, и каждое существо получает преимущество в виде
такого соответствующего светочувствительного устройства, по сравнению с теми,
кто имеет слегка менее эффективное устройство.
В 1994 году Дан-Эрик Нильсон и Сюзанна Пелгер с помощью построенной на ком-
пьютере математической модели выяснили, что происходит со светочувствительной
поверхностью, если будут сохраняться все случайные биологически возможные му-
тации, увеличивающие светочувствительность. У них получилось, что через 400
тысяч поколений (для эволюции это все равно, что глазом моргнуть) плоская по-
верхность приобретала вид глаза с хрусталиком. В отличие от обычных очков та-
кой хрусталик по-разному преломлял свет в разных местах, в точности как и наш
глаз. Каждый такой крошечный шажок приводил к улучшению глаза существ по
сравнению с теми, кто имел «старую версию».
Никогда не было стадии с «половиной глаза». Просто светочувствительные по-
верхности , становившиеся все лучше и лучше.
В середине XX века в наше распоряжение попала новая главная деталь эволюци-
онной головоломки, та, за знание о которой сам Дарвин отдал бы правый глаз.
Это физический, а точнее - химический механизм, обеспечивающий изменчивость
характерных признаков организма и их передачу потомкам.
И вы знает это слово - «ген».
Вы также знает название молекулы - ДНК.
Вы, безусловно, знаете, как это работает: ДНК несет в себе некий генетиче-
ский код, что-то вроде химического проекта организма. С помощью генетического
кода ДНК преобразуется в белки.
Можете не сомневаться: все, что вы знаете, это очередные «враки детям».
Аббревиатура ДНК захватила наше нестойкое воображение так же, как фраза
«выживает сильнейший» очаровала людей Викторианской эпохи. Однако воображение
расцветает лишь тогда, когда оно свободно от оков, в неволе же оно чахнет и
хиреет. Скованные фантазии прокисают и начинают бурно бродить, поскольку ли-
шены своего главного естественного ограничителя, имя которому - Разум.
У ДНК имеются два поразительных свойства, которые играют заметную роль в
сложной химии жизни: кодирование информации и ее копирование. (Другие молеку-
лы обрабатывают информацию, полученную от ДНК; например, создают белки по ре-
цептам ДНК.) С этой точки зрения живой организм подобен молекулярному компью-
теру. Само собой, жизнь этим не ограничивается, однако именно ДНК находится в
центре любой дискуссии о жизни на Земле. ДНК - наиболее важный «космический
лифт» жизни, та платформа, которая поднимает ее на новые высоты.
Живые организмы сложны не потому, что живая материя - это какая-то особен-
ная материя, как считали когда-то виталисты, но потому, что она чрезвычайно
сложно организована. ДНК на рутинном уровне сохраняет организацию жизни. Каж-
дая живая клетка организма содержит его геном, своего рода закодированное по-
слание от ДНК с планом поведения на молекулярном уровне. (Исключение состав-
ляют различные вирусы, находящиеся на границе между живым и неживым и исполь-
зующие немного отличающийся код.)
Именно поэтому оказалось возможным клонировать овечку Долли: взять обычную
клетку от взрослой овцы и вырастить из нее другую овцу. Хотя на самом деле
для подобного фокуса требуются три взрослых овцы. У первой, назовем ее «Ма-
мой», берем клетку. Затем нам надо убедить ядро этой клетки «забыть», что она
взята у взрослого животного, и начать «думать», что она вернулась в яйцеклет-
ку. Для этого мы имплантируем ее в яйцеклетку второй овцы («Донора») . После
чего помещаем яйцеклетку в матку третьей овцы («Суррогатной матери»), где она
развивается, как обычный ягненок.
Долли частенько называют идеальной копией «Мамы», но это не совсем точно.
Во-первых, некоторые участки ДНК Долли принадлежали не «Маме», а «Донору». Но
даже если бы это небольшое различие было устранено, Долли все равно могла
чем-то отличаться от своей «Мамы», так как ДНК овцы не является особенно под-
робной инструкцией «Как самому создать овцу с нуля». Скорее это рецепт, пред-
полагающий , что вы уже знаете, как работать на этой кухне. В этом рецепте не
будет подсказок наподобие: «Положите фарш в смазанную жиром форму и поставьте
ее в духовку, разогретую до 200 °С». Там будет что-то вроде: «Поставьте фарш
в духовку», то есть считается, что вы уже знаете и про форму, и про необходи-
мую температуру. Так происходит и в описанном случае, овечья ДНК опускает та-
кой важный пункт, как: «Засуньте все в овцу», но пока это единственное место,
где вы можете вырастить ягненка из оплодотворенной яйцеклетки. Таким образом,
суррогатная мама сыграла значительную роль в том, что случилось, когда зара-
ботала программа ДНК по изготовлению Долли.
Многие биологи считают, что это несущественно, поскольку донор яйцеклетки,
как и суррогатная мать, попросту выполняют то, что заложено в их собственных
ДНК. Но дело в том, что в репродуктивном цикле многие факторы, не заложенные
в ДНК, могут играть важную роль. Хороший пример - дрожжи, одноклеточные гри-
бы , превращающие сахар в алкоголь и выделяющие углекислый газ. Генетический
код одного из видов дрожжей уже полностью расшифрован. Тысячи экспериментато-
ров играли в генетические игры с колонией дрожжей, пока, наконец, не помести-
ли грибки в центрифугу и не выделили их ДНК, а из нее - генокод. В ходе таких
экспериментов на дне пробирки остается осадок. Вы его выплескиваете, посколь-
ку это не ДНК, а следовательно, никакого значения для генетики не имеет. Так
все, конечно, и делали вплоть до 1997 года, пока один генетик не задал глупый
вопрос: «Если это - не ДНК, то зачем оно вообще? Из чего все-таки состоит
этот осадок?»
Ответ оказался простым и одновременно обескураживающим. Это были прионы.
Великое множество прионов.
Прион - крошечная белковая молекула, которая может действовать как катали-
затор при образовании белковых молекул, подобных самой себе. Однако в отличие
от ДНК прионы делают это не посредством репликации. Вместо этого они исполь-
зуют уже существующие белки, устроенные почти так же, как и сами прионы: те
же атомы, тот же порядок, но молекулы свернуты иначе. Прионы цепляются к та-
кой молекуле, раскачивают ее и придают ей нужную им форму. Чем больше участ-
вует прионов, тем быстрее идет процесс.
Прионы - своего рода молекулярные проповедники: размножаются не делением, а
обращением язычников в себе подобных. Одним из наиболее известных прионов
стал тот, которого подозревают в губчатой энцефалопатии крупного рогатого
скота (ГЭКРС), то есть коровьем бешенстве. Основным компонентом коровьего
мозга является белок, который может быть изменен прионами. Вот почему зара-
женные коровы теряют координацию, бесцельно бродят, пуская слюну, и выглядят
так, словно спятили.
Для чего же прионы нужны дрожжам? Без прионов дрожжи не могут размножаться.
Инструкции по созданию белка в их ДНК иногда имеют отличия, и белок закручи-
вается неправильно. Когда клетки дрожжей делятся, каждая половинка получает
свою копию ДНК и часть прионов, которую можно пополнять, преобразуя другие
белки. Таким образом, даже на молекулярном уровне далеко не все, что касается
организма, закодировано в ДНК.
И вообще, в системе кодирования ДНК многое до сих пор неясно. Но в чем мы
сумели разобраться, так это генетический код. Некоторые участки ДНК представ-
ляют собой «рецепты» белков. В каком-то смысле их действительно можно назвать
проектом для создания белковых молекул, так как в них перечислены все компо-
ненты и указан точный порядок. Молекулы белка производятся из набора более
мелких молекул, называемых аминокислотами. У большинства организмов, в том
числе у человека, такой набор состоит из 22 аминокислот. Если вы построите в
ряд достаточно много аминокислот и позволите им свернуться в плотный клубо-
чек, получается белок. В инструкциях ДНК, правда, не указывается, в какую
именно сторону должна быть закручена молекула, однако обычно она самопроиз-
вольно делает это правильно. Изредка, когда этого все же не происходит, сра-
батывают вспомогательные молекулы, понуждающие ее закручиваться в нужную сто-
рону. Прямо сейчас, когда вы читаете эти строки, такая вспомогательная моле-
кула по имени Hsp90 переворачивает всю молекулярную генетику с ног на голову.
Hsp90 заставляет белковую молекулу принимать положенную форму, даже если уча-
стки ДНК, ответственные за кодирование подобных белков, мутировали. Когда ор-
ганизм подвергается стрессу, отвлекая Hsp90 от выполнения положенных ей функ-
ций, эти скрытые мутации внезапно проявляются, и молекулы белка начинают
сплошь и рядом принимать неправильную форму, соответствующую коду мутировав-
шего ДНК. Это означает, что генетические изменения могут быть вызваны и не
генетеческими причинами.
Участки ДНК, кодирующие функциональные белки, называются генами. Все ос-
тальные участки называются по-разному. Некоторые из них кодируют белки, кон-
тролирующие, в свою очередь, момент «включения» того или иного гена, произво-
дящего определенные белки; такие участки называются регуляторными (гомеотиче-
скими) генами. Существуют участки, в просторечии называемые «мусорными ДНК»,
что на научном языке означает: «Черт его знает, зачем оно нужно». Некоторые
слишком буквально мыслящие ученые понимают это так: «Эти ДНК вообще не нуж-
ны», ставя тем самым коня природы позади телеги человеческого понимания. Ско-
рее всего, эти участки представляют собой некую смесь: на ранних стадиях эво-
люции ДНК они выполняли некую роль, в данный момент ненужную (но, возможно,
они еще пригодятся, скажем, если появится какой-нибудь древний паразит); кро-
ме того, они контролируют способ, которым гены активируют и дезактивируют
производство белков; наконец, это участки ДНК, контролирующие предыдущие уча-
стки, и так далее, и так далее1. Таким образом, некоторые участки ДНК дейст-
вительно могут оказаться «мусорными», а некоторые, как шутят генетики, могут
оказаться закодированным посланием: «Здесь был Бог. Я существую, да, ха-ха-
ха».
Эволюционный процесс не всегда идет прямым и понятным людям путем. Но это
еще не означает, что Дарвин ошибался. Это значит, что даже если он прав, в
отсутствие нарративиума история, абсолютно понятная для эволюции, для людей
не будет иметь смысла. Мы допускаем, что многое из обнаруженного в живых ор-
ганизмах давало им какое-нибудь преимущество на каждом этапе их развития, но
игра до того сложна, что мы не можем связно рассказать, зачем именно было
нужно то или иное преимущество. Чтобы показать, насколько странным путем, да-
... или являются средством памяти, передаваемой от клетки к клетке. - Прим. Ред.
же в сравнительно простых обстоятельствах, может идти эволюционный процесс,
лучше всего обратиться не к животным и не к растениям, а к электронным схе-
мам.
С 1993 года инженер Адриан Томпсон занимается естественным отбором среди
интегральных схем. В основе лежит технология, известная как генетический ал-
горитм, широко использующаяся в кибернетике. Алгоритм - это такая специальная
программа, «рецепт» решения той или иной задачи. Одним из способов поиска ал-
горитмов для решения по-настоящему сложных задач является «скрещивание» и ес-
тественный отбор. Под «скрещиванием» понимается «смешивание элементов одного
алгоритма с частями другого». Биологи называют это рекомбинацией. Каждый ор-
ганизм, размножающийся половым путем, в том числе и наш, скрещивает родитель-
ские хромосомы именно в этой манере. Подобная технология, равно как и ее ре-
зультат, называется генетическим алгоритмом. Когда этот метод работает, все
идет просто великолепно. Его главный недостаток в том, что не всегда можно
толково объяснить, как именно алгоритм добивается своих результатов. Впрочем,
вернемся к электронике.
Томпсон задался вопросом: что будет, если применить генетический алгоритм к
электронным схемам? Для этого надо поставить некую задачу, случайным образом
«скрестить» схемы, как способные, так и не способные ее решить, отобрать те,
которые справляются лучше, и повторять все это в течение многих поколений.
Большинство инженеров-электронщиков, обдумав подобный проект, сразу скажут,
что использовать для этого реальные схемы довольно глупо. Вместо этого можно
создать их компьютерные симуляторы (если вы, конечно, знаете, как ведет себя
схема), так будет и дешевле, и быстрее. Томпсон же не решился довериться ком-
пьютеру: а вдруг настоящие схемы «знают» что-то, недоступное симуляции?
Для начала он выбрал следующую задачу: распознать два входящих сигнала,
первый частотой 1 кГц, второй - 10 кГц, то есть 1000 и 10 000 колебаний в се-
кунду . Вы можете думать о них как о низком и высоком звуке. Схема должна при-
нять сигнал, обработать его в соответствии с собственной структурой и пере-
дать сигнал на выходе. Для высокого звука схеме следовало выдавать сигнал в
ноль вольт, то есть фактически - не реагировать, для низкого звука - постоян-
ное напряжение в 5 вольт. (На самом деле эти условия изначально не были сфор-
мулированы: подошли бы два любых постоянных ответа, но в итоге получилось
именно так.)
Если бы Томпсон принялся собирать свои тестовые схемы вручную, это заняло
бы целую вечность. Он применил программируемую пользователем вентильную мат-
рицу - микрочип, представляющий собой конфигурацию транзисторных «логических
блоков» (можно назвать их «умными переключателями»). При загрузке новых инст-
рукций в память конфигурации чипа, соединения между которыми могут переклю-
чаться, соответствующее переключение между блоками создает ту или иную конфи-
гурацию чипа в его памяти.
Эти инструкции аналогичны генетическому коду живого организма и могут быть
«скрещены». Именно это и сделал Томпсон. Он взял матрицу из 100 логических
блоков и сгенерировал на компьютере случайную популяцию из 50 инструкционных
кодов. Компьютер загружал каждый набор инструкций в матрицу, подавал входные
сигналы и пытался найти признаки, которые могли бы помочь в «выведении» под-
ходящей электронной схемы. На первом этапе это могло быть чем угодно, глав-
ное, чтобы оно не выглядело случайным. Самой подходящей «особью» первого по-
коления стала схема, выдававшая 5В независимо от частоты полученного сигнала.
Все наименее приспособленные были «убиты», то есть удалены, а более приспо-
собленные - «скрещены» (скопированы и рекомбинированы). После чего все повто-
рилось сначала.
Самым интересным в эксперименте оказались не технические подробности его
проведения, а то, как система искала решение и замечательная особенность это-
го решения. К 220-му поколению самая подходящая схема выдавала сигналы, прак-
тически не отличавшиеся от входных, то есть две волны различной частоты. Того
же результата можно было достичь, вообще не прибегая к экспериментам с элек-
тронными схемами, достаточно было одного провода! Желаемые постоянные исходя-
щие сигналы так и не появились.
К 650-му поколению сигнал на выходе по низкой частоте был постоянным, одна-
ко, на высокой сигнал продолжал быть различным. Так длилось до 2800-го поко-
ления, схема выдавала почти постоянные и различные сигналы для того и другого
звука. Только к 4100-му поколению странный глюк был устранен, после чего эво-
люция фактически пришла к логическому концу.
Самым необычным в этом эксперименте стала структура получившегося решения.
Ни один человеческий инженер не смог бы такое изобрести. И ни один инженер не
смог бы найти решение, состоящее всего из ста логических блоков. Человеческое
решение было бы понятным, мы смогли бы рассказать убедительную историю о том,
как оно работает. Например, оно бы включало в себя генератор тактовой часто-
ты, то есть электронную схему, которая выдает сигналы с постоянной частотой.
Она стала бы базовой для сравнения с другими частотами. Но вы не сможете соз-
дать генератор тактовой частоты с помощью всего ста логических блоков. Эволю-
ция же не обременяла себя созданием такого генератора. Вместо этого она реши-
ла пропустить входящий сигнал через серию замкнутых контуров. Они, по-
видимому, создавали разнесенные во времени версии сигналов, которые в даль-
нейшем объединялись для получения постоянных выходных сигналов. Возможно. Сам
Томпсон описал действие примерно в таких словах: «В действительности я не
знаю, как оно работает».
Удивительно, но дальнейшие исследования показали, что задействованы были
только 32 из 100 логических блоков. Остальные можно было спокойно удалить, не
повлияв на работу системы. Показалось, что можно удалить еще 5 блоков, по-
скольку они не были электрически связаны с оставшимися. Тем не менее, если вы
их удаляли, схема переставала работать. Предполагается, что эти блоки были
связаны с остальной схемой не электрическими токами, а, скажем, магнитными
полями. Какова бы ни была причина, предчувствие Томпсона, что у настоящей
кремниевой схемы могут найтись тузы в рукаве, которыми она побьет компьютер-
ную симуляцию, его не подвело.
Технологическим результатом эксперимента Томпсона является возможность эво-
люционного отбора наиболее эффективных микросхем. Однако его послание теории
биологической эволюции намного важнее: эволюции нарративиум не нужен. Эволю-
ционное решение может работать даже тогда, когда совершенно непонятно, как
именно оно работает. Эволюция не придерживается принципов проектирования, ло-
гичных для людей. Взамен она следует эмерджентной логике Муравьиной Страны,
которая никак не укладывается в простую историю.
Конечно, эволюция тоже иногда следует по пути «спроектированных» решений
вроде того, что произошло с глазом. Иногда ее решения содержат и нарративиум,
просто мы не умеем оценить рассказанную историю. Палочники выглядят как па-
лочки, а их яйца - как семена. В этом присутствует логика, свойственная ско-
рее Плоскому миру: ведь семена - это «яйца» палочек, и до того, как в Викто-
рианскую эпоху теория эволюции завладела умами людей, подобная «логика» каза-
лась совершенно очевидной, поскольку выглядела как последовательные действия
Создателя. Первые эволюционисты так не думали, поэтому ситуация с палочниками
их смутно беспокоила. Они занервничали еще больше, когда выяснилось, что у
некоторых палочников яйца похожи на крошечных улиточек. Ужасно глупо прини-
мать облик того, кого может сожрать кто угодно. Это ведь противоречит всем
принципам теории эволюции! Загадка разрешилась только в 1994 году, после лес-
ных пожаров в Австралии. Новые ростки, пробивающиеся из-под пепла, были
сплошь покрыты яйцами палочников. Муравьи, собирая, как они думают, «семена»
и «улиточек», уносят маленьких палочников в свои подземные города, где те и
пережидают пожары. Кстати, маленькие палочники выглядят и бегают, как самые
настоящие муравьи, одно это могло бы послужить подсказкой, просто никто не
догадался.
Но временами эволюционные решения не содержат ни грана нарративиума. Чтобы
окончательно подтвердить теорию Дарвина, нам нужно исследовать как те эволю-
ционировавшие системы, которые подпадают под простое описательное повествова-
ние , так и те, которые не подпадают. Вероятно, к последним относятся многие
из сенсорных систем мозга. Например, первичная зрительная кора отвечает за
обобщенные функции вроде распознавания очертаний предметов, но мы понятия не
имеем, как именно работают эти слои нашего мозга. Вернее всего, не понимаем
потому, что алгоритм не соответствует ни одному из известных нам конструктор-
ских решений. Наше обоняние, похоже, устроено еще более странно и вообще не
имеет определенной структуры, наподобие зрительного участка коры. Кроме всего
прочего, может выясниться, что у нас на руках не все элементы пазла.
Что еще более важно, точно так же может получиться и с генами. Биологи при-
вычно рассуждают о «функции гена», то есть о том, за что он отвечает. Как-то
по умолчанию подразумевается, что это либо одна-единственная, либо небольшое
их число. Короче, это уже чистая магия: ген выступает в роли заклинания. Вер-
нее, он воспринимается нами как заклинание, как своего рода холодный пуск
двигателя. Однако функции множества генов не удается описать в форме простой
истории. Они эволюционировали, чтобы создавать организм, причем делать это в
команде, точно так же, как электронные схемы Томпсона. Когда эволюция предъ-
являет нам подобные решения, никакой конвенциональный редукционизм не в со-
стоянии будет помочь нам их понять. Вы можете упорно перечислять нервные свя-
зи, до тех пор, пока коровы не вернутся домой с пастбища, но вы не поймете,
как коровья визуальная система отличает быка от коровника.
Глава 27.
Нам нужно
больше киселя!
Теперь, когда Ринсвинду вернули его обычный размер, он обнаружил, что этот
мир начинает ему нравиться: там было отменно скучно.
Время от времени его двигали на несколько десятков миллионов лет вперед.
Уровень моря продолжал меняться. Казалось, земли становится все больше, там и
сям торчали вулканы. На морском побережье постепенно начал скапливаться пе-
сок. Тем не менее, вокруг до сих пор стояла звенящая тишина. Нет, были, ко-
нечно, штормы, а по ночам моросили метеорные дожди, яркими шипящими струями
царапающие небо, но все это лишь подчеркивало отсутствие настоящей «симфонии
жизни». Ринсвинду ее отсутствие доставляло лишь огромное удовольствие.
- Господин Тупс! - окликнул он.
- Да-да? - послышался в шлеме голос Думминга.
- Тут, похоже, огромная туча комет.
- Да, видимо, они являются частью системы Круглого мира. А в чем, собствен-
но , проблема?
- Они не свалятся мне на голову?
До Ринсвинда донеслись приглушенные звуки бурных дебатов, после чего голос
Думминга произнес:
- Аркканцлер уверен, что снежки тебе не опасны.
- О! Понятно.
- Мы вновь собираемся перенести тебя на несколько миллионов лет. Ты готов?
- Миллионы и миллионы лет ужасающей скучищи, - заметил Главный Философ.
- Сегодня количество киселя заметно увеличилось, - возразил Думминг.
- Прекрасно. Только киселя нам и не хватает.
И тут раздался вопль Ринсвинда. Волшебники кинулись к вездескопу.
- О боги, - воскликнул Декан. - Это что? Высшие формы жизни?
- Мне кажется, - сказал Думминх1, - на земле пришли к власти диванные подуш-
ки.
Они были темно-зеленые. Лежали на прогретом мелководье. И они были упои-
тельно скучны.
Однако там виднелось еще кое-что.
Частицы киселя плавали в море наподобие гигантских глазных яблок: черные,
лиловые, зеленые. Вся поверхность воды была ими покрыта. Вспененный ими при-
бой накатывал на берег. Некоторые покачивались в воздухе, в нескольких дюймах
над водой, словно плотный туман, толкаясь и пихаясь в борьбе за место под
солнцем.
- Вы когда-нибудь видели что-нибудь подобное? - вопросил Главный Философ.
- Разве что нелегально, - пробормотал Декан.
Одна из капель вдруг лопнула. Аудиоканал в вездескопе был не очень, но звук
уверенно можно было охарактеризовать как: «Хлоп!». Лопнувшее существо плюхну-
лось в море, и плавающие капли киселя тут же над ним сомкнулись.
- Пусть Ринсвинд попытается вступить с ними в контакт, - распорядился Чуда-
кулли.
- о чем можно разговаривать с киселем, сэр? - возразил Думминг. - Не говоря
уже о том, что они вообще не издают никаких звуков. «Хлоп», по моему мнению,
не в счет.
- А они разного цвета, - заметил Профессор Современного Руносложения. - Мо-
жет, они общаются на языке цветов? Как эти, как их там... Ну, морские такие... -
Он несколько раз щелкнул пальцами, пытаясь возбудить свою память.
- Омары? - пришел на помощь Декан.
- Что, правда? - откликнулся Главный Философ. - Не знал, что они это умеют.
- А то! - сказал Чудакулли. - Например, красный означает: «Спасите-
помогите !»
- Я думаю, Профессор Современного Руносложения подразумевал кальмаров, -
поспешно вставил Думминг, прекрасно зная, как далеко могут завести такие рас-
суждения пожилых волшебников, и добавил: - Я попросил Ринсвинда попытаться с
ними поговорить.
- В каком смысле? - спросил Ринсвинд, стоя по колено в киселе.
- Ну, не мог бы ты изобразить смущение?
- Нет! Зато я могу изобразить злость.
- Думаю, это сработает, если ты станешь достаточно красным. Тогда они поду-
мают , что тебе требуется помощь.
- Полагаешь, помимо киселя здесь живет кто-то еще?
За некоторыми капельками тянулись длинные нити, покачивающиеся на легком
ветерке, обдувавшем побережье. Когда они цеплялись за какую-нибудь летающую
каплю, некоторые капельки протягивали длинные нити, колыхавшиеся на легком
ветерке, дувшем вдоль берега. Когда они цеплялись за какой-нибудь летучий пу-
зырь , ниточка натягивалась, и маленькое существо на его конце отрывалась от
поверхности, нить постепенно укорачивалась, и пузырь улетал с новым пассажи-
ром.
Ринсвинд уже много раз видел таких. И выглядели пойманные не слишком до-
вольными .
- Хищники, - пояснил Думминг.
- То есть я со всех сторон окружен хищниками?
- Ну, если это тебя так беспокоит, постарайся не выглядеть киселем. Мы за
ними присматриваем. Наша... эээ... профессура полагает, что интеллект быстрее
развивается у тех, кто хорошо и регулярно питается.
- Почему?
- Полагаю, потому, что сами они питаются хорошо и регулярно. Вскоре мы по-
пробуем прыгнуть дальше во времени несколько раз подряд, хорошо?
- Ну, наверное.
Мир вокруг Ринсвинда замерцал...
- Кисель-кисель, кругом кисель...
...Снова замерцал...
- Море отступило. Вы видите плавающие пузыри? Кстати, черных стало больше.
...Снова замерцало...
- Я посреди моря, вокруг плавают здоровенные матрасы из лиловых кисельных
капель. Некоторые капли по-прежнему летают.
...И снова...
- Ох, ради всех жареных луковок мира!
- что там? - поинтересовался Думминг.
- Я знал! Я всегда это подозревал! Эта треклятая дыра просто усыпляла мою
бдительность!
- Да что там случилось-то?
- Снег. Весь этот бесовский мир превратился в один гигантский снежок!
Глава 2 8.
Айсберг
по курсу!
Вообще-то земля много раз становилась похожей на гигантский снежный ком.
Так было 2,7 миллиарда лет назад, и 2,2 миллиарда лет назад, и 2 миллиарда
лет назад. 800 миллионов лет назад снова стало чертовски морозно, затем по-
следовала целая серия всемирных похолоданий, вроде бы закончившаяся 600 мил-
лионов лет назад, но 300 миллионов лет назад Земля опять превратилась в сне-
жок, и в последние 50 миллионов лет время от времени возвращается к подобному
состоянию. Лед сыграл значительную роль в истории развития жизни. Хотя его
истинное значение мы оценили лишь недавно.
Люди начали понимать это, когда нашли доказательства последнего оледенения.
Полтора миллиона лет назад, то есть примерно тогда, когда мы становились до-
минирующим видом на Земле, на планете было очень холодно. Прежде этот период
называли Ледниковым. Сейчас так не делают, поскольку выяснилось, что таких
ледниковых периодов было много: мы говорим о тех временах как о циклах оледе-
нения - межледниковья. Какая тут связь? Мог бы холодный климат побудить голых
замерзших обезьян развиться настолько, чтобы начать убивать других животных и
натягивать на себя их шкуры, а потом еще и научиться использовать огонь?
Когда-то это была одна из самых популярных теорий. На первый взгляд она ло-
гична. Но потом выясняется, что в ней слишком уж много дыр и неувязок. Не го-
воря уже о том, что более ранний и куда более суровый ледниковый период чуть
вообще не положил конец всей этой глупости под названием «жизнь». Однако, по
иронии судьбы, весьма вероятно, что именно ему мы обязаны существующим разно-
образием жизни.
Благодаря новаторским идеям Жана-Луи Агассиса викторианские ученые знали,
что когда-то на Земле было куда холоднее, чем сейчас. Чтобы увидеть тому до-
казательства, достаточно было рассмотреть очертания долин. И сегодня во мно-
гих областях планеты можно увидеть ледники: широкие ледяные «реки», очень
медленно текущие под давлением нарастающего льда, образующегося высоко в го-
рах. Ледники тащат за собой огромные массы горной породы, перемалывая или
шлифуя все, что встает у них на пути, и формируя долины, похожие в разрезе на
сглаженную букву U. Повсюду в Европе, как и во многих других частях света,
можно обнаружить долины такой формы, хотя на сотни и тысячи миль в окрестно-
сти вы не обнаружите ни кусочка льда. Геологам Викторианской эпохи оставалось
только сложить два и два. И хотя получившаяся картина вызывала некоторое бес-
покойство , в целом она выглядела правдоподобно.
Около 1,6 миллиона лет назад, на заре плейстоцена, на Земле внезапно похо-
лодало . Благодаря быстрому накоплению снега ледяные шапки на полюсах начали
разрастаться, и расползавшиеся ледники прорыли эти U-образные долины. Затем
лед опять отступил. Считается, что такое происходило четыре раза подряд: лед
отползал и вновь наступал, погребая под собой большую часть современной Евро-
пы , при этом слой льда достигал нескольких миль.
Однако викторианские геологи полагали, что волноваться нам не о чем. Судя
по всему, мы живем в самой середке периода потепления, и нам не грозит быть
похороненными под толстенной коркой льда, по крайней мере, еще некоторое вре-
мя...
Сейчас картина выглядит не столь радужно. Многие думают, что человечество
должно опасаться не всемирного потепления, а начинающегося ледникового перио-
да. Как ни парадоксально и ни глупо это выглядит, но, возможно, загрязнение
планеты поможет отдалить мировой катаклизм!
Как часто бывает, получить новые знания нам помогли новые методы наблюде-
ния, подкрепленные новыми теориями, объясняющими, что именно ученые у себя
там наизмеряли и насколько мы можем быть уверены в их результатах. Эти новые
методы весьма разнообразны: от всяких хитрых способов определения возраста
горных пород до изучения пропорций различных изотопов в кернах, извлеченных
из древнего льда, и бурения океанского дна для изучения осадочных слоев. По-
следние образовались следующим образом: в теплых морях водится множество жи-
вых существ, останки которых образуют донные отложения. Именно поэтому мы мо-
жем проследить связь между осадочными породами и климатом.
Все эти методы дополняют друг друга, рисуя притом практически одинаковую
картину. Периодически на Земле холодает: температура на полюсах снижается на
10°-15 °С, а в остальном мире - на 5 °С. Затем внезапно становится примерно
на 5 °С теплее нормы. В промежутке между большими флуктуациями наблюдаются
более мелкие, так называемые малые ледниковые периоды. Как правило, разрыв
между двумя существенными ледниковыми периодами составляет около 75 тысяч
лет, но иногда бывает меньше. Короче говоря, ничего похожего на успокаивающие
400 тысяч лет, рассчитанные в Викторианскую эпоху. Наибольшее опасение вызы-
вает то, что периоды потепления вроде того, что переживаем мы с вами, редко
длятся более 20 тысяч лет.
Последнее крупное оледенение закончилось 18 тысяч лет назад.
В общем, ребята, укутываемся потеплее.
Как же возникают ледниковые периоды? Оказывается, Земля не такая лапочка,
как нам хотелось бы думать. И орбита, по которой она вращается вокруг Солнца,
не столь стабильна и регулярна, как нам представляется. Принятая в настоящее
время теория была предложена в 1920 году сербом Милутином Миланковичем. Если
говорить в общих словах, то Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической
орбите, почти круговой, однако три характеристики этого движения подвержены
изменениям. Во-первых, это угол наклона земной оси, который теперь составляет
23°, но меняется с периодом в 41 тысячу лет. Во-вторых, смещение точки, в ко-
торой Земля ближе всего находится от Солнца, которая меняется с периодично-
стью 20 тысяч лет. В-третьих, это эксцентриситет орбиты Земли, показывающий
ее «сжатость», период изменения которого составляет около 100 тысяч лет. Со-
вместив все три переменных, можно рассчитать изменения количества тепла, по-
лучаемого Землей от Солнца. Эти расчеты согласуются с известными колебаниями
температуры Земли, и выглядит вполне вероятным, что прогревание Земли, завер-
шающее ледниковые периоды, объясняется увеличением количества тепла, получен-
ного от Солнца, связанными с этим тремя астрономическими циклами.
Надеемся, вы не слишком удивлены тем, что когда Земля получает больше тепла
от Солнца, она нагревается, а когда меньше - остывает. Но не все тепло, кото-
рое достигает верхних слоев атмосферы, попадает на Землю. Часть его отражает-
ся от облаков, и даже то, которое достигает поверхности Земли, может отра-
зиться от океанской глади или от льдов и снегов. Считается, что в ледниковые
периоды именно это отражение заставляет Землю терять больше тепла, чем в дру-
гие времена, и ледниковые периоды автоматически усиливают сами себя. Они за-
канчиваются только тогда, когда, несмотря на все потери, поступление солнеч-
ного тепла настолько велико, что льды начинают таять. А может быть, лед про-
сто становится слишком грязным, или еще что-нибудь... Куда менее очевидным яв-
ляется то, что ледниковые периоды начинаются вследствие уменьшения количества
поступающего тепла, поскольку начало ледниковой эры всегда медленнее, чем ее
завершение.
Все это заставляет нас предполагать, что глобальное потепление отчасти обу-
словлено газами, выделяемыми живыми существами. Когда газы вроде метана или
углекислого газа накапливаются в атмосфере, они вызывают всем известный те-
перь парниковый эффект, при котором в ловушку попадается намного больше сол-
нечного тепла, чем обычно. Сейчас большинство ученых убеждено, что количество
парниковых газов растет быстрее, чем должно было, по причине деятельности че-
ловека: земледелия с его выжиганием лесов под новые поля, множества автомоби-
лей, сжигания угля и нефти для получения электричества, наконец, животновод-
ства. (Между прочим, коровы производят огромное количество метана. Каждый мо-
жет убедиться, что с одного конца в корову поступает трава, а с другого - вы-
ходит метан.) Не стоит забывать и об углекислом газе, выдыхаемом людьми: один
человек может надышать как половина автомобиля, если не больше.
Может быть, в прошлом существовали развитые цивилизации, о которых мы ниче-
го не знаем и чьи следы бесследно исчезли, кроме влияния на температуру Зем-
ли . А может быть, по планете бродили огромные стада крупного рогатого скота,
бизонов, слонов и деловито выделяли метан. Но большинство ученых считает, что
климатические колебания происходят в основном под влиянием пяти факторов: ко-
личества тепла, излучаемого Солнцем; орбиты Земли; состава атмосферы; количе-
ства пыли, выделяемой вулканами; и уровня суши и воды, зависящего от движения
земной коры. Пока мы не можем сложить по-настоящему целостную картину, в ко-
торой измерения полностью соответствовали бы теории, как нам хотелось бы, од-
нако ясно одно: климат Земли имеет не единственное, а несколько стабильных
состояний. Некоторое время он находится в одном положении, затем быстро пере-
ключается на другое, и так далее.
Первоначальная идея заключалась в том, что одно состояние - это теплый кли-
мат вроде того, который наблюдается теперь, а другое - холодные ледниковые
периоды. В 1998 году Дидье Пайар предложил модель трех состояний: межледнико-
вье (теплый климат), умеренное ледниковье (прохладный климат) и ледниковье
(очень холодный климат). Уменьшение количества тепла, получаемого от Солнца,
проходит некий критический порог, связанный с соотношением астрономических
циклов, что создает регулярные переходы из теплого состояния в прохладное.
При накоплении достаточного количества льда он начинает отражать все больше
солнечного тепла, и прохладное состояние переключается в очень холодное. Од-
нако, когда интенсивность солнечного тепла достигает определенного критиче-
ского уровня, опять же благодаря трем астрономическим циклам, климат снова
переключается на теплый. Эта модель хорошо согласуется с наблюдениями за ко-
личеством кислорода-18 (радиоактивный изотоп кислорода) в геологических отло-
жениях .
И, наконец, немного драмы. Около 800 миллионов лет назад оледенение было
настолько сильным, что чуть не стерло с поверхности Земли все живое. Эта
«большая заморозка» продолжалась в период от 20 до 10 миллионов лет назад.
Льды тогда достигли экватора, даже море, возможно, замерзло на глубину около
полумили (1 км), если не больше. Согласно теории «Земля-снежок», предложенной
Полом Хоффманом и Дэниэлом Шрагом в 1998 роду, лед должен был покрыть Землю
целиком. Тем не менее, если бы он действительно захватил всю планету, это на-
несло бы куда больший вред, чем можно заключить из найденных окаменелостей.
Проблема не только в этом. Основным доказательством теории глобального оле-
денения служит слой осадочных пород, который сформировался после таяния
льдов. В этом слое соотношение между обычным углеродом-12 и его изотопом, уг-
леродом-13, не в пользу последнего. Фотосинтез, осуществляемый морской фло-
рой, превращает углерод-12 в углерод-13, поэтому избыток углерода-13 и наблю-
дается в морской воде и донных осадках, из которых формируются осадочные по-
роды. Таким образом, уменьшение количества углерода-13 по отношению к углеро-
ду-12 является признаком низкой биологической активности.
Задача ученых состоит в поиске путей опровержения того, что кажется им
слишком очевидным. В 2001 году Мартин Кеннеди и Николас Кристи-Блик измерили
указанное соотношение для осадочных пород, сформировавшихся во время «большой
заморозки». Если мир был покрыт милями льда, соотношение должно было быть
низким. Однако в действительности оно оказалось высоким (в Африке, Австралии
и Северной Америке). Это доказывало, что глобальная экосистема была довольно
развитой.
Компьютерные модели климата показывают, что океаны тоже стойко сопротивля-
лись замерзанию.
Как и многие заманчивые научные теории, «Земля-снежок» во многом оказалась
спорной, и для того, чтобы выяснить, кто прав, потребуются дальнейшие иссле-
дования. Может быть, Земля не совсем была похожа на твердый снежок. Или, мо-
жет быть, как уточняет Шраг, существовали пространства открытой воды, доста-
точно обширные для того, чтобы изменить углеродную химию океана, поглощавшего
атмосферный углекислый газ. А может быть, наклон земной оси изменялся не-
сколько больше, чем готовы признать астрономы, и лед начал таять на полюсах,
а на экваторе, напротив, накапливаться. Или континентальный дрейф происходил
тогда быстрее, чем теперь представляется, и мы попросту неверно определили
границы распространения льда. Как бы там ни было, а тот мир был зверски хо-
лодным .
Несмотря на то, что великая стужа почти справилась с делом уничтожения жиз-
ни с поверхности Земли, она же невольно стала причиной нынешнего биоразнооб-
разия. Дело в том, что большой скачок от одноклеточных к многоклеточным орга-
низмам также произошел около 800 миллионов лет назад. Вполне вероятно, что
холод смел с лица Земли большинство одноклеточных и открыл новые возможности
для многоклеточных, что 540 миллионов лет назад и привело в итоге к кембрий-
скому взрыву. За массовыми вымираниями, как правило, следует расцвет разнооб-
разия, эволюционная игра, во время которой жизнь из «профессионального» раз-
ряда вновь возвращается в статус «любителя». Конечно, требуется некоторое
время для того, чтобы убрать с поля наименее способных игроков, но пока они
не удалены, можно наблюдать самые диковинные способы выживания. Последующий
ледниковый период только способствовал этому процессу.
Впрочем, возможно, все было наоборот. Приобретение триплобластами анального
отверстия должно было сильно изменить экологию морей. Их фекалии оседали на
морском дне, где бактерии с удовольствием занялись их переработкой. Другие
создания могли стать фильтраторами, живя за счет бактерий и, возможно, от-
правляя своих личинок наверх, в гущу планктона, чтобы те могли распростра-
няться, как это делают современные животные-фильтраторы. Многие новые пути
выживания зависели от этой древней компостной системы. И вполне вероятно, что
успешное возвращение азота и фосфора в морские циклы привело к бурному раз-
множению водорослей, что, в свою очередь, вызвало снижение содержания углеки-
слого газа в атмосфере, уменьшило парниковый эффект и послужило причиной но-
вой великой стужи.
К счастью для нас, последняя не продлилась слишком долго и была не настоль-
ко суровой, чтобы уничтожить все живое. (Без сомнения, бактерии, обитавшие
вблизи подводных вулканических кратеров или в недрах земной коры выжили бы в
любом случае, однако эволюционное развитие было бы отброшено далеко назад.)
Поэтому когда на Земле вновь потеплело, жизнь бурно расцвела в дивном, новом,
свободном от конкуренции мире. Как ни парадоксально, мы с вами находимся
здесь и сейчас именно потому, что когда-то наши предки оказались на грани ис-
чезновения. История эволюции полна прекрасных «плохих новостей», когда жизнь
радостно мчалась вперед, перепрыгивая через тела павших...
Ощущение Ринсвинда, что Круглый мир якобы затеял катаклизм специально ради
его персоны, простительно. Живым созданиям вечно достается от всяческих при-
родных катастроф. Вот, кстати, еще парочка. При пермско-триасовом вымирании,
приключившемся 250 миллионов лет назад, за несколько сотен тысяч лет исчезло
96 % видов1. Уильям Хобстер и Мордехай Магаритц полагают, что это случилось
потому, что они задохнулись. Изотопы углерода показывают, что накануне массо-
вого исчезновения живых существ окислилось большое количество угля и сланца.
Вероятно, это произошло из-за падения уровня моря и соответствующего увеличе-
ния площади суши. В результате уровень углекислого газа вырос, а кислорода -
уменьшился, составив половину от его нынешнего содержания в атмосфере. Осо-
бенно тогда не поздоровилось сухопутным видам.
Еще одно глобальное вымирание, хотя и менее катастрофическое, произошло 55
миллионов лет назад на границе палеоцена и эоцена. В кернах, взятых изо льдов
Антарктики, Джеймс Кеннет и Лоуэлл Стотт обнаружили то, что может явиться до-
казательством внезапной гибели множества видов морских существ. Похоже на то,
что триллионы тонн метана внезапно попали из океана в атмосферу, подняв тем-
пературу окружающей среды «выши крыши», поскольку метан - это мощный парнико-
вый газ. По предположению Дженни Диккенс, таким источником метана стали зале-
жи гидратов метана в вечной мерзлоте и на морском дне. Гидраты метана пред-
ставляют собой клатрат, то есть «клетку» из молекул воды, в которой «заперта»
молекула метана: они возникают, когда бактерии в иле выделяют газ и он оказы-
вается там «запертым».
По случайному совпадению, одним из главных итогов палеоцен-эоценового выми-
рания стало биологическое разнообразие, приведшее к появлению высших приматов
и нас с вами. Короче говоря, является что-то катастрофой или нет, зависит ис-
ключительно от точки зрения. Как совершенно справедливо заметил Думминг Тупс,
у камней не может быть собственного мнения, тогда как у нас оно вроде бы
есть.
Глава 29.
Поплаваем?
- А по-моему, это больше похоже на страшдественские декорации, - заявил
Главный Философ, когда волшебники приступили к предобеденному аперитиву, лю-
буясь заодно на сверкающий белый мир в омнископ. - Миленько, правда?
- Вот и пришел конец нашим кисельным капелькам, - произнес Думминг Тупс.
- Хлоп! - весело воскликнул Декан. - Еще хереса, Аркканцлер?
- Возможно, это произошло из-за нестабильности солнца, - продолжал размыш-
По крайней мере, если судить по имеющимся у нас фактам. В любом случае это было
большое вымирание, намного больше, чем то, во время которого вымерли (или что-то им
в этом помогло) динозавры. Просто мы чаще вспоминаем о динозаврах потому, что у них
были неплохие пиарщики.
лять вслух Думминг.
- Произведенного низкоквалифицированной рабочей силой, кстати говоря, - за-
метил Аркканцлер Чудакулли. - Рано или поздно это должно было случиться. А
теперь там ничего не будет, кроме смертельного холода, долгого чаепития богов
и вечной мерзлоты.
- Ага, прямо Чихльхейм, - сказал Декан, на голову опередивший остальных по
потреблению хереса.
- Согласно наблюдениям ГЕКСа, воздух планеты изменился, - сказал Думминг.
- Надеюсь, стал чуточку более академичным? - спросил Главный Философ.
- О! У меня свежая идея! - просиял Декан. - А нельзя приказать ГЕКСу транс-
лировать чаровый поток в хтоническую матрицу оптимизированного бинаправленно-
го октагоната?
- Что же, мы только что выслушали мнение четырех бокалов хереса, - глубоко-
мысленно сообщил Аркканцлер, прерывая грозившее затянуться молчание. - Тем не
менее, если мне позволено будет высказать свои преференции, то в следующий
раз хотелось бы услышать что-нибудь менее похожее на тарабарщину. Так что ж,
Тупс, вот и конец миру?
- Если это так, - сказал Главный Философ, - следует ли нам ожидать нашест-
вия героев?
- что ТЬ1 такое несешь, приятель? - удивился Чудакулли.
- Ну, по мнению Декана, мы тут вроде как боги, правильно? А большинство ми-
фов свидетельствуют, что, умирая, герои отправляются прямиком на пир в оби-
тель богов, - пояснил Главный Философ. - Просто хотелось бы узнать, надо ли
предупредить кухарок, вот и все.
- Они же были всего-навсего каплями киселя, - сказал Чудакулли. - Что тако-
го героического может совершить кисель?
- Ну, не знаю... Украсть что-нибудь у богов, например. Самый что ни на есть
классический способ стать героем, - задумчиво протянул Главный Философ.
- Хочешь сказать, что нам пора проверить свои карманы? - прищурился Арк-
канцлер .
- А я, между прочим, давненько не видал своего любимого перочинного ножика,
- ответил Главный Философ. - В общем, мое дело - предложить.
Чудакулли бодро хлопнул по спине приунывшего Думминга.
- Выше нос, паренек! - вскричал он. - Это была отличная попытка! Конечно,
на выходе получились лишь пузыри с интеллектом горохового супа, но ты не дол-
жен позволять отчаянию от сокрушительного провала овладеть тобой.
- Точно. Бери пример с нас, - поддержал Аркканцлера Декан.
На следующий день, после завтрака, Думминг отправился в здание факультета
Высокоэнергетической Магии. Вокруг царило запустение. Везде стояли грязные
чашки и тарелки. На полу валялись обрывки бумаги. Забытые сигареты прожгли
темные пятна на столешницах. Слегка объеденная сырно-сардинно-черносморо-
диновая пицца, остававшаяся нетронутой уже несколько дней, медленно ползла в
укрытие.
Вздохнув, Думминг взял метлу и пошел к лотку с ночными отчетами ГЕКСа.
Лоток оказался несколько более полным, чем можно было ожидать.
- Да здесь не только кисель, тут целая куча всего! А некоторые даже шеве-
лятся...
- Вон там, это животное или растение?
- Уверен, что растение.
- А тебе не кажется, что для растения оно... ммм... слишком шустрое?
- Откуда мне знать? Я никогда не интересовался, как быстро могут бегать
растения.
Академики Незримого университета вновь потихоньку подтягивались в здание
факультета, по мере того как распространялась новость. Теперь, когда невоз-
можное уже случилось, пожилые волшебники толпилась у вездескопа, объясняя
друг другу, что именно чего-то такого они всегда и ожидали.
- Это все трещины в морском дне, - авторитетно заявил Декан. - Ну, и вулка-
ны, само собой. Там просто со временем поднакопился избыток тепла.
- Однако это не объясняет такого разнообразия форм, - возразил Главный Фи-
лософ. - Смотрите, морское дно выглядит так, словно кто-то перевернул огром-
ный валун.
- Видимо, подо льдом у киселя было достаточно времени, чтобы хорошенько по-
размышлять над своим будущим, - ответил Декан. - Короче, думай о случившемся
как об очень долгом зимнем вечере.
- Лично я голосую за уборную, - сказал Профессор Современного Руносложения.
- Мы все, в общем-то, не против, - произнес Чудакулли. - Но к чему такая
срочность?
- Я имел в виду, те капли... Понимаете... Если вы заперты где-нибудь миллионы и
миллионы лет, в итоге получится много, эээ, компоста... - смущенно продолжил
Профессор Современного Руносложения.
- Одним словом, кучи дерьма, - добавил Декан.
- Декан! В конце-то концов!
- Извини, Аркканцлер.
- ...а как всем известно, компостные кучи - настоящий рассадник жизни, - за-
кончил Профессор Современного Руносложения.
- Считается, что мусорные кучи породили крыс, - сказал Чудакулли. - Суеве-
рия , разумеется. На самом деле они породили чаек. То есть это вроде того, как
живые наследуют туфли мертвецов? Ну, или как в нашем случае, туфли киселя? Не
в буквальном смысле, конечно, ног-то у него не было. А кроме того, у него не
хватало ума, чтобы изобрести туфли. Но даже если бы и хватало, он все равно
не смог бы их сделать, ведь там не было ничего подходящего для этого. За ис-
ключением всего вышесказанного, метафора прекрасна.
- Кисель там, кстати, до сих пор имеется, - заметил Декан. - Просто еще
других всяких много появилось.
- А как у новеньких с мозгами? - спросил Чудакулли.
- Не уверен, что можно сказать что-нибудь уверенно на данном этапе разви-
тия...
- Все просто. Есть там кто-нибудь, кто убивает других не для того, чтобы
сожрать?
Профессора уставились в бурлящий бульон.
- Нелегко определить их истинные намерения, - спустя некоторое время произ-
нес Декан.
- Тогда нет ли там кого-нибудь, кто определенно собирается поумнеть?
Они вновь уставились в вездескоп.
- Вон та штуковина, похожая на клубок сцепившихся пауков, видите? - немного
погодя сказал Главный Философ. - Она выглядит довольно-таки задумчивой.
- А, по-моему, она давным-давно сдохла.
- Слушайте, я понял, как можно раз и навсегда разрешить всю эту эволюцион-
ную петрушку, - сказал Чудакулли, поворачиваясь к Думмингу. - Слушай, Тупс,
не может ли ГЕКС найти там кого-нибудь, кто превращается в кого-то еще?
- Участок обзора ограничен, сэр. Но в принципе, наверное, может.
- Скажи ему, чтобы на суше смотрел, - уточнил Декан. - А там вообще что-
нибудь происходит, на суше-то?
- Она определенно позеленела, сэр. Думаю, это водоросли с ярко выраженной
меланхолией.
- Там-то и произойдет что-нибудь этакое, помяните мои слова. Не знаю, что
используется этим миром вместо нарративиума, но если мы где-то и найдем ра-
зумную жизнь, то именно на суше.
- И как ты определишь наличие разума? - ехидно поинтересовался Чудакулли. -
В долгосрочной перспективе, я имею в виду?
- Наличие университетов - очень хороший признак, - ответил Декан, встретив
всеобщее одобрение.
- Вы не думаете, что огонь или, к примеру, колесо могут послужить несколько
более универсальным признаком? - осторожно поинтересовался Думминг.
- Нет, если ты сидишь в воде, - сказал Главный Философ. - Именно море там
гвоздь программы, это я вам говорю. На суше же вообще ничего не происходит.
- Но в воде все тупо пожирают друг друга!
- Тогда я подожду и посмотрю, кто из них дотянет до конца обеда, - сказал
Главный Философ.
- Нет, когда дело касается университетов, главное - суша, - возразил Декан.
- Бумага под водой и пяти минут не продержится. Ты согласен, Библиотекарь?
Последний продолжал внимательно смотреть в вездескоп.
- У-ук, - ответил он.
- Что он сказал? - спросил Чудакулли.
- Сказал, что, по его мнению, господин Главный Философ, скорее всего, прав,
- перевел Думминг, подходя к вездескопу. - Ох, только взгляните на это ...
У существа имелось по крайней мере пять глаз и десять щупалец, некоторые из
которых оно использовало для того, чтобы стучать камнем по камню.
- Может, оно сооружает книжный шкаф? - спросил Чудакулли.
- Скорее всего, примитивное каменное укрытие, - сказал Думминг.
- Вот теперь-то дело пойдет, - сказал Главный Философ. - Как-никак частная
собственность. Когда что-то принадлежит тебе, сразу же возникает желание это
улучшить. Первый шажок по пути прогресса.
- Не уверен, что оно вообще может ходить, - заметил Думминг.
- Ну, значит, первый ползок, - бодро сказал Главный Философ, глядя, как ка-
мень выскальзывает из щупалец существа. - Мы обязаны ему помочь, - твердо
заявил он. - В конце концов, если бы не мы, его бы там не было.
- Погоди-погоди, - сказал Профессор Современного Руносложения. - Он всего
лишь строит себе домик. Птицы-шалашники сооружают гораздо более замысловатые
гнезда, ведь так? А самцы кукушки часовой возводят для своих возлюбленных
действующие часы, но никто же не станет утверждать, что они обладают интел-
лектом .
- Конечно нет, - ответил Декан. - Они же вечно ошибаются в цифрах, да и ча-
сы разваливаются через несколько месяцев, не говоря уже о том, что отстают на
два часа в день. Как по мне, интеллектом такое никак не назовешь.
- А ты что скажешь, Руновед? - спросил Чудакулли.
- Почему бы нам опять не послать туда юного Ринсвинда с помощью этого... вир-
тутамошнего костюма? Вместе с совочком и, скажем, иллюстрированным пособием
по основам строительного дела?
- А они его увидят?
- Эээ... господа... - начал Думминг, продолжавший разглядывать мелководье в
вездескоп.
- А действительно, почему бы и нет? - согласился Чудакулли.
- Эээ... там кто-то... это самое...
- Одно дело - разгонять планеты на миллионы лет, и совсем другое - одобри-
тельно хлопнуть по спине нашего строителя, - сказал Декан. - Даже знай мы,
где именно у него спина.
- Эээ... там что-то такое гребет, сэр! Что-то собирается плавать!
Наверное, это был самый тревожный предупреждающий крик со времен знаменито-
го: «Слушайте, а ничего, что реактор стал такого цвета?». Волшебники кинулись
к вездескопу. Там действительно что-то гребло. И еще у него были сотни ма-
леньких ножек.
Глава 30.
Универсальное
и локальное
Случай сыграл куда более значительную, чем нам представляется, роль в нашем
появлении на Земле. Мы с вами не только не являемся вершиной эволюции, нас
вообще могло бы не быть. Если бы жизнь пошла не по тому извилистому пути, ко-
торый привел к нашему возникновению, она вполне могла бы прийти к чему-нибудь
другому. К разумным крабам, например. Или к головастым медузам, которые сей-
час вовсю плели бы свои коварные сети.
Мы не имеем ни малейшего понятия, сколько перспективных видов было уничто-
жено внезапными засухами, истощением какого-либо жизненно важного ресурса,
метеоритными дождями или столкновением с кометой. Все, что от них в результа-
те осталось, это кое-какие окаменелости. Если мы внимательно изучим палеонто-
логическое наследие, то обнаружим некий неясный узор: тенденцию к постоянному
усложнению. Причем многие из наиболее значительных эволюционных новаций, по-
хоже, были вызваны крупными катастрофами...
Когда мы смотрим на современные организмы, некоторые из них кажутся нам
проще, некоторые - сложнее. Скажем, таракан выглядит куда безыскуснее слона.
Отсюда мы делаем вывод, что таракан - «примитивный», а слон - «сложный», и на
этом основании начинаем рассуждать о «высших» и «низших» организмах. Мы также
исходим из того, что жизнь эволюционировала, а значит, современные организмы
должны иметь более примитивных предков. Если мы не будем особенно аккуратны в
суждениях, мы можем сделать вывод, что современные «примитивные» организмы
являются предками современных же «высокоорганизованных». Так, мы говорим, что
предками людей являются животные, похожие на человекообразных обезьян, из че-
го заключаем, что шимпанзе примитивнее нас.
Однако в этом случае мы смешиваем две совершенно различные вещи. Одно дело
систематизирование современных организмов по уровню сложности, и совсем дру-
гое - нахождение зависимости по времени их возникновения: современные орга-
низмы, их предки, предки предков и так далее. Хотя современный таракан, воз-
можно, и примитивнее слона, в смысле - он проще устроен, это не означает, что
таракан - чей-то древний примитивный предок. Ведь этого просто не может быть.
Наш современный таракан - предприимчив, он идет в ногу со временем и готов
бросить вызов новому тысячелетию.
Хотя ископаемые тараканы выглядят точно так же, как современные, они суще-
ствовали в совершенно иных условиях. То, что позволяло тебе быть успешным та-
раканом мелового периода, может сильно отличаться от того, что пригодится те-
бе в наши дни. Например, ДНК тогдашнего таракана должна была сильно отличать-
ся от ДНК современного, ведь в изменившихся условиях твоим генам «приходится
бежать со всех ног», чтобы ты «остался на месте», то есть, чтобы твое тело
сохранило прежнюю форму.
Картина эволюции, нарисованная теоретиками, напоминает ветвистое дерево, по
которому время, словно древесный сок, поднимается от корней, уходящих на 4
миллиарда лет назад, к самым тонким веточкам на вершине, символизирующим на-
стоящее . Каждый его сук, каждая ветка или побег - это отдельный биологический
вид, и все они устремлены ввысь. Это древо жизни прекрасно иллюстрирует одну
из ключевых особенностей эволюции: если ветка однажды расщепляется, она уже
не воссоединится. Биологические виды расходятся, чтобы никогда больше не сой-
тись вновь.
И все же «древесный» символ эволюции в некоторых своих аспектах неверен. В
частности, отсутствует связь между толщиной «сучьев» и размером соответствую-
щей им популяции: толстая нижняя часть «ствола» представляет куда меньше ор-
ганизмов в смысле общей биомассы, чем какой-нибудь тонкий «побег» на вершине.
(Только задумайтесь, например, о человеческой «веточке»...) То, каким образом
расщепляются ветви, тоже может ввести нас в заблуждение, поскольку начинает
казаться, будто между видами долгое время сохраняется преемственность, даже
после появления новых, подобно тому, как на дереве молодые побеги вырастают
из старых. Дарвин полагал, что видообразование происходит постепенно, но ведь
он мох1 и ошибаться. Теория «прерывистого равновесия» Стивена Гулда и Нильса
Элдриджа основывается на противоположной идее: новые виды появляются внезап-
но . В действительности существуют прекрасные математические модели, согласно
которым при видообразовании сочетаются оба этих элемента: что-то происходит
вдруг, а что-то - мало-помалу.
Другой недостаток древа жизни заключается в том, что многие ветви на нем
попросту отсутствуют, поскольку большое число видов не оставило после себя
даже окаменелостеи. А больше всего нас сбивает с толку то обстоятельство, что
люди находятся на самой верхушке. В силу особенностей нашей психологии мы
отождествляем высоту с важностью (как, например, в выражении «ваше королев-
ское высочество»). Идея, что именно мы - самые важные существа на Земле,
льстит нашему самолюбию. Между тем как высокое положение на древе жизни пока-
зывает лишь время возникновения вида. Так что каждый современный нам орга-
низм, будь то таракан, пчела, ленточный червь или корова, располагается с на-
ми на одной высоте.
Гулд в книге «Удивительная жизнь» выступает против древовидной модели по
другой причине. Его возражения основывались на изучении замечательной серии
окаменелостеи, сохранившихся в сланцах Берджесса. Окаменелости, датируемые
началом кембрийского периода1, являются останками мягкотелых существ, живших
в прибрежном иле у покрытого водорослями рифа и похороненных оползнем. До нас
дошло очень немного окаменелостеи мягкотелых организмов, поскольку обычно со-
храняются лишь твердые части тела. (Несколько хороших окаменелостеи найдены
также в Китае.) Сланцы Берджесса были открыты в 1909 году Чарльзом Уолкоттом,
однако их значение оставалось недооцененным вплоть до 1971 года, когда они
были тщательно исследованы Гарри Уиттингтоном. Все организмы оказались рас-
плющенными, и было практически невозможно понять, какой облик они имели при
жизни. Саймон Конвей Моррис разделил сплющенные слои и реконструировал с по-
мощью компьютера первоначальные формы. Так удивительный секрет этих сланцев
был открыт миру.
До того момента палеонтологи классифицировали фауну сланцев Берджесса в
рамках общепризнанных биологических типов: черви, членистоногие и тому подоб-
ное . Теперь же стало ясно, что большая часть такой классификации ошибочна.
Например, мы знали всего четыре обычных вида членистоногих: трилобиты (ныне
вымершие), хелицеровые (пауки, скорпионы), ракообразные (крабы, креветки) и
трахейные (насекомые и прочие). Однако, помимо представителей указанных ви-
дов, в фауну Берджесских сланцев входят двадцать других абсолютно отличных
типов. В одном этом оползне сохранилось, подобно цветам, засушенным между
страницами книги, куда больше биоразнообразия, чем существует ныне.
Раздумывая об этом удивительном открытии, Гулд понял, что большинство вет-
вей древа жизни, выросших из фауны Берджесских сланцев, «засохли» и «отвали-
лись», короче говоря, вымерли. Давным-давно 20 из 24 вариантов строения тел
членистоногих исчезли с лица Земли. Мрачный Жнец недрогнувшей рукой обрезал
Согласно современным методам датировки, кембрийский период начался 543 миллиона
лет назад. Окаменелости сланцев Берджесс образовались около 530-520 миллионов лет
назад.
побеги древа жизни, причем использовал отнюдь не маникюрные ножнички. Гулд
предположил, что наилучшим наглядным символом будет не дерево, а куст. Из
древней почвы то тут, то там пробивались «кустики» различных видов. Большая
их часть «засохла» сотни миллионов лет назад. Некоторые другие - превратились
в густые заросли, прежде чем также прекратили свое существование миллионы лет
назад... И только один из них, превратившись в высокое дерево, дорос до наших
дней. А может быть, мы просто неправильно его реконструировали, объединив в
одно целое несколько различных «кустов».
Это новое изображение меняет наше представление об эволюции человека. Один
из представителей берджесской фауны по имени пикайя - был хордовым животным.
Эта группа включает в себя всех современных животных, имеющих спинной мозг, в
том числе рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, то есть пикайя - наш
далекий предок. Другое животное, нектокарис, имевшее сходство с членистоноги-
ми в передней части тела и с хордовыми в задней, вообще не оставило потомст-
ва. Тем не менее, оба эти существа делили одну и ту же среду обитания, и ни
то ни другое не могло похвастаться лучшей приспособленностью для выживания.
Напротив, если бы одно из них было менее приспособленным, оно почти наверняка
вымерло бы задолго до образования окаменелости. Так что же определяет, какой
ветви выжить, а каким - нет? Гулд предположил, что это - чистая случайность.
Пикайя.
Нектокарис.
Берджесские сланцы сформировались на границе крупных геологических эпох:
докембрия и палеозоя. Начало палеозойской эры носит название кембрийского пе-
риода и характеризуется огромным биологическим разнообразием, так называемым
«кембрийским взрывом». Земные существа несколько оправилась от массового
эдиакарского вымирания, и эволюция воспользовалась этим шансом, чтобы сыграть
по-новому, причем какое-то время не имело значения, насколько хорошо кто иг-
рает . Давление отбора на новые виды тел было еще невелико, поскольку жизнь не
полностью восстановилась после предыдущего массового мора. В таких условиях,
по мнению Гулда, кто выживет, а кто - нет, было, скорее всего, вопросом чис-
того везения: свалится ли на тебя оползень, наступит засуха или пойдут про-
ливные дожди. Если бы мы могли повторно запустить эволюционное развитие на
том же самом месте, выжили бы, вполне вероятно, совершенно другие организмы и
совершенно другие ветви древа жизни оказались бы обрезанными.
И может быть, была бы обрезана как раз наша ветка.
Подобное видение эволюции как процесса, зависящего от случайных обстоя-
тельств, обладает определенной привлекательностью. Это хороший способ дока-
зать , что люди - отнюдь не вершина творения, не цель всего предприятия1. Как
мы можем быть какой-то целью, если совершенно случайные обстоятельства могли
с легкостью смести нас с лица Земли? Впрочем, Гулд тоже немного перегнул пал-
ку (и отыграл назад в ряде последующих работ) . Дело в том, что более поздние
реконструкции животных Берджесских сланцев показали, что их разнообразие,
возможно, несколько преувеличено, хотя все равно остается очень значительным.
Но главной дырой в его рассуждениях является конвергенция. Эволюция базиру-
ется на решении проблем выживаемости, причем спектр этих решений невелик. Со-
временный нам мир изобилует примерами «конвергентной эволюции», в результате
которой существа получили очень схожие формы, имея совершенно разную эволюци-
онную историю. Акула и дельфин, например, обладают одинаковой обтекаемой фор-
мой тела, вытянутым рылом и треугольным спинным плавником. Но акула - рыба,
тогда как дельфин - млекопитающее.
Мы можем разделить функции организмов на два больших класса: универсальные
и локальные. Универсальные дают общее решение проблем выживания, методы кото-
рого широко применяются до сих пор и которые развивались независимо друг от
друга. Крылья, например, являются универсальным средством полета, но они эво-
люционировали параллельно у насекомых, птиц, летучих мышей и даже у некоторых
рыб. Локальные же возникли случайно, и не было сходных причин для их повторе-
ния. Наш пищевод соединен с дыхательным горлом, поэтому мы захлебываемся и
кашляем, когда что-то «попадает не в то горло». Это не универсальное решение:
мы случайно унаследовали его от нашего далекого предка, вылезшего когда-то из
океана. Неприятно, конечно, но, в общем, ничего страшного, поскольку при всех
своих недостатках наше горло функционирует вполне удовлетворительно, особенно
если вспомнить другие особенности человеческого строения. Минусы этого реше-
ния последовательно терпели все его носители: начиная от первых выбравшихся
из воды рыб, затем - амфибии, динозавры и заканчивая птицами, а также, через
земноводных и звероподобных рептилий, млекопитающими вроде нас. Эволюция не
может подправить задним числом фундаментальные особенности строения тела, и
нам приходится довольствоваться тем, что имеем.
Но если бы наши далекие предки были случайно уничтожены, появился бы кто-
нибудь, похожий на нас? Это представляется очень маловероятным, потому что
много из того, что делает нас такими, какие мы есть, является случайностью.
Но интеллект, похоже, является универсальным свойством, к примеру, головоно-
гие моллюски развили его независимо от млекопитающих. В любом случае интел-
лект - это довольно-таки распространенный фокус. Вполне вероятно, что какие-
Как сказал бы бог эволюции из Плоского мира, цель процесса - сам процесс.
нибудь другие формы разумной жизни эволюционировали бы вместо нас, хотя и не
обязательно в то же самое время. На альтернативной Земле крабы-интеллектуалы
наверняка сочинили бы фантастический мир, имеющий форму неглубокой миски, по-
коящейся на шести губках, в свою очередь едущих на гигантском морском еже.
Трое из таких крабов вполне могли бы в данный момент писать книжку «Наука Во-
гнутого мира».
Простите, если мы кого обидели, но это - чистая правда. Упади один камень
здесь или накати случайная волна там - и мы уже были бы не мы, а они. И самое
забавное, что они почти наверняка были бы не нами, а кем-то другим.
Глава 31.
Большой скачок
вбок
Ринсвинд сидел в своем новом кабинете и разбирал коллекцию камней. Он раз-
работал неплохую систему, базирующуюся на их размере, форме, цвете и еще два-
дцати семи характеристиках, включая субъективное ощущение симпатичности того
или иного камушка.
Он подсчитал, что если с должным тщанием подойти к перекрестным ссылкам, то
только на систематизацию образцов, сваленных в этой комнате, уйдет, по край-
ней мере, три блаженно-спокойных года.
Поэтому он был крайне удивлен, обнаружив, что его вновь подхватили под белы
рученьки и буквально втащили в помещение факультета Высокоэнергетической Ма-
гии. При этом в одной руке Ринсвинд продолжал сжимать «твердый квадратный
светло-серый булыжник», а в другой - «красивый камушек, благосклонный к лю-
дям» .
- Это твое там? - взревел Чудакулли, оторвавшись от вездескопа.
Недалеко от берега в волнах покачивался Сундук с весьма довольным видом.
- Ну... - сказал Ринсвинд. - В некотором смысле.
- И как оно туда попало?
- Эээ... Наверное, меня разыскивает, - сказал Ринсвинд. - Он иногда теряет
след.
- Но это же другая вселенная! - возмутился Декан.
- Очень сожалею.
- Ты можешь его подозвать?
- Нет, хвала небесам! А если бы мог, немедленно отослал бы обратно.
- Он сделан из древесины груши разумной, которая является метамагической
субстанцией и последует за своим хозяином куда угодно во времени и простран-
стве , - пояснил Думминг.
- Да, но не туда же! - воскликнул Чудакулли.
- Что-то я не припоминаю, чтобы дефиницию «не туда» когда-либо вносили в
список действительных подмножеств пространства и времени, - возразил Думминг.
- Более того, смею заметить, что выражение «не туда» никогда не было принято
в качестве действительной части какой-либо магической процедуры, по крайней
мере, после того случая, когда покойный Шуттит Зобывчивый попытался в послед-
нюю минуту добавить его в свое знаменитое и завершившееся полным успехом за-
клинание , уничтожившее дерево, на котором он сидел.
- Если данный Сундук включает некоторое подмножество измерений, по крайней
мере, равное п, следовательно, он может сосуществовать с любым пространством,
включающим п + 1 измерение.
- Лучше не слушай его, Тупс, - устало сказал Чудакулли. - Он несет подобную
чушь с тех пор, как попытался разобраться в ГЕКСовых отчетах. Полнейшая тара-
барщина. И что же означает это самое «п», приятель?
- N-дцатый, - ответил Казначей.
- А, опять воображаемое число, - сказал Декан. - Наверное, то самое, кото-
рое якобы находится между тройкой и четверкой.
- Между тройкой и четверкой нет никаких чисел, - отрезал Чудакулли.
- А он думает, что есть, - съязвил Декан.
- Нельзя ли как-нибудь проникнуть внутрь Сундука, чтобы физически попасть
во вселенную Проекта? - спросил Думминг.
- Ну, попытайся, - ответил Ринсвинд. - Лично я предпочел бы, чтобы мне от-
кусили нос.
- О! Неужели?
- Однако это наводит на свежую мысль, - сказал Чудакулли. - Мы можем ис-
пользовать Сундук для того, чтобы принести что-нибудь оттуда. Ну? Как вам та-
кая идея?
В теплых прибрежных водах каменное строеньице диковинного существа обвали-
лось в n-дцатый раз.
Прошла неделя. Во вторник один из недоделанных снежных шариков столкнулся с
планетой, возмутив волшебников и одним махом прихлопнув вид медуз-сетевязов,
на которых Главный Философ возлагал основные надежды. Но, по крайней мере,
теперь можно было с помощью Сундука собрать образцы, которые оказались на-
столько глупыми, чтобы заплыть внутрь того, что сидело под водой с открытой
крышкой, - необходимым интеллектом обладали практически все, кто в тот момент
обитал в море.
Все выглядело так, словно жизнь в Круглом мире обладает неким базовым свой-
ством. Волшебники даже обсудили гипотезу, что это могло оказаться неким кон-
цептуальным элементом, занявшим свято место отсутствующего богорода.
- Как бы там ни было, на мой взгляд, «сварливиум» - не самое удачное назва-
ние, - заключил Чудакулли.
- Может, изменить ударение? - предложил Профессор Современного Руносложе-
ния. - Например, свар-ли-ви-Ум. Ну, как тебе?
- Да уж, как ни назови, этого свойства у них точно не отнимешь, - согласил-
ся Декан. - Даже вселенская катастрофа их не утихомирила.
А новенькие все появлялись. Неожиданно страшно популярными стали моллюски и
ракообразные. Среди волшебников укрепляла позиции теория, согласно которой
этот мир производил новые виды каким-то поточным способом.
- Это же очевидно, - заметил Декан на одном из их регулярных семинаров. -
Если у вас расплодились кролики, надо изобрести лис. А если много рыбы, тогда
как требуются фосфорные удобрения, - нужны морские птицы.
- Это правило работает только при наличии нарративиума, сэр, - возразил
Думминг. - У нас же до сих пор нет никаких доказательств, что у планеты име-
ется концепция причинности. Они просто живут, а затем - умирают.
В четверг после обеда Главный Философ заметил рыбу. Вполне нормальную, пла-
вучую рыбу.
- Что, съели? - закричал он. - Море - вот родимый дом Жизни. А теперь
взгляните на сушу, ведь это просто помойка, откровенно говоря.
- Однако твое море никуда нас не ведет, - возразил Чудакулли. - Вспомни-ка
вчерашнее чудо-юдо со щупальцами, которое ты пытался воспитывать. Как только
ты сделал резкое движение, оно плюнуло в тебя чернилами и улепетнуло прочь.
- Ничего подобного! Оно пыталось установить со мной контакт, - продолжал
настаивать Главный Философ. - И чернила - самый естественный для этого спо-
соб, кстати говоря. Разве у вас самих не складывается впечатление, что они
очень стараются? Взгляните на них еще раз. Заметно же, как они размышляют, не
правда ли?
В аквариуме, стоявшем позади Главного Философа, пара существ выглядывала из
больших спиральных раковин. Главный Философ лелеял честолюбивую надежду обу-
чить их выполнять простые задания, после чего они поделятся знаниями с други-
ми аммонитами. Однако эти существа полностью разочаровали его. Наверное, они
были неплохими мыслителями, в самом общем смысле этого слова, но с практикой
у них как-то не задалось.
- Это потому, что если тебе по большому счету думать не о чем, то никакого
смысла в раздумьях нет, - сказал Декан. - В самом деле, о чем можно думать в
море? Прилив нахлынул, отлив схлынул, вокруг все мокрое, конец философского
дискурса. - С этими словами он подошел к другому аквариуму. - А вот эти парни
- особая статья.
Сундук отлично справлялся с ролью сборщика образцов, при условии, что они
не должны были представлять угрозы для Ринсвинда.
- Пфф! - фыркнул Главный Философ. - Подумаешь, какие-то подводные мокрицы.
- Зато их там много, - сказал Декан. - И у них есть ноги. Я замечал, как
они выползали на берег.
- Случайность. К тому же ничего похожего на руки у них все равно нет.
- Ну, прекрасно, что ты обратил на это внимание... - произнес Декан, подходя
к следующему аквариуму.
Там сидели крабы.
Главному Философу пришлось скрепя сердце признать, что крабы без дураков
могут побороться за звание Наивысшей Вершины Эволюции. ГЕКС обнаружил их на
другом конце мира, и они действительно неплохо продвинулись, обитая в уютных
подводных городках, окруженных аккуратно пересаженными живописными анемонами.
Там наблюдалось даже что-то вроде примитивных моллюсковых ферм. Крабы разра-
ботали простые формы ведения войн и искусство ваяния статуй из песка и слизи.
По всей видимости, так они увековечивали память своих героев, павших на полях
сражений.
Через пятьдесят тысяч лет по меркам Проекта, то есть аккурат после перерыва
на кофе, волшебники полюбопытствовали, как продвинулись дела в крабовой коло-
нии. К огромному удовольствию Декана, демографический взрыв вынудил крабов
вылезти на сушу. Их современная архитектура оставляла желать лучшего, зато в
лагуне появились водорослевые огороды, а некоторые крабы поглупее стали раба-
ми, которых использовали для переноски тяжестей или в межклановых сражениях.
Несколько широких плотов с кое-как сотканными парусами были пришвартованы в
одной из лагун и буквально кишели крабами. По-видимому, крабовая цивилизация
намеревалась совершить большой скачок вбок.
- Не совсем то, что хотелось бы, конечно, - одобрил Чудакулли, - но весьма
и весьма многообещающе, Декан.
- Понимаешь, в воде все было слишком просто, - пояснил тот. - Еда плавает
вокруг тебя, погода вечно одна и та же, и нет ничего, чему нужно было бы про-
тивостоять... Помяните мои слова, суша - вот то место, где они покончат со сво-
ей мягкотелостью и перестанут быть бесхребетными...
В этот момент раздалось механическое покашливание ГЕКСа, поле обзора в вез-
дескопе начало стремительно разрастаться, пока мир в окуляре не превратился
во что-то вроде мячика для сквоша, плывущего в пустоте.
- О боги! - воскликнул Аркканцлер, указывая на газовый хвост. - Похоже,
приехали...
Волшебники мрачно наблюдали, как здоровенная часть планеты превратилась в
настоящее буйство огня и пара.
- и что? Так будет происходить каждый раз? - вопросил Декан, когда клубы
дыма над морем постепенно рассеялись.
- Это все солнце виновато, уж больно оно большое. Опять же все эти планеты
вокруг, - проворчал Чудакулли. - Лучше бы вы, парни, поубирали лишние снежки.
Иначе рано или поздно они свалятся вниз.
- Было бы неплохо, если бы какому-нибудь виду удалось просуществовать хотя
бы пяток минут без риска быть замороженным или зажаренным заживо, - произнес
Главный Философ.
- Такова жизнь, - сказал Чудакулли.
- Только кончается она чересчур быстро, - сказал Главный Философ.
Позади них раздался замогильный стон.
Ринсвинд висел в воздухе в мерцающем виртутамошнем скафандре.
- Чего это с ним? - спросил Чудакулли.
- Эээ... Я было попросил его исследовать крабью цивилизацию, сэр.
- Там ведь только что упала комета, если не ошибаюсь?
- Да, сэр. Миллиард тонн камней только что испарились вокруг1 него, сэр.
- Но они же ему не повредят, не так ли?
- Вероятно, ему пришлось немного попрыгать, сэр.
Глава 32.
Не смотри
вверх!
Волшебники, как мы могли убедиться, считают планету не слишком подходящим
местом для жизни. Добротный плоский диск и сопутствующая ему черепаха, не
боящаяся падающих камней, имеют, по их мнению, куда больше смысла.
Чем дальше, тем больше нам кажется, что они во многом правы. Внимательно
изучая историю нашей планеты и огромной Вселенной, в которой она находится,
мы постоянно ловим себя на мысли, что готовы встать на их точку зрения. Не в
том смысле, что нас не устраивает форма планеты, естественно, а потому, что
мир, не имеющий собственной черепахи, небезопасен. Вселенная кишит летающими
камнями и пронизана излучениями; ее температура где-то близка к абсолютному
нулю, а где-то - настолько высока, что по сравнению с ней взрыв водородной
бомбы покажется теплым камином, у которого приятно посидеть вечерком. Тем не
менее, жизни удалось закрепиться, по крайней мере, на одной планете и удержи-
ваться на ней уже около 4 миллиардов лет, несмотря на все напасти, которые
сыпались ей на голову (иногда - в самом буквальном смысле). И несмотря на все
козни, которые творит наша собственная планета.
Истолковать этот факт можно двояко.
Одна точка зрения состоит в том, что жизнь - невероятно хрупкая штука, а
Земля является одним из немногих благословенных мест, где достаточно долго
наблюдались условия, необходимые для сохранения жизни, ее развития, многооб-
разия и процветания. Хотя в любой момент какая-нибудь катастрофа может пус-
тить все под откос, стерев с лица Земли все живое. Цивилизация крабов, конеч-
но, художественный вымысел, но ее история позволяет нам обратить ваше внима-
ние на два существенных момента. Во-первых, для того, чтобы какой-нибудь био-
логический вид, эволюционируя на Земле, мог приблизиться к нам по уровню ин-
теллектуального развития, потребовалась бы бездна времени. Во-вторых, даже
если бы такое и случилось, после них вполне могло не сохраниться никаких сле-
дов. Ах да, вот еще... Существует множество способов оставить от них мокрое ме-
сто. Так что мы с вами просто счастливчики, раз нам удалось избежать судьбы
крабьей цивилизации. В миллионах других, тоже, вероятно, подходящих для жиз-
ни, миров ей так не повезло; она либо вообще не зародилась, либо нашлось что-
нибудь ее истребившее. Короче, жизнь - это редкость, а Земля - единственное
место во Вселенной, где произошло это уникальное чудо.
Альтернативная интерпретация заключается в следующем. Жизнь - невероятно
стойкий феномен, и хотя условия на Земле более-менее достаточны для ее воз-
никновения, в общем-то, они не столь уж и необходимы. Поэтому было бы ошибкой
считать, что раз здесь все пошло именно по такому пути, то же самое должно
повторяться и в других местах. Важным последствием эволюции является то, что
жизнь автоматически адаптируется к любой доступной среде обитания. Кипящая
вода на дне океана? Отлично! - как раз то, что нужно бактериям-экстремалам.
Погрузиться на две мили под землю? Просто супер! - там такая приятная тепло-
та, а кроме того, много серы и железа для получения энергии. Отдельная благо-
дарность Провидению за отсутствие в таких местах избытка смертоносного кисло-
рода: отвратительный газ, ужасно активный и ядовитый. Если и есть такое ме-
сто, где никто не может выжить, так это в кислородной атмосфере...
Обе точки зрения имеют сторонников, и у обеих находятся доводы в свою защи-
ту. Споры будут продолжаться до тех пор, пока мы не отправимся к другим мирам
и не увидим, что именно там происходит. Может быть, тогда удастся найти ком-
промисс . К примеру, обе стороны согласны в том, что жизнь возникла несмотря
на то, что Земля отнюдь не была райским садом. Нашу планету никак не назовешь
идеальным местом обитания. Для того, чтобы мы могли выжить, эволюции пришлось
решить множество сложных проблем и адаптироваться к неблагоприятным условиям.
Мы можем не отдавать себе отчета, насколько Земля враждебное место, но
вспомните о таких обыденных вещах, как пожары, ураганы, торнадо, землетрясе-
ния, извержения вулканов, цунами, наводнения и засухи... Слишком много дождя -
и ты по шейку в воде, слишком мало - каюк урожаям, а мы с вами сосем лапу. И
это при том, что о действительно серьезных катастрофах мы еще не говорили.
Многие склонны считать, что история жизни на Земле напоминает непрерывный
рост одинокого и величественного эволюционного древа жизни. Однако эта благо-
стная картина совершенно устарела. История жизни больше похожа на джунгли,
чем на единичное дерево, и большинство растений в этих джунглях были растоп-
таны, сломаны или увяли прежде, чем получили возможность расцвести хотя бы
раз. Как бы эти джунгли ни разрослись в итоге, жизнь в них была не слишком
сладкой.
Правда, в течение ужасно долгого времени в морях не было ничего, кроме «ки-
сельных капель», и мы вольны рассматривать этот период как весьма неказистую
ветвь нашего древа. Да и с точки зрения самого «киселя», жизнь, скорее всего,
была штукой тоскливой, но это потому, что они не замечали, что происходит на
планете в целом. События, которые для более развитых форм жизни стали бы все-
ленской катастрофой, «кисель» просто не трогали за живое.
Разумеется, когда жизнь делала свои первые робкие шаги, особо крупные не-
приятности все же выбивали ее из колеи, однако не смогли истребить подчистую.
То же превращение Земли в «снежок», если такое действительно имело место,
явилось нелегким испытанием. Но, несмотря на все препоны, а может быть, и
благодаря им, жизнь менялась, она развивалась, разнообразила свои формы, и
дошло до того, что эукариоты научились жить в кислородной атмосфере.
Кстати, изменение химического состава атмосферы наверняка стало настоящей
катастрофой, ведь все биохимические приемы изжили себя, поскольку развивались
применительно к условиям иного газового состава. Хуже всего было то, что но-
вым газом, загрязнившим атмосферу, оказался именно кислород, то есть сильней-
ший окислитель. Представьте только, что произойдет сейчас, если атмосфера
внезапно насытится фтором, например. Некоторые из самых опасных для жизни
субстанций, как и большинство взрывчатых веществ, являются соединениями фто-
ра . Но кислород - тоже не подарок, если даже не хуже. Достаточно вспомнить о
пожарах, ржавчине или гниении.
Ядерные клетки-эукариоты одержали победу над кислородом, обратив его нега-
тивные свойства себе на пользу. Эволюционная революция оказалась настолько
эффективной, что смертельно ядовитый загрязняющий газ стал жизненно необходи-
мым (по крайней мере, для большинства организмов). Лишите человека, собаку
или рыбу кислорода, и через несколько минут наступит смерть. Мы можем некото-
рое время обойтись и без воды, и без еды. Но без кислорода? Какие-нибудь ми-
нуты в лучшем случае, ну, может быть, полчаса, если вы - кит.
Уловка с использованием кислорода стремительно завоевала популярность. Эу-
кариотическая жизнь захватила моря, создав множество новых биологических ви-
дов и даже целые экосистемы. Биоразнообразие стало той лесенкой, которая по-
зволила жизни выйти на сушу и оценить преимущество новых мест обитания и спо-
собов существования. Появилось и начало развиваться огромное количество небы-
валых ранее организмов. Однако обитание на суше имело один существенный не-
достаток : уязвимость для воздействий со стороны космоса. Жизнь на суше поро-
дила куда более сложные, чем прежде, растения и животных, способных защитить-
ся от локальных изменений среды обитания вроде палящих солнечных лучей или
глубоких снегов. Но, по иронии судьбы, именно усложнение сделало их гораздо
более чувствительными к падающим с небес булыжникам.
Все мы слышали о метеорите, вроде бы убившем динозавров. Их пример, как го-
ворится, другим наука. Динозавры были удивительно эффективными формами жизни
ровно до того момента, как окружающая среда резко изменилась после падения
метеорита, к чему они оказались совершенно не приспособленными. А вот бакте-
рии вообще ничего не заметили. Напротив, для них наступили прекрасные време-
на: несколько сотен лет непрекращающегося пира. Ну, а когда все трупы оконча-
тельно разложились, пришлось поневоле вернуться к скучной старой рутине.
В дальнейшем мы подробнее поговорим о динозаврах и их приятелях, о двухстах
миллионах лет их царствования и о том, что именно в действительности их уби-
ло. Пока же мы хотим дать вам общее представление о том, что простые формы
жизни могут справиться с большими неприятностями, чем сложные. Именно простые
формы изменили планету, или, по крайней мере, ее поверхность, установив об-
ратные связи, сделавшие ее менее зависимой от изменений.
Именно они положили начало Гее. Это имя Джеймс Лавлок в 1982 году дал кон-
цепции, изображающей Землю в виде сложной живой системы или, говоря метафори-
чески, - в виде некоего организма. Идея быстро романтизировалась, превратив-
шись в «матушку-Землю», - ну а чего вы хотите, присваивая имя богини своей
новой научной теории? Если же рассуждать без поэтических изысков, идея Лавло-
ка заключалась в том, что наша планета действует как единая система, создавая
особые механизмы, поддерживающие ее существование. Все это является следстви-
ем развития многочисленных подсистем (организмов, экологии), развивающих соб-
ственные механизмы, которые поддерживают их жизнеспособность. Если каждый
член команды старается как можно лучше играть свою партию, команда в целом
обязательно выигрывает.
Сложность - это обоюдоострый меч. Чем более сложные формы принимает жизнь,
тем проще ей справляться с повседневными проблемами, пока дело не доходит до
внешних факторов вроде метеоритов, последствия столкновения с которыми могут
оказаться фатальными.
Луна, Меркурий, Марс, а также различные спутники сплошь покрыты круглыми
кратерами, большими и маленькими. Почти все они, как мы теперь уверены, поя-
вились в результате падений больших глыб, состоящих из камня или льда, а то и
того и другого сразу. Лишь немногие кратеры имеют вулканическое происхожде-
ние . Еще не так давно считалось, что большинство их обязано своим появлением
именно вулканам, но оказалось, что мы ошибались.
Некоторые же планеты, в том числе и Земля, явных признаков массового паде-
ния метеоритов не имеют. Неужели они никогда на нас не падали? К сожалению,
падали. Правда, нас защищает атмосфера: мелкие небесные тела сгорают еще до
того, как коснутся земной поверхности. Не черепаха-заступница, конечно, но
все лучше, чем ничего. Однако большие глыбы вполне способны прорвать атмо-
сферную оборону.
Существует несколько причин, почему на некоторых планетах нет заметных при-
знаков метеоритного воздействия: это и наличие погодных явлений, разрушающих
кратеры, пока те окончательно не исчезнут (так происходит на Земле), и высо-
кая вулканическая активность, постоянно перекраивающая поверхность планеты
(на Венере), а то и сами планеты просто-напросто состоят из газа, и метеорит-
ные отметины на них не сохраняются (Юпитер и Сатурн).
В канадской провинции Квебек есть озеро Маникуаган (его примерные координа-
ты - 51° северной широты и 68° западной долготы). Его сложно не заметить на
карте: оно круглое и большое - 44 мили (71 км) в диаметре. Это выветрившиеся
остатки гигантского кратера, образовавшегося 210 миллионов лет назад, когда
глыба диаметром 2-3 мили (3-5 км) упала на Землю. Пик в центре кратера состо-
ит из расплавившихся во время удара и отвердевших затем пород. Расплавленные
породы стекли на дно кратера, где их можно обнаружить и сегодня. Само озеро
находится в долине, имеющей форму кольца, прорытого ледниками в мягких поро-
дах, когда-то бывших частью стен кратера, а затем обвалившихся в результате
эрозии.
Кроме того, в той же Канаде существует еще один крупнейший на планете удар-
ный кратер Садбери. Его диаметр составляет 190 миль (300 км) , возраст исчис-
ляется в 1,85 миллиарда лет, диаметр упавшего небесного тела мог составлять
около 20 миль (30 км) , а энергия, высвободившаяся во время удара, была экви-
валентна квадриллиону тонн в тротиловом эквиваленте, то есть взрыву 10 мил-
лионов водородных бомб. В местечке Вредефорт (ЮАР) находится другой ударный
кратер похожего размера, появившийся более 2 миллиардов лет назад. Но, мы ду-
маем, недолго им оставаться рекордсменами: близ Амирантских островов в Индий-
ском океане предположительно найден ударный кратер вдвое большего размера. В
общей сложности на суше обнаружено более 150 остатков ударных кратеров, при
том, что многие районы Земли до сих пор изучены не полностью. Не говоря уже о
том, что более половины поверхности Земли составляет океан, и поскольку не-
бесные тела падают как им заблагорассудится, общее число ударных кратеров на
Земле может приближаться к пятистам.
Все это приключилось довольно давно, однако нет никаких оснований полагать,
что такое никогда не повторится. Конечно, крупные столкновения происходят
редко просто потому, что мелких метеоритов гораздо больше, чем крупных.
Столкновения масштаба Садбери или Вредефорта могут происходить примерно раз в
миллиард лет. (Поэтому неудивительно, что когда около двух миллиардов лет на-
зад такое, наконец, случилось, оба метеорита упали практически один за дру-
гим.) Подобного не происходило уже два миллиарда лет, и может показаться, что
очередная катастрофа отменена, однако в такого рода рассуждениях кроется ста-
тистическая ошибка. Единичные события подчиняются так называемому вероятност-
ному распределению Пуассона, особенностью которого является отсутствие памя-
ти. Таким образом, неважно, произошли ли два крупных столкновения недавно или
ничего подобного не происходило в течение веков, среднее время до следующего
события остается постоянным, в нашем случае - миллиард лет.
Новая катастрофа может случиться в самое ближайшее время, так что будьте
осторожны, выходя на улицу. Впрочем, ни завтра и ни даже через год этого не
произойдет: приближающееся тело подобных размеров мы бы заметили.
Последнее из подобных событий имело место в 1908 году: над Сибирской тайгой
в районе Тунгуски на высоте 4 миль (6 км) взорвался метеорит, повалив деревья
в радиусе 30 миль (50 км) . Найдены кратеры, свидетельствующие и о других не-
давних столкновениях. Например, двойному кратеру в Аравийской пустыне может
оказаться всего-то несколько сотен лет.
Откуда же берутся все эти булыжники, ледышки и тому подобная дрянь? Кто или
что швыряет их в нас?
Для начала разберемся с терминологией. Вы наверняка замечали в ночном небе
светящиеся росчерки так называемых падающих звезд, то есть метеоров. Никакие
это не звезды, конечно, а куски космического мусора, сгорающие в земной атмо-
сфере. Подобный мусор называется метеороидами, а та его часть, которой удает-
ся достигнуть поверхности планеты, именуется метеоритами. Впрочем, обычно для
удобства все без затей говорят: «метеорит». Просто мы хотели вам показать,
как можем при желании превратиться в настоящих педантов.
Какие-то из этих тел состоят из камня, какие-то - изо льда или имеют сме-
шанный состав. Но из чего бы они ни состояли, появились эти штуковины не на
Земле. По крайней мере, не непосредственно. Хотя некоторые из них, возможно,
были выбиты из Земли предыдущими столкновениями, чтобы упасть на нас при сле-
дующей встрече. В общем, откуда бы они ни взялись Там Наверху, совершенно
очевидно, что приходят они не отсюда. Так что же там находится? Ну, коротко
говоря, вся остальная Вселенная, и ближе всего - наша родная Солнечная систе-
ма, так что определить источники нападения не слишком сложно. И можете пове-
рить , «зарядов» у «нападающих» на ваш век хватит.
Ранее мы описали Солнечную систему как довольно-таки хаотичную: девять пла-
нет и несколько спутников с кое-какими любопытными предложениями недвижимо-
сти. Мы также упоминали, что после того, как сформировались крупные небесные
тела, вокруг них болталось порядочно «строительного мусора». В поясе астерои-
дов оставались сравнительно небольшие осколки настоящих камней, но после то-
го, как вся эта «мелочь» была «выплачена» Солнцу и планетам, там, в основном,
уцелели лишь куски грязного льда.
Самым большим их скоплением является облако Оорта: обширная, но довольно
рассеянная масса объектов, находящаяся за пределами собственно Солнечной сис-
темы, то есть за орбитой Плутона (ну, или Нептуна, когда Плутон окажется на
его орбите, что вполне вероятно) . В 1950 году Ян Хендрик Оорт предположил,
что источником большинства видимых с Земли комет может быть подобие облака,
которое позже было названо его именем. Главным обоснованием для существования
этого гипотетического облака является то, что часто встречающиеся долгоперио-
дические кометы должны, по идее, откуда-то прилетать. Размер объектов облака
Оорта варьирует от мелкой гальки до глыб, превосходящих величиной Плутон.
Эти-то кометные «запчасти» и становятся источником метеоритов, которые мы
время от времени находим и относим в музеи, исключая, конечно, те, что сгоре-
ли в атмосфере. Только теперь мы начинаем получать представление о настоящих
размерах облака Оорта. Его масса составляет одну десятую массы Юпитера, в то
время как размеры за пределами орбиты Плутона - возможно, не меньше чем 3,5
светового года, то есть две трети пути до ближайшей звезды. Его материя рас-
пределена в пространстве, которое в миллионы раз превышает размер Солнечной
системы. Даже отправившись прямиком туда, вы, возможно, вообще ничего не за-
метите .
Гравитационное притяжение Солнца на таких расстояниях почти неощутимо, и
куски грязного льда просто движутся по своим орбитам, вероятно, близким к
круговым. Если предполагать, что ледышки летают именно по орбитам (а не про-
сто так дрейфуют в космосе), то на один такой «круг почета» у Солнца им тре-
буются миллионы лет. Однако в их неспешный полет вмешиваются силы Вселенной.
Сам Оорт поэтично называл свое облако «садом, аккуратно возделываемым звезд-
ными возмущениями». Притяжение ближайших звезд, всей галактики и особенно
Солнца сбивает с верного пути множество таких небесных ледышек.
Однако оказалось, что «возделывается» этот «сад» не столь аккуратно, как
предполагал Оорт. Примерно раз в 35 миллионов лет через облако проходит звез-
да, сея на своем пути хаос. В 70-х годах прошлого века был обнаружен еще один
источник возмущений: гигантские молекулярные облака - скопления холодного во-
дорода, где рождаются звезды и планетные системы. Массы таких облаков могут в
миллион раз превышать массу Солнца, и им даже не нужно особенно приближаться,
чтобы сбить ледяные глыбы с их размеренного пути в облаке Оорта.
Это воздействие может привести к тому, что глыбы льда полетят в сторону
Солнечной системы, по дороге превратясь в кометы. Некоторые, правда, пролета-
ют мимо, не особенно беспокоя нас. Кометы - основной (хотя и не единственный)
источник космического мусора на заднем дворе Земли.
Каждый день около тысячи метеороидов размером с футбольный мяч и миллионы
более мелких попадают в атмосферу Земли. Время от времени до поверхности до-
летают самые большие из них, иногда - очень большие, среди которых могут быть
и невольные убийцы динозавров. Какова вероятность встретиться с такими? Один
раз на каждые сто миллионов лет.
Такого рода мусора в Солнечной системе существует гораздо больше, чем мы
привыкли думать. Он ливнем падает на нашу планету, каждый год обрушивая около
80 тысяч тонн. В основном это небольшие осколки камней и подсохшая ледяная
грязь из хвостов комет. Обломки этого типа следуют за кометой, отмечая ее
путь, словно дорожка, посыпанная гравием. Когда орбита Земли проходит по та-
кой кометной мусорке, часть осколков сгорает в атмосфере, и мы можем наблю-
дать эффектные световые шоу - метеорные потоки. Они случаются каждый год в
одно и то же время. Например, Леониды можно увидеть в ноябре, а Персеиды - в
августе.
С декабрьским метеорным потоком, Геминидами, однако, не все так просто.
Они, возможно, связаны с не существующей ныне кометой, чей перигелий (ближай-
шая к Солнцу точка орбиты) лежал за орбитой Плутона. Это подводит нас к дру-
гому источнику «нападающих»: поясу Койпера, составной части облака Оорта, на-
ходящейся поблизости от Плутона. Кстати говоря, Плутон со своим спутником Ха-
роном считаются сейчас вовсе не планетой и луной, а самой большой агломераци-
ей в поясе Койпера. Объекты этого пояса движутся по квазиэллиптическим орби-
там и могут порождать некоторые короткопериодические кометы вроде кометы Гал-
лея, возвращающейся каждые 7 6 лет.
Астероиды, как и кометы, также швыряют в нас камнями. Гравитационное поле
Юпитера достаточно сильно, чтобы их возмутить, особенно те, которые находятся
на резонансной орбите, период которой представляет собой простую дробь от пе-
риода обращения Юпитера вокруг Солнца: 1/3 или, скажем, 2/5. Из 8 тысяч асте-
роидов орбиты примерно каждого двадцатого проходят недалеко от орбиты Земли,
а то и пересекают ее. Любой из астероидов с пересекающейся орбитой - потенци-
альный «враг». Астероиды, чьи орбиты находятся на расстоянии от Солнца меньше
1,3 радиуса орбиты Земли, называются амурами, поскольку сближаются с Землей.
Самым известным среди них является астероид Эрос. Астероиды, орбиты которых
пересекают земную с внешней стороны, называются аполлонами. Сейчас нам из-
вестно более 400 амуров и аполлонов. Однако куда больше опасений у специали-
стов вызывают так называемые атоны, то есть такие маленькие амурчики, которые
очень сложно обнаружить. Тем не менее, несмотря на свой размер, они могут в
случае чего причинить кучу неприятностей. Большинство из них, вероятно, яви-
лись из главного пояса астероидов, но были сбиты с пути Юпитером, так что пе-
ресекли орбиту Марса, где, в свою очередь, подверглись его воздействию.
Отсюда вырисовывается двойственная роль Юпитера, и, возможно, эти роли вза-
имно дополняют друг друга. С одной стороны, эта самая большая планета бесчис-
ленное количество раз спасала жизнь землянам, притягивая к себе почти все ле-
тящие в нас валуны и ледяные глыбы. Так, например, случилось в 1994 году с
кометой Шумейкеров - Леви-9. С другой стороны, именно Юпитер «встряхнул» пояс
астероидов, в результате чего «убийца динозавров» (если он действительно был
астероидом) врезался в Землю.
В общем, баскетбольный мяч, брошенный на бильярдный стол, произведет фурор
среди бильярдных шариков. Великовский, предложивший в пятидесятых годах несу-
разную теорию, согласно которой в библейские времена Солнечная система смахи-
вала на бильярдный стол, где Марс подходил к самой Земле, а некая комета пре-
вратилась в Венеру, в принципе мог заблуждаться не так уж сильно.
Разве что во всех без исключения деталях.
Впрочем, у нас хватает и других поводов для беспокойства. В галактике Млеч-
ный Путь имеется великое множество разных звезд. Время от времени некоторые
из них взрываются и становятся новыми, изредка - даже сверхновыми, распро-
страняя вокруг себя чрезвычайно активное излучение. Если такое произойдет
где-нибудь поблизости от Земли - скажем, в двадцати световых годах, все выс-
шие формы жизни окажутся стерилизованными. И это еще в лучшем случае. Выжить
смогут лишь бактерии, особенно живущие в земной коре. Они, пожалуй, опять ни-
чего не заметят. Тогда просто нужно будет подождать несколько миллиардов лет
- и вот уже новые высшие формы жизни процветают на планете.
Но еще больше беспокойства вызывают источники гамма-всплесков. Гамма-
излучение, так же как и рентгеновское, - это электромагнитное излучение с
чрезвычайно малой длиной волны. Когда астрономы получили приборы, которые
смогли обнаруживать подобное излучение, и оснастили ими спутники, оказалось,
что два-три раза в сутки Земля подвергается интенсивному гамма-облучению, ис-
точники которого находятся где-то в далеком космосе. Эти гамма-всплески, по-
хоже, обладают невероятно высокой энергией. У нас есть основания полагать,
что один из подобных источников находится на расстоянии 12 миллиардов свето-
вых лет. На таком расстоянии не различить даже сверхновую, следовательно, ис-
точником этих гамма-всплесков является что-то по-настоящему серьезное.
Но что? Это остается тайной, может быть, самой главной тайной современной
астрономии. Наиболее правдоподобной является гипотеза о столкновении нейтрон-
ных звезд. Представьте двойную звезду, то есть даже две звезды, обращающиеся
по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. Предположим также, что обе
звезды - нейтронные. С течением времени звезды, естественно, теряют энергию и
начинают сближаться друг с другом. Если вы немного потерпите, то в один пре-
красный день дождетесь, что они просто столкнутся. Столкновение таких звезд -
это вам не соударение двух шариков для пинг-понга - типа, стукнулись и разле-
телись. Звезды, скорее всего, аннигилируют и преобразуются в излучение. Пока
что все источники гамма-всплесков, которые мы обнаружили, находятся на неве-
роятно большом расстоянии от нас, но в любую минуту какой-нибудь новый может
возникнуть где угодно. Если две нейтронные звезды врежутся друг в друга на
расстоянии примерно в сто световых лет от Земли, жизнь на нашей планете со-
хранится разве что глубоко под водой или в толще горных пород, однако все,
кто окажутся на поверхности, - вымрут.
И мы даже не заметим, как это произойдет.
Астероиды и кометы хотя бы предупреждают нас о своем прибытии, пусть и не-
задолго . В принципе мы способны, если у нас будет как минимум год в запасе,
управиться с небольшим астероидом, подлетающим к Земле. Можно заметить его
приближение и рассчитать место падения. Но гамма-лучи, являясь электромагнит-
ными волнами, движутся со скоростью света. Может быть, они уже летят к нам
прямо сейчас, а мы ничего не знаем. А когда узнаем, мы со всей нашей техникой
уже будем мертвы.
Если разобраться, даже наше Солнце не внушает особого доверия. Ядерные ре-
акции не только заставляют звезды гореть, они могут изменять их по мере того,
как заканчиваются запасы одних химических элементов, возникают новые или дос-
тигается некий критический уровень, запускающий реакции другого типа. Астро-
номы уверены, что большинство звезд последовательно проходят одни и те же
этапы развития, называемые главной последовательностью.
Когда Солнце вступило на скользкий путь главной последовательности, оно бы-
ло очень похоже на современное: температура поверхности - около 6000 градусов
Кельвина, светимость - 400 септильонов ватт, состав - 73 % водорода, 25 % ге-
лия и 2 % других элементов. Оно останется стабильным в течение 10 миллиардов
лет, до тех пор, пока весь водород в ядре не превратится в гелий. После чего
солнечное ядро начнет неуклонно сжиматься и вырождаться до состояния плотно
упакованных нейтронов. Вне ядра останется водородная оболочка, в которой бу-
дут по-прежнему происходить ядерные реакции. Под их воздействием внешние слои
звезды будут расширяться и охлаждаться. Звезда станет красным гигантом, уве-
личившись в размерах в 10-100 раз.
Сейчас радиус Солнца составляет примерно 450 000 миль (700 000 км). Превра-
тившись в красного гиганта, оно, вероятно, разрастется до величины, промежу-
точной между орбитами Меркурия и Венеры, и тогда у землян возникнут кое-какие
проблемы. В довершение в разогревающемся солнечном ядре начнутся реакции син-
теза, превращающие гелий в углерод, те самые реакции, которые, по всей види-
мости, отвечают за существование углеродной формы жизни, то есть нашей. По
астрономическим масштабам времени «гелиевая вспышка» происходит очень быстро
и останавливает дальнейшее вырождение ядра. Последнее снова сможет поддержать
ядерные реакции, но теперь топливом будет гелий. Внешние слои звезды вновь
начнут сжиматься и нагреваться.
Когда весь гелий в ядре будет израсходован, ядерный материал в звезде опять
распределится между двумя слоями: внутренним, в котором гелий будет превра-
щаться в углерод, и внешним, в котором водород будет преобразовываться в ге-
лий. Наружные слои снова начнут расширяться, и звезда во второй раз станет
красным гигантом. Затем наружные слои начнут рассеиваться, подобно туману,
обнажая горячее ядро. Звезда будет стремительно уменьшаться, теряя слой за
слоем. И когда все внешние слои будут окончательно потеряны, ядро снова вер-
нется в вырожденное состояние. Звезда превратится в белого карлика.
На нынешний этап главной последовательности у нашего дорогого Солнца есть в
запасе всего около 5,7 миллиарда лет, а потом: ба-бах! Солнце - красный ги-
гант, Земля - выжжена дотла или поглощена им. Правда, терять сон из-за этого
не стоит. Среднее время существования биологического вида - 5 миллионов лет.
К тому времени наши косточки давным-давно истлеют.
В общем, планеты - не слишком приятное место для житья. И хотя жизнь уст-
роилась здесь с относительным комфортом (здоровая кислородная атмосфера с
озоновым слоем для защиты от ультрафиолетовых лучей, мягкий уютный ил на дне
океанов, длинные периоды отдыха между термоатмосферными осцилляциями), у Все-
ленной полно всяких гадостей, которые она всегда готова вывалить на нашу ма-
ленькую планетку, серьезно ее повредив, а то и совсем уничтожив.
Это возвращает нас к исходному вопросу. Действительно ли жизнь так уж хруп-
ка, а мы - просто невероятные везунчики? Или, наоборот, она необыкновенно
прочна и, следовательно, довольно обычна во Вселенной? Может ли жизнь адапти-
роваться настолько, что сумеет справиться практически с любым испытанием, ко-
торое пошлет ей космос?
Пока мы не исследуем иные миры и своими глазами не увидим иные формы жизни,
если, конечно, таковые где-нибудь имеются, наши рассуждения останутся чисто
умозрительными. Одной из проблем является антропный принцип. Предположим, что
жизнь - это невероятно редкое явление и на большинстве планет она либо вообще
никогда не возникала, либо долго там не просуществовала из-за поджидавших ее
бедствий. Тем не менее, во Вселенной существует огромное множество галактик,
в каждой из которых - миллиарды или даже триллионы звезд. И даже если шансы
на возникновение и выживание ничтожно малы, где-нибудь какой-нибудь из планет
обязательно должно было повезти. Так работает теория вероятности.
Между прочим, мы как раз и есть такие счастливчики, поскольку на нашей пла-
нете жизнь выжила. Следовательно, неважно, насколько малы шансы. Хотя сложно
сказать, насколько репрезентативна выборка. Вероятность того, что мы выжили,
- 100 %, просто потому, что именно так оно и есть. Поэтому нет смысла рассуж-
дать , исходя из факта нашего существования, что надежда на выживание доста-
точно велика. Ведь мы не можем, опираясь лишь на собственный опыт, утвер-
ждать , что у нас были большие шансы. Велики они были или нет, - но мы здесь.
Это как раз тот случай, когда сторонник антропного принципа может на законных
основаниях оказаться на коне. Возможно, жизнь действительно возникала на всех
планетах, и, если ей было позволено продержаться достаточно времени, может
быть, это была даже разумная жизнь. Но при всем том, мы с вами можем оказать-
ся единственными, кто выжил и задался этим вопросом.
С другой стороны... Именно разнообразие всяческих неприятностей, которые Все-
ленная прячет в рукаве, способствует приспособляемости и универсальности жиз-
ни . Биосфера Земли не похожа на жалкую кучку выживших счастливчиков. Скорее
это компания крутых ребят, преодолевших все препятствия, которые встретились
им на пути. Конечно, они понесли потери, возможно - серьезные. Но даже если в
бою выживали немногие, через недолгое время планета снова оказывалась засе-
ленной , потому что жизнь воспроизводится быстро. Что бы ни случилось, совсем
скоро она снова набирает силы.
Во всяком случае, пока.
Глава 33.
Будущее за
тритонами
Геке, как обычно, пребывал в глубокой задумчивости. Запуск микроскопической
вселенной занял куда меньше времени, чем ожидалось. Теперь она, в общем и це-
лом, управлялась со своими делами самостоятельно. Гравитация неудержимо при-
тягивала, дождевые тучи формировались, как ни в чем не бывало, и каждый день
шли дожди. Шарики размеренно крутились один вокруг другого.
О безвременно почивших крабах ГЕКС вспоминал безо всякого сожаления. Так же
как в свое время не радовался их появлению. Он думал о крабах просто как о
чем-то, что имело место быть. Однако наблюдать за крабчеством (как именовали
себя сами крабы), подслушивать их мысли о вселенной (насыщенные специфической
крабьей терминологией), мифы о Великом Крабе, силуэт которого каждый может
рассмотреть на Луне, ГЕКСУ было любопытно. Как и читать странные закорючки,
которыми просвещенные крабы записывали свои выдающиеся идеи и стихи о благо-
родстве и бренности крабьей жизни в назидание потомкам. Относительно бренно-
сти , как выяснилось, они не ошиблись.
ГЕКС пришел к следующим выводам: если имеется жизнь, то где-нибудь возник-
нет интеллект; а когда появится интеллект, то где-нибудь обязательно возник-
нет и экстеллект. Если же не возникнет, значит, интеллект недостаточно интел-
лектуален. Разница такая же, как между крошечным морским рачком и целой сте-
ной из известняка.
Еще ГЕКС решал, надо ли делиться этими выводами с волшебниками, учитывая то
обстоятельство, что последние существовали в одном из высокоразвитых экстел-
лигентных миров. Впрочем ГЕКС понимал, что его создатели несравненно умнее
его самого. Другое дело, что они - великие мастера маскировки.
Новое существо разработал Профессор Современного Руносложения.
- Все, что нам нужно, это какой-нибудь миленький моллюск: морское блюдце
или рапанчик, - объяснял он свою идею прочим волшебникам, уставившимся на
доску. - Мы переносим его сюда, в магическую среду, используем парочку закли-
наний роста, а потом отпустим, и пусть Природа берет свое. А поскольку там,
как мы знаем, все остальные вымирают как мухи, наше создание вскоре станет
доминирующим видом.
- И насколько высоко оно будет доминировать? - скептически спросил Чудакул-
ли.
- Около двух миль от подножия и до вершины конуса, - сказал Профессор Со-
временного Руносложения. - И примерно четыре мили в поперечнике.
- Тяжеленько же ему будет передвигаться, - заметил Декан.
- Вес раковины действительно будет его немного тормозить, но, по моим рас-
четам, оно сможет преодолевать путь, равный длине своего тела, всего за год.
Ну, максимум за два.
- А есть-то оно что будет?
- Все подряд.
- То есть?..
- Да вообще все! Я хочу пустить по низу основания ряд всасывающих отвер-
стий, приспособленных для фильтрации питательного планктона из морской воды.
- И кто у нас планктон?
- Ну, что там есть? Киты... Косяки разных рыб и прочая мелочь.
Волшебники еще раз внимательно осмотрели схему конусообразного объекта.
- А как у него с мозгами? - поинтересовался Чудакулли.
- Зачем они ему?
- Ну да, ну да...
- Зато оно сможет выдержать чуть ли не прямое попадание кометы, а срок его
службы, по моим предварительным прикидкам, составит более пятисот тысяч лет.
- А потом оно сдохнет? - спросил Чудакулли.
- Разумеется! Мои расчеты показывают, что, чтобы выжить, к тому времени оно
должно будет поглощать пищу в течение 24 часов и 1 секунды каждые 24 часа.
- и тогда-то оно сдохнет?
- Да.
- А оно само в курсе?
- Вряд ли.
- Боюсь, тебе придется начать все заново, уважаемый лектор.
Думминг тяжело вздохнул.
- Тебе не надо то и дело пригибаться, - сказал он. - Не говоря уже о том,
что это и не поможет. Мы следим за всеми кометами и в случае чего заранее те-
бя предупредим.
- Ты не представляешь, что я тогда пережил! - воскликнул Ринсвинд, ползком
пробираясь вдоль берега. - Да еще этот проклятый шум!
- Слушай, ты Сундук не видел?
- Говорю ж тебе, у меня до сих пор в ушах звенит!
- Так что же Сундук?
- Что-что? А, Сундук... Смылся. Ты не видел ту сторону планеты? Там возникла
целая горная страна!
После столкновения волшебники немного прокрутили время вперед. Всюду, куда
ни глянь, царил удручающий беспорядок. И все же, используя свои бездонные за-
пасы сварливиума, жизнь постепенно возрождалась. Вернулись и крабы, не прояв-
лявшие , впрочем, больше никакого интереса к сооружению домиков. Вероятно,
что-то нашептывало им, что это будет сплошная потеря времени.
Ринсвинд мысленно вычеркнул их из списка. «Ищи любые признаки разума!» -
так наказал ему Аркканцлер. Сам Ринсвинд считал, что все действительно разум-
ные создания должны бежать от волшебников сломя голову. Если ты где-нибудь
встретишь волшебника, немедленно начинай пускать слюни и мычать как идиот.
Вот что посоветовал бы Ринсвинд местному разумному существу.
Впрочем, его совет пока никому не понадобился: что в море, что на суше, все
и так действовали с похвальной глупостью.
Негромкий звук заставил Ринсвинда посмотреть под ноги. Оказалось, он едва
не наступил на рыбу.
Она, извиваясь в прибрежной грязи, тщетно пыталась добраться до лужи соле-
ной воды.
Будучи по природе добрым человеком, Ринсвинд осторожно поднял несчастную и
отнес в море. Некоторое время рыба поплескалась на мелководье, а затем, к не-
малому изумлению Ринсвинда, опять полезла на берег.
Он снова отнес ее в воду, на этот раз выпустив поглубже.
Через тридцать секунд рыба вновь была на берегу.
Ринсвинд присел над упорно ползущей куда-то тварью.
- Не хочешь ли поговорить об этом? - спросил ее он. - Пойми, там, в море,
тебя ждет прекрасная жизнь, не стоит отрекаться от нее из-за каких-то пустя-
ков . В конце концов, у всего можно найти положительные стороны, если знаешь,
конечно, куда смотреть. Нет, я тебя понимаю: жизнь - это как замок из песка.
А ты - всего лишь неказистая рыба. Но знаешь, по моему опыту, истинная красо-
та находится где-то внутри, под кож... Я хотел сказать, что под чешуей, ты...
- что там у тебя творится? - спросил голос Думминга.
- Вот, с рыбой беседую, - ответил Ринсвинд.
- Зачем?
- Она все время вылезает из воды. Похоже, на все готова, чтобы свести счеты
с плавниками.
- И?
- Что и? Сами же сказали искать что-нибудь интересное.
- Мы здесь все как один пришли к выводу, что в рыбах ничего интересного
нет, - возразил Думминг. - Рыбы глупы по определению.
- Там среди волн плавают крупные рыбы, - сказал Ринсвинд. - Может быть, она
их боится?
- Ринсвинд, рыбы на то и рыбы, чтобы жить в воде. Пойди лучше и отыщи кра-
бов . И ради богов, выкинь ты эту чокнутую рыбешку подальше в море.
- Возможно, нам придется кое-что переосмыслить, - мрачно произнес Чудакул-
ли.
- Насчет тритонов, - уточнил Думминг.
- Тритоны окончательно там распоясались, - сказал Декан. - В сортире и то
можно найти более приличные вещи.
- Пусть тот, кто выпустил туда тритонов, сделает шаг вперед, - распорядился
Чудакулли.
- Уверен, никто не мог этого сделать, - сказал Главный Философ. - После па-
дения кометы Сундук куда-то запропастился, и мы не можем больше ничего пере-
править в тот мир.
- Вот именно! А у меня, между прочим, полный аквариум первоклассных зачаро-
ванных моллюсков, готовых к отправке, - добавил Профессор Современного Рунос-
ложения. - И что, скажите на милость, мне теперь с ними делать?
- Закажи себе из них похлебку, - предложил Декан.
- Эволюция призвана улучшать вещи, - продолжал наставления Чудакулли, - но
она не должна их изменять. Ладно, допустим, как-то случайно получились эти
дурацкие амфибии. Но! И это чрезвычайно важный момент: есть ведь еще Ринсвин-
довы рыбы. И если они непременно должны отрастить себе ноги, почему они до
сих пор там?
- Головастики совсем как рыбы, - подал голос Казначей.
- Но головастик знает, что он станет лягушкой, - принялся терпеливо объяс-
нять Чудакулли. - В том же мире вообще нет нарративиума. Тамошняя рыба не мо-
жет сказать себе: «Ах, меня так манит жизнь на суше, хочется побродить там на
таких длинных штуковинах, для которых у меня пока даже нет названия». Нет,
уважаемые! Или эта планета каким-то образом сама генерирует новые формы жиз-
ни, или нам придется вернуться к старой гипотезе насчет «скрытых богов».
- Да там вообще все наперекосяк, - сказал Декан. - Дело наверняка в сварли-
виуме. Никакие боги не совладали бы с этим миром. Едва там возникла жизнь,
все сразу же пошло вразнос. Помните ту книжку, которую нам приносил Библиоте-
карь? Сплошные враки! В том мире все происходит совершенно не так! Они просто
делают то, что им заблагорассудится!
- Все-таки какой-никакой, а прогресс налицо, - осторожно заметил Думминг.
- Ты об этих амфибиях-переростках, что ли? - фыркнул Главный Философ. - А в
море все шло так хорошо. Помните медуз-сетевязов? А какую великолепную циви-
лизацию построили крабы! Они, можно сказать, обрели культуру!
- Они жрали захваченных в плен врагов живьем, - напомнил ему Профессор Со-
временного Руносложения.
- Ну да, было дело... - нехотя признал Главный Философ. - Но, должен заме-
тить , делали это, соблюдая все правила этикета. И только у подножия статуи
Великого Краба. Бедняги пытались покорить мир, а чем он им отплатил? Миллио-
ном тонн раскаленного добела льда прямо промеж глазок на тоненьких стебель-
ках? Все это так грустно, друзья мои.
- Возможно, им следовало пожирать врагов поинтенсивнее, - заметил Декан.
- Возможно, рано или поздно планета поймет намек, - сказал Чудакулли.
- А может быть, наконец, настало время гигантских моллюсков? - с надеждой
спросил Профессор Современного Руносложения.
- Пока у нас имеются только гигантские тритоны, - осадил его Чудакулли. Он
внимательно посмотрел на Декана и Главного Философа. Не обладай Аркканцлер
определенной политической сметкой, ему ни за что не удалось бы удержаться на
вершине клокочущего вулкана, называемого Незримым университетом. - Тритоны,
господа, могут стать отличным выходом. Они же амфибии, значит, чувствуют себя
как дома и в воде, и на суше. Взяли, так сказать, навар от обеих стихий. Ну,
что скажете?
Оба волшебника неуверенно переглянулись.
- Что ж... Я лично полагаю... - начал Главный Философ.
- Да, может быть, - скрепя сердце, согласился Декан. - Вполне возможно...
- Вот и договорились, - довольно потер руки Чудакулли. - Итак, будущее за
тритонами!
Глава 34.
Девять
из десяти
«В том мире вообще нет нарративиума».
Давайте немного отвлечемся от сказания о «Рыбе, которая вышла из моря» и
обратимся к более философским темам. Наши волшебники снова в затруднении. В
Плоском мире события происходят потому, что повествовательный императив пону-
ждает их свершаться. Выбор способа достижения цели остается на совести дейст-
вующих лиц, но не сама цель. Профессор Современного Руносложения пытается
создать устойчивую форму жизни. Он думает, что выживаемости биологических ви-
дов препятствует хрупкость самой жизни, и единственным способом преодолеть
это полагает моллюска с раковиной диаметром в две мили, способного выдержать
все, что может свалиться с неба.
Судя по всему, ему даже не пришло в голову, что жизнь добивается выживаемо-
сти другими, косвенными методами. С невероятной цепкостью она возникает в са-
мых неблагоприятных местах, успешно воссоздавая себя снова и снова. Волшебни-
ки прямо разрываются между фактом, что планета - на редкость неудачное место
для возникновения жизни, и тем обстоятельством, что это положение опроверга-
ется самой жизнью.
Всем им там, в Плоском мире, ясно как день, что один шанс на миллион осуще-
ствляется в девяти случаях из десяти1. Дело в том, что обитатели Плоского ми-
Это основополагающий стержень любой истории. Если герой не сумел воспользоваться
таким шансом, то кому вообще нужна такая, с позволения сказать, история?
pa сами являются частью истории, которая и определяет все, что с ними проис-
ходит. И если истории требуется, чтобы кому-то выпал один шанс на миллион,
что ж, несмотря на все неблагоприятные обстоятельства, именно так и произой-
дет . В Плоском мире абстракции, как правило, материализованы, поэтому там
имеется специальный элемент, нарративиум, гарантирующий всеобщее подчинение
повествовательному императиву. Другой персонификацией абстракции является
Смерть, следящий за тем, чтобы каждая частная история заканчивалась именно
тогда, когда ей и надлежит быть законченной. Нарративиум служит залогом того,
что даже если кто-то попытается восстать против истории, в которой живет, ему
все равно не удастся выйти за ее пределы.
Неудивительно, что маги пришли в замешательство, столкнувшись с нашим ми-
ром, в котором все совсем не так.
Или?..
В конце концов, в нашем мире тоже попадаются субъекты, управляющие история-
ми.
Кстати, вот вам история о тех, кто управляет. Дело было в 1997-1998 годах
на гоночной трассе Херес во время проведения последнего заезда Гран-при гонок
«Формулы-1». В борьбе за чемпионский титул знаменитый гонщик Михаэль Шумахер
опережал на одно очко своего главного конкурента Жака Вильнева. Однако ключе-
вую роль, по всей видимости, сыграл член команды Вильнева Хайнц-Харальд
Френтцен. Гонщики конкурировали за поул-позицию, то есть за наиболее выгодное
положение при следующем старте, которое получает пилот, показавший лучшее
время в квалификационных заездах. И что же произошло? Как это ни странно, но
и Вильнев, и Шумахер, и Френтцен прошли круг за 1 минуту и 21,072 секунды.
Время совпало вплоть до тысячных долей, что совершенно невероятно!
Но факт остается фактом: время прохождения действительно совпало. Однако
так ли уж это было невероятно?
В научных сферах подобные вопросы всплывают довольно часто, потому что они
на самом деле представляются важными. Насколько показательна статистическая
выборка случаев заболевания лейкемией вблизи ядерной установки? Является ли
достаточным доказательством опасности пассивного курения корреляция между ра-
ком легких и наличием в семье курильщика? Свидетельствуют ли сексуальные от-
клонения у рыб о загрязнении системы водоснабжения химическими веществами ти-
па эстрогена?
Или вот еще такой пример. 84 % детей у пилотов израильских истребителей -
девочки. Почему у летчиков-истребителей чаще рождаются дочери? Станет ли от-
вет на данный вопрос прорывом в области программирования пола ребенка или это
просто влияние статистической погрешности? Оценить это отнюдь не просто. Так
называемое чутье тут бесполезно, потому что люди не больно-то и способны пре-
дугадывать случайные события. Многие считают, что если в лотерее давно не вы-
падали какие-то номера, то вероятность, что они скоро выпадут, больше. Но у
лотерейной машины память отсутствует, и ее будущие действия никак не зависят
от прошлых. Цветные пластмассовые шарики не в курсе, как часто они выпадали
прежде, а следовательно, не стремятся компенсировать дисбаланс.
Когда же дело доходит до совпадений, наша интуиция вообще сбивает нас с
толку. Вот вы приходите в бассейн, и парень за стойкой не глядя достает из
ящика ключ от шкафчика. Идете в раздевалку, где с радостью обнаруживаете, что
почти все шкафчики свободны. Но тут же выясняется, что еще три человека полу-
чили шкафчики по соседству с вами: начинаются извинения и дружное хлопанье
дверцами. Или вот, например: вы впервые в жизни летите на Гавайи, где встре-
чаете одного венгра, с которым когда-то работали в Гарварде. Другой случай:
вы с новой женой проводите медовый месяц в кемпинге в отдаленной части Ирлан-
дии. И вот вы с ней прогуливаетесь по пустынному пляжу, а вам навстречу... то-
пает ваш начальник и тоже с новой женой. Все вышесказанное - реальные истории
из жизни Джека.
Почему нас так завораживают совпадения? Потому что нам кажется, что случай-
ные события должны равномерно распределяться во времени, и их статистические
скопления нас безмерно удивляют. Мы просто уверены, что «типичный» лотерейный
розыгрыш должен выглядеть примерно как «5, 14, 27, 36, 39, 45», а вот после-
довательность «1, 2, 3, 19, 20, 21» представляется гораздо менее вероятной.
На самом же деле шанс выпасть у обеих последовательностей совершенно одина-
ков, а именно 1 к 13 983 816. Типичный лотерейный розыгрыш довольно часто
включает несколько соседних номеров, потому что последовательности из 6 слу-
чайных номеров между 1 и 49 скорее склонны группироваться, чем наоборот. По
крайней мере, именно так работает лотерея в Великобритании.
Откуда мы это знаем? Для ответа на подобные вопросы теория вероятности
пользуется термином «пространство элементарных событий» (так в этой теории
вероятности называют уже упоминавшееся нами фазовое пространство), то есть
виртуальное пространство, включающее в себя все множество вероятных событий.
Оно содержит не только интересующее нас событие, но и все возможные альтерна-
тивы . Для игральной кости, например, пространство элементарных событий - это:
1, 2, 3, 4, 5, 6. Для лотереи же оно должно содержать все последовательности
чисел от 1 до 49. В этом пространстве некое численное значение присваивается
каждому событию. Именно это значение и называется его вероятностью, то есть
соответствует тому, насколько вероятно данное событие. Если игральная кость
не была мимоходом «подправлена» шулером, вероятность выпадения у всех чисел
одинакова: 1 к 6. То же самое верно и по отношению к лотерее, только теперь
речь идет о вероятности 1 к 13 983 816.
Мы можем использовать пространство элементарных событий, чтобы приблизи-
тельно оценить вероятность совпадения, произошедшего на соревнованиях «Форму-
лы-1». Лучшие пилоты проходят трассу примерно на одной и той же скорости, по-
этому три из них легко могут прийти к финишу в пределах одной десятой секун-
ды. В интервале тысячных долей секунды для каждого из лидеров существовало
всего 100 возможных результатов: это и было их пространством элементарных со-
бытий. Тогда вероятность совпадения для троих гонщиков - 1 к 10 000, то есть
достаточно маленькая, чтобы произвести на нас впечатление, но не настолько уж
сверхъестественная.
Подобные прикидки помогают объяснять те якобы поразительные совпадения, о
которых частенько пишут в газетах, вроде получения игроком в бридж «идеальной
руки», то есть тринадцати карт одной масти разом. Количество партий в бридж,
сыгранных в мире за неделю, огромно, огромно настолько, что в течение не-
скольких недель реальные события заполнят все пространство элементарных собы-
тий целиком. Поэтому в масштабах всего мира «идеальная рука» иногда выпадает
с частотой, имеющей действительно небольшую, но отнюдь не нулевую вероят-
ность . Но вероятность того, что «идеальная рука» достанется всем четверым иг-
рокам одновременно, мала настолько, что даже если бы на каждой планете галак-
тики было по миллиарду жителей, и все они миллиард лет играли бы в бридж каж-
дый день, то и в этом случае подобное вряд ли бы произошло.
Тем не менее, время от времени в газетах сообщают о случаях такого рода.
Логичный вывод, который можно сделать, что это не чудеса, а нечто нарушившее
естественную вероятность событий. Возможно, игроки получили почти «идеальную
руку», а потом молва приукрасила случившееся настолько, что, когда подключи-
лись журналисты с фотографами, повествовательный императив предопределил со-
ответствие истории тому, о чем спрашивали газетчики. В конце концов, может
быть, кому-то просто захотелось увидеть свои имена в газете. Ученые тоже час-
то недооценивают склонность людей ко лжи. Многие из них были одурачены «дока-
зательствами» экстрансенсорных способностей и всяких сверхъестественных явле-
ний, на поверку оказавшихся мошенничеством.
Многие другие странные совпадения при ближайшем рассмотрении уходят в «се-
рую зону». Имеются сильные подозрения в обмане, который обычно никак нельзя
доказать либо потому, что необходимые доказательства недоступны, а то и из-за
того, что овчинка выделки не стоит. Другая возможность оказаться обманутым
каким-нибудь совпадением связана с незнанием реальных границ данного про-
странства элементарных событий. Та же «идеальная рука» может вполне объяс-
няться способом, каким игроки тасуют карты перед очередной сдачей (короче го-
воря, тасуют они паршиво). Если колоду заранее разложить так, чтобы сверху
легли четыре карты различной масти, а кроме того, каждая четвертая карта была
одинаковой масти, можно сколько угодно снимать колоду (разумеется, не тасуя
ее при этом) и все равно получать «идеальную руку». Между прочим, к концу иг-
ры карты на столе лежат более-менее упорядоченно, поэтому, когда их собирают,
они зачастую сохраняют исходный расклад.
То есть даже в таком, казалось бы, математически аккуратном примере, как
бридж, подобрать адекватное пространство элементарных событий совсем не про-
сто . В приведенном примере оно состояло из «колоды карт, которые игроки в
бридж обычно собирают в конце партии», а не из «всех возможных сочетаний
карт». Это сильно меняет дело.
Увы, статистика, как правило, работает именно с так называемым очевидным
пространством элементарных событий. Так, в случае с израильскими летчиками-
истребителями: она, естественно, берет в качестве такого пространства всех
детей израильских летчиков-истребителей. Тут может случиться непредвиденная
ошибка вроде той, какую демонстрирует одна сказка.
Согласно легенде, норвежский король Олаф и шведский король (тоже Олаф, меж-
ду прочим) поспорили из-за одного приграничного острова. Они решили разыграть
его в кости: кто выбросит больше, тот и победит. Шведский король выбросил две
шестерки и гордо объявил норвежскому, что тот может сразу сдаваться. Однако
норвежец не поддался и тоже бросил кости. На одной выпала шестерка, а вторая...
раскололась на две половинки, показав шестерку и единицу. «Тринадцать, - как
ни в чем не бывало сказал норвежский Олаф. - Я выиграл»1.
Что-то похожее описано и в книге «Цвет волшебства», где несколько богов,
решая желательный исход кое-каких событий в Плоском мире, играли в кости:
«Госпожа едва заметно кивнула и подняла череп. Несмотря на то, что игровой
стаканчик едва шевельнулся, звук загремевших игральных костей разнесся по
всему залу. Потом богиня вытряхнула кубики на стол, и они, подпрыгивая, пока-
тились по поверхности.
Шестерка. Тройка. Пятерка.
Однако с пятеркой происходило что-то странное. Кубик, который подтолкнуло
случайное столкновение сразу нескольких миллиардов молекул, качнулся на один
из углов, медленно перевернулся и... сверху оказалась семерка.
Слепой Ио поднял кубик и сосчитал грани.
- Послушайте, - устало сказал он. - Давайте играть честно».
Пространство элементарных событий природы зачастую намного превосходит наши
ожидания. Ведь такое пространство - это чисто человеческий способ моделирова-
ния реальности, учитывающий далеко не все. Когда дело доходит до оценки зна-
чимости, выбор другого варианта пространства может полностью изменить нашу
оценку вероятности того или иного события. Причина тут кроется в одной чрез-
вычайно важной нашей особенности - изначальной предвзятости всякой выборки,
что, без сомнения, является воздействием нарративиума. Этот фактор часто иг-
норируется при обработке статистических данных. Выпадение «идеальной руки» в
бридже привлечет пристальное внимание местной, а то и национальной прессы, в
отличие от обычной сдачи карт. Много ли вы видели заголовков в газетах, вро-
Не удивимся, если в этот момент он сжимал здоровенный топор.
де: «ИГРОК В БРИДЖ ПОЛУЧИЛ САМУЮ ОБЫКНОВЕННУЮ КОМБИНАЦИЮ!»? Человеческий мозг
неутомим в поиске шаблонов. Мы приходим в восторг1 от определенных событий,
которые считаем существенными, и неважно, являются ли они таковыми в действи-
тельности. При этом мы склонны игнорировать соседние события, которые могли
бы помочь рассудить, насколько велика вероятность совпадения.
Предвзятость выборки оказала воздействие и на оценку результатов «Формулы-
1», о которых мы упоминали выше. То же самое могло касаться результатов мат-
чей открытого чемпионата США по теннису, или футбольных матчей, или соревно-
ваний по гольфу... В любом случае люди говорили бы только о совпадениях, и ни-
кто не вспомнил бы о том, что не совпало и не произошло. Представьте: «ПИЛОТЫ
ФОРМУЛЫ-1 ПРИШЛИ К ФИНИШУ С РАЗНЫМИ РЕЗУЛЬТАТАМИ!»... Между прочим, если вклю-
чить в список несостоявшихся событий всего лишь десяток главных спортивных
соревнований, то оценка «1 к 10 000» превратится уже в «1 к 1000».
Теперь, когда мы с этим, наконец, разобрались, вернемся к израильским лет-
чикам-истребителям . В случае стандартного статистического исследования будет
выделено «очевидное» пространство элементарных событий, рассмотрена вероят-
ность рождения мальчика и девочки в каждом случае и подсчитан шанс рождения
девочек в 84 % случаев. Если этот шанс окажется менее чем 1/100, то данные
будут объявлены «показательными на 99 %». Но подобный анализ не учитывает
возможной предвзятости выборки. Почему мы вообще занялись полом детей изра-
ильских летчиков-истребителей? Потому что наше внимание уже было привлечено
серией совпадений. Если бы они касались роста отпрысков производителей изра-
ильских самолетов или музыкальных способностей жен израильских авиадиспетче-
ров, наш мозг, постоянно ищущий какие-нибудь совпадения, отреагировал бы
сходным манером. Мы изначально исключили множество других факторов, которые
не совпали, и наши расчеты уровня показательности оказались искаженными.
Человеческий мозг обрабатывает огромные объемы данных, ища что-нибудь не-
обычное, и только в этом случае посылает рефлекторный сигнал: «Ух, ты! По-
смотри-ка на это!» И чем шире мы расставляем сети для ловли совпадений, тем
больше шансов их обнаружить. Именно по этой причине совершенно неправомерно
считать данные, привлекшие наше внимание к какой-то серии совпадений, доказа-
тельством их необычности. Это все равно, что тасовать колоду карт до тех пор,
пока не вытащишь туза пик, выложить его на стол и объявить, что свершилось
чудо, вероятность которого 1 к 52.
Подобная ошибка произошла и в ранних экспериментах на наличие экстрасенсор-
ного восприятия. Несколько тысяч испытуемых просили угадать карту из специ-
ального набора с пятью символами. Все те, кто показывал результаты выше сред-
него, приглашались заново, а остальных отправляли домой. Через несколько не-
дель эксперимента все оставшиеся демонстрировали поразительные успехи! После
чего «хороших провидцев» без отсева протестировали еще много раз. Как ни
странно, с каждым тестом показатели становились все хуже, их сила как бы ис-
сякала. На самом деле ничего странного в этом не было. Дело было в том, что
вероятность случайных совпадений изначально входила в общую статистику экспе-
римента. Если бы это учитывали, то процент «хороших провидцев» тут же скатил-
ся бы до среднего уровня.
Наверняка то же самое произошло и с израильскими летчиками. Любопытные циф-
ры, которые привлекли внимание публики к этим конкретным фактам, возможно,
были результатом предвзятости выборки. Если это было так, то мы уверенно мо-
жем предположить: «Достаточно взглянуть повнимательнее, и цифры окажутся где-
то пятьдесят на пятьдесят». Если наш прогноз не оправдается и данные, вместо
того чтобы подтвердить субъективность выборки, покажут аномалию, то эти дан-
ные могут считаться существенными, и уровень их значимости может действитель-
но быть оценен обычными методами. Но вероятность такого исхода все равно 50
на 50.
Предполагаемое снижение количества сперматозоидов у людей может оказаться
как раз примером предвзятости выборки. История, широко растиражированная в
прессе, утверждает, что за последние пятьдесят лет количество сперматозоидов
в сперме «нормальных» мужчин уменьшилось в два раза. Мы не утверждаем, что
вина за предвзятость этих сведений лежит на тех, кто первым их опубликовал,
они-то как раз сделали все, чтобы исключить любую возможность предвзятости.
Нет, ответственность лежит на тех исследователях, которые получали иные ре-
зультаты и не публиковали их, думая, что в чем-то ошиблись; на рецензентах
журналов, которые легче принимали к печати статьи, подтверждающие снижение,
чем те, которые его опровергали; на газетчиках, связавших разрозненные сведе-
ния о сексуальных отклонениях в единую историю, игнорируя тот факт, что каж-
дый случай по отдельности может иметь логичное объяснение, не связанное с
уменьшением количества сперматозоидов, а иногда вообще никакого отношения к
полу не имеющее.
Например, сексуальные нарушения у рыб, обитающих вблизи канализационных
стоков, вероятнее всего, происходят из-за избыточной концентрации нитратов,
которые, как прекрасно известно рыбоводам, способны вызвать множество различ-
ных нарушений, а вовсе не из-за повышенного содержания в воде соединений, по-
добных эстрогену. Этот пример прекрасно подкрепляет историю с подсчетом спер-
матозоидов . Кстати, современные данные клиник, лечащих бесплодие, никакого их
снижения не подтверждают.
Люди упорно приправляют свое видение мира нарративиумом, продолжая считать,
что Вселенная рассказывает им некую историю. В результате они сосредоточива-
ются на фактах, которые соответствуют истории, игнорируя все прочие. Однако
нельзя позволять случайным совпадениям выбирать вместо нас пространство эле-
ментарных событий, иначе мы рискуем потерять из виду «почти совпадения».
Мы попытались проверить эту теорию по пути в Швецию. В самолете Джек ска-
зал : «Йен, благодаря предвзятой выборке в стокгольмском аэропорту обязательно
обнаружатся какие-нибудь совпадения. Ведь если постараться, всегда можно что-
нибудь да заметить». Однако на автобусной остановке у терминала никаких сов-
падений не обнаружилось. Когда мы не нашли там своего автобуса, Джек вернулся
к стойке регистрации. В очередь позади него встал Стефано, математик, рабо-
тавший по соседству от кабинета Джека. Прогноз подтвердился. Но на самом деле
было нужно доказательство «почти совпадения», а именно того, которое не слу-
чилось , но если бы оно случилось, это могло бы показать предвзятость выборки.
Например, если бы какой-нибудь другой знакомый оказался у стойки в то же са-
мое время, но в другой день или в другом аэропорту, мы бы с вами никогда об
этом не узнали. Вы же понимаете, «почти совпадения» довольно сложно заметить...
Хотя и возможно. Через некоторое время Йен рассказал о произошедшем своему
другу Тэду. «Стокгольм? - переспросил Тэд. - А в каком отеле вы жили?». Йен
назвал. «Забавно, - сказал тот. - Я там тоже останавливался, только на день
позже». Если бы мы полетели в Швецию на следующий день, то не встретились бы
со Стефано, зато повстречали бы Тэда.
Следовательно, мы не должны все время оглядываться назад и искать особый
смысл в отдельных событиях, кажущихся нам почему-то странными. Пусть этим пу-
тем идут пирамидологи и гадетели на кофейной гуще. Каждый узор, образованный
каплями дождя на тротуаре, - уникален. Мы не говорим, что если узор сложится
в ваше имя, в этом не будет ничего удивительного. Просто если бы подобный
узор сложился в полночь на тротуаре в Пекине в эпоху династии Мин, то никто
бы этого не заметил. Мы не должны оценивать значимость чего-либо, исходя из
уже случившегося. Необходимо также рассматривать все те события, которые мог-
ли произойти вместо того.
Повторяем, каждое событие уникально. Пока мы не отнесли его к какой-либо
категории, мы не можем знать, в каком именно контексте следует его рассматри-
вать. А если нам неизвестен контекст, мы не можем оценить и его вероятность.
Так, взяв в качестве пространства элементарных событий все возможные коды ДНК
и просчитав вероятность того, что у кого-то обнаружится одинаковый с вами
код, мы убеждаемся, что вероятность этого ничтожна. Однако утверждать на этом
основании, что ваше существование невозможно, было бы глупостью.
Глава 35.
Опять эти
треклятые
ящерицы
- Да, будущее за ящерицами, - произнес Чудакулли. - Это очевидно.
Прошло несколько дней. Все это время вездескоп был направлен на ворох ли-
стьев и гниющей растительности неподалеку от реки. Главный Философ ходил
мрачнее тучи, а у Декана под глазом вызревал свежий синяк. Война между морем
и сушей вошла в решающую стадию.
- Такие маленькие переносные моря... - пробормотал Думминг. - Знаете ли, я
никогда не думал о них в подобном ключе.
- Яйцо, оно яйцо и есть, что в фас, что в профиль, - сказал Чудакулли. -
Эй, вы двое! Чтобы больше никаких драк, ясно вам?
Главный Философ промокнул платком кровоточащий нос и сказал:
- Он сам бедя сбровоцировал. Все рабно осеан, с какой сдороны ни сбодрите.
- Отдельный океанчик, полный пищи... - завороженно шептал Думминг. - Сокрытый
в глубинах... хм, компостной кучи. Которая его нежно согревает. Это все равно
что иметь свое собственное солнышко.
Крошечные ящерки, только что вылупившиеся из яиц, одна за другой выползали
из-под прелых листьев и соскальзывали в воду. Их глазенки светились надеждой.
Самые первые тут же были сожраны крупным самцом, затаившимся в водорослях.
- Да уж, их мамашам многое предстоит узнать о послеродовом уходе, - провор-
чал Чудакулли. - Интересно только: будет ли у них на это время? И вообще, от-
куда они узнали, что надо делать? Кто им об этом рассказал?
Волшебники загрустили. Теперь почти каждый день начинался именно так. Каза-
лось , новые существа в этом мире появляются исключительно волею случая и в
полнейшем несоответствии с картинками из книжки Библиотекаря. Ведь если кто-
то превращается в кого-то другого, то почему некоторые продолжают до сих пор
оставаться самими собой? Если на суше так здорово, почему в море все еще во-
дятся рыбы?
Воздухо-дышащие рыбы, в свое время замеченные Ринсвиндом, так и шныряли во-
круг, прячась в мелких болотцах и прибрежных лужах. В общем, все менялось,
при этом продолжая оставаться таким, каким было.
Если гипотеза Думминга о том, что одни существа превратились в других, была
хоть отчасти верна, то вырисовывалась донельзя унылая картина: мир, населен-
ный малодушными лодырями, отрастившими себе ножки и удравшими на сушу в поис-
ках легкой жизни, вместо того чтобы испытывать всю полноту существования в
океане, болоте, ну или где они там еще обретались.
Та рыба, первой вышедшая из воды, воистину являлась позором всего своего
рода. К тому же она постоянно кашляла, как будто только что бросила курить.
Чудакулли твердил, что во всем этом нет ни грана смысла. Ну, хорошо, пред-
положим, жизнь двинулась на сушу. Однако, согласно книге, там уже должны были
появиться огроменные ящеры, а никто из этих существ пока явно не намеревался
работать в этом направлении. Стоило только этим созданиям почувствовать себя
в безопасности, как они тут же расслаблялись и складывали лапки.
Ринсвинду, отдыхавшему пока от трудов, сидя на замшелом валуне, все проис-
ходящее в общем-то нравилось. В зарослях неподалеку от его камня посапывали
какие-то довольно крупные зверюги, выглядевшие как небольшие тощие бегемоти-
ки, сляпанные в полной темноте каким-нибудь профаном. Ко всему прочему, они
были мохнатыми. А еще они кашляли.
Живые штуковины, ведущие себя в достаточной степени по-жучиному, чтобы их
можно было условно принять за жуков, сновали туда-сюда по земле.
Думминг сказал ему, что континенты вновь зашевелились, поэтому Ринсвинд си-
дел , крепко вцепившись в свой валун.
А самым замечательным было явное отсутствие поблизости какого бы то ни было
мышления. Ринсвинд был твердо убежден, что ничего хорошего из подобного рода
фокусов выйти не может.
Последние несколько недель (по времени Плоского мира) оказались довольно
поучительными. Перед катастрофой волшебники составили ориентировочный список
нескольких дюжин потенциальных зачатков цивилизации, или, на худой конец, су-
ществ, которые, как казалось, беспокоились не только о том, когда же мимо
пробежит следующий обед. И куда же они все подевались? ГЕКС утверждал, что в
самых холодных глубинах океана сохранилась цивилизация кальмаров. Но за этим
исключением, огонь, лед, или то и другое вместе, с одинаковым успехом уничто-
жили как умников, так и глупцов. Наверное, отсюда следовало вывести какую-
нибудь мораль.
Вдруг воздух замерцал, и перед Ринсвиндом возникло полдюжины призрачных си-
луэтов . Это были бледные тени волшебников. Серебристые линии вспыхивали на
краях их эфемерных тел, то появлявшихся, то исчезавших.
- Помните, - провозгласил Думминг, и его голос прозвучал как-то глухо, - в
действительности вы по-прежнему находитесь в здании факультета Высокоэнерге-
тической Магии. Теперь попытайтесь сделать несколько медленных шагов, чтобы
ГЕКС смог подогнать ваши ноги к локальному уровню земли. Вы сможете даже в
каких-то пределах перемещать материальные предметы, хотя на самом деле за вас
это будет выполнять ГЕКС.
- А есть мы тут сможем? - озабоченно спросил Главный Философ.
- Нет, сэр. Ваш рот ныне находится в другом месте.
- Да? И чем же я, по-твоему, сейчас говорю?
- Остается лишь гадать, сэр, - дипломатично ответил Думминг. - Но в принци-
пе можно предположить, что мы слышим вас потому, что наши уши остались на фа-
культете, а здешние звуки вы слышите благодаря ГЕКСу, который там создает для
вас их аналоги. Лучше не думайте об этом, скоро вы привыкнете, и все будет
казаться совершенно естественным.
Призрак Декана пнул какую-то кочку. Миг спустя земля разлетелась в разные
стороны.
- Удивительно! - радостно воскликнул Декан.
- Эээ... Прошу прощения, - произнес Ринсвинд.
Все повернулись в его сторону.
- А, Ринсвинд, это ты тут, - сказал Чудакулли тоном, каким обычно произно-
сят : «Вот гадство, опять дождь пошел».
- Я, сэр.
- Видишь ли, наш Тупс нашел способ, с помощью которого ГЕКС теперь может
управлять несколькими виртутамошними скафандрами. Вот мы и решили спуститься
сюда и, так сказать, понюхать местные розочки.
- Только не в ближайшие сто миллионов лет, сэр, - сказал Думминг.
- Да, пейзажик скучноват, - Профессор Современного Руносложения огляделся
по сторонам. - Нигде ничего не происходит. Вроде как жизнь бьет ключом, а
толку чуть.
Чудакулли потер руки.
- Вот мы их сейчас и взбодрим, - сказал он. - Будучи здесь, мы заставим все
это продвигаться ускоренными темпами. Несколько тычков в правильные места -
как раз то, что требуется здешним зверюшкам.
- В путешествиях во времени веселого мало, - возразил Ринсвинд. - То в вул-
кане очутишься, то на морском дне.
- Разберемся, - твердо сказал Чудакулли. - Хотя, пожалуй, с меня хватит. Вы
только взгляните на этих раскисших тварей! - Он сложил ладони рупором и за-
орал : - Надоело жить в море, да? Улизнуть решили? Мамочка нотациями извела? -
Аркканцлер опустил руки. - Ладно, Тупс, передай ГЕКСу, чтобы перенес нас впе-
ред... Ну, скажем, пятьдесят миллионов лет. Погодите, что это было?
Раскат грома прокатился от горизонта до горизонта.
- Опять, небось, чего-то с неба свалилось, - мрачно объявил Ринсвинд. - Как
только жизнь налаживается, так обязательно что-нибудь да упадет. Похоже, на
этот раз в море грохнулось, так что приготовьтесь к хорошенькой приливной
волне, - сообщил он нескольким существам, щипавшим поблизости молодую травку,
которые и не подумали отрываться от своего занятия.
- А вот Декан считает, что все эти камни с неба делают жизнь только крепче,
- произнес Чудакулли.
- Что же, вполне себе точка зрения, - сказал Ринсвинд. - Вот только скоро
здесь будет волна высотой с университет и подчистую унесет пляж на вершины
вон тех гор. Затем, судя по всему, пробудятся местные вулканы... снова ... Поэто-
му с той стороны стоит ожидать потока лавы, шириной с полконтинента. Вслед за
этим, вероятно, пойдут ливни, водой из которых можно травить надписи на меди,
потом похолодает на несколько лет, пока все не покроется туманом, таким гус-
тым, что его можно резать на куски... - Ринсвинд обреченно вздохнул. - Действи-
тельно, то, что нас не убивает, причиняет уйму головной боли.
Он посмотрел в небо. Странного вида молнии сверкали в низких тучах, а на
горизонте разгоралось кровавое зарево.
- Проклятье, - сказал Ринсвинд тем же безразличным тоном, - похоже, сейчас
опять вспыхнет атмосфера. Терпеть не могу, когда она горит.
Чудакулли смерил его долгим, ничего не выражающим взглядом и подозвал Дум-
минга:
- Эй, мистер Тупс!
- Да, Аркканцлер.
- Пусть лучше пройдет семьдесят тысяч лет, хорошо? И... Уважь меня, сделай
это немедленно.
Волшебники исчезли.
В кустах смолк хор насекомых.
Мохнатые ящерицы продолжали безмятежно жевать листики. Затем что-то заста-
вило их поднять глаза вверх...
Солнце подпрыгнуло, промелькнув в сумрачном небе яркой красно-желтой поло-
сой , и мир погрузился в сумрак. Под ногами у Ринсвинда была густая чернота,
над головой - ослепительная белизна, а вокруг - какая-то дрожащая серость.
- Это всегда так происходит? - спросил Декан.
- Чтобы мы что-то смогли различить, оно должно просуществовать хотя бы пару
столетий, - ответил Ринсвинд.
- Я думал, это будет более впечатляющим...
Свет еще раз подмигнул, и солнечный диск в небе взорвался. На миг волшебни-
ки увидели вокруг себя морские волны, а затем все окутал мрак.
- Ну, вот все, как я и говорил. Мы - под водой, - сказал Ринсвинд.
- Неужто земля провалилась под всеми этими вулканами? - поинтересовался Чу-
дакулли .
- Скорее просто съехала на сторону, - важно пояснил Ринсвинд. - Здесь это
обычное дело.
ГЕКС приноровился к новым условиям, и волшебники вынырнули на поверхность.
Где-то у самого горизонта виднелось пятнышко суши, скрытое пеленой облаков.
- Поняли теперь? - спросил Ринсвинд. - Вот так и мучаюсь тут все время.
Темпоральные путешествия чаще всего приходится совершать на своих двоих.
- ГЕКС, перенеси нас, пожалуйста, на ближайшую сушу. Примерно миль на де-
сять от берега, - попросил Думминг.
- То есть можно было просто попросить? - вскричал Ринсвинд. - И мне тогда
не нужно было бы ходить?
- Ну, разумеется.
Пейзаж вокруг на секундочку размылся.
- Мог бы и раньше сказать, - укоризненно заметил Ринсвинд, пока они неслись
вперед, местами прямо сквозь заросли древовидных папоротников.
Наконец движение прекратилось. Волшебники очутились на опушке леса. Низко-
рослая поросль тянулась к кронам папоротников.
- Все то же самое, - сказал Чудакулли, прислонившись к какому-то стволу. -
А сейчас мне уже можно раскурить трубку, Тупс?
- Можно, сэр, поскольку технически вы будете курить на факультете Высоко-
энергетической Магии.
Ринсвинд чиркнул спичкой о ствол и произнес:
- Невероятно!
- Действительно, странно, - сказал Думминг. - Я был совершенно уверен, что
никаких деревьев тут быть не должно.
- Ну, а они есть, - сказал Чудакулли. - Я вижу еще, по крайней мере, три
штуки...
Ринсвинд уже убегал прочь. Даже если вам ничто не может навредить, это еще
не достаточная причина, чтобы перестать бояться. Хороший эксперт всегда най-
дет повод для беспокойства.
А тот факт, что у ближайшего ствола обнаружились здоровенные когти, был от-
личным поводом.
Из листьев ближайших папоротников высунулась широкая плоская голова на не-
пропорционально длинной шее.
- А, - невозмутимо бросил Чудакулли, - и здесь эти треклятые ящерицы.
Глава 36.
Бегство от
динозавров
«Прогулки с динозаврами» были очень популярным британским телесериалом в
2000-2001 годах, а вскоре после этого с успехом прошли и на американском те-
левидении. Там были показаны десятки динозавров, прекрасно и в мельчайших
подробностях нарисованные на компьютере. При этом говорилось что-то вроде:
«Вот эти какиетотамзавры были травоядными. Разноцветная шкурка маскировала их
силуэты на фоне цветущей растительности и таким образом защищала от хищных
чертекакихтотамзавров. Они были моногамны, выращивали потомство в отлично за-
щищенных пещерах и охотно предоставляли своим деткам неограниченный доступ к
компьютерным играм».
При этом, что от первой, что от второй бестии до наших дней дошло от силы
по одной косточке. «Прогулки с динозаврами» - один из последних опытов в
длиннейшей цепи произведений, популяризирующих динозавров, начиная с «Очерков
истории» Г. Дж. Уэллса, «Затерянного мира» Артура Конан Дойля, а заканчивая
«Фантазией» Уолта Диснея и, конечно, «Парком юрского периода» Майкла Крайто-
на. Динозавры обладают бездной обаяния и мощной харизмой. Пиарщики просто
спят и видят таких клиентов. Интересно, откуда у древних ящеров такая власть
над нами?
Вслед за палеонтологом Беверли Хальстедом психолог Хелен Хейст считает, что
в современном мифотворчестве динозавры - символ мощи и секса. Они доказывали,
что, превратив этих ящеров в культовый символ, мы вместе с тем затруднили по-
нимание того, что в действительности происходило на Земле, когда по ней бро-
дили динозавры. Теперь уже сложно отделить образ реальных динозавров от мно-
гочисленных наслоений вкупе с традиционными «враками детям».
Однако мы все-таки попытаемся это сделать. По нашему мнению, название «Бег-
ство от динозавров» куда более соответствует реалиям того мира.
Каким бы он ни был, нам совершенно точно известно, чего именно в нем не бы-
ло . Всем хорошо знаком растиражированный в кино (и абсолютно неверный) пейзаж
динозавровых времен: сначала нам показывают какие-то допотопного вида дере-
вья, потом - поляну у озера и агромадных рептилий, мирно щиплющих листики.
Несколько мелких, напоминающих птичек созданий занимаются своими мелкими, на-
поминающими птичьи делами, а вокруг беззаботно порхают птеродактили... Внезапно
окрестности сотрясает жуткий рев, и на сцену, круша все на своем пути, врыва-
ется тираннозавр. Он (нам даже в голову не приходит, что это может быть
«она», пока в сиквеле «Парк юрского периода» нас об этом не информируют) ки-
дается на бронтозавра, гадрозавра или еще какого-то завра и валит его на зем-
лю. В другом варианте начинается драка «рога против клыков» с трицератопсом
или иным другим тяжеловооруженным вегетарианцем вроде стегозавра из диснеев-
ской «Фантазии».
Иллюстраторы книг по естественной истории, изданных в конце XIX - начале XX
века, тоже всегда рисовали динозавров сражающимися не на жизнь, а на смерть.
Подписи под картинками гласили: «Типичная сцена среднеоолитового периода» или
что-нибудь в этом роде. Узллсовы «Очерки истории цивилизации» в этом смысле
выбивались из ряда, поскольку изображали повседневную жизнь животных без из-
лишнего драматизма. Так каков же был мир динозавров в реальности?
Начнем с того, что никакого «мира динозавров» не было вообще. В распоряже-
нии динозавров и других крупных рептилий имелось около ста миллионов лет, за
которые они успели превратиться в весьма примечательных, важных и, как из-
вестно , наиболее крупных существ. Сначала - на суше, а затем - вновь в океане
и даже в воздухе, где тогда возникли самые большие летающие твари за всю ис-
торию Земли. Началось же все 240 миллионов лет назад с одного-единственного
вида. Самыми древними из обнаруженных окаменелостей этих рептилий являются
останки травоядного пизанозавра и хищного эораптора. Оба были примерно одина-
кового размера (примерно 3 фута, то есть 1 м в длину) и жили приблизительно
230 миллионов лет назад.
Пизанозавр.
Эораптор.
215 миллионов лет назад динозавры уже разделились на приличное число видов.
Кряжистые низкорослые амфибии около 3-4 футов в длину, а также немалое коли-
чество видов амфибий помельче, похожих на саламандр-переростков. Рептилии-
синапсиды были покрупнее амфибий, уверенно стояли на ногах, а у некоторых из
этих ящеров имелся так называемый спинной парус. Часть синапсидов была траво-
ядными размером с осла, другие - хищниками размером с гиену. Впрочем, было
огромное количество других, довольно-таки шустрых динозавриков ростом с соба-
ку.
Их потомки, терапсиды, со временем станут прародителями млекопитающих -
мелких зверушек, получивших название морганукодонов, но о них мы поговорим
попозже. Крупных размеров они не достигали, потому что главенствовавшие тогда
динозавры им этого не позволили. В течение 150 миллионов лет все сухопутные
животные размером крупнее 3 футов (1 м) были динозаврами. Так, среди лесных
звероподобных рептилий некоторые являлись активными хищниками величиной с
кенгуру или валлаби. Эти невзрачные существа и были самыми первыми динозавра-
ми. Вам бы никогда и в голову не пришло, что их ждет великое будущее: они со-
ставляли всего лишь небольшую часть наземной фауны, выбравшейся из темных
влажных лесов каменноугольного периода и начавшей жить в сухой пермский. Если
бы вы попали в те леса, то, вероятно, смогли бы спокойно рассмотреть этих
бестий - они были довольно глупы и медлительны. Возможно, они бы и напали на
вас, но в замедленном, «крокодильем» стиле. Впрочем, до современных крокоди-
лов , как по сообразительности, так и по скорости, им было далеко.
Помимо динозавров было еще кое-что важное, хотя и намного менее зрелищное с
точки зрения киношников, а именно грунт. К тому времени почва развилась в
достаточно сложную экосистему. В ней обитали, по крайней мере, пятьдесят
взаимодействующих видов бактерий, несколько очень разных видов грибков, насе-
комые, черви и другие простейшие существа каменноугольного периода. Такая
почва являлась великолепным стимулом для развития растительности. В отличие
от современных тропических лесов с их шестью дюймами почвы и нулевым дебетом
кислорода, те леса недостатка в пище не испытывали. О нет! Весь уголь, кото-
рый мы сжигаем теперь для обогрева или получения электроэнергии, сформировал-
ся именно в каменноугольный период, причем на каждую тонну угля в атмосферу
было выпущено около двух тонн кислорода. Примерно такое же количество кисло-
рода мы тратим сейчас для сжигания этой тонны угля, превращая его в углекис-
лый газ.
Тогдашние растения вытягивались быстро, как современные травы, только дос-
тигали гораздо больших размеров. У них не было древесных стволов, они напоми-
нали скорее гигантские папоротники, и животные, которые ими питались, также
внесли свой вклад в развитие земной экологии. Пока не исчезли динозавры и
травы по-настоящему не разрослись, образовав саванны и пампы, давшие пищу не-
сметным стадам травоядных млекопитающих, именно леса с их толстым слоем почвы
служили кормовой базой сухопутной фауны. В лесах и болотах (в которые эти ле-
са зачастую превращались) появлялись различные виды животных.
На стыке каменноугольного и пермского периодов водились сразу несколько ви-
дов хищников, похожих на варанов, потомками которых являются современные яще-
рицы и змеи. Чтобы лучше представить себе облик и поведение древних рептилий,
достаточно посмотреть на обитающую на островах Новой Зеландии гаттерию, кото-
рую называют «живым ископаемым». Может быть, она есть и в вашем местном зоо-
парке . Гаттерия крайне медлительна, глупа, и любая игуана, не говоря уже о
варане, даст ей сто очков вперед (отчасти, правда, потому, что гаттерия адап-
тирована к более холодному климату, чем они) . Гаттерия напоминает нам о том,
что нельзя судить о раннепермских ящерицах по нашим гекконам, питонам или ав-
стралийским варанам.
Довольно неспешно эта ветвь разделилась на множество отростков. Благодаря
умению адаптироваться к разным условиям и эволюционному взрыву разнообразия
видов они просто-напросто задавили числом всех остальных рептилий, черепах и
протомлекопитающих. Ранние рептилии произвели на свет несколько видов морских
ящеров, самыми крупными и известными из которых стали плезиозавры и ихтиозав-
ры. Были и другие рептилии, потомки которых, мезозавры, вернулись жить в море
в ранний пермский период. Именно они являются предками черепах. Питались ме-
зозавры, вероятнее всего, планктоном, который отфильтровывали из воды, как
это делают сейчас киты. Плезиозавры, а особенно плиозавры, напоминавшие урод-
ливых короткошеих крокодилов, могли потягаться с крупными акулами и, по всей
вероятности, питались мезозаврами. Однако лучше всех приспособились к морю
ихтиозавры, подобно современным китам и дельфинам. Ихтиозавры процветали за-
долго до появления самых известных сухопутных динозавров, достигнув пика сво-
их размеров к триасу, они являлись для динозавров такими же древними сущест-
вами, какими для нас являются сами динозавры. Характерная для них длина - 30
футов (10 м), но отдельные экземпляры вырастали и до 45 футов (15 м).
Плезиозавры уступили море другой ветви рыбоящеров, а именно - мозазаврам,
завоевавшим водные просторы как раз тогда, когда бронтозавры и аллозавры по-
корили сушу. Некоторые из них длиной были всего фут (30 см), а другие же дос-
тигали и 40 (22 м) . Поэтому разные фильмы, где ихтиозавры в море соседствуют
с тираннозаврами на суше, с научной точки зрения не более достоверны, чем
фильм 1966 года «Миллион лет до нашей эры», где за Рэкуэл Уэлч гоняются мон-
струозные динозавры. Или мультяшная семейка Флинстоунов с их ручными динозав-
риками, выполняющими роль бытовых электроприборов. Ну, или как Гамлет за ком-
пьютером .
Довольно сложно датировать прошедшее время геологических эпох. В книге «В
поисках глубокого времени» Генри Джи проделал прекрасную работу, напомнив
нам, насколько слабы палеонтологические доказательства. Несколько костей там,
еще несколько - сям, но уже за пять тысяч миль от первых и на десять миллио-
нов лет позже их. И из этого нам обязательно надо получить связную историю
эволюционного развития. Все равно, что пытаться реконструировать историю че-
ловечества по осколку кремня и недоеденному гамбургеру. В случае динозавров,
кстати, следы еще менее взаимосвязаны.
Еще труднее так вплести всех этих многообразных тварей в единый эволюцион-
ный узор, чтобы получилась правдоподобная картина Земли во времена динозав-
ров. Возьмем, к примеру, акул. Рыбы, похожие на современных акул, жили задол-
го до того, как появились первые рептилии. А диковинного вида мечехвосты поя-
вились еще раньше. Короче, динозавры приходили и уходили, а целакантообразные
рыбы продолжали кормиться в темных глубинах континентальных шельфов. Полага-
ем, вас нисколько не удивляет, что дрожжи, другие грибки, а также некоторые
современные виды бактерий существуют уже сотни миллионов лет: мы ведь не ду-
маем, что «кисельные капли» замечают течение времени. Но целаканты, акулы и
гаттерии - позвоночные животные, поэтому нам кажется, что они должны были
проявить чуточку больше стремления к прогрессу, эволюции и превратиться... во
что-то новое. Они, однако, не проявили. Они продолжают оставаться такими, ка-
кими были.
Акулы пожирали мезозавров, им, в свою очередь, досаждали плезиозавры и их-
тиозавры. От взрослых мозазавров им приходилось удирать, а на маленьких они
сами охотились. В тогдашних морях обитали аммониты, белемниты и куча самых
разнообразных осьминогов, живших в раковинах. Когда появились крупные репти-
лии, аммониты со товарищи исчезли, а акулы достигли вершины пищевой цепочки в
морях, оставаясь на ней несколько десятков тысяч лет. Затем млекопитающие
произвели на свет дельфинов, косаток и других крупных китов, тогда как акулы
так и остались акулами...
Почему же они не изменились? Мы лишь сейчас начинаем понимать, насколько
великолепна иммунная система акулы. Они не страдают от бактериальных инфек-
ций, у них не бывает рака, вполне возможно, что и вирусы не способны им по-
вредить . Впрочем, у них есть проблема паразитических червей вроде трематод.
Являются ли современные акулы самой последней, наиболее «продвинутой» эволю-
ционной версией этих рыб? Или древние акулы тоже обладали фантастическим им-
мунитетом к болезням? В чем их секрет? Что позволило им оставаться неизменны-
ми, по крайней мере, внешне, на протяжении столь длительного периода времени?
Поскольку мы все равно не можем ответить на эти вопросы, давайте перейдем к
тому, ответ на который уже найден. Что происходило на суше в то время, когда
пермский период сменялся триасовым? Произошло массовое (около 93 %) вымирание
248 миллионов лет назад. То есть выжило только 7 % видов. Уточним, что речь
идет только о крупных существах: никто не знает, что случилось с бактериями,
простейшими, нематодами или коловратками. Правда, из окаменевших раковин мно-
гих простейших образовались белоснежные утесы Дувра, а у коловраток имелись
крошечные твердые челюсти примечательной формы, за которыми охотятся некото-
рые коллекционеры окаменелостеи. Если учесть эти данные, то для мелкой фауны
того времени вырисовывается сходная картина.
Причина массового вымирания является предметом жарких споров. Как мы уже
упоминали, вполне возможно, это был «пакт» врезавшейся в Землю кометы и повы-
шенной вулканической активности. Впрочем, первые динозавры, звероящеры, чере-
пахи и даже ихтиозавры вместе с первыми плезиозаврами выжили, войдя в те са-
мые 7 %. А вот мезозавры вымерли. В чем бы ни состояла катастрофа, для пере-
живших ее счастливчиков она стала настоящим подарком судьбы, освободив для
них экологические ниши и позволив широко распространиться. Моря триасового
периода были полны рептилиями так же, как и современные - млекопитающими, и
картина оставалась такой вплоть до раннего мелового периода. Однако большин-
ство океанских рептилий исчезло еще до появления тираннозавров.
Почему же из рептилий вышли такие удачные морские жители? Есть вполне убе-
дительное биологическое объяснение феномена переселения сухопутных животных в
моря. Эта длинная история началась в море, продолжилась на суше и в море же
закончилась.
Существа, живущие в морях, почти не испытывают на себе действие гравитации.
Поэтому даже «бронированные» животные вроде крабов могут плавать. Их мускулы
отлично приспособлены для плавания, равно как сжимания челюстей на теле добы-
чи или для мгновенного бегства. Но когда потомки этих животных выбрались на
сушу, начались проблемы: оказалось, что на ногах удержаться непросто. Сравни-
те саламандру с ее разъезжающимися ногами, неспособными выдержать вес тела, и
сходную с ней по размеру ящерицу, чьи крепкие кости и мускулы позволяют ей
шустро бегать. (Хотя у гаттерии ноги все-таки разъезжаются.) Прыжки лягушки -
куда менее эффективный способ передвижения, чем хорошо развитые ноги, сильные
таз и плечи, мощные мехи легких, способных обеспечить мускулы кислородом, и
четырехкамерное сердце, разделяющее насыщенную и бедную кислородом кровь, -
что позволило варанам, например, стать прекрасными охотниками.
Как только вы приобретете все это, вы легко сможете найти пропитание, как
на берегу, так и в море, подобно тому, как поступают морские игуаны с Галапа-
госских островов. Вместо мускулов и дыхательной системы, приспособленных
только для жизни в море, вы наследуете суперусиленную версию от своих земных
предков, развившуюся в условиях действия силы тяжести. Таким образом, возвра-
щение в море было чрезвычайно выгодно: там разве что акулы и осьминоги могут
сравниться с бывшими жителями суши. Ихтиозавры и плезиозавры, как современные
дельфины и киты (хотя несколько хуже, поскольку млекопитающие за время обита-
ния на суше стали еще и теплокровными) , обнаружили, что жизнь в море - легка
и приятна.
По крайней мере, до тех пор, пока они там не эволюционировали, увеличив ко-
личество видов до нескольких сотен и превратившись в своих собственных вра-
гов . Так, плиозавры, питающиеся рептилиями, напоминают касаток, охотящихся на
других китообразных.
Параллельно им в триасовый период на суше развивались и другие виды репти-
лий, несколько преждевременно получивших название архозавры («властвующие
рептилии»), у которых возникло несколько вариантов отличного тазового пояса.
Образовались две отдельные ветви, ящеротазовые и птицетазовые, давшие начало
очень крупным динозаврам. Первые эволюционировали в гигантских травоядных
вроде диплодоков и бронтозавров, которых теперь, к сожалению, называют апато-
заврами, хотя имя «громовой ящер» подходило им куда больше. А также в огром-
ных плотоядных аллозавров и тираннозавров.
Однако обе ветви появились минимум через 60 миллионов лет. Первые архозавры
были для тираннозавров такой же ископаемой древностью, как сами тираннозавры
для нас с вами.
Птицетазовые в конечном счете породили тех бронированных бестий, с которыми
так эффектно дерутся тираннозавры во всяческих фильмах: анкилозавров с шипа-
стым наростом на конце хвоста, словно моргенштерн на цепи у бунтующего вилла-
на из рыцарских фильмов; стегозавров с костяными пластинами и шипами на спи-
не; трехрогих трицератопсов с широким костяным воротником.
Кинематографисты словно нарочно совершают кучу ошибок, на которые может
указать любой восьмилетний ребенок, заучивший на память имена своих любимцев.
Как ни жаль, но прекрасный бой между тираннозавром и стегозавром из диснеев-
ской «Фантазии», показанный под музыку Стравинского из «Весны священной», ни-
как не мог состояться в реальности: они не были современниками друг друга. Не
говоря уже о том, что стегозавр отнюдь не имел шипастого хвоста анкилозавра.
Нет, в поздний меловой период, когда жило несколько видов крупных динозавров,
наверняка можно было наблюдать впечатляющие сцены, но версии большинства ки-
ношников недалеко ушли от «Фантазии».
Впрочем, это неудивительно, Голливуд вообще часто ошибается. Однако и сами
ученые иногда справляются не лучше. Сейчас палеонтологи убеждены, что тиран-
нозавры были отнюдь не хищниками, а падалыциками. Мы же воспользуемся предос-
тавленной возможностью и попробуем опротестовать эту идею. Да, возможно, ти-
раннозавры и не являлись кровожадными хищниками... Но даже если это и так, по-
едание падали - не единственно возможный вариант. Они могли делать то, что
нам и в голову не приходит. Просто мы не можем представить, как животное по-
добных размеров копается малюсенькими передними лапками в разлагающемся тру-
пе, засунув свою здоровенную башку в брюхо какого-нибудь дохлого зауропода
вроде диплодока. Что бы там ни говорили нынешние ученые, но, встретив тиран-
нозавра, мы удирали бы во все лопатки.
Короче, поступили бы по заветам Ринсвинда. Ну, на всякий случай, понимаете?
Другие архозавры породили крокодилов, птеродактилей и, возможно, птиц. Хотя
последние могли произойти и от дейнонихов, прославившихся благодаря «Парку
юрского периода», а именно велоцираптора или ему подобных. Эти хищники, веро-
ятно, отличались умом и сообразительностью, были прекрасными охотниками, как
их и изобразили в фильме. По крайней мере, от этих бы мы точно бежали сломя
голову.
Некоторые из древних головоломок продолжают ставить биологов в тупик. Были
ли среди динозавров теплокровные? И почему, скажите на милость, все были та-
кими громадинами в меловой период? Например, самая большая известная кости-
стая рыба тоже жила именно в меловой период и была размером с современную ки-
товую акулу. А ведь среди динозавров были еще и летуны. Обнаружено большое
количество ископаемых птерозавров, таких, как птеранодон с размахом крыльев в
8 ярдов (7м) - это больше, чем у любой современной птицы. Найдены несколько
окаменелостей так называемого кетцалькоатля с вдвое большим размахом крыльев,
то есть больше, чем у истребителей времен Второй мировой войны типа «Спитфай-
ра». Мы понятия не имеем, как могли жить подобные твари, хотя сомневаться в
их существовании не приходится1. Остается разве что поверить в планетарных
инженеров с отменным чувством юмора, как в романе Терри Пратчетта «Страта»2...
Здесь мы хотим предостеречь вас от ряда классических ошибок в понимании
этих вымерших существ, хотя ошибки эти и довольно соблазнительны. Джи в книге
«В поисках глубокого времени» показывает, что все наши красивые догадки об
эволюции, вроде бы соответствующие найденным окаменелостям, оказываются со-
вершенно ошибочными. Одной из таких ошибок является привычное нам представле-
ние о том, как именно вышли из воды те рыбы, чьими потомками стали наземные
позвоночные. Мы так и представляем себе выпрыгивающую из воды на берег рыбку
(ага, и Ринсвинда, убеждающего ее не губить свою молодую жизнь) , после чего
спешно начинающую отращивать лапки и развивать легкие. Нет. У них уже в воде
возникли хорошо развитые ноги и внутренние жабры, как у всякой уважающей себя
рыбы, иначе ничего у них бы не получилось.
У нас есть лишь очень смутное представление, что собой представляли их ноги
на этом этапе развития, хотя они явно не были предназначены для ходьбы по
земле. Однако руки, которыми мы набираем этот текст, определенно произошли от
тех самых рыбьих лап... Так же как и наш кашель - это наследие предка, чей пи-
щевод был соединен с дыхательным горлом. Но картинка, которую мы нарисовали
себе в уме, ошибочна - «враки детям», от которых никак не избавиться. Впро-
чем, люди совершенно точно произошли от рыб с ногами. Просто те рыбы не про-
гуливались на них по пляжу.
Другая глубоко укоренившаяся «врака детям» касается происхождения птиц. Ко-
гда в Зольнхофенских известняках нашли прекрасные окаменелости археоптерикса,
сохранившиеся настолько, что были видны отпечатки перьев, зубов и когтей на
кончиках крыльев, стало ясно: мы отыскали промежуточное звено между рептилией
и птицей. Иначе говоря, одно из Великих Недостающих Звеньев.
Подумайте только, нашли Недостающее Звено! Но вот незадача: археоптерикс
имел длинный хвост, точь-в-точь как у ящерицы, у него отсутствовал килевой
1 При этом некоторые птеродактили были размером с воробья, и таких крылья держали
в воздухе без труда; однако птеранодоны не могли взлетать с поверхности моря
или забираться на скалы, чтобы спрыгивать и парить подобно дельтаплану! Даже если бы
мы построили радиоуправляемую модель кетцалькоатля, то все равно не выяснили бы,
чем он питался. Разве что тогда существовал какой-нибудь воздушный планктон...
2 Возможно силы гравитации тогда была значительно меньше, чем ныне. - Прим. Ред.
вырост на грудине, к которому бы крепились служащие для полета мышцы. Если бы
не перья, его наверняка классифицировали бы как некрупную псевдозухию вроде
орнитомимуса (что означает «подражающий птице»). В поздний юрский период жило
множество подобных мелких динозавриков. Окаменелости довольно хорошо развитых
ныряющих птиц были обнаружены в горных породах мелового периода, датированных
15 миллионами лет позже. Ихтиорнисы были самыми настоящими птицами, правда,
уже утратившими способность летать, а их крылья, чрезвычайно напоминающие
птичьи, превратились в рудименты.
Так что, выходит, археоптерикс немного опоздал, и в 50-х годах прошлого ве-
ка зоологи решили, что он, по всей видимости, был всего-навсего примитивным
птицеящером, возможно, соседствовавшим с другими, более похожими на птиц су-
ществами. Впрочем, в наше время эта идея также выглядит маловероятной. И, что
еще печальнее, множество ископаемых останков птицеподобных динозавров (таких,
как каудиптериксы и протархеоптериксы) были найдены в Южной Америке и Китае1.
Несмотря на наличие перьев, летать они не умели. У них не было крыльев, зато
имелись лапы с пальцами, которых иногда было всего два. Но зачем же им нужны
были перья?
Ведь перья очень сложно устроены. Это вам не то же самое, что чешуйки яще-
риц или змей. Найти эволюционную тропу, ведущую от чешуи к перу (ну, или во-
лосам) , совсем не просто. Отдельные невнимательные биологи думали, что чешуй-
ки растут, как ногти у мультяшной ведьмы, прямо из кожи, словно чешуйки пан-
голина (это такое курьезное млекопитающее, которое лазает по деревьям, лопает
муравьев и выглядит как сосновая шишка).
Однако с перьями все обстоит намного сложнее. Основу пера составляет ци-
линдр, вы сами можете посмотреть на зачатки перьев, так называемые пеньки, у
ощипанных куриц в супермаркете. Чешуйки же на куриных лапах - это самая на-
стоящая чешуя рептилии. Как ни удивительно, но ни одна из современных птиц не
имеет ничего, что можно бы принять за переходное звено от чешуи к перьям, хо-
тя их далекие предки, возможно, были сплошь покрыты чешуей. А может быть, их
окаменелости просто не дают нам верной картины. Нынешняя, как, вероятно, и
древняя чешуя, подобно ногтям, - это пластинки кератина, иногда перекрывающие
друг друга, словно черепица на крыше. Перья - это, прежде всего, цилиндр,
растущий из так называемой перьевой сумки, находящейся глубоко в коже. При-
мерно в миллиметре от внутреннего кончика располагается «воротничок» - кольцо
делящихся клеток, за счет которого перо и растет. По мере того, как произво-
димые ими вещества покидают фолликул, клетки переключаются на производство
кератина, то есть протеина, из которого состоят не только перья, но и рога,
ногти, волосы. Затем стенка цилиндра отвердевает, приобретая замысловатый ри-
сунок .
Та сторона пера, которая обращена наружу, образует морщинки, идущие с двух
сторон вдоль цилиндра и исходящие из фолликула почти параллельно цилиндру.
Они не соединяются друг с другом, и ткань, заполняющая пространство между их
заглубленными концами, превращается в ствол пера. Внешняя часть этих морщинок
расщепляется в перьевые бородки, которые, разворачиваясь, образуют опахало.
Они довольно длинны, и даже тонкий цилиндрик может создавать широкие опахала.
В общем, ничего похожего на чешую. И намного сложнее. Эволюции пришлось из-
рядно потрудиться, чтобы создать перо.
Для этого должна была иметься какая-то веская причина, поскольку многие ди-
нозавры зачем-то отращивали перья. У кого-то - пух, у кого-то - кисточки или
метелки. Может быть, они служили для сохранения тепла. Взрослые велоцирапторы
Впрочем, некоторые палеонтологи относят их не к оперившимся динозаврам, а к неле-
тающим птицам. По мнению Джона Рубена, каудиптерикс - это «индюшка» мелового перио-
да.
и молодые тираннозавры, вероятно, были с ног1 до головы покрыты пухом, словно
цыплята. Палеонтолог Марк Норелл уверен, что «у нас имеется столько же дока-
зательств, что велоцирапторы имели перья, сколько и того, что у неандерталь-
цев были волосы». Впрочем, другие с ним не согласны.
(§> ®
1 - стержень
2, 3 - бородки
4 - бородочки
Строение пера.
Возможно, перья служили исключительно для привлечения противоположного по-
ла. Еще более вероятно, что мы вообще не имеем ни малейшего представления об
истинной функции перьев.
Вот вы и прослушали настоящую историю о том, как «некоторые рептилии отрас-
тили перья и стали птицами».
Здесь существует одна довольно общая проблема, с которой постоянно сталки-
ваются волшебники. С одной стороны, картина эволюции, скажем, птиц или тиран-
нозавров выглядит весьма разумно. Но если копнуть поглубже, туда, куда не до-
бирается «здравый смысл», которым, как известно, руководствуются волшебники
по отношению к Круглому миру, то выясняется, что мы ничего не понимаем. Хоро-
шо хоть, у нас имеются истории для объяснения эволюции, но и это отнюдь не
означает, что мы ее действительно понимаем.
Ведь мы даже не можем быть уверены, что именно эволюция означает с научной
точки зрения. Мы знаем, как иногда «рассыпаются» даже самые общеизвестные ис-
торические события, стоит только проанализировать их со всех сторон. Убийство
Кеннеди - идеальный тому пример. Пули, похоже, были выпущены с разных направ-
лений, и у нас нет связной истории, означающей, что мы на самом деле понима-
ем, что же тогда случилось. Мы можем только описать событие, но причинно-
следственные связи, лежащие в его основе, не сходятся, так же как квантовая
физика не сходится с теорией вероятности.
Эволюция не происходит с каждым существом по очереди. Эволюционирует вся
экосистема, и новые возможности могут распространиться в отдельном регионе и
лишь в определенное время. Какие-то из приемов могут оказаться эффективными
совсем не в тех областях, ради которых они появились, и применяться в даль-
нейшем, много позже того, когда исходная причина их появления утратила акту-
альность .
Так что неудивительно, что обстоятельства давних событий, вроде появления
перьев или птиц вообще, кажутся нам лишенными смысла. Именно поэтому нам
сложно представить, что же происходило в поздний меловой период. «Прогулки с
динозаврами» - прекрасно сделанный фильм, основанный на данных современной
науки, но и он в итоге оказался совершенно неубедительным. Желание рассказать
историю исказило реальные знания, поскольку включало непроверенные гипотезы и
выдавание желаемого за действительное: нельзя с уверенностью рассуждать об
окраске животного, если все, что у нас есть, это ископаемые кости. И предпо-
ложение, что те твари отдаленно напоминали современных, - это жульничество, а
не наука. На самом деле предпочтение просто отдавалось тому, что будет поэф-
фектнее выглядеть на экране телевизора, а не скучным фактам. В итоге у авто-
ров получилась мелодраматичная «мыльная опера» с действующими лицами - дино-
заврами .
Лично мы так и не смогли представить себя прогуливающимися с динозаврами.
Как, впрочем, и свое бегство от них. Мы просто не в состоянии понять, на что
же был похож тот мир, хотя нам так хотелось бы верить, что понимание возмож-
но. Впрочем, чего еще ждать от слегка поумневшей обезьяны? У нас, конечно,
есть эволюционная «отмазка»: мы находимся на полпути от австралопитека Люси к
человеку будущего. И нет ничего странного, что мы до сих пор упираемся в пре-
делы того, что способны понять. Как неудивительно и то, что наши умозритель-
ные модели прошлого не складываются в связную картину. Мы просто недостаточно
умны для этого. Пока.
Дайте нам еще миллион лет. Вот тогда мы всем покажем.
Глава 37.
Сказал же тебе,
не смотри вверх!
Думминг продолжал работать над своими правилами. Теперь они гласили:
1. Все разваливается, но центры вещей сохраняются.
2. Все движется, но всегда в обход.
3. Из всего получаются одни лишь шары.
4. Большие шары искривляют пространство.
5. И нигде ни единой черепахи! (В этом месте он добавил: «Кроме самых обыч-
ных» .)
6. Жизнь возникает везде, где только можно.
7. И где нельзя - тоже.
8. Существует нечто, заменившее собой нарративиум.
9. А кроме того, может быть еще что-то, что называется «сварливиум» (См.
правило № 7)
10
Дописав до этого пункта, он запнулся. Позади него большая ящерица убила и
сожрала ту, что поменьше. Думминг даже не шелохнулся. Им пришлось наблюдать
за этими ящерицами больше ста миллионов лет (то есть фактически - целый
день). Даже Декану и то они опостылели.
- Слишком уж хорошо они приспособились, - проворчал тот в итоге. - Никто не
может ничего им противопоставить.
- Они глупы как пробки, - сказал Чудакулли. - Ладно хоть расцветочка весе-
ленькая .
- У них мозги размером с грецкий орех. А некоторые так вообще больше задни-
цей думают, - сказал Главный Философ.
- Да? Тогда странно, что они не по душе нашему Декану, - заметил Чудакулли.
- Сделаю вид, что не расслышал твоих слов, Аркканцлер, - холодно процедил
Декан.
- Ты ведь снова совал туда свой длинный нос, не так ли? - продолжил Чуда-
кулли . - Я сам видел, как ты спихивал с дерева маленьких ящерок.
- Но ты же сам должен признать: они выглядят совсем как птички, - оправды-
вался Декан.
- и что? Ты научил их летать?
- Ну, летать - это, пожалуй, громко сказано. В смысле, не горизонтально.
- Они едят, дерутся, совокупляются и дохнут, - проворчал Профессор Совре-
менного Руносложения. - Крабы и то были интереснее. Да что крабы! «Кисельные
капли» к чему-то стремились. Когда будет написана история Круглого мира, эту
страницу никто не захочет читать. «Чудовищно скучные ящерицы», вот как их на-
зовут, попомните мои слова.
- Им нужно пожить еще хотя бы сотню миллионов лет, сэр, - встал на защиту
униженных и оскорбленных Ринсвинд.
- А что они сделали за время своего существования? Написали хоть строчку
стихов? Построили какое-нибудь здание? Сотворили хотя бы простенькое произве-
дение искусства?
- Они выжили, сэр.
- А выжить - это у нас теперь огромное достижение, что ли? - возмутился
Профессор Современного Руносложения.
- Да, причем самое выдающееся, сэр.
- Тьфу! Всем своим видом они доказывают, что, если вокруг ничего не проис-
ходит , никто шагу лишнего не сделает, - сказал Декан. - Тепленько, сухонько и
полно жратвы... Тот же океан, только над тобою не каплет. Несколько хорошеньких
извержений вулканов или средней величины комета их бы мигом расшевелили.
Тут в воздухе сверкнуло, и появился Думминг Тупс.
- У нас имеется ум, господа! - торжественно объявил он.
- Без тебя знаем, - сказал Декан.
- Я имел в виду, что вездескоп обнаружил следы зарождения разума, сэр. Если
быть точным, даже два следа.
Стадо было довольно большим. Оно состояло из крупных существ почти идеаль-
ной полусферической формы. На их мордах застыло выражение, ясно демонстрирую-
щее остроту ума и проницательность, свойственные коровам.
Вокруг скакали существа помельче. Они были тощие, чернявые и непрерывно
что-то щебетали.
А еще у них были заостренные палочки.
- М-да, - разочарованно протянул Чудакулли.
- Но, сэр! Взгляните, они же их пасут! - воскликнул Думминг.
- Ну, волки в каком-то смысле тоже пасут овец...
- Но, не прибегая к заостренным палочкам, сэр. И потом, посмотрите сюда...
Одна из «коров» была впряжена в грубую волокушу, покрытую листьями. На ней
лежало несколько «пастухов» с седыми пятнами на мордах.
- Они что, больны? - спросил Декан.
- Скорее просто стары, сэр.
- Но зачем таскать за собой немощных стариков? Ведь это же замедляет пере-
движение .
Думминг замялся.
- Полагаю, старцы - их «библиотека», сэр. Они ведь должны многое помнить:
охотничьи места, источники чистой воды... Из этого следует, что у них должен
иметься какой-то язык.
- Ну вот, наконец, хоть что-то сдвинулось, - сказал Чудакулли.
- Сдвинулось, сэр? Да они уже, считай, весь путь прошли! - Думминг прижал
ладонь к уху. - О, ГЕКС утверждает, что есть еще кое-кто. Оно... эээ... иное.
- И насколько иное?
- Некоторые вернулись в море, сэр.
- Ага! - вскричал Главный Философ.
Однако ему пришлось признать, что речь шла скорее о поверхности моря. Обна-
руженная ГЕКСом колония протянулась на многие мили, объединяя мелкие островки
и песчаные пляжи, которые словно жемчужины были нанизаны на «нить» из вязанок
плавника и водорослей.
Живущие здесь существа оказались очередным видом ящериц. Все равно неверо-
ятно скучными, даже по сравнению с другими, как считали волшебники: ни тебе
забавной окраски, ни шипов. Зато они были чрезвычайно деятельными.
- Слушайте, а вам не кажется, что вон те водоросли выглядят уж слишком пра-
вильными? - спросил Профессор Современного Руносложения, пока они парили над
грубо сварганенным сооружением. - Уж не сельское ли это хозяйство, как по-
вашему?
- Полагаю... - Думминг посмотрел вниз, где волны переливались через каменную
стенку, - полагаю, это такой большой садок для рыбы. То есть внутри - вся ла-
гуна. Похоже, они догадались возвести стены, чтобы рыба с приливной волной
попадала внутрь и не могла выбраться вместе с отливом.
Ящерицы вертели головами, наблюдая за пролетающими мимо полупрозрачными фи-
гурами, но, видимо, придавали им не больше значения, чем теням каких-нибудь
облаков.
- То есть они используют энергию моря? - уточнил Чудакулли. - Умно.
На дальнем мысе у края лагуны ящерицы одна за другой ныряли в воду. Другие
копошились вокруг каменного бассейна на одном из островов. Самые маленькие
ящерки плескались на мелководье. На одной из коряг сохли на ветру развешанные
водоросли. И над всем этим разносилось непрерывное повизгиванье. Думминг ре-
шил, что это - разговоры. Животные ведь не ждут, пока собеседник закончит
фразу. Волшебники, правда, тоже не ждут, но у них вообще все не как у людей.
Неподалеку одна ящерица аккуратно раскрашивала другую, используя тоненькую
веточку и разлитые по раковинкам краски. Думминг заметил, что художник носил
на шее целое ожерелье из различных ракушек.
- Инструменты... - бормотал он. - Символы... Абстрактное мышление... Ценные вещи
... Уже цивилизация или пока племенная стадия развития? . .
- Слушайте, а где сейчас солнце? - спросил Главный Философ. - Здесь всегда
так туманно, что сложно ориентироваться. Куда бы ты ни пошел, а правильного
пути не видать, как собственных ушей.
Ринсвинд указал вперед, за горизонт, где из-за облаков проступало красное
зарево.
- Я называю это Противосолонь, - пояснил он. - Вроде как у нас дома.
- А, значит, солнце садится против часовой стрелки?
- Нет, оно вообще не движется и стоит на месте, - сказал Ринсвинд. - Это
горизонт перемещается.
- Надеюсь, он на нас не свалится?
- Попытается. Но другой его край утянет нас прочь до того, как это произой-
дет.
- Чем больше времени я провожу на этом шарике, тем чаще хочу во что-нибудь
вцепиться, - проворчал Декан.
- А свет здесь разве не отражается из-за края горизонта? Дома-то отражает-
ся, - поинтересовался Главный Философ. - Так красиво бывает, когда лучи про-
ходят сквозь струи водопада.
- Нет, - сказал Ринсвинд. - Просто становится темно. Ну, если не взойдет
луна.
- Но солнце здесь по-прежнему одно-единственное, да? - Главный Философ явно
к чему-то клонил.
- Одно.
- Других мы точно не добавляли?
- Нет.
- Тогда... Что это за свет там позади?
Волшебники, все как один, оглянулись.
- Опаньки! - сказал Декан, когда раскаты грома смолкли вдали, а огни на не-
бе окончательно погасли.
Ящерицы тоже услышали грохот. Думминг присмотрелся. Обитатели поселения
толпились на дорожках, глядя в сторону горизонта с тем высокоинтеллектуальным
интересом, который свойствен мыслящим существам, вдруг задумавшимся о том,
что уготовила им судьба...
- Давайте-ка вернемся в Университет до того, как здесь прольется едкий
дождь, - сказал Чудакулли. - Все это действительно слишком грустно.
Глава 38.
Гибель динозавров
Жизнь возникает везде, где только можно.
И где нельзя тоже.
Но как только начинает казаться, что все идет просто превосходно, стоит за-
жить в довольстве и начать продвижение к высоким идеалам, тут же разражается
какая-нибудь катастрофа, отбрасывающая вас на двадцать миллионов лет назад.
Однако парадоксальным образом именно эти катастрофы открывают путь принципи-
ально новым формам жизни...
Это как-то сбивает с толку.
Жизнь в целом - явление довольно выносливое, чего нельзя сказать об отдель-
ных видах. Она находится в постоянном поиске новых хитростей и приемчиков.
Например, идея яйца была просто великолепна: снабдить развивающийся эмбрион
персональным аппаратиком, поддерживающим жизнь, размер которого полностью со-
ответствует нуждам конкретного вида, а при этом не имеет значения, что тво-
рится снаружи, поскольку его защищают прочные стены.
Жизнь - отлично умеет адаптироваться к новым условиям, меняя правила игры,
когда ей это требуется. Стоило появиться яйцам, как тут же начали множиться
любители яичницы...
Жизнь - многолика. Чем больше действующих лиц, тем проще выжить, упав кому-
нибудь на хвост.
Жизнь вечно повторяется. Как только где-нибудь найден эффективный метод,
сразу же появляются сотни эпигонов. Однажды у выдающегося биолога Джона Хол-
дейна поинтересовались, какой вопрос он задал бы Богу. Холдейн ответил, что
хотел бы узнать, почему Он так любит жуков1.
Сейчас на Земле насчитывается примерно триста тысяч различных их видов, то
есть намного больше, чем любых других видов животных или растений. В 1998 го-
ду Брайан Фаррел, похоже, сумел ответить на вопрос Холдейна. Жуки появились
250 миллионов лет назад, однако взрывное увеличение количества их видов про-
изошло всего лишь 100 миллионов лет назад. Что совпало с появлением цветковых
растений. Доступное фазовое пространство внезапно увеличилось, и жуки получи-
ли в свое распоряжение новые жизненные ресурсы. Которыми они тут же восполь-
зовались, начав с аппетитом поедать растения, особенно их листья. Когда-то
считалось, что цветковые растения и насекомые-опылители провоцировали друг
друга на создание все новых и новых видов, но в действительности это не так.
Точнее, это верно только для жуков. Около половины современных их видов явля-
ется листоядными. Их эволюционная тактика по-прежнему весьма эффективна.
Случается, что стихийные бедствия приводят не просто к вымиранию одного-
двух видов. Палеонтологические находки свидетельствуют о целом ряде массовых
вымираний, в ходе которых исчезала почти вся жизнь на планете. Самым извест-
ным из подобных казусов является гибель динозавров, случившаяся 65 миллионов
лет назад.
Дабы не вводить вас в заблуждение, сразу уточним, что никаких научных дока-
зательств существования цивилизации динозавров нет, что бы там ни происходило
в Проекте «Круглый мир». Но когда ученые, особенно те из них, кто работает на
правительство, говорят, что «нет никаких научных доказательств», следует за-
дать им три важных вопроса: «Есть ли доказательства обратного? Кто-нибудь их
Те, кто читал книгу «Последний континент», наверняка помнят, что по какому-то
странному совпадению бог эволюции также предпочитал жуков всем прочим.
вообще искал, эти доказательства? А если искал, что именно они ожидали най-
ти?» .1
На все три вопроса вы получите один и тот же ответ: нет. Многое исчезло в
глубине веков. Этому способствовали движение континентов и ледников, вулкани-
ческая активность и падение разнообразных метеоритов. Возраст немногих чело-
веческих артефактов, переживших все катаклизмы, исчисляется несколькими тыся-
чами лет. Если завтра мы все вдруг умрем, то через несколько миллионов лет
единственным свидетельством нашей цивилизации будут консервные банки зондов в
глубоком космосе и немного хлама на Луне. А что останется через 65 миллионов?
Ничего. Поэтому мы не можем совершенно исключить возможность существования
динозаврианской цивилизации, даже если это - вымысел чистой воды, или, точ-
нее , абстрактное теоретизирование. Что до динозавров, развившихся настолько,
чтобы пользоваться орудиями труда или пасти других динозавров... Если они и су-
ществовали, их следы бесследно смыла Пучина Времени.
Теперь динозавры - одни из самых популярных экспонатов в музеях. Они напо-
минают нам о том, что наш мир не всегда был таким, как сейчас. А еще о том,
что история человечества в геологическом смысле занимает ничтожное время. Ме-
жду тем по сути динозавры - это древние ящерицы. Те из них, на чьи кости мы с
открытыми ртами глазеем в музеях, - это просто очень большие ящерицы, хотя
были и другие, много меньше. Вообще, в переводе с греческого «динозавр» озна-
чает «ужасная ящерица», все, кто смотрел «Парк юрского периода», понимают по-
чему.
А один итальянский коллекционер древностей, посмотрев фильм Спилберга, вне-
запно понял, что загадочная окаменелость, уже давно хранящаяся у него в под-
вале, вполне может относиться к динозаврам. Он отправил ее в ближайший уни-
верситет, где и выяснилось, что она принадлежит не просто какому-то там дино-
завру, но неизвестному ранее виду. Это был молодой терапод, один из мелких
плотоядных динозавров, ближайших родственников птиц, хотя он и не имел перь-
ев . История прямо как в кино: замечательный пример работы повествовательного
императива в нашем мире, впрочем, как всегда, обусловленный предвзятостью вы-
борки. Сколько охотников за окаменелостями, владеющих ископаемыми останками
динозавров, ни с кем не связывались после просмотра фильма?
В человеческом воображении динозавры слились с мифами о драконах, общими
для множества культур во все времена. И вот уже исписаны тонны бумаги для
объяснения того, как идея драконов пришла к нам через миллионы лет эволюции
как следствие страха наших древних предков перед реальными динозаврами. Затем
что речь в данном случае должна идти о совсем уж древних предках, поскольку
те из них, которые могли повстречать динозавров, были, скорее всего, кем-то
вроде крошечных землероек, живших в норах и питавшихся насекомыми. Итак, про-
царствовав более ста миллионов лет, 65 миллионов лет назад динозавры вымерли,
и есть кое-какие доказательства того, что их гибель была внезапной. Может
быть, протоземлеройки постоянно мучились ночными кошмарами, в которых за ними
гонялись огромные динозавры, но могли ли эти сны пережить 65 миллионов лет
естественного отбора? Кроме того, снятся ли огнедышащие драконы современным
землеройкам, или это только наша прерогатива? Нет, вернее всего, мифы о дра-
конах имеют другие, менее очевидные корни в том темном, малоизученном органе,
который мы называем человеческим мозгом.
Динозавры как магнит притягивают нас к себе, особенно почему-то детей. Эти
ящеры были настоящими чудовищами, существовавшими на самом деле, а некоторые
из них, хорошо всем известные ныне, были так просто гигантами. К счастью, все
они бесповоротно мертвы.
1 Ринсвинд задал бы еще несколько: «А это безопасно? Вы уверены? Вы абсолютно уве-
рены?»
Многие ребятишки, даже если им не нравится учиться в школе, могут наизусть
продекламировать длиннейший список названий динозавров. Однако до выхода на
экраны «Парка юрского периода» почти никто из них не вспоминал, например, о
велоцирапторе. Фанатам бронтозавров трудно смириться с тем, что ученые по ка-
кой-то дури решили поменять ему имя, назвав этого змеешеего болотного гиганта
апатозавром1. Людей до того привлекают динозавры, что их внезапное трагиче-
ское исчезновение владеет нашим воображением куда больше, чем вся остальная
палеонтология. Даже наше собственное происхождение интересует нас гораздо
меньше.
Что же можно сказать об этом неожиданном исчезновении?
Во-первых, немало ученых полагают, что ни о какой внезапности речи быть не
может. Обнаруженные окаменелости показывают, что переломный момент произошел
65 миллионов лет назад в конце мелового периода. И в самом начале третичного
периода произошел расцвет эпохи млекопитающих и окончательный закат эры дино-
завров, что называется также «КТ-границей» («К» - от слова «Kreide», которым
в немецком языке обозначают меловой период). Но если думать, что в конце ме-
лового периода - это именно тот момент, когда все и случилось, то может сло-
житься впечатление, что многие виды как-то слишком поторопились с вымиранием,
исчезнув, согласно палеонтологическим данным, на 5-10 миллионов лет раньше.
Наверное, влюбленная парочка динозавров сказала друг другу: «Радость моя, к
чему все это идиотское размножение, если через каких-нибудь десять миллионов
лет от нашего рода останутся рожки да ножки?» Как-то верится с трудом. Тогда
почему на протяжении многих миллионов лет их численность плавно сокращалась?
В принципе может оказаться, что мы просто не отыскали пока все нужные окаме-
нелости , хотя тот или иной вид преспокойно продолжал существовать.
Позвольте задать вам вопрос: как вы думаете, сколько экземпляров тиранно-
завров, самых знаменитых из всех динозавров, хранится в музеях и университе-
тах? Не копий, а именно оригиналов, найденных в горных породах палеонтолога-
ми? Сотни, говорите? Вы уверены?
Ничего подобного. До выхода «Парка юрского периода» у нас их было всего 3
(три), причем разброс в возрасте окаменелостей составлял около пяти миллионов
лет. С тех пор были найдены еще три ископаемых Тирекса. После фильма история
динозавров настолько захватила почтеннейшую публику, что ученым стало легче
выбивать деньги на раскопки. Если от подобных случайностей будет зависеть,
отыщет ли какая-нибудь будущая раса окаменелости людей за весь период сущест-
вования человечества и его предков, то, похоже, вероятность этого стремится к
нулю. Даже если какие-то виды и просуществовали на Земле пять миллионов лет,
очень может быть, что их ископаемые останки не найдут вообще никогда, особен-
но если они жили в местности с сухим климатом, где окаменелости практически
не образуются. Это наводит на мысль, что от окаменелостей вообще нет никакой
Еще более печальный случай произошел с животным, имевшим когда-то прекрасное по-
этическое имя эогиппус - «конь утренней зари». Это животное считается прародителем
лошадей. Сейчас же его переименовали в гиракотерия, потому что самую первую найден-
ную окаменелость посчитали принадлежащей существу, родственному даманам (в переводе
с древнегреческого «гиракотерий» - «зверь, похожий на дамана»), и только потом поня-
ли, что в действительности ископаемые останки принадлежали эогиппусу. К сожалению,
право назвать новый вид получает тот, кто сделает это первым. Так и вышло, что «конь
утренней зари» теперь носит глупое скучное имя, напоминающее о сделанной когда-то
ошибке. Название «бронтозавр» исчезло по сходной причине. «Громовой ящер» - какое
великолепное было имя! А что означает «апатозавр»? «Апатичный ящер»? Нет, всего лишь
«обманчивый ящер». Отсюда мораль: когда комиссия из пожилых корифеев принимается об-
суждать какой-нибудь редкий случай, они, как пить дать, примут самое нелепое решение
из всех возможных. В отличие от пожилых волшебников из Незримого университета, разу-
меется .
пользы, но нет, - каждое ископаемое животное становится доказательством, по
крайней мере, того, что этот вид действительно существовал. Более того, в ко-
нечном итоге даже от разрозненных останков мы получаем довольно ясное впечат-
ление о Великом Потоке Жизни. Одной ящерицы вполне достаточно, чтобы доказать
существование всех ящериц, даже если мы и не обнаружим десяти тысяч их видов,
существовавших одновременно с найденным.
Если помнить об этом, то легко понять, что, даже если смерть динозавров и
была внезапной, окаменелости могут создать обратное впечатление. Предположим,
ископаемые останки какого-то определенного вида в произвольном порядке дати-
руются периодом в среднем пять миллионов лет. Это похоже на ожидание автобу-
са: то целых три приезжают один за другим (каждый миллион лет), а то за целый
день (десять миллионов лет) не приходит ни одного. Были обнаружены разрознен-
ные окаменелости, относящиеся к периоду в десять миллионов лет, предшествую-
щих КТ-границе. Так несколько останков имеют возраст 75 миллионов лет, от-
дельные - 70 миллионов, а один-два - 65 миллионов. Вам начинает казаться, что
вид постепенно исчезал.
Как на грех, если постепенное исчезновение на самом деле имело место, вы
увидите практически ту же самую картину. Как же обнаружить разницу? Для этого
можно проанализировать те виды, окаменелости которых представлены более пол-
но. Если вымирание было внезапным, то они покажут сравнительно четкую грани-
цу. Виды, полностью или частично жившие в воде, чаще других подвергаются ока-
менению, поэтому для более четкого определения времени вымирания на КТ-
границе лучше рассматривать именно морские организмы. Оттого-то наиболее
дальновидные ученые не интересуются трагической судьбой динозавров и возятся
с крошечными улитками и другими, лишенными всякого очарования, видами. Именно
так они и обнаружили, что ихтиозавры исчезли примерно в то же время, что и
аммониты1, а также многие другие моллюски. Так что какое-то внезапное гранди-
озное событие действительно произошло, однако до него мог произойти целый ряд
других.
Но что же все-таки случилось? Подсказку дают месторождения иридия, одного
из наиболее редких металлов, встречающихся в земной коре. Зато в составе ме-
теоритов иридий встречается очень часто, особенно в тех, которые прилетают из
пояса астероидов между Марсом и Юпитером. Поэтому если вы вдруг обнаружите
необычно богатые залежи иридия, то, скорее всего, это место, куда когда-то
угодил метеорит.
В 1979 году физик Луис Альварес, нобелевский лауреат, размышлял над этой
проблемой после того, как вместе со своим сыном, геологом Уолтером Альваре-
сом, обнаружил пласт глины, в котором содержание иридия превышало норму в сто
раз. Этот слой образовался как раз во время КТ-границы, и он обнаруживается
во многих районах Земли. Альваресы интерпретировали свое открытие как доказа-
тельство того, что мел-третичное вымирание приключилось по причине столкнове-
ния планеты с метеоритом. Суммарное содержание иридия в слое оценивается в
200 тысяч тонн, что соответствует метеориту диаметром 6 миль (10 км) . Если
метеорит подобного размера врежется в Землю на характерной скорости 10 миль в
секунду (16 км/с), то он оставит кратер 40 миль (65 км) в диаметре. Взрыв бу-
дет эквивалентен нескольким тысячам водородных бомб. В результате в атмосферу
поднимется огромное количество пыли, которая затмит солнечный свет на многие
годы. Если же метеорит угодит в океан, а вероятность этого больше чем пятьде-
сят на пятьдесят, то его падение вызовет колоссальную приливную волну и мгно-
венный выброс гигантского облака перегретого пара. В результате погибнут рас-
Множество видов аммонитов исчезло за 5-10 миллионов лет до третичного периода,
то есть их вымирание, похоже, на самом деле происходило постепенно, и, что бы
ни произошло на КТ-границе, оно подвело окончательную черту под их существованием.
тения, потом - питающиеся ими динозавры, а за ними последуют и плотоядные ди-
нозавры. Насекомые более-менее уцелеют, как и насекомоядные животные.
Написаны многочисленные статьи, что доказательством подобного столкновения
является кратер Чиксулуб, представляющий собой котловину в толще горных по-
род. В месте предполагаемого удара можно обнаружить кристаллы ударно-
метаморфизированнохю кварца: самые большие найдены непосредственно вблизи
кратера, а более мелкие - чуть ли не на половине земного шара. В 1998 году
Фрэнк Кайт обнаружил в северной части Тихого океана осколок подлинного метео-
рита диаметром в одну десятую дюйма (2,5 мм). Он выглядит как часть астерои-
да, что исключает альтернативную версию о комете, в результате столкновения с
которой тоже мог образоваться похожий кратер. Это заключение подтверждается
исследованиями соотношений изотопов хрома в осадочных породах, относящихся ко
времени КТ-границы, проведенных А. Шуколюковым и Дж. У. Лугмайром. Кроме то-
го, Эндрю Смит и Шарлотта Джеффри установили, что массовое вымирание морских
ежей, также пришедшееся на КТ-границу, было гораздо сильнее выражено именно в
районе Центральной Америки, где, по всей видимости, и упал тот астероид.
Несмотря на то, что имеются довольно веские доказательства столкновения, к
тому же укрепившиеся за последние двадцать лет, после того как Альварес сфор-
мулировал свою теорию импакта, несогласные с ней палеонтологи продолжают ис-
кать возможность объяснить массовое вымирание, не прибегая к драматическим
внеземным эффектам. Несомненно, в конце мелового периода наблюдались климати-
ческие изменения, сопровождавшиеся резкими колебаниями уровня Мирового океа-
на, связанные с ростом или таянием ледников. Также существуют доказательства
того, что в то же время некоторые, если не все, моря утратили экологию, осно-
ванную на кислороде, превратившись в огромные, вонючие, черные анаэробные бо-
лота. Об этом свидетельствует наличие в осадочных породах черных слоев, бога-
тых железом и серой. Однако наиболее значительным фактором, несомненно, явля-
ется земная вулканическая активность, в результате которой появились так на-
зываемые Деканские траппы - гигантские залежи лавы. Похоже, Азия была тогда
целиком покрыта вулканами, лавы которых оказалось достаточно, чтобы погрести
полконтинента под слоем толщиной 50 ярдов (45 м) . Подобная вулканическая ак-
тивность должна была сильно влиять на атмосферу: выбросы углекислого газа по-
вышали температуру воздуха, создавая парниковый эффект; серные соединения
приводили к отвратительным кислотным дождям и загрязнению воды на всей плане-
те; пыль затмевала солнечный свет, в результате чего десятилетиями длилась
«ядерная зима». Может быть, именно вулканы, образовавшие Деканские траппы, а
вовсе не метеорит, убили динозавров? Тут многое зависит от точности датиров-
ки.
Лично мы склоняемся к гипотезе, которая, с одной стороны, не имеет доста-
точных доказательств, зато замечательно объясняет многие факты, поскольку за-
ключается в том, что обе эти причины взаимосвязаны. Кратер Чиксулуб располо-
жен почти точно на противоположной стороне планеты от Деканских траппов.
Очень может быть, что азиатские вулканы начали свою подрывную деятельность
еще за несколько миллионов лет до мел-третичного вымирания, вызвав отдельные
экологические катастрофы, касающиеся, прежде всего, тех или иных крупных жи-
вотных. А затем упал астероид, спровоцировав ударные волны, которые пересекли
Землю и сошлись, словно сфокусированные увеличительным стеклом лучи, на этом
небольшом регионе с особенно хрупкой земной корой. Нечто подобное можно уви-
деть на Меркурии, где прямо напротив гигантского ударного кратера Равнина Жа-
ры расположен террейн с причудливым рельефом, наверняка созданным сфокусиро-
вавшимися на нем ударными волнами.
В итоге должен был начаться гигантский синхронный всплеск вулканической ак-
тивности, ставший своеобразной вишенкой на торте прочих последствий столкно-
вения. Сочетание всех перечисленных факторов стерло с лица Земли большинство
биологических видов. Эта гипотеза подкрепляется другим геологическим образо-
ванием - Сибирскими траппами, содержащими в десять раз больше лавы, чем Де-
канские . Появление Сибирских траппов совпадает с другим массовым вымиранием -
пермским, о котором мы упоминали ранее. И еще одно: некоторые геологи верят,
что существует еще один импактный кратер в Австралии, которая в пермский пе-
риод находилась как раз напротив Сибири.
Но есть ли какие-нибудь доказательства этой теории? В 2000 году Даллас Эб-
ботт и Энн Айсли сопоставили всю имеющуюся информацию о столкновениях с дан-
ными о вулканических суперплюмах (огромных массах расплавленного вещества,
вытолкнутых из глубины земной мантии). Например, считается, что именно супер-
плюм стал причиной возникновения Гавайского архипелага, остатки островов ко-
торого протянулись на половину Тихого океана. Вероятно, это объясняется сме-
щением Тихоокеанской плиты в процессе континентального дрейфа, причем супер-
плюм выплеснулся на поверхность на огромной территории, кажущейся нам теперь
различными местами. Впрочем, последние наблюдения показывают, что суперплюмы
тоже могут перемещаться. Деканские и Сибирские траппы вполне могли быть обра-
зованы именно таким образом.
В результате анализа исследователи заметили, что импакты и суперплюмы сов-
падают слишком часто, чтобы это можно было принять за случайность. Похоже,
что столкновение увеличивает либо сам суперплюм, либо шансы на его возникно-
вение. (Поскольку сложно представить, что суперплюм каким-то образом провоци-
рует столкновение с небесными телами, разве что имеются какие-нибудь инопла-
нетяне, помешанные на вулканической активности.) Однако из-за материкового
дрейфа нам все-таки точно не известно, находились ли Деканские траппы напро-
тив кратера Чиксулуб в момент падения астероида. Поэтому мы не можем одно-
значно утверждать, что его падение спровоцировало всплеск вулканической ак-
тивности .
Из всего этого следует вывод: нам не следует искать определенную причину
вымирания динозавров. В отличие от научных экспериментов, специально проводи-
мых с целью установить единственно возможное объяснение, в природе редко бы-
вает так, что какое-то событие происходит по одной-единственной причине.
В Плоском мире Смерть с косой приходит не только к людям. Существует, на-
пример, маленький Смертик, забирающий души крыс, которого мы встречаем в кни-
ге «Роковая музыка», чья типичная реплика звучит как: «ПИСК».
К динозаврам их Смерть мог явиться с вулканом в одной руке, астероидом - в
другой, а на его плечи был накинут ледяной плащ...
Динозавры были на редкость фотогеничными созданиями, не правда ли? А вот
доверять волшебникам в этом вопросе не следует.
Есть еще один урок, который можно извлечь из всей этой истории с динозавра-
ми. В конце мелового периода умерло множество других крупных и интересных
рептилий (ну, или просто крупных): плезиозавры (прославившиеся тем, что к ним
относят мифическое Лох-несское чудовище), ихтиозавры (громадные рыбообразные
хищники, рептилоидный вариант дельфинов и китов), птерозавры (диковинные ле-
тающие твари, один из видов которых, птеродактиль, обитает во всех фильмах о
динозаврах и ошибочно причисляется к последним) и, наконец, мозазавры.
Возьмем последних.
Кем они были? Они кажутся такими же впечатляющими, как динозавры, но ведь
мозазавры вовсе не динозавры. Поэтому им не повезло быть широко разрекламиро-
ванными , и мало кто из неспециалистов вообще о них слышал. О них говорят как
о каких-то «рыбоящерах», а это название, естественно, куда менее любопытно,
чем «ужасный ящер», несмотря на то, что прилагательное «ужасный» соответству-
ет им в полной мере. Одни из них были близки к рыбообразным ихтиозаврам или
дельфинам, другие напоминали скорее крокодилов; некоторые выглядели как пяти-
десятифутовые белые акулы, а были и двухфутовые мозазаврики, лакомившиеся мо-
лодью аммонитов и прочими моллюсками. Они существовали добрых двадцать мил-
лионов лет и, судя по всему, все это время являлись доминирующими морскими
хищниками. Тем не менее, большинство читателей, встречая в книжке слово «мо-
зазавр», уверены, что это какой-то ужасно скучный вид динозавров, и тут же
выбрасывают их из головы.
Реконструкция Mosasaurus hoffmanni.
Есть странное обстоятельство, касающееся массового мел-третичного вымира-
ния. Хотя слово «обстоятельство» в данном контексте будет скорее уравнением с
несколькими неизвестными, в то время как мы имеем дело с целым комплексом
различных взаимосвязанных головоломок, относящихся к выжившим существам. В
морях погибли все аммониты и другие внутрираковинные моллюски, типа белемни-
тов (то есть, по сути, те же аммониты, только с раскрученной раковиной). А
вот наутилусы выжили, так же как выжили каракатицы, кальмары и осьминоги. Да-
же крокодилы, выглядящие просто вылитыми динозаврами, хотя в действительности
ими не являются, почти без видовых потерь перешли через КТ-границу. И разные
мелкие динозаврики, которых мы с вами называем птицами, тоже остались практи-
чески невредимыми. (Здесь мы обязательно должны рассказать одну историю. Ну,
хотя бы в двух словах. Еще совсем недавно предположение, что птицы - это жи-
вые ископаемые динозавры, было в новинку, оно считалось спорной, животрепещу-
щей темой. Однако ее сторонникам различными способами удалось убедить осталь-
ных в своей правоте. Тем не менее, новые данные окончательно опровергли эту
теорию, доказав, что большая часть современных птиц отделилась в эволюционном
смысле от динозавров задолго до мел-третичного вымирания. Так что никакие они
не живые реликты, все родичи которых погибли. Они просто заранее перестали
называться динозаврами.)
Наши мифы (и не в последнюю очередь «Парк юрского периода») наводят нас на
мысль, что динозавры не вымерли окончательно и бесповоротно. Они выжили. Каша
из полуправды и вымыслов побуждает нас верить, что где-то они существуют до
сих пор: в «Затерянном мире» на южноамериканском плато, на каких-то необитае-
мых островах, в глубинах Лох-Несса, на других планетах или хотя бы в мистиче-
ски сохранившемся ДНК во внутренностях застывшего в янтаре кровососущего на-
секомого . Увы, все это почти наверняка беспочвенные надежды. В частности,
«древние ДНК», якобы извлеченные из окаменевших в смоле насекомых, на самом
деле принадлежат современным организмам, а не доисторическим, если только
этой смоле не более ста тысяч лет.
Примечательно, что до сих пор никому не пришло в голову снять фильм о воз-
рождении дронта, моа, слонов-пигмеев или мозазавров. Подобной чести удостаи-
ваются лишь динозавры и... Гитлер. Как еще киношники не додумались объединить
оба мифа - кассовый успех был бы сногсшибательным.
Динозавры - это яркий эволюционный пример, который мы предпочитаем неосоз-
нанно игнорировать. А именно пример того, что почти все биологические виды,
когда-либо существовавшие на планете, - вымерли. Как только мы это уясним,
нам придется по-новому взглянуть на проблему сохранения видового разнообра-
зия. Насколько важно, что популяция пятнистых серых попугаев Тимни сократи-
лась до сотни особей? Или то, что на островах Тихого океана хищники, завезен-
ные туда людьми, уничтожили сотни видов древесных улиток? Последствия некото-
рых событий заставили виновных пожалеть о содеянном. Например, о заселении
озера Виктория нильскими окунями ради спортивного рыболовства, в результате
чего вымерли около двух сотен эндемичных видов цихлид - маленьких, но очень
интересных рыбок, а экосистема самого озера стала менее продуктивной. Все
(кроме, пожалуй, поставщиков идиотских «народных лекарств», их еще более дур-
ных потребителей или неотесанных варваров) вроде бы согласны, что потеря та-
ких великолепных существ, как киты, слоны, носороги, а также деревьев вроде
гингко или секвойи - это истинная трагедия. Однако при всем этом мы продолжа-
ем бездумно сокращать биоразнообразие Земли, безжалостно уничтожая множество
жуков и бактерий.
Большинство людей по-прежнему считают, что биологические виды делятся на
«полезные», «бесполезные» и «вредные». К последним, например, относят вирусы
оспы или комаров, без которых, безусловно, было бы куда лучше. И если только
вы не сторонник той крайней точки зрения, что абсолютно все живые существа
имеют одинаковые права на существование, вам придется выбирать, кому из них
следует сохраниться, а кому - исчезнуть. А если вы - сторонник, то у вас воз-
никнут проблемы при попытке соблюсти права гепардов и газелей, являющихся их
добычей. С другой стороны, если вы берете смелость судить, кого охранять, а
кого уничтожать, нельзя принимать подобные решения необдуманно, например,
объявить, что комары - плохие и надо их извести. Экосистемы - динамичны и
взаимосвязаны. Исчезновение где-нибудь одного из видов может повлечь неожи-
данные проблемы в совершенно другом месте. Прежде вам необходимо будет тща-
тельно проанализировать негативные последствия принимаемых вами мер точно так
же, как и того, что вы ожидаете получить в результате. Когда во всем мире ре-
шили уничтожить комаров, чтобы побороть малярию, самым предпочтительным спо-
собом казалось повсеместное распыление инсектицида ДДТ. Сначала все шло как
по маслу, но в среднесрочной перспективе выяснилось, что ДДТ уничтожает не
только вредных комаров, но и полезных насекомых, а также других существ. А
кроме того, появилось поколение комаров, устойчивых к воздействию этого веще-
ства, причем комары эти оказались еще хуже своих предков. Теперь ДДТ запре-
щен , но, к сожалению, некоторые пользуются им до сих пор.
В прошлом природа была нашим естественным окружением. Мы эволюционировали,
чтобы к ней приспособиться. Сейчас мы сами стали окружением для природы, при-
спосабливая ее под свои нужды. Нам еще предстоит научиться это делать, однако
воображаемый «золотой век», где новые дикари будут якобы жить в полной гармо-
нии с природой, - это вовсе не решение проблемы. Наверное, это прозвучит не
слишком политкорректно, но примитивные племена наносили окружающей среде та-
кой ущерб, который им позволяли их скромные технологии. Когда древние люди
перебирались из Сибири через Аляску в Южную Америку, они по пути всего за не-
сколько десятков тысяч лет извели десятки видов, в том числе гигантских ле-
нивцев и мастодонтов (древних слонов, немного напоминающих мамонтов).
Некоторые ученые не согласны с такой точкой зрения и утверждают, что у лю-
дей не хватило бы сил совершить подобное злодеяние. Чтобы проверить это, Джон
Элрой в 2001 году построил компьютерные модели, симулирующие последствия охо-
ты на 41 вид животных, обитавших в Северной Америке. Выяснилось, что их ис-
чезновение (особенно это касалось крупных животных) было фактически неизбеж-
ным. Даже неумелые охотники могли с ними расправиться. Компьютерная имитация
«предсказала» постфактум полное вымирание 32 видов из 41, добавив достоверно-
сти существующей теории. «Кто виноват?» - такой вопрос задал журнал «New
Scientist» и сам дал на него ответ: «Мистер Сапиенс и его большой топор».
Существуют и другие примеры экологических катастроф, спровоцированных «при-
митивными» племенами. Индейцы анасази, жившие на юге современных США., полно-
стью вырубили леса для того, чтобы соорудить себе хижины в горах, создав са-
мые засушливые в Соединенных Штатах пустыни. Маори убили всех моа. Но мы с
вами оказываем еще более разрушительное воздействие, к тому же нас несравнен-
но больше, а наши нынешние технологии лишь усиливают негативное влияние. По-
хоже, к тому времени, когда мы, наконец, сообразим, что же такое «окружающая
среда», ее уже не будет. Мы изменили облик планеты, как в малом, так и в
большом.
Чтобы жить в гармонии с природой, нам надо настроиться на одну с ней волну.
Для этого мы должны понимать природу. Одних добрых намерений тут недостаточ-
но . В этом понимании нам может помочь наука, главное - использовать ее с
умом.
Глава 39.
Отступники
Волшебники окончательно приуныли. Кое-кто даже отказался за ужином от
третьей добавки.
- В конце концов, не такие уж они были и продвинутые, - произнес Декан, пы-
таясь приободрить остальных. - Металлы не использовали. А их письменность,
скажем прямо, была всего лишь обычными пиктограммами.
- Почему же у нас никогда не случалось ничего подобного? - задал вопрос
Главный Философ, едва прикоснувшийся к своему десерту.
- Ну, отдельные примеры массовых вымираний все же существуют, - сказал Дум-
минг.
- Да, но только как следствие споров между волшебниками. Это далеко не одно
и то же. Вот чего я никак не ожидал, так это камней с неба.
- А то, что камни вообще окажутся у тебя над головой, ты ожидал? - хмыкнул
Чудакулли. - Нет, в правильной вселенной черепаха поймает большую их часть
еще до того, как они свалятся, а слоны покончат с остальными. Они уж как-
нибудь защитят свой мир. Как по мне, так всем, у кого есть хоть капля мозгов,
лучше убраться подальше с этой планетки.
- Некуда им уходить, - сказал Думминг.
- Чепуха! Есть довольно большая луна. И других шаров, летающих вокруг звез-
ды, пруд пруди.
- Они либо слишком горячи, либо - холодны, или там нет атмосферы, - возра-
зил Думминг.
- Люди быстро включили бы все это в индустрию развлечений. А кроме того...
Там ведь полно и других солнц, свет клином не сошелся.
- Они слишком далеко. Это займет... Ну-у, где-то несколько жизней.
- Оно конечно, но если ты вымираешь, это вообще навсегда.
- Им пришлось бы отправиться в путь, не имея информации, смогут ли они вы-
жить в новом мире, сэр, - вздохнул Думминг.
- Однако они бы покинули тот, где выжить нельзя совершенно точно, - спокой-
но ответил Чудакулли. - Во всяком случае, в отдаленной перспективе.
- Там уже возникли новые формы жизни, сэр. Как раз перед ужином я проверил.
- Скажи это тем ящерицам, - фыркнул Главный Философ.
- А есть ли среди новичков что-нибудь стоящее? - поинтересовался Чудакулли.
- Ну, они более... пушистые, сэр.
- И чем таким полезным они занимаются?
- В основном листья едят, - ответил Думминг. - Кстати, там теперь появилось
куда больше деревьев, похожих на деревья.
- Миллиарды лет эволюции - и вот у нас уже есть деревья, похожие на дере-
вья , - вздохнул Главный Философ.
- Нет-нет, это как раз шаг в верном направлении, - задумчиво произнес Чуда-
кулли .
- Да? И в каком именно?
- Из деревьев можно сделать бумагу.
Волшебники уставились в вездескоп.
- О! Снова-здорово, опять лед, - воскликнул Профессор Современного Руносло-
жения. - Действительно, здесь уже давненько не было настоящей зимы.
- Ты посмотри на эту вселенную, - сказал Декан. - Везде царит жуткий мороз,
за исключением крошечных раскаленных пятнышек. В конце концов, планета дела-
ет , что умеет.
- И все же мы многое вынесли из Проекта, - произнес Чудакулли. - Например,
то, что нам повезло жить в правильном мире.
Миновало еще несколько миллионов лет.
Декан, чуть не плача, бегал по берегу. Остальные поспешили к нему, чтобы
посмотреть, в чем дело.
Ринсвинд стоял по пояс в воде и, похоже, боролся с собакой средних разме-
ров.
- Так его! - кричал Декан. - Скручивай! Палкой его, палкой, если потребует-
ся!
- Что у вас тут за шум? - спросил Чудакулли.
- А ты только посмотри на них! - взревел Декан. - Отступники! Ренегаты! Мы
застукали их, когда они пытались вернуться в океан!
Чудакулли покосился на некое существо, жевавшее краба, лежа на мелководье.
- Вы опоздали, - сказал Аркканцлер. - У них уже перепонки отросли.
- В последнее время подобное происходит все чаще и чаще, - заорал Декан,
грозя пальцем животному, которое внимательно смотрело на него, в надежде, что
палец превратится в рыбу. - Что бы сказали твои предки, парень, если бы уви-
дели тебя, с позором возвращающегося в море из-за того, что жизнь на суше,
видите ли, не фунт изюму?
- Эээ... С возвращением? - предположил Ринсвинд, с трудом уворачиваясь от
щелкающих челюстей.
- Что, давно на мели? - со смехом предложил Главный Философ.
Животное неуверенно встало на лапы.
- Давай-давай, вперед, если тебе так уж это надо, - крикнул Декан. - Рыба,
рыба, рыба... В один прекрасный день ты сам ею станешь!
- Знаете, а вернуться в море - не так уж и глупо, - заметил Чудакулли, ко-
гда они возвращались с пляжа. - Как-никак берег - это граница, а на границах
всегда происходит что-нибудь любопытное. Вспомните тех ящериц, которых мы ви-
дели на островах. Их мир целиком состоял из границ.
- Да, но совсем отказаться от земли, чтобы просто плескаться в воде? Эволю-
цией я бы это не назвал.
- Но если ты выбрался на сушу, где тебе пришлось отрастить какие-никакие
мозги плюс немного хитрости и мускулов, чтобы чего-то добиться в жизни, то
вернувшись назад, в море, к безмозглым рыбам, которым вообще не нужно ни о
чем заботиться, ты там... надерешь им всем зад.
- А разве у рыб есть...
- Ладно, проехали. Я же в фигуральном смысле. Так, просто мысли вслух. -
Аркканцлер нахмурился, что было для него совсем нехарактерно. - Назад, в мо-
ре , значит, - сказал он. - Что ж, не нам их винить.
Глава 40.
Млекопитающие
на марше
Обычно люди считают, что после динозавров пришли млекопитающие. На самом
деле это не совсем так.
Сегодня млекопитающие стали для нас самым обычным классом животных на Зем-
ле . Когда мы говорим «животное», то чаще всего подразумеваем именно млекопи-
тающих : кошек, собак, слонов, коров, мышей, кроликов и так далее. Существует
примерно 4 тысячи видов млекопитающих, и они на удивление разнообразны по
внешности, размеру, а также поведению. Самый крупный из них - голубой кит,
живущий в океане; он похож на рыбу, хотя и не является ею, а весит около 136
тонн. Самые мелкие из млекопитающих - это разнообразные землеройки: они живут
в норах и весят примерно полунции (15 г) . Где-то посередине находятся люди,
которые, как ни парадоксально это звучит, специализируются на универсально-
сти. Мы считаем себя самыми разумными из млекопитающих. По крайней мере, ино-
гда.
Главная отличительная особенность млекопитающих в том, что матери выкармли-
вают детенышей своим молоком, производимым с помощью специальных желез. Почти
у всех млекопитающих имеются и другие характерные особенности: уши (а точнее,
три маленьких косточки в среднем ухе: молоточек, наковальня и стремечко, при-
нимающие колебания от барабанной перепонки); волосы (за исключением взрослых
китов); диафрагма, отделяющая сердце и легкие от остальных внутренних орга-
нов . Практически все млекопитающие - живородящие. Исключение составляют утко-
носы и ехидны, откладывающие яйца. Еще одним любопытным признаком является
то, что, в отличие от прочих позвоночных, эритроциты млекопитающих лишены
ядер. Все эти признаки свидетельствуют о том, что все млекопитающие имеют об-
щую эволюционную историю, за время которой они пережили много всего необычно-
го, в том числе отделение Австралии от Гондваны (южной части суперконтинента
Пангея) . Изучение ДНК млекопитающих подтверждает, что все мы, в общем и це-
лом, - одна большая семья.
С гибелью динозавров млекопитающие получили полный карт-бланш на дальнейшее
развитие. Освободившись от их тирании, млекопитающие обрели возможность за-
нять экологические ниши, ранее принадлежавшие динозаврам. Тогда как всего не-
сколько миллионов лет назад стали бы вместо этого легкой закуской последних.
Вероятно, современное разнообразие млекопитающих напрямую связано с внезапно-
стью, с которой они ворвались в животное царство, причем в тот момент, когда
выжить можно было практически кому угодно. Впрочем, не стоит полагать, что
млекопитающие появились только затем, чтобы заполнить возникшие после дино-
завров пустоты. И те и другие сосуществовали, по крайней мере, в течение 150
миллионов лет.
Гарри Джерисон как-то предположил, что еще до того, как динозавры стали до-
минирующей формой жизни, многие млекопитающие были уже приспособлены вести
дневной образ жизни, в связи с чем у них развивалось зрение. По мере того как
динозавры начали доставлять им все новые проблемы, млекопитающим пришлось
«уйти в подполье» - прятаться под землей в течение светлого времени суток. А
если ты ночное животное, то тебе требуется хороший слух. Вот эволюция и поза-
ботилась, чтобы снабдить млекопитающих великолепными ушами, в том числе и те-
ми самыми тремя косточками. Однако животные сохранили и остроту зрения. Так
что когда млекопитающие вновь вышли на дневной свет, в их распоряжении одно-
временно оказались и хороший слух, и хорошее зрение. Подобная комбинация дала
им существенное преимущество над большинством остальных конкурентов.
Млекопитающие произошли от рептилий триасового периода, известных как те-
рапсиды. В основном они были небольшими и шустрыми хищниками, хотя среди них
порой встречались и травоядные. По сравнению с остальными пресмыкающимися,
терапсиды не произвели бы на вас особенного впечатления, однако их скрытный
образ жизни постепенно привел к появлению отличительных особенностей. Так,
диафрагма позволяет дышать более эффективно, что особенно полезно при быстром
беге. Она же дает возможность детенышам одновременно и дышать, и сосать моло-
ко. Изменения обычно эволюционируют не по отдельности, а все в комплексе. Во-
лосы согревают, а чем ты теплее, тем быстрее можешь двигаться, и так далее.
Но из-за этого не так легко понять, когда именно звероподобные ящеры, пред-
ки терапсид, превратились в ящероподобных млекопитающих. Впрочем, как мы уже
замечали, у людей вечные проблемы с пониманием изменений. У эволюции не суще-
ствовало никакой особенной точки перелома, а был долгий и тернистый путь по-
степенных превращений1. Первые ископаемые останки, которые можно определенно
считать принадлежащими млекопитающему, имеют возраст 210 миллионов лет. Это
был так называемый морганукодон. Вообще говоря, это землеройка, вероятно вед-
шая ночной образ жизни и, наверное, насекомоядная, а также очень может быть,
что и яйцекладущая. Недоброжелатели Дарвина яростно возражали против предков-
приматов . Интересно, как бы они отреагировали на яйцекладущую насекомоядную
землеройку? Но если лично вы проблемы в этом не видите, то для вас есть хоро-
шая новость: те зверюшки были довольно смышлеными. Не то чтобы это была ка-
кая-то особо разумная землеройка по сравнению с рептилиями, из которых когда-
то эволюционировала. Правда, следует признать, что остальные терапсиды в це-
лом были тупы, как... К сожалению, мы не можем сказать, что они были тупы, как
полено, - деревьев тогда не было. Ну, скажем, тупы, как доисторический папо-
ротник. Но это было только сначала.
Морганукодон (реконструкция Morganucodon watsoni).
Ну, хорошо, если вы настаиваете... Определяющим словом тут будет «волосатый». Про-
блема заключается в том, что шерсть не образует окаменелостей. И как тогда быть?
Очень просто: если у вас однажды выросла шерсть, вы будете нуждаться в уходе за ней,
а если она к тому же растет по всему телу, вам потребуется очень гибкий позвоночник.
Насколько он гибкий, можно судить по очертанию позвонков, которые как раз и можно
увидеть в окаменелостях. (Да, временами ученые могут быть весьма изобретательными.)
Эволюция пересекла рубеж «волосатости» где-то 230 миллионов лет назад.
Откуда нам известно, что те первые землеройки были млекопитающими? Зубы!
Зубы чаще всего становятся окаменелостями. Именно поэтому для определения ви-
да давно умерших животных палеонтологи используют, прежде всего, зубы. От
многих видов всего-то и осталось, что зуб или два. К счастью, по ним довольно
много можно узнать о бывшем обладателе. Прежде всего, чем больше зуб, тем
больше животное: зуб современного слона имеет размер с целую мышь, то есть
кем бы ни было неизвестное животное, если у него такой зуб, оно явно больше
мыши. Если вам повезет найти челюсть целиком - еще лучше. Форма зубов поведа-
ет , чем питалось животное: жевательные зубы предназначены для перетирания
растений, заостренные - для мяса. Еще больше можно понять по расположению зу-
бов в челюсти. Морганукодон совершил настоящий прорыв в строении зубов: когда
он сжимал челюсти, его зубы сцеплялись, что позволяло замечательно ловко от-
кусывать кусочки мяса или разгрызать насекомых. Впрочем, за это ему (а впо-
следствии и нам с вами) пришлось дорого заплатить. У рептилий зубы растут по
мере надобности: как только старые выпадают, на их месте появляются новые. Мы
же на всю жизнь получаем только два набора: молочные у детей и настоящие у
взрослых. Если мы потеряем взрослый зуб, заменить его можно только искусст-
венным. А виноват в этом не кто иной, как морганукодон, которому очень хоте-
лось получить преимущество в виде плотно сцепляющихся зубов. Для этого при-
шлось поддерживать их взаимное соответствие, что было бы сложно сделать, если
бы зубы постоянно менялись. Вот так и вышло, что они остановились на двух
комплектах, и нам с вами приходится довольствоваться тем, что есть.
Из всего этого можно сделать несколько выводов. Имея всего два набора зу-
бов, морганукодон должен был изобрести способ выкармливания детенышей, отли-
чающийся от того, которым пользовались рептилии с их неограниченным запасом
зубов. Челюсть детеныша не может вместить полный комплект зубов взрослой зем-
леройки, а если зубы вырастают лишь дважды за всю жизнь, ты не можешь позво-
лить себе роскошь поменять их, когда твоя челюсть увеличится в размерах. Са-
мое простое решение - это совершенно беззубые новорожденные. Но чем же их в
таком случае кормить? Очевидно, чем-то питательным и легкоусвояемым вроде мо-
лока. Поэтому, скорее всего, морганукодоны сначала научились производить мо-
локо, и лишь затем получили свои зубы. По этой самой причине их и можно с
полным на то основанием назвать млекопитающими.
Удивительно, сколько всего можно узнать по нескольким зубам.
По мере развития и диверсификации видов млекопитающие эволюционировали в
два основных типа: плацентарные (когда мать вынашивает детеныша в матке) и
сумчатые (донашивающие детенышей в «сумке»). Сумчатые, которые немедленно
промелькнут у вас перед глазами, наверняка будут кенгуру. Наверное, потому,
что они умеют замечательно быстро и ловко прыгать. Вот пример из книги «По-
следний континент»:
«- А как на кенгурином будет: «У меня для тебя есть задание чрезвычайной
важности»? - вкрадчиво-невинно поинтересовался Ринсвинд.
- Кстати, хорошо, что спросил...
Сандалии почти не шелохнулись. Ринсвинд вылетел из них, будто стартующая
ракета из поддерживающих опор, и приземлился на уже бегущие в воздухе ноги.
Некоторое время спустя зверь догнал его. Кенгуру передвигался легкими длин-
ными прыжками.
- Почему ты убегаешь? Ты ведь даже не дослушал.
- У меня длительный опыт пребывания в собственной шкуре, - огрызнулся Рин-
свинд. - Я ЗНАЮ, что будет дальше. Меня опять втянут в историю, которая меня
не касается. А ты просто-напросто галлюцинация, вызванная сытной едой на пус-
той желудок, так что даже не пытайся остановить меня!
- Остановить тебя? - удивился кенгуру. - А на фига? Ты движешься как раз в
нужном направлении».
В одной Австралии живут свыше сотни видов сумчатых, точнее, большая часть
местных млекопитающих - сумчатые. Еще семьдесят или около того - на Тасмании,
Новой Гвинее, Тиморе, Сулавеси и многочисленных маленьких островках. Прочие
(опоссумы и мелкие, похожие на крыс существа) обитают главным образом в Южной
Америке, вплоть до Центральной, хотя один из видов опоссумов добрался до Ка-
нады .
Выглядит все так, словно плацентарные млекопитающие в целом взяли верх над
сумчатыми. Однако разница между ними не так уж и велика, поэтому в отсутствие
плацентарных млекопитающих сумчатые вполне преуспевают. Есть даже некоторое
сходство между теми и другими. Хорошим примером являются коалы, никакого от-
ношения к медведям не имеющие, а выглядящие как прехорошенькие медвежата.
Вообще большинство сумчатых кажутся параллельными версиями плацентарных.
Самым любопытным случаем является тилацин, более известный как тасманийский
тигр или тасманийский волк, который действительно немного похож на волка,
только с полосками на спине и хвосте. Тилацин был официально объявлен вымер-
шим еще в 1936 году, однако время от времени поступают сообщения о том, что
его видели. Его среда обитания остается нетронутой, поэтому будет совсем не
удивительно, если тилацин все-таки вернется. Чарли Бисли, рейнджер Националь-
ного парка Тасмании, докладывал в 1995 году, что в течение целых двух минут
наблюдал за тасманийским волком. В 1993-м его вроде бы видели на Саншайн-Кост
в штате Квинсленд. Если это действительно так, то, скорее всего, очевидцы по-
встречали потомков зверей, когда-то убежавших из зоопарков.
Откуда же такая концентрация сумчатых в Австралии? Согласно палеонтологиче-
ским данным, родина сумчатых - Америка, причем, скорее всего, Северная, но
тут есть кое-какие сомнения. Плацентарные же животные появились на территории
современной Азии, которая в ту пору была соединена с другими континентами,
поэтому плацентарные распространились в Европе и Америке. Еще до того, как те
перебрались в Америку, сумчатые успели мигрировать в Австралию через Антарк-
тиду, которая тогда еще не была ледяной пустыней. Австралия уже отделилась от
Южной Америки, хотя ушла и недалеко, как и Антарктида, так что, скорее всего,
миграция происходила от острова к острову или по косам, которые периодически
поднимались со дна океана. 65 миллионов лет назад (забавно, что этот срок
точно совпадает со временем вымирания динозавров, хотя в данном случае это
вряд ли имеет особое значение) Австралия уже была далеко от остальных конти-
нентов, в том числе и от Антарктиды, поэтому эволюция там пошла своим собст-
венным путем.
При отсутствии серьезной конкуренции сумчатые млекопитающие и крупные ново-
зеландские нелетающие птицы процветали. А вот в остальных частях света, как,
например, в Америке, млекопитающие извели сумчатых почти под корень.
До последнего времени считалось, что плацентарные в Австралии никогда не
жили, за исключением довольно поздней, около 10 миллионов лет назад, миграции
грызунов и летучих мышей из Южной Азии. Добавим сюда еще завезенных человеком
животных вроде собак и кроликов. Однако эта теория была опровергнута, когда
Майкл Арчер отыскал единственный окаменевший зуб в местности под названием
Тингамарра. Зуб принадлежал плацентарному животному и имел возраст 55 миллио-
нов лет. По форме зуба можно было заключить, что млекопитающее было копытным.
Много ли плацентарных перебралось вместе с сумчатыми в Австралию? А может
быть, их было совсем мало? В любом случае, почему они вымерли, тогда как сум-
чатые остались? Это никому не известно.
Судя по передним лапам, первые сумчатые, скорее всего, жили на деревьях, а
первые плацентарные - на земле, преимущественно в норах. Именно это разделе-
ние среды обитания позволило им сосуществовать длительное время. Исчезновению
сумчатых в Америке изрядно поспособствовали люди, обнаружившие, что убивать
их легко.
В самой Австралии 40-50 тысяч лет назад неожиданно вымерли гениорнисы - са-
мые настоящие тяжеловесы среди всех когда-либо существовавших птиц, а также
сумчатый аналог льва. Ответственность, по-видимому, тоже лежит на людях, хотя
из-за невозможности точной датировки многие протестуют против подобных инси-
нуаций. Как мы подозреваем, это связано с верой в то, что первобытные люди
жили в полной гармонии с природой. В 2001 году Линда Айлиф и Ричард Роберте
использовали сразу два метода точной датировки окаменелостей 45 вымерших ви-
дов, найденных в 28 различных местах. В итоге они выяснили, что все 45 видов
вымерли ровно 46 тысяч лет назад, то есть сразу после прибытия в Австралию
первых людей, нынешних аборигенов.
Те, кто добрался позднее, оказались ничем не лучше первых. Европейцы, на-
чавшие заселять Австралию в 1815 году, едва не уничтожили множество видов
сумчатых1.
Эволюционная история плацентарных млекопитающих во многом спорна, а детали
малоизученны. Ранние ветви ее эволюционного древа представлены ленивцами, му-
равьедами и броненосцами, то есть теми животными, которые выглядят достаточно
«примитивно». Хотя никакой логической причины для этого нет, поскольку совре-
менные ленивцы, муравьеды и броненосцы развиты так же, как и остальные, кто
выживал в тот же самый период.
Млекопитающие «встали на ноги» во время раннего третичного периода, 66-57
миллионов лет назад. Климат в то время был умеренный, а на обоих полюсах рос-
ли лиственные леса. Похоже, что «нечто», убившее динозавров, изменило и кли-
мат планеты, он стал более дождливым, причем количество осадков распределя-
лось равномерно в течение года, а не выливалось разом в сезон дождей. Тропи-
ческие леса покрывали большую часть планеты, и обитали там, в основном, мел-
кие древесные млекопитающие. Ни крупных плотоядных, ни крупных травоядных... Не
было ни леопардов, ни оленей, ни слонов. Млекопитающим потребовалось несколь-
ко миллионов лет, чтобы развить более крупные тела. Вероятно, леса тогда были
погуще, чем при динозаврах, поскольку никто их не вытаптывал. Если все об-
стояло так, то становится понятным, почему не появлялись крупные животные: им
было бы сложно передвигаться по густым зарослям.
Но когда развитие различных видов млекопитающих все-таки стартовало, это
стало форменным взрывом. Тигроподобные животные, бегемотообразные и даже ги-
гантские куньи. Хотя по современным стандартам все они были несколько неуклю-
жими и громоздкими, ничего общего с изящными, тонконогими существами вроде
газелей, появившимися позднее.
32 миллиона лет назад Антарктика покрылась ледяной шапкой. Мир начал стре-
мительно охлаждаться. Эволюция млекопитающих притормозила, и изменения, про-
изошедшие за тот период, были совсем незначительными. Медведесобаки и жирафо-
носороги2, свиньи размером с корову, ламы, верблюды, грациозные олени и даже
кролики с копытами3.
23 миллиона лет назад вновь потеплело. Антарктика отделилась от Южной Аме-
рики, что сильно изменило океанские течения: теперь холодная вода непрерывно
омывала континент. Уровень моря понизился, поскольку большие массы воды пре-
вратились на полюсах в лед. После увеличения суши и уменьшения площади Миро-
1 Да и заселяя Северную Америку, они постарались извести кое-какие виды, например,
бизонов (вид сохранился только потому, что один индеец прятал от белых несколько
особей) и странствующего голубя (вид исчез) , который до XIX века являлся одной из
самых распространённых птиц на Земле, общее количество которых оценивалось в 3—5
млрд. особей. - Прим. Ред.
2 Амфициониды и индрикотерии (Прим. пер. ).
3 Скорее всего, имеется в виду Hemihegetotherium trilobus из отряда нотоунгулят
(Прим. пер. ) .
вого океана климат стал более резким, так как температура на суше меняется
быстрее, чем в океане. С падением уровня моря обнажились перешейки между кон-
тинентами, и ранее изолированные экосистемы начали смешиваться. Как раз в это
время эволюция некоторых млекопитающих и сделала неожиданный вираж, развер-
нувшись на 180°: они вернулись в моря.
Вначале сухопутные животные вышли из моря, пусть даже отдельные несозна-
тельные волшебники с самыми благими намерениями пытались этому воспрепятство-
вать . И вот теперь некоторые млекопитающие решили, что в море им будет лучше.
Волшебники посчитали эту тактику пораженчеством, трусостью и стремлением вер-
нуться в укрытие. Даже для нас это выглядит как шах1 назад и своего рода эво-
люционный регресс. Действительно, если выход на сушу был столь революционным,
зачем же возвращаться? Однако эволюционные игры проходят на постоянно меняю-
щемся поле: океаны были уже не те, что прежде, - в частности, изменилась по-
тенциальная кормовая база. Именно к среднему эоцену относятся самые древние
окаменелости китов, например шестидесятифутового (20 м) базилозавра, у кото-
рого имелась пара крошечных лапок у основания длинного хвоста. А еще мы нахо-
дим его предков, которые и впрямь выглядят совсем как небольшие собачки.
Средиземное море оказалось перегороженным, Африка соединилась с Европой, и
африканские животные перебрались туда, в том числе слоны и приматы. Эволюцио-
нировали лошади и настоящие кошки (например, знаменитые саблезубые тигры).
Пять миллионов лет назад уже вполне можно было распознать большую часть со-
временных нам млекопитающих. Климат, кстати, тоже был похож на нынешний.
Наконец пришел черед эволюционировать и людям.
Не считайте, однако, что все было приготовлено специально для нас. Просто
наши древние предки наконец могли воспользоваться преимуществами нового мира.
Они и воспользовались.
Если составить карту изменений ДНК, можно проследить родословную всех со-
временных млекопитающих, как, впрочем, и других живых существ. Скорость, с
которой мутирует ДНК, включая случайные ошибки в генетическом коде, можно
сравнить с «молекулярными часами», которые пригодны для датировки того или
иного события. Сразу же после открытия этот способ восприняли как бесспорно
могущий точно ответить на сложный вопрос о связи между предками определенных
животных. Однако теперь стало ясно, что одной точностью тут не обойдешься.
Несмотря на то что сами результаты точны, главной проблемой остается их ин-
терпретация , которая вполне может оказаться противоречивой. Ну, например. С.
Блэр Хеджес и Судхир Кумар применили метод «молекулярных часов» к 658 генам
207 видов современных позвоночных: носорогов, слонов, кроликов и так далее.
Результаты продемонстрировали, что многие из них существуют уже, по крайней
мере, 100 миллионов лет, то есть застали динозавров, хотя, без сомнения,
предками слонов и носорогов были существа куда меньших размеров. Палеонтоло-
гические данные подтверждают наличие в ту эпоху млекопитающих, но отнюдь не
таких. Молекулярные биологи утверждают, что палеонтологи ошибаются; палеонто-
логи же уверены, что «молекулярные часы» иногда спешат, а иногда - отстают.
Споры пока продолжаются, но лично мы ставим на палеонтологов.
Одним из самых больших сюрпризов ДНК млекопитающих стала ее длина. Наверня-
ка вы думали, что раз такое животное, как млекопитающее, «ужасно сложно уст-
роено», то и его ДНК должна быть длиннее. Подобно тому, как схема сборки ре-
активного самолета будет не в пример сложнее схемы воздушного змея.
В данном случае это не так. ДНК млекопитающих короче, чем у многих других
животных, куда проще устроенных - например, тех же лягушек или тритонов.
У этого парадокса есть веская причина, кроющаяся в различии между ДНК и
схемой сборки. ДНК скорее напоминает рецепт из кулинарной книги, по умолчанию
предполагающий, что у вас есть определенное оборудование и специальные инст-
рукции вам просто не нужны. Например, на «кухне» по созданию млекопитающих
уже имеется отлично настроенная «духовка», способная обеспечить постоянный
нагрев, поэтому множество хитростей, касающихся колебания температуры, просто
не упоминаются1. В случае «приготовления» лягушек все куда сложнее: темпера-
тура меняется в зависимости от времени суток и погоды, и все это надо учесть
в «рецепте», который таким образом удлиняется. Под «кухней» мы в данном слу-
чае имеем в виду условия созревания эмбриона. У лягушки - это целый пруд, а у
млекопитающего - только мама.
Млекопитающие, в отличие от рептилий, научились отлично контролировать тем-
пературу. И дело здесь не только в том, что они - теплокровные. Главное, не
насколько ты сам теплый, а насколько умеешь регулировать свою температуру.
Лягушачья ДНК полна генов, ответственных за производство множества различных
энзимов и инструкций по их применению: «Если температура опустилась ниже 6
°С, используй энзим А. Если температура между 7 °С и 11 °С - энзим В, а если
от 12 °С до 15 °С - энзим С...». В то время как ДНК млекопитающих говорит всего
лишь: «Воспользуйся энзимом X», зная, что контроль за температурой возьмет на
себя организм матери. Лягушачья ДНК - это ракета, а ДНК млекопитающих - кос-
мический лифт.
Почему так произошло? Возможно, когда развивались самые первые млекопитаю-
щие, их ДНК все еще требовались дополнительные инструкции, но после обретения
контроля за температурой тела многие участки ДНК оказались избыточными и либо
исчезли, либо им было найдено иное применение. С другой стороны, мы и понятия
не имеем, как выглядела ДНК первых млекопитающих. Может быть, она была еще
короче, а может быть, ДНК современных лягушек и тритонов оказалась длиннее,
чем их древних предков. Впрочем, вероятнее всего, млекопитающие просто-
напросто избавились от излишних инструкций.
Современная технология использует тот же маневр. Поскольку сегодня станки,
производящие потребительские товары, замечательно точны и надежны, то и вещи
становятся много проще, чем раньше. Банка для лимонада - это всего лишь свер-
нутый в цилиндр кусок алюминия с прикрепленным сверху плоским кружочком, слу-
жащим крышкой, снабженной тонким швом для отрыва язычка, к которому приделано
колечко (ну, или как в современных банках - рычажок). Сравните все это с бу-
тылкой: два куска расплавленного стекла, которые надо припаять друг к другу,
металлическая крышка и пробка. За простоту банки потребовалось заплатить по-
вышением точности формовки.
Некоторые ученые настаивают, что ДНК определяет абсолютно все строение ор-
ганизма, несмотря на то, что это нигде и никак не проявляется. Они утвержда-
ют, что способ температурного контроля матери хранится в ее собственном «ре-
цепте» ДНК. Что ж, может, и так, однако и в этом случае ДНК одного организма
каким-то образом передалась другому (матери, а не ее потомству) . Если в реа-
лизации генетической программы требуется участие двух поколений, возникает
«прореха», в которую может упасть все что угодно, даже то, что никакого отно-
шения к генетике не имеет. Выше мы уже упоминали несколько таких случаев, в
том числе и о роли прионов в размножении дрожжей.
В нашей животной натуре может корениться один из самых причудливых совре-
менных мифов. А именно миф о похищении людей инопланетянами. По словам уфоло-
гов, каждый двадцатый американец утверждает, что пережил подобный опыт (нет,
что, правда?) . Если это так, то статистика весьма примечательным и нелестным
образом характеризует либо способности этой великой нации к критическому мыш-
лению , либо странные привычки неведомых инопланетных рас.
Вообще-то цифра была притянута за уши. Она взята из опроса 1994 года, про-
Во множестве кулинарных книг вы можете прочитать: «Вскипятите воду», но ни одна
из них не указывает, на какую высоту над уровнем моря надо поднять чайник. А между
тем это имеет значение: чем выше поднимешься, тем ниже температура кипения воды.
веденного Центром Роупера. В нем говорилось, что только один американец из
пятидесяти испытал подобное. Но как отметил в своей книге «Наглая ложь и ста-
тистика» Джоэль Бест, количество людей, утверждавших, что они были похищены
инопланетянами, в 2001 году равнялось нулю. Те, кто проводил опрос, опасаясь,
что прямой вопрос смутит респондентов, использовали наводящие вопросы, в ко-
торых описывались пять типичных признаков похищения. Тот, кто показывал дос-
таточно высокий результат, условно признавался похищенным.
Вопросы звучали примерно так: «Случалось ли вам, просыпаясь, чувствовать
себя неспособным пошевелиться и ощущать присутствие кого-то чужого поблизо-
сти?»1. Подобное типичное ощущение сонного паралича является самым рациональ-
ным объяснением похищений. Сейчас мы вам его коротко опишем. Кстати, на самом
деле опрос Роупера был посвящен сонному параличу. Это исследователи считали,
что проводят опрос, посвященный похищениям инопланетянами. Их респонденты
оказались более рассудительными.
Впрочем, как ни крути, а множество людей совершенно убеждены, что странные
пришельцы, как правило, имеющие большие черные глаза и грушевидную голову,
вроде показанных в фильме «Близкие контакты третьей степени», приземлялись
рядом с ними, утаскивали их на борт и носились с ними по Солнечной системе,
подвергая всевозможным экспериментам, чаще всего сексуального характера. По-
сле чего их возвращали в точности туда, откуда забирали, чтобы все выглядело
так, как будто ничего не произошло.
Для начала стоит сказать, что все это, безусловно, абсолютная ложь. Однажды
Йен вел радиопередачу, куда была приглашена женщина, пережившая довольно
правдоподобный опыт похищения инопланетянами. С одной лишь разницей: она зна-
ла, что на самом деле никто ее не похищал, члены ее семьи сказали ей, что все
это время она спала в кресле у камина. Наш Джек тоже раз встречал женщину,
утверждавшую, что инопланетяне не только похитили ее саму, но и забрали ее
ребенка. Он задал ей вопрос, который никому до тех пор не пришло в голову за-
дать , включая саму пострадавшую:
- А вы действительно были беременны? - спросил он.
- Нет.
Дело в том, что для жертвы ее опыт ощущался как совершенно реальный. Не-
смотря на то, что произошедшее противоречило логике, она не прислушивалась к
ней. А если даже прислушивалась, воспоминания от этого никуда не девались.
Отсюда можно сделать вывод, что иногда человеческий мозг «помнит» о том,
чего никогда не случалось в реальности. Ради справедливости, мы должны заме-
тить : нельзя полностью исключить существование инопланетян только на том ос-
новании, что некоторые похищения оказываются выдумкой. Тем не менее, если
найти разумный механизм, с помощью которого можно объяснить, почему люди ве-
рят, что были похищены НЛО, то проблема доказательства резко облегчается, а
кроме того, потребуются более серьезные аргументы, нежели искренняя вера в
случившееся.
Вообще, рассказы о похищении инопланетянами не новы. Правда, в Средние века
это были полеты с ведьмами на помеле или встречи со сказочными созданиями
вроде суккубов - демонов в женском обличье, якобы занимавшихся сексом со спя-
щими мужчинами. Ведьмы Плоского мира используют только метлы для полетов, что
до секса, он их не слишком интересует, за исключением нянюшки Ягг, естествен-
но.
Сказки о суккубах и им подобных существах распространены во всем мире. На
Ньюфаундленде люди рассказывают о древней ведьме, которая усаживается ночью
тебе на грудь; во Вьетнаме - о «серых призраках». Похоже, это довольно рас-
пространенный архетип, накладывающийся на культурные особенности. Вот почему
1 Ну, после крутой пьянки такое бывает. - Прим. Ред.
полеты с ведьмами на помеле вышли из моды и были замещены инопланетянами,
рассекающими на НЛО.
Сьюзен Блэкмор полагает, что причиной всех подобных опытов был и остается
сонный паралич. Это особенность, которая не позволяет спящим людям шевелить
руками и ногами во время переживаемых во сне действий. Такой «ментальный пе-
реключатель» чрезвычайно важен для всех животных, видящих сны: вам же не хо-
чется выйти во сне из норы и угодить прямо в пасть к хищнику? Множество мле-
копитающих видят сны. Мы все замечали, как спящий кот или собака подергивают
лапами. Энцефалограммы спящих животных показывают, что активность их мозга
очень напоминает активность мозга спящих людей. Мы не знаем, снятся ли кошкам
визуальные сны, подобные нашим, но так как сон и сновидения связаны с прими-
тивными участками мозга, можно заключить, что их корни уходят глубоко в исто-
рию эволюции. В любом случае, если функция сонного паралича работает со сбоя-
ми, то люди могут частично бодрствовать, одновременно находясь в подобном со-
стоянии. Эксперименты показывают, что в подобном случае они испытывают силь-
ное ощущение, что рядом кто-то есть.
Это свойство человеческого мозга могло сформироваться вскоре после падения
метеорита, когда тогдашние ночные млекопитающие вдруг проснулись в мире без
динозавров. Их зрение и слух, действовавшие до того порознь, поскольку разви-
лись в разные периоды и в различных обстоятельствах, отныне должны были дей-
ствовать в связке. Когда их уши слышали что-то непривычное, в работу тут же
включалось зрение, создавая впечатление, что они видят то, что производит
звуки. Мы унаследовали эту склонность, хотя привыкли интерпретировать все в
терминах текущей культуры. Несколько веков назад это были домовые, ведьмы или
даже драконы, а сегодня - инопланетяне с большими черными глазами. Секс тоже
прекрасно вписывается в эту картину: эротические сны - довольно распростра-
ненный феномен.
Ах да, еще одно! Мы же все смотрели «Близкие контакты» и абсолютно точно
знаем, как должны выглядеть инопланетяне. Точно так же, как раньше точно зна-
ли, что ведьмы носились по небу на метлах. Наша зрительная система прекрасно
знает, какие очертания придать чему-либо увиденному, особенно когда нас посе-
щает странное ощущение, что за нами кто-то охотится. И летающие тарелки нам
тоже прекрасно известны, поскольку эти сплошь покрытые заклепками штуковины
были в большой моде в галактических кругах 50-х годов.
Встречи с привидениями прекрасно объясняются тем же манером. Вы читаете
книжки, из которых узнаете, как именно должны выглядеть привидения (или смот-
рите кино «Охотники за привидениями», снятое по роману Стивена Кинга). Потом
ночью вы отправляетесь в «дом с привидениями». Вы все время размышляете о
призраках, о всаднике без головы и прозрачных дамах Елизаветинской эпохи,
проходивших сквозь стены... И тут вас начинает клонить в сон, поскольку как-
никак уже два ночи, а вы до сих пор на ногах... Механизм сонного паралича сбо-
ит... О ужас, ужас, ужас!
Глава 41.
Не играй
в бога!
Во время чаепития Аркканцлер был необычно тих.
В конце он спросил:
- Тупс, а нельзя ли остановить Проект?
- Эээ... Вы уверены, сэр?
- Ну, чего, собственно, мы добились? Я имею в виду по большому счету? Зна-
ешь, я прежде думал, что всего-то и нужно будет запустить мир, и дело в шля-
пе: быстрее, чем ты произнесешь слово «создание», там появятся какие-нибудь
тварюшки, бодро встанут на ноги, возьмут все в свои руки, оценят окружающее с
некоторой долей разума и в благоговейном страхе перед небесами произнесут...
- ...Эта штука становится все больше и больше. Как бы она нас не того, не за-
цепила , - сказал Ринсвинд.
- Ринсвинд, твоя реплика настолько же цинична, насколько точна.
- Прощу прощения, Аркканцлер.
Думминг пожевал губами, обдумывая проблему.
- Пожалуй, мы могли бы начать отключение Проекта. За последнюю неделю чаро-
вый реактор уменьшил выдачу энергии. Топливо почти израсходовано.
- Правда?
- Чаровое поле на площадке для сквоша по-прежнему чрезмерно сильно, сэр, и
любой, кто зайдет туда, чтобы отключить реактор, подвергнет себя воздействию
некоторого количества...
Раздался звук быстро-быстро вращающегося предмета. Волшебники взглянули на
кресло Ринсвинда, свалившееся, наконец, на каменный пол. Того, кто секунду
назад там сидел, уже и след простыл. Откуда-то издалека донесся стук захлоп-
нувшейся двери.
Декан крякнул.
- Что это с ним? - спросил он.
- Предлагаю дать Проекту еще один день. По нашим меркам, конечно, - объявил
Чудакулли. - Я искренне надеялся, что нам удалось создать мир, господа, но
теперь мне стало совершенно ясно, что жизнь в той вселенной вынуждена приспо-
сабливаться к выживанию на... На каком-то идиотском ледяном шаре. Лед и пламя,
пламя и лед... Круглые миры ущербны по самой своей сути, джентльмены. Даже если
в нас и был скрытый талант к божественному, он оказался зарыт чертовски глу-
боко .
- Вот и омниане говорят: «Не играйте в богов. Они всегда выигрывают», -
произнес Главный Философ.
- Умно, - похвалил Чудакулли. - Итак, ждем еще один день, господа? А потом,
наконец, займемся чем-нибудь более дельным.
Красное солнце быстро вставало над выжженной степью. Обезьяны сбились в пе-
щере, которая лишь немногим отличалась от каменного навеса, и смотрели на
черный прямоугольник, нависший над ними.
Декан постучал по доске указкой:
- А ну-ка, ребята, соберитесь! Что-то вы сегодня совсем рассеянные! - Он
повернулся к доске и вывел на ней мелом: - К... А... М... Н... И... Что у нас получи-
лось? КАМ-НИ. Ну, кто нам скажет, для чего они нужны? Никто? Совсем-совсем
никто? Эй, чем это ты занимаешься? А ну, прекрати немедленно!
Он попытался ударить обезьяну своей виртуальной указкой, после чего с от-
вращением отбросил ее. Та исчезла.
- Вот ведь бесстыжие поросята! - пробормотал Декан.
- Чего-нибудь добился? - спросил Чудакулли, возникая рядом.
- Нет, Аркканцер. Я пытался объяснить им, что в их распоряжении осталось
всего несколько миллионов лет, но это не так уж легко сделать с помощью языка
жестов. Единственное слово, которое они пока усвоили, это СЕКС. Тут уж они
времени даром не теряют, о нет! И из-за этого я вынужден был пропустить зав-
трак?
- Ладно, не бери в голову. Давай посмотрим, добился ли чего Главный Фило-
соф.
- Они какая-то подделка под людей, вот что я тебе скажу...
И волшебники растворились в воздухе.
Одна из обезьян постучала по доске, а потом внимательно наблюдала, как та
постепенно исчезает, по мере того как ГЕКС активировал заклинание.
У обезьян пока не сформировалась определенная идея, что именно происходит,
однако летящая в воздухе палка произвела впечатление. Ее исчезновение не
обеспокоило приматов. Они уже давно привыкли к тому, что вещи частенько исче-
зают. К примеру, члены клана исчезали каждую ночь под звуки рычания, доносив-
шегося из мрака.
«А вот с палкой можно кое-чего добиться... - думал обезьян. - Будем надеять-
ся, в итоге наметится секс...».
Он пошарил в куче обломков и вытащил не палку, а высохшую бедренную кость.
Что ж, по форме - почти то же самое.
Обезьян несколько раз стукнул ею по земле. Ничего не произошло. С неудо-
вольствием заключив, что к спариванию это не приведет, он подкинул кость в
воздух.
Она взлетела, перевернулась несколько раз и упала обратно, стукнув обезьяна
по голове. Тот потерял сознание.
Главный Философ обнаружился сидящим под виртутамошним пляжным зонтиком.
Волшебник выглядел таким же расстроенным, как и Декан. Стая обезьян плеска-
лась на мелководье.
- Они куда хуже ящериц, - вздохнул Главный Философ. - У тех, по крайней ме-
ре, был стиль. А эти... Стоит им найти что-нибудь, они тут же пробуют находку
на зуб. И какой во всем этом смысл?
- Полагаю, так они выясняют, съедобно найденное или нет, - объяснил Чуда-
кулли.
- А по-моему, просто дурью маются, - отрезал Главный Философ. - О нет!
Опять!
Раздался хриплый визг, племя стремглав выскочило из воды и скрылось в при-
брежных мангровых зарослях. В волнах темная тень мелькнула и ушла на глубину,
сопровождаемая хором обезьяньих воплей и градом летящих плодов.
- Ах, да. Еще они любят кидаться всякой дрянью, - сказал Главный Философ.
- Моя бабуля всегда утверждала, что дары моря полезны для мозга, - произнес
Чудакулли.
- Что ж, значит, они ими не злоупотребляли. Все, на что они способны, - это
вопить, кидаться чем попало и неприлично тыкать пальцами во все встречное. Ну
почему, почему мы не обнаружили тех ящериц раньше? Вот они-то имели опреде-
ленный шик...
- Нам все равно не удалось бы остановить тот снежок, - напомнил ему Чуда-
кулли .
- Да, вы были совершенно правы, Аркканцлер. Все бессмысленно.
Трое волшебников с тоской посмотрели на море. Неподалеку от берега играли
дельфины.
- По-моему, нам пора пить кофе, - прервал затянувшееся молчание Декан.
- Отличная мысль, старина.
В это самое время Ринсвинд бродил по пляжу соседней бухты и разглядывал
утесы. В Плоском мире тоже случалось всякое, в результате чего окружающие
гибли как мухи, но это было как-то... Логично, что ли? Наводнения, пожары и ге-
рои, куда ж без них. Нет ничего полезнее героя для тех, кто излишне распло-
дился. Не говоря уже о том, что всегда требовалась работа мысли.
Утесы состояли из рядов горизонтальных слоев. Каждый из них в древности был
поверхностью планеты, по которой тогда ходил сам Ринсвинд. Во многих слоях
виднелись кости животных, превратившиеся в камень в результате процесса, ко-
торого Ринсвинд не понимал и потому ему не доверял. Жизнь этого мира каким-то
образом зародилась из камней и в них же уходила. Там имелись целые пласты,
целиком состоящие из бывшей жизни: миллионы и миллионы лет, заключенные в
крошечные скелетики. Встретившись с подобным чудом природы, остро хотелось
впасть в благоговение перед такой бездной времени или найти кого-нибудь, что-
бы подать жалобу.
Из самой серединки утеса выпало несколько камней. Из отверстия неуверенно
высунулась пара ножек, а затем наружу выполз Сундук. Он скатился по куче об-
ломков к подножию утеса и приземлился точно на крышку.
Некоторое время Ринсвинд наблюдал за его попытками перевернуться, потом со
вздохом подтолкнул. По крайней мере, кое-что не меняется никогда.
Глава 42.
С муравейником
внутри
Вы, конечно, уже знаете, что происходит с обезьянами: они собираются пре-
вратиться в нас. А догадались, зачем мы отправили их играть на мелководье?
Думаете, просто потому, что там весело? Ну, и это, конечно, тоже. Однако
главным образом потому, что именно морское побережье занимает центральное ме-
сто в одной из главных теорий, объясняющих появление у наших предков-приматов
большого мозга. Другая теория, скажем так, более традиционная, ключевую роль
в эволюции мозга отводит африканским саваннам, а мы точно знаем, что наши
предки там жили, поскольку нашли там их окаменелости. Морское побережье, к
сожалению, не слишком подходит для хранения окаменелостей. Да, окаменелости
часто там обнаруживаются, но только потому, что оставлены они были в те вре-
мена, когда никакого моря поблизости не наблюдалось. Заслуга моря лишь в том,
что оно размывает горные породы, обнажая ископаемые кости. В отсутствие пря-
мых доказательств теория о приматах, плескавшихся в полосе прибоя, отходит на
второй план, хотя она прекрасно объясняет развитие нашего мозга, в то время
как теория саванн обходит этот вопрос.
Нашими ближайшими родственниками являются два вида шимпанзе: во-первых,
знакомый всем по зоопаркам крикливый шимпанзе обыкновенный, Pan troglodytes;
во-вторых, его более мелкий кузен бонобо, или карликовый шимпанзе Pan
paniscus. Бонобо живут в труднодоступных областях Заира и стали считаться от-
дельным видом лишь в 1929 году. К разгадке эволюции приматов можно подойти
путем сравнения их ДНК. Человеческая ДНК отличается от ДНК этих видов шимпан-
зе всего лишь на 1,6 %, то есть на 98,4 % у нас общие гены. (Интересно было
бы послушать, что сказали бы на это люди Викторианской эпохи...) Различие ДНК у
самих этих видов шимпанзе - 0,7 %. ДНК гориллы отличаются от человеческого и
шимпанзе на 2,3 %, орангутана - на 3,6 %.
Разница может показаться незначительной, но даже в коротенькую последова-
тельность ДНК, отличающую приматов, вложено очень много информации. В большом
общем блоке, вернее всего, содержатся стандартные «подпрограммы», регулирую-
щие базовые особенности строения позвоночных млекопитающих, объясняющие нам,
как быть приматом вообще и что делать в частностях, вроде наших волос, паль-
цев , внутренностей, крови и так далее. Однако было бы странно, если бы то,
что делает нас людьми, а не шимпанзе, заключалось всего в 1,6 % ДНК. Генети-
ческий код работает довольно хитро. Например, некоторые из генов, входящих в
эти 1,6 %, могут коренным образом изменять организацию остальных 98,4 %. Если
вы посмотрите на программный код текстового и табличного редакторов, то най-
дете множество одинаковых кусков: стандартные процедуры для ввода данных с
клавиатуры, отображение их на экране, поиск заданной строки, изменение шрифта
на курсив, реакция на клик «мышкой»... Но все это не означает, что разница меж-
ду текстовым и табличным редактором заключается всего лишь в немногих различ-
ных подпрограммах.
Поскольку эволюция изменила ДНК, мы можем использовать количество этих из-
менений для оценки времени, когда именно приматы разделились на виды. Эта ме-
тодика была предложена в 1973 году Чарльзом Сибли и Джоном Алквистом. Несмот-
ря на то, что интерпретировать полученные результаты надо с некоторой осто-
рожностью , в данном случае их методика работает отлично.
Примем за единицу времени в 50 лет так называемого «дедушку». Это вполне
подходящая для человека разница в возрасте между ребенком и его дедушкой, го-
ворящим: «Вот когда я был молодым...». И далее следует очередная нравоучитель-
ная байка. В этом варианте Христос жил 40 «дедушек» назад, а вавилоняне -
около 100 «дедушек» назад. Как видите, не так уж много «дедушек» передавали
из поколения в поколение премудрости: «В мое время никакой этой вашей ново-
модной клинописи не было...». Или: «Лично меня и бронза всегда вполне устраива-
ла...» . Человеческая история не так уж и длинна. Просто мы довольно торопливы.
Исследования ДНК показывают, что два вида шимпанзе разделились примерно 60
тысяч «дедушек» (3 миллиона лет) назад; а люди и шимпанзе - на 80 тысяч «де-
душек» раньше. То есть от нашего предка-шимпанзе нас отделяет цепочка всего
лишь в 140 тысяч «дедушек». Который, сразу же подчеркнем, по совместительству
был и предком современных шимпанзе. С гориллами мы разошлись 200 тысяч «деду-
шек» назад, а с орангутангами - 300 тысяч. Так что наиболее тесно мы связаны
именно с шимпанзе, а наименее тесно - с орангутангами. Этот вывод подтвержда-
ется нашей внешностью и привычками. В частности, бонобо просто без ума от
секса.
Если вам кажется, что этот срок слишком короток для необходимых эволюцион-
ных изменений, постарайтесь уяснить две вещи. Во-первых, оценка была сделана
исходя из довольно правдоподобной скорости изменения ДНК; во-вторых, согласно
исследованиям Нильссона и Пелгер, глаз целиком эволюционировал за каких-
нибудь 8 тысяч «дедушек», а кроме того, различные эволюционные изменения мо-
гут , должны и проходят параллельно.
Самой поразительной особенностью человека является размер мозга: по сравне-
нию с массой тела он больше, чем у любого другого животного. Поразительно
больше. Подробное описание того, как именно мы сделались людьми, - чрезвычай-
но сложно. Ясно одно: ключом ко всей этой истории стало «изобретение» большо-
го и мощного мозга. Таким образом, у нас есть два главных вопроса, которые
надо решить: как мы развили наш мозг и зачем мы его развивали?
Стандартная теория предпочитает отвечать на вопрос «Зачем?». Предполагает-
ся, что мы эволюционировали в саваннах, в компании множества крупных хищни-
ков : львов, леопардов, гиен, а вокруг - никакого укрытия. Вот нам и пришлось
поумнеть, чтобы выжить. Ринсвинд мигом заметил бы слабое место в подобной
концепции: «Если мы настолько поумнели, то почему же остались торчать в са-
ваннах, рядом со всеми этими хищниками?» Но, как мы уже говорили, это под-
тверждается найденными окаменелостями.
Менее ортодоксальная теория предпочитает отвечать на вопрос «Как?». Большой
мозг состоит из большого количества клеток головного мозга, и клеткам нужно
много химических веществ, известных как незаменимые жирные кислоты. Мы полу-
чаем их из пищи, так как не способны синтезировать сами из других более про-
стых веществ. Вот только в саваннах наблюдается явный дефицит подходящей для
этого пищи. С другой стороны, как отметили Майкл Кроуфорд и Дэвид Марш в 1991
году, незаменимые жирные кислоты в изобилии содержатся в морепродуктах.
Девятью годами ранее Элен Морган развила теорию «водных приматов», предло-
женную Алистером Харди. По их мнению, мы эволюционировали не в саваннах, а на
морских побережьях. Теория подходит для объяснения многих наших особенностей:
мы обожаем воду (новорожденные младенцы умеют плавать), волосы на нашем теле
расположены в весьма определенных местах, и ходим мы на двух ногах. Поезжайте
на любой средиземноморский курорт, и вы сами убедитесь, что целая толпа голых
обезьян уверена, что пляж - это именно то место, где им нравится ошиваться.
Пока непонятно, сможет ли теория аквапитеков вытеснить теорию саванн, одна-
ко последняя столкнулась с проблемами и другого рода. Филип Тобиас поставил
под сомнение не палеонтологические данные, но их интерпретацию. Он задал один
вопрос, настолько простой, что до него ускользал от всех тех, кто работал в
данной области: «Да, те области, где мы находим ископаемые останки человеко-
образных обезьян, сейчас являются саваннами. Но были ли там саванны, корда
2,7 миллиона лет назад по ним бродили наши прапрапрадедушки, прежде чем стали
окаменелостями? Не может ли быть так, что тогдашние природные условия в тех
местах отличалась от нынешних?».
Поскольку совершенно понятно, что животные точно были другими (нашими пред-
ками, а не нами), даже удивительно, что прежде этот вопрос никому не пришел в
голову. К сожалению, в науке такое случается частенько. Люди - очень узкие
специалисты. Скажем, эксперт по доисторическим обезьянам может быть полным
профаном в ботанике.
Оказалось, что в Стеркфонтейне, одном из мест, где были найдены ископаемые
обезьяны, чьи останки послужили доказательством теории саванн, никакой саван-
ной тогда и не пахло. Ископаемые пыльца и лианы подтверждают, что там был со-
вершенно нормальный лес. Было доказано, что и Южную Африку, и Эфиопию (где
нашли знаменитую Люси) покрывали леса, в которых и жили наши приматы. По сло-
вам Тобиаса, примат-убийца в саваннах - это полный абсурд.
Вместе с тем обнаружились некоторые новые свидетельства в пользу «водного»
происхождения человечества, хотя, конечно, о полноценном аквапитеке речи пока
не идет. Общей чертой всех мест, где когда-либо находили ископаемых гомини-
дов, является то, что они располагаются рядом с водой. В этом есть смысл, по-
скольку гомо сапиенсу постоянно требуется много пить, потеть и мочиться. Если
бы мы эволюционировали в саваннах, то до чертиков опостылели бы остальным жи-
вотным своим постоянным мочеиспусканием. Похоже, что уже, по крайней мере,
миллион лет назад мы были прекрасными пловцами. Существуют доказательства че-
ловеческой миграции на острова вроде острова Флорес, отделенного от Бали глу-
боководной впадиной. Даже если допустить, что уровень моря в прошлом был на-
много ниже, переселенцам все равно пришлось бы проплыть (на плотах, или ка-
ким-либо другим способом) по крайней мере 20 миль.
Может быть, мы и не «водные приматы», зато совершенно точно жили во влажных
лесах. Как, кстати, и бонобо, один из наших ближайших родственников.
Мозг - это удивительная вещь. Он физическое воплощение разума, явления еще
более удивительного. Разум - это сознание (или, по крайней мере, он дает сво-
им владельцам яркое впечатление того, что они действительно существуют). Ра-
зум обладает свободой воли (или, по крайней мере, создает у своих владельцев
яркое впечатление того, что она у них имеется) . Разум оперирует в мире ква-
лиа1 - ярких чувственных ощущений, таких, как красный, горячий, сексуальный.
Квалиа - это не абстракции, это именно ощущения. Все мы по собственному опыту
знаем, на что похожи подобные ощущения. Наука же и понятия не имеет, что де-
лает их такими, какими они воспринимаются.
Что касается мозга... С мозгом у нас выходит немного лучше. С одной стороны,
мозг - это вычислительное устройство. Его очевидные физические компоненты -
это нервные клетки, объединенные в сложную сеть. Подобные сети исследуются
математиками, которые полагают, что в них происходят разные поразительные
процессы. Стимул порождает отклик. Если позволить взаимосвязям этих сетей
эволюционировать, выбирая определенные связи между входным сигналом и выход-
ным - например, реагировать на изображение банана, но не на изображение мерт-
вой крысы, то очень скоро вы получите отличный бананораспознаватель.
1 «Квалиа» — от лат. qualia (мн. ч.)— какого сорта или какого рода. Термин, исполь-
зуемый в философии, преимущественно в англоязычной аналитической философии сознания,
для обозначения сенсорных, чувствительных явлений любого рода. - Прим. Ред.
Что делает человеческий мозг по-настоящему уникальным, так это его рекур-
сивность, по нашему мнению. Обнаружив банан, мозг способен думать об обнару-
жении банана. Он может думать также о своих собственных мыслительных процес-
сах. Это устройство распознавания образов, которое способно распознать собст-
венный образ. Именно эта способность и подразумевается под человеческим ин-
теллектом. Она же, вернее всего, лежит и в основе сознания: одним из образов,
который научилось распознавать устройство распознавания, является оно само.
Так сознание стало самосознанием.
В результате мозг оперирует как минимум на двух уровнях. На редукционист-
ском уровне он представляет собой сеть нервных клеток, посылающих друг другу
невероятно сложные, но, в конечном счете, бессмысленные сообщения. Так мура-
вьи, на наш взгляд, суетятся внутри муравейника. На втором уровне мозг - это
самостоятельная личность, целый муравейник, осознавший собственную индивиду-
альность . В книге Дугласа Хофштадтера «Гедель, Эшер, Бах» есть фрагмент, где
госпожа Мура Вейник встречается с доктором Муравьедом. Когда приходит доктор,
муравьи пугаются и меняют свое поведение. Для Муры Вейник, оперирующей на
эмерджентном уровне, это изменение представляется в виде знания о прибытии
доктора Муравьеда. Она радостно наблюдает, как доктор поедает «ее» муравьев.
Ведь муравьи - практически неистощимый ресурс, и она всегда может развести
новых, которые займут место съеденных.
Связь между муравьями и «интеллектом муравейника» - эмерджентная. Она воз-
никает в процессе движения по уже упоминавшейся нами Муравьиной Стране. Одно
и то же действие имеет разный смысл для муравьев и Муры Вейник, которая будет
осознавать его как нечто внеопытное, трансцендентное. Замените Муру Вейник на
себя, на самих себя , на того «вас», кто по вашим собственным ощущениям пере-
живает ваши мысли, а муравьев - на клетки головного мозга, и вы получите
связь между мозгом и разумом.
Теперь вы соотнесли себя с самим собой, то есть начали рефлексировать.
Хотя мозг построен из нейронных сетей, для его эволюции потребовалось нечто
большее, чем установление сложных нейронных связей. Мозг оперирует понятиями
высокоуровневых модулей: один - для бега, другой - для обнаружения опасности,
еще один заставляет вас держаться начеку, и так далее. Каждый из перечислен-
ных модулей - это эмерджентная характеристика сложной нейронной сети. Но они
никогда не были запланированы. Они - эволюционировали. Миллионы лет эволюции
настраивали эти модули на немедленный и адекватный отклик.
Модули существуют во взаимосвязи. Они делят между собой нервные клетки, пе-
рекрывают друг друга и необязательно существуют в какой-то четко ограниченной
области мозга, точно так же, как «Водафон1» нельзя определить как область в
телефонных сетях. По мнению Дэниэла Деннета, они похожи на скопление «демо-
нов» , то есть на «пандемониум». «Демоны» беспрерывно вопят, и тот, кто заорет
громче других - выиграл (немного похоже на интернет-форум, правда?).
Свою культуру современное человечество возвело как раз вокруг этих модулей
(к данному тезису мы еще вернемся), приспособив их для других целей. Модуль,
предназначенный для обнаружения львов, отчасти стал модулем, с помощью кото-
рого мы можем читать книги о Плоском мире, а модуль, связанный с ощущением
движений тела, - приспособлен для некоторых математических вычислений, ска-
жем, в области механики, где важно «физическое» ощущение проблемы. Наша куль-
тура перестроила наш мозг, а мозг - культуру, и это повторяется раз за разом,
из поколения в поколение.
Столь радикальной перестройке должны были предшествовать более простые ша-
ги. Ключевым из них, ведущим к совершенному человеческому мозгу, стало воз-
1 Vodafone Group, «Водафон груп» — британская компания, один из крупнейших в мире
операторов сотовой связи. Прим. Ред.
никновение гнезда. До того детеныши были сильно ограничены в своих поведенче-
ских экспериментах: каждый раз, когда ты пытался затеять новую интересную иг-
ру, тебя пожирал питон, то есть инициатива всегда оказывалась наказуема. В
удобном и относительно безопасном гнездышке метод проб и ошибок не обязатель-
но смертелен. Такое гнездо позволяет тебе играть, а именно в игре исследуется
фазовое пространство возможных поведенческих образцов и находятся новые, ино-
гда весьма полезные стратегии. Следующим шагом явилось изобретение семьи,
стаи и племени, то есть группы особей с общим поведением, склонных защищать
друг друга. У сурикатов, одного из видов мангустов, племенная структура до-
вольно сложна, и они по очереди выполняют опасную работу часового.
Люди превратили эту тактику в глобальную стратегию: взрослые тратят немалое
количество времени, сил, еды и денег на воспитание детей. Интеллект - это не
только причина, но и следствие этой распространенной стратегии.
Печально, что Декан не уловил связи между семейной жизнью и интеллектом. Он
пытался воспитывать и обучать приматов, что называется, в лоб, выводя на дос-
ке «КАМНИ», а в их крошечных мозгах крутилось одно: СЕКС. Симпатии множества
школьных учителей будут на стороне Декана, но ему стоило бы понять, что сек-
суальная связь - это главный фактор семейной жизни людей, а семейная жизнь, в
свою очередь, порождает интеллект.
Прототипами декановских «озабоченных» приматов являются бонобо. Они ведут
крайне беспорядочную половую жизнь, занимаясь сексом во всех тех случаях, ко-
гда мы обошлись бы улыбкой, дружеским кивком или рукопожатием. Самки бонобо,
как бы между делом, занимаются сексом с десятками самцов и других самок; сам-
цы ведут себя аналогично. Взрослые вовлекают в сексуальную активность и дете-
нышей. Причем все это происходит в совершенно непринужденной манере, а в ито-
ге помогает укрепить общественные связи в племени. По крайней мере, в случае
бонобо это, кажется, работает.
По меркам ортодоксальной человеческой морали, шимпанзе обыкновенные также
ведут беспорядочную половую жизнь, хотя, вероятно, не в большей степени, чем
многие люди. Пары самцов и самок скрываются из виду на несколько дней, потом
образуются новые пары... Люди же надеются подобрать себе пару на всю жизнь
(иными словами, «пока не надоест»), и дело тут в огромных усилиях, которые
они вынуждены тратить на воспитание детей. Секс способствует укреплению связи
между родителями и повышению их доверия друг к другу. Может быть, именно по-
этому люди, даже находясь в пожилом возрасте и не уделяя сексу достаточно
много времени, воспринимают внебрачные связи как предательство, но склонны,
несмотря на это, принимать заблудшего партнера обратно в семью.
Так что неудивительно, что секс так прочно засел в наших мозгах, ведь и
мозги сформировались благодаря сексу. Декан должен был оставить приматов в
покое, пусть бы занимались своими делишками, а там и интеллект не за горами...
Всегда нужно рассуждать в терминах Глубокого Времени. Торопиться нам некуда.
Глава 43.
У-ук, или
Космическая
одиссея
Ринсвинд сидел в темном уголке факультета высокоэнергетической магии. В по-
мещении было пустынно. Новость о том, что в самое ближайшее время Проект бу-
дет закрыт, уже распространилась, и волшебники всем скопом двинулись на обед.
Круглый мир вращался в своей защитной сфере, в пространстве, которое по по-
нятным только волшебникам причинам внутри было куда больше, чем снаружи.
- Бедная старая бойня, - произнес он, обращаясь к Круглому миру в целом. -
Тебе не оставили ни единого шанса, да?
- У-ук, - раздалось хрюканье из другого угла комнаты. Ринсвинд обернулся и
увидел Библиотекаря, смотревшего в вездескоп.
- Смотри-ка, они схватились за палки, - сказал Ринсвинд, разглядывая группу
косматых приматов. - Вот только какая им от этого будет польза?
- У-ук?
- Ящерицы приделывали к палкам заостренные раковины. Ну, и где они теперь?
Лично я их не вижу. С крабами та же история. Даже кисель пытался что-то такое
соорудить. А еще там были какие-то зверюги, похожие на медведей, выглядевшие
очень многообещающе. Но все это не имело никакого значения. Просто в одну из
зим снег вдруг забывает растаять, и прежде, чем ты очухаешься, ледяной пласт
толщиной в две мили давит тебя в лепешку. Или вот: ты любуешься забавными
огоньками в небе, а в следующий момент - уже сидишь в кипящей воде. - Рин-
свинд устало покачал головой. - А место все равно довольно миленькое. Разно-
цветное такое. Особенно удались горизонты, если, конечно, к ним привыкнуть.
Скука, время от времени перемежаемая смертью.
- У-ук? - поинтересовался Библиотекарь.
- Да, они немного на тебя похожи, - ответил Ринсвинд. - А вот ящерицы в
массе своей напоминали Казначея. Случайное совпадение, полагаю. В конце кон-
цов, все на что-нибудь похоже. Как вверху, так и внизу.
В высокой траве позади обезьяньей стаи затаился кто-то жилистый и сильный.
- И-ик! - Библиотекарь стукнул по столу.
- Извини, это не ко мне. Сам знаешь, мой лозунг: живи и дай жить другим.
Точнее, дайте жить мне, но это в итоге почти одно и то же.
Суматошно размахивая руками над головой, что означало крайнюю степень спеш-
ки, Библиотекарь выскочил из комнаты.
Ринсвинд догнал его уже у входа в главное здание и затрусил рядом. Примат
прокладывал себе путь по наиболее вредным для здоровья закоулкам университе-
та , как то: дебри шкафов с метлами, захламленные кладовые и кабинеты самых
младших научных сотрудников. Несмотря на то, что двигались они кратчайшим пу-
тем, прошло немало времени, прежде чем показался кабинет Бесподобного Профес-
сора Жестокой и Необычной Географии. Под табличкой мелом было приписано:
«Ринсвинд». Орангутан распахнул дверь и направился прямиком к штабелю коро-
бок.
- Эээ... Это коллекция камней, - сказал Ринсвинд. - Я их, того, разбирал. Они
вроде как принадлежат университету, и, по-моему, тебе не стоит их разбрасы-
вать...
- У-ук!
Библиотекарь выпрямился, поднимая с пола два крупных камня, которые Рин-
свинд предварительно определил как бугристые, острые, хрупкие, враждебно на-
строенные минералы.
- А зачем тебе... - начал было он, но Библиотекарь уже подошел к Сундуку и с
размаху его пнул. Крышка послушно раскрылась, камни полетели внутрь, а оран-
гутан отправился за следующей порцией кремней.
- Эээ... - сказал Ринсвинд, но тут же сдался. Похоже, для протестов время вы-
далось неподходящим. Ему оставалось только не отставать от Библиотекаря и
Сундука, когда эта парочка побежала обратно на факультет Высокоэнергетической
Магии. Оказавшись в комнате, орангутан бросился к клавиатуре ГЕКСа.
- Эээ... А тебе не кажется... - снова попытался Ринсвинд, но его прервал скрип
механического пера. ГЕКС вывел:
+++ Параметры Костюма Обновлены +++
В противоположной стороне комнаты, где на грани бытия дрожали виртутамошние
костюмы, один из них сильно изменил очертания: раздался в плечах, удлинился в
руках и укоротился в ногах.
+++ Обновление Установлено. Костюм Будет Сидеть На Тебе Отлично +++
Ринсвинд попятился, когда Библиотекарь, сжимая в каждой руке по большому
бугристому кремню, шагнул в магический круг и замерцал, облачаясь в костюм.
- Ты же не собираешься вмешиваться, правда? - спросил Ринсвинд.
- У-ук?
- Нет-нет, никаких проблем, все отлично, - поспешно заверил Ринсвинд. Не
слишком умно затевать спор с приматом, в руках у которого два здоровенных
камня. - Самый момент для вмешательства.
Силуэт Библиотекаря мигнул, а затем превратился в призрак. Ринсвинд остался
стоять один в пустой комнате, нервно насвистывая. ГЕКС в своей нише заискрил,
как случалось всегда, когда он устанавливал взаимодействие между Проектом и
волшебниками.
- Вот ведь проклятье! - сказал, наконец, Ринсвинд и пошел к костюмам. - Он
же там все испортит...
В вечернем небе сверкнула молния, превратив его из черного в розовато-
фиолетовое .
Поджарая черная тень, казавшаяся продолжением ночи, возникла над небольшим
углублением в скале, где сбилось в кучу дрожащее племя. Тень не торопилась.
Ужин никуда не мог деться. Когда молния угасла, глаза зверя блеснули.
Вдруг кто-то схватил его за хвост. Тень, рыча, развернулась, но чей-то ку-
лак двинул зверю прямо промеж глаз, а затем спихнул его вниз. Зверь тяжело
шлепнулся оземь, разок дернулся и затих.
Обезьяны с воплями бросились врассыпную, но затем остановились и огляну-
лись . Большая кошка не шевелилась.
Еще одна молния ударила неподалеку, и старое сухое дерево загорелось.
На фоне фиолетовых вспышек грозы и алого пламени горящего дерева стояла ог-
ромная фигура, сжимающая в каждой руке по камню.
Как потом рассказывал Ринсвинд, такое и захочешь, а не забудешь.
Есть Ринсвинд не мог. По крайней мере, в обычном смысле. Он подумал, что
можно попробовать подносить кусочки пищи ко рту, но, поскольку с технической
точки зрения они с пищей находились в разных вселенных, он опасался, что еда
провалится прямо сквозь него, к смущенному недоумению очевидцев.
Ко всему прочему, зажаренный на костре леопард особого аппетита не возбуж-
дал.
Библиотекарь работал как зверь. Он развернул целый тренировочный лагерь для
людей, которые едва могли стоять прямо, а попадись им в руки треники, не зна-
ли бы, что с ними делать. Что такое огонь, обезьянолюди усвоили довольно бы-
стро, особенно после нескольких неудачных попыток сожрать его или с ним сово-
купиться, в результате чего некоторые немножко обгорели.
Они научились готовить, поначалу, правда, друг друга.
Ринсвинд вздохнул. Он видел, как приходили и уходили различные виды, но по-
добные существа могли появиться только как шутка. Чем-то они напоминали кло-
унов : веселье с оттенком жестокости.
Библиотекарь приступил к урокам раскалывания кремней, для чего использовал
кремни, доставленные Сундуком. Обезьянолюди определенно уяснили идею стучания
камнями друг о друга или еще по чему-нибудь. Острые края их особенно заинтри-
говали .
В конце концов, Ринсвинд подошел к Библиотекарю и постучал того по плечу.
- Мы торчим здесь уже целый день, - напомнил он. - Лучше бы нам вернуться.
Орангутан кивнул и поднялся.
- У-ук.
- Думаешь, у тебя получилось?
- У-ук!
Ринсвинд оглянулся на обезьянолюдей. Один из них продолжал попытки разде-
лать труп большой кошки.
- Правда? Но они же... что-то вроде волосатых попугаев.
- И-ик! У-ук!
- Ладно, согласен. Твоя взяла.
Ринсвинд бросил прощальный взгляд на обезьян. Двое самцов сцепились из-за
мяса. Обезьяна наблюдает, обезьяна повторяет, значит...
- Я рад, что это сказал именно ты, - произнес Ринсвинд.
Когда они вернулись, в Плоском мире прошла всего лишь секунда. В окуляре
вездескопа, направленного на темную половину планеты, виднелась целая россыпь
огней.
Библиотекарь выглядел довольным.
- У-ук, - сказал он.
Дым означал прогресс. Однако Ринсвинд не вполне был в этом убежден. Потому
что многие из костров были подожженными лесами.
Глава 44.
Экстел вовне
Дым - это прогресс... Человеческая раса, несомненно, добилась многого за не-
долгие годы своего существования. Каким образом мы этого достигли? Благодаря
нашему интеллекту и наличию мозгов. А кроме того - разума. Но существуют и
другие интеллектуальные существа, например, дельфины. Однако все, на что они
способны, это резвиться в океане. Что же такого есть у нас, чего у них нет?
Во многих обсуждениях особенностей мозга во главу угла ставится вопрос о
его устройстве. В таком случае возможности мозга выводят из его устройства, а
качества, которые мы ассоциируем с мозгом (свобода воли, сознание и интел-
лект) - из его нейрофизиологии. Это один подход. Другой связан с попыткой
взглянуть на проблему глазами социологов и антропологов. С их точки зрения
возможности разума в значительной степени рассматриваются как данность, а
вперед выходит вопрос о том, как именно человеческая культура, построенная на
этих возможностях, порождает разум, способный думать, чувствовать и любить,
воспринимать красоту и так далее. Может показаться, что оба подхода полностью
охватывают рассматриваемую область: достаточно их соединить, и получишь отве-
ты на все вопросы о нашем разуме.
Однако нейрофизиология и культура не являются взаимонезависимыми, они -
комплицитны. Мы хотели сказать, что они эволюционировали совместно, постоянно
изменяя одна другую, и их коэволюция строилась на неожиданных результатах
этого взаимодействия. Но представление о культуре, которая конструирует и из-
меняет мозг, будет неполным без учета того, что и мозг также, в свою очередь,
конструирует и изменяет культуру. Концепция комплицитности отражает это ре-
курсивное взаимное влияние.
Интеллектом мы называем совокупность способностей, присущих мозгу. Почему
же не дать какое-нибудь название всем этим внешним влияниям, культурным или
иным, воздействовавшим на эволюцию мозга и тем самым на разум? Мы с удоволь-
ствием прибегнем к термину экстеллект, придуманному ГЕКСом, занимавшимся вы-
числениями в режиме «Отныне и навсегда». Разум - это вовсе не сумма интеллек-
та и экстеллекта, то есть его внутренней и наружной стороны. Напротив, разум
- это петля обратной связи, в которой интеллект влияет на экстеллект, а экс-
теллект - на интеллект, причем их комбинация превосходит возможности обоих
явлений по отдельности.
Интеллект - это способность мозга обрабатывать информацию. Но интеллект -
это всего лишь одна составляющая разума, и она не может эволюционировать обо-
собленно .
В своей основе культура есть соединение взаимодействующих разумов. Если у
вас случайно нет индивидуального разума, то не будет и культуры. Обратное,
конечно, уже менее очевидно, но столь же верно: без общей культуры человече-
ский разум развиваться не может. Причина в том, что в среде, окружающей раз-
вивающийся мозг, нет ничего, что может заставить его усложняться, стать изо-
щреннее. Другое дело, если ему не приходится взаимодействовать с чем-то со-
поставимым по сложности. Прежде всего, это мозги других людей. Поэтому эволю-
ции интеллекта и экстеллекта неразрывно связаны между собой, а их взаимопро-
никновение неизбежно.
В окружающем нас мире полно вещей, созданных нами или другими людьми. Эти
вещи чем-то похожи на интеллект, но находятся вне нас. Мы имеем в виду биб-
лиотеки, вообще книги, Интернет, которому в соответствии с концепцией экстел-
лекта больше подошло бы название «экстернет». В Плоском мире, кстати, тоже
есть нечто подобное, это Б-пространство, иными словами, библиотечное про-
странство, объединяющее все библиотеки. Эти влияния (не просто источники ин-
формации, но смысла) - настоящий «культурный капитал». Это вклады различных
людей в культуру, которые затем не лежат там мертвым грузом, но бесконечно
воспроизводятся и взаимодействуют таким образом, что сами люди не в состоянии
это контролировать.
Старый вопрос о том, можно ли создать думающую машину, подразумевал, что
такая машина будет являться уникумом, самодостаточным объектом. Основной про-
блемой считалось создание правильной архитектуры и программирование разумного
поведения. Но подобный подход, вернее всего, ошибочен. Конечно, очень может
быть, что коллективный экстеллект людей, работающих с подобной машиной, может
создать машинный разум и, в частности, наделить его интеллектом. Но куда
правдоподобнее, что без некоего сообщества взаимодействующих между собой ма-
шин , способных эволюционировать, создавая экстеллект, повторить структуру
нейронных связей Муравьиной Страны, а следовательно, и развить разум, ей не
удастся. История разума - это история эмерджентности и взаимодействия. Более
того, разум - это замечательный пример результата такого взаимодействия.
Внутренняя история развития разума может быть описана как серия шагов, где
ключевым игроком является нервная клетка. Нервная клетка - это такой протя-
женный объект, способный передавать сигналы из одного места в другое. Как
только у вас появляются нервные клетки, вы тут же получаете возможность соз-
дать из них целую сеть; а едва у вас появляется такая сеть, вы бесплатно по-
лучаете целую кучу бонусов. Например: существует некая область теории сложно-
сти, называемая эмерджентными вычислениями. Оказывается, что когда вы зани-
маетесь развитием сетей (произвольно выбранных случайных сетей, а не создан-
ных с определенной целью), эти сети начинают совершать некоторые действия. Их
действия могут казаться бессмысленными, а могут и не показаться таковыми; се-
ти делают то, что хотят. Но если вы внимательно присмотритесь к их действиям,
то наверняка заметите признаки эмерджентности. Вы обнаружите, что, несмотря
на произвольную архитектуру, сеть развила способность к вычислениям, став
своеобразным обладателем алгоритмов (или чего-то вроде алгоритмических про-
цессов) . Выходит, что способность сетей к вычислениям, обработке информации и
алгоритмическим действиям вы получаете совершенно даром - стоит лишь изобрес-
ти устройство, передающее сигналы из одного места в другое, реагирующее на
эти сигналы и посылающее ответные. Если вы позволите вашей сети эволюциониро-
вать , то без усилий получите сеть, способную к осуществлению подобных процес-
сов.
А от получения такого объекта рукой подать до обретения способности выпол-
нять те процессы, которые оказываются полезными для выживания. Все, что для
этого требуется, это банальный дарвиновский естественный отбор. Тот, у кого
будет такая способность - выживет, у кого не будет - исчезнет. В процессе
эволюции усиливается способность обрабатывать поступающую информацию, извле-
кая из нее полезные сведения о внешнем мире, для того чтобы было легче ухо-
дить от хищников или добывать еду. Внутренняя структура мозга возникла из фа-
зового пространства возможных структур благодаря эволюционному отбору. Если
он происходит, можно уверенно начать эволюцию структуры мозга, обладающего
нужными функциями. Причем окружающая среда, безусловно, будет влиять на его
развитие.
Обладают ли животные разумом? В некоторой степени это зависит от животного.
Однако даже у тех из них, кто кажутся простыми, имеются удивительно сложные
ментальные способности. Одним из таких поразительных существ является забав-
ное создание рак-богомол.
Рак-богомол (Oratosquilla oratoria).
Он очень похож на обычных креветок, которых кладут в сэндвичи, только более
крупный - около 5 дюймов (12 см) в длину и намного более сложный. Раков-
богомолов можно содержать в аквариумах для создания морской экосистемы в ми-
ниатюре. Вскоре вы заметите, что рак-богомол создает вокруг себя хаос. Он бу-
дет разрушать вещи и создавать новые. Раки-богомолы обожают строить туннели,
в которых затем поселяются. Подобно настоящим архитекторам, они украшают вход
в свое жилище всякими штучками, особенно кусочками, оставшимися от их добычи.
Охотничьи трофеи, так сказать. Одного туннеля раку мало, поскольку совершенно
ясно, туннель с одним-единственным входом - это ловушка. Поэтому рак сооружа-
ет черный ход, и притом не один. Всего через пару месяцев в аквариуме все дно
будет перекопано туннелями, а рачья голова будет торчать то из одного, то из
другого входа, причем вы даже не сообразите, как он между ними передвигается.
Несколько лет назад у нашего Джека был рак-богомол по имени Дугал1. Джек и
его студенты обнаружили, что Дугалу можно давать задания. Его кормили кревет-
ками. Чтобы схватить креветку, рак должен был выйти из норы. Тогда они стали
Был такой мультфильм под названием «Волшебное приключение», одним из действующих
лиц которого был пес Дугал, смахивающий на щетку для волос. Раки-богомолы выглядят
так же, только шерсти у них нет.
класть креветки в пластиковый контейнер с крышкой. Через некоторое время рак
научился открывать крышку и доставать их оттуда. Они примотали крышку резин-
кой, тогда Дугал научился сдвигать резинку, открывать контейнер и лопать свои
креветки. Когда же ему давали креветок просто так, Дугал выглядел весьма раз-
очарованным: «Они не предложили мне никакой головоломки, это неинтересно, я
так не играю!». Он глядел на креветку долгим взглядом, после чего уползал в
свою нору, не прикасаясь к еде.
У каждого из нас сложилось впечатление, что тот рак немножко развил свой
разум, хотя мы никак не можем это доказать. У его мозга имелся потенциал, и
мы, люди, предоставили ему возможности для развития этого потенциала. Дикие
раки-богомолы не играют с резинками, ведь в море резинок нет, но, дав ракам
стимулы, вы тем самым их измените. Будучи сами разумными, мы обладаем способ-
ностью зарождать разум в других существах.
Разум - это процесс, скорее, даже сеть процессов, происходящих в мозге. Ес-
ли он собирается чего-то достичь, ему требуется определенное количество взаи-
модействий с другими разумами. Не существует эволюционного цикла обратной
связи, призванного обучать зарождающийся ум и развивать его, по крайней мере,
если эволюция не ставит перед собой такую цель. Как же возникают подобные
циклы? Человеческие существа являются частью репродуктивной системы: нас мно-
го, и мы продолжаем размножаться. В итоге большей частью окружающей среды лю-
дей являются сами люди. Во многих отношениях мы - это самая важная часть на-
шей окружающей среды, часть, на которую мы реагируем сильнее всего. У нас
имеются самые разные культурные системы. Например, образование эксплуатирует
именно эту особенность окружающей среды для выработки разума, который бы впи-
сывался в существующую культуру и распространял ее дальше. Таким образом, фо-
ном для эволюционирующего разума является не сам разум, а множество других.
Между всеми существующими разумами и нашим индивидуальным разумом формируется
комплицитная обратная связь.
Люди довели этот процесс до такой крайности, что часть петли обратной связи
вышла из-под их контроля и теперь существует вне нас. В определенном смысле
она получила свой собственный разум. Это и есть экстеллект, без которого мы
не можем теперь обойтись. Многое из того, что делает нас людьми, передается
нам не генетическим путем, а культурным. Оно передается нам племенем, через
ритуалы, обучение, через то, что связывает один мозг с другим, разум с разу-
мом . Генетика только предоставляет возможность это сделать, даруя нам те или
иные способности, отличающие конкретного человека от других людей, но гены не
содержат информации о том, что именно вам передадут люди. Это своего рода
конструктор по сборке человека. Каждая культура разработала свой метод для
ввода в умы очередного поколения того, что позволит им передать культуру сле-
дующему поколению. Эта рекурсивная система поддерживает культуру живой. И
«враки детям» частенько занимают в этой системе очень видное место.
Однако сейчас, похоже, возникли кое-какие проблемы. И древние племенные, и
современные национальные культуры быстро соединяются в единую глобальную
культуру. Это приводит к конфликтам между ранее изолированными культурами и
даже к их распаду. В любом городе мира вы можете увидеть рекламу кока-колы.
Мировая торговля внедряет в различные культуры те вещи, которые иначе бы в
них не возникли. Конечно, кока-кола не имеет определяющего влияния на конст-
руктор «Собери человека сам», поэтому и не отвергается большинством культур.
Вы не найдете таких религиозных фундаменталистов, которые бы выступали против
заводов по разливу кока-колы в своей стране (то есть найдете, конечно, но это
всегда не более чем повод выкрикнуть: «США, убирайтесь вон!»). Вот если заку-
сочные начнут продавать бургеры со свининой в исламских странах или Израиле,
то проблем не избежать.
Экстеллект стал настолько мощной и влиятельной силой, что культура одного
поколения может теперь радикально отличаться от культуры предыдущего. Второе
поколение иммигрантов зачастую сталкивается с еще худшей проблемой: с куль-
турным шоком. Они выросли в другой стране, впитав новые обычаи. Они куда сво-
боднее своих родителей разговаривают на чужом языке, но, тем не менее, они
должны вести себя так, как нравится их родителям. Дома они ведут себя в соот-
ветствии с традициями родной культуры, а в школе - в соответствии с новой.
Безусловно, из-за этого они чувствуют дискомфорт и порой стремятся разорвать
обратную культурную связь. Как только эта связь окажется разорвана, некоторые
части культуры уже не будут переданы следующему поколению, необратимо выпадая
из их конструктора по сборке человека.
В этом смысле экстеллект находится вне нашего контроля. А выходит он из-под
контроля именно тогда, когда становится воспроизводимой системой: экстеллект
копирует сам себя (или свои части).
Ключевым моментом здесь стало изобретение печати. До этого достижения экс-
теллекта передавались из уст в уста. Он жил в умах людей - мудрых старух и
старцев. Но, существуя лишь в человеческой памяти, экстеллект не мох1 расти,
ведь память единичного человеческого существа ограниченна. Потом мы научились
записывать свои знания, и экстеллект чуточку подрос, но совсем ненамного: ну,
сколько можно написать от руки? Так что он по-прежнему оставался «в загоне».
Большая часть того, что дошло до нашего времени, - это вещи вроде египетских
монументов, где записана лишь история отдельных правителей, их величайших
битв и отрывки из Книги Мертвых...
Еще одной важной, но, так сказать, приземленной функцией письменности в че-
ловеческом обществе являются налоги, счета, контроль за имуществом. Конечно,
в сравнении с героическими битвами это звучит довольно скучно, но с ростом
общества требуется что-то более надежное, чем старая добрая человеческая па-
мять о том, что кому принадлежит или кто кому сколько должен. Такие записи
стали выдающимся изобретением своего времени.
С появлением печати стало возможным распространять информацию как можно ши-
ре и в куда больших количествах. Всего за несколько лет после изобретения пе-
чатного станка в Европе было издано около пятидесяти миллионов книг, то есть
больше, чем самих людей. Книгопечатание в ту пору было трудоемким и медленным
процессом, зато станков было много, книги хорошо расходились, и это способст-
вовало дальнейшему развитию книгопечатания. Вот тут-то и началось настоящее
взаимное влияние, поскольку, как говорится, что написано пером, то не выру-
бишь топором. Чтобы защитить себя, правители начали фиксировать конституцион-
ные права и обязанности на бумаге, поскольку в сомнительном случае можно было
всегда сослаться на книгу.
Но королям было невдомек, что, записывая свои права и обязанности, они тем
самым ограничивают свои возможности. Ведь граждане тоже всегда могли прочи-
тать эти записи, а следовательно, заметить, что их король начал присваивать
себе права, о которых в той бумаге ничего не было сказано. Воздействие закона
на человеческое общество изменилось, как только эти самые законы начали запи-
сывать , и любой желающий мог их прочитать. Это не означало, что отныне короли
всегда подчинялись законам, но теперь любые их нарушения оказывались на виду.
Что повлияло и на структуру человеческого общества. Кстати, хотя это и не
особенно бросается в глаза, люди чаще всего чувствуют себя неуютно, если в их
присутствии ведется запись.
Тогда-то интеллект и экстеллект и начали свое комплицитное взаимодействие.
Но как только взаимодействие становится комплицитным, индивидуум теряет кон-
троль над ним. Вы можете привносить что-то новое в экстеллект, но никогда не
сможете сказать заранее, как это на него повлияет. Все это развивается таким
образом, что люди могут быть посредниками между экстеллектом и интеллектом,
но не следует забывать, что книгопечатники печатают книги, зачастую не инте-
ресуясь их содержанием. Для них куда важнее, чтобы напечатанное было продано.
Когда-то все слова имели власть. Но записанное слово обладало ею в куда
большей степени. И обладает до сих пор.
Пока мы говорили об экстеллекте как о чем-то едином, унифицированном и
внешнем. В каком-то смысле так оно и есть, однако, более важным вопросом яв-
ляется взаимодействие между экстеллектом и личностью. Это своего рода индиви-
дуальная петелька обратной связи: мы получаем элементы экстеллекта через ро-
дителей , через книги, которые мы читаем, наших учителей и так далее. Так и
работает конструктор по сборке человека, и именно поэтому существует культур-
ное разнообразие. Если бы мы все одинаково откликались на один и тот же пакет
экстеллектуальной информации, мы были бы одинаковы. Система из мультикультур-
ной стала бы монокультурной.
В настоящее время человеческий экстеллект переживает период интенсивной
экспансии. Возможности людей быстро увеличиваются. Когда-то наше взаимодейст-
вие с экстеллектом было предсказуемым: родители, учителя, родственники, дру-
зья, деревня, племя. Это позволяло преуспевать отдельным субкультурам, суще-
ствуя независимо от других субкультур, просто потому, что они об этих других
вообще никогда не слышали. Взгляды на мир, отличные от ваших, терялись преж-
де, чем успевали до вас добраться. В книге «Умм, или Исида среди Неспасенных»
Йен Бэнкс описывает странную шотландскую религиозную секту и детей, в ней вы-
росших. Несмотря на то, что члены секты сохранили контакты с внешним миром,
по-настоящему важное влияние на них оказывают только события, происходящие
внутри секты. В конце истории персонаж, ушедший во внешний мир и взаимодейст-
вующий с ним, одержим одной-единственной идеей: стать лидером секты и пропа-
гандировать ее учение. Подобное поведение типично для замкнутых человеческих
общностей, пока в дело не вступит экстеллект.
Экстеллект отличается от секты тем, что не несет единообразного мировоззре-
ния. Точнее, у него вообще нет мировоззрения. Экстеллект превращается в муль-
типлекс, это понятие введено в оборот писателем-фантастом Сэмюэлом Дилэни в
романе «Имперская звезда». Ординарный (симплексный) ум имеет единственное ми-
ровоззрение и точно знает, кто и что должен делать. Сложный (комплексный) ум
признает существование различных точек зрения. Мультиплексный же ум задается
вопросом, какой толк от конкретных мировоззрений, если мир представляет собой
конфликт парадигм, но ум все равно находит способ с ним взаимодействовать.
Любой желающий может создать в Интернете страницу, посвященную НЛО, и рас-
сказывать всем ее посетителям, что НЛО существуют на самом деле, летают по
космосу, посещают Землю, похищают людей, крадут детишек... Да-да, так оно и
есть, ведь это написано в Интернете.
Один из знаменитых астрономов, читая лекцию о жизни на других планетах и
существовании инопланетян, привел несколько научных доводов в пользу того,
что где-то в галактике могут быть разумные инопланетяне. Один из слушателей
поднял руку и заявил: «Мы и так знаем, что они существуют. Об этом весь Ин-
тернет давно пишет».
С другой стороны, вы всегда можете зайти на другой сайт и познакомиться с
совершенно противоположной точкой зрения. В Интернете имеется, или, по край-
ней мере, может иметься, весь спектр точек зрения.
Это вполне демократично: взгляды глупых простаков имеют ровно тот же вес,
как и тех, кто умеет читать, не шевеля губами. Если вы думаете, что холокоста
на самом деле не было, то при наличии луженой глотки и кое-каких способностей
к веб-дизайну вы можете попробовать потягаться с теми, кто считает, что запи-
санная история все же должна соотноситься с реальными событиями.
Мы вынуждены справляться с мультиплексностью. Мы уже столкнулись с этой
проблемой: вот почему глобальная политика неожиданно стала гораздо сложнее,
чем была раньше. Нам пока не хватает ответов, но одно кажется вполне ясным:
жесткий культурный фундаментализм не приведет ни к чему хорошему.
Глава 45.
Блеяние
продолжается
Экстеллект расцветал быстрее, чем ГЕКС успевал создавать дополнительное
пространство, чтобы его размещать. Он уже достиг моря, распространился по
всем континентам и, покинув поверхность мира, достиг Луны, разбросав по небу
свои сети... Оттуда он отправился дальше, поскольку интеллект всегда найдет
что-то, над чем можно поработать.
Экстеллект непрерывно учился. Помимо всего прочего, он научился бояться.
Факультет Высокоэнергетической Магии постепенно заполнялся волшебниками,
немного пошатывающимися после плотного обеда.
- Ринсвинд, - сказал Аркканцлер, - мы тут искали добровольца, который от-
правится на площадку для сквоша и отключит реактор. Короче, это будешь ты.
Прими мои поздравления!
- А это опасно? - спросил Ринсвинд.
- Зависит от того, что именно ты понимаешь под опасностью, - сказал Чуда-
кулли.
- Ну, знаете... То, что причиняет боль или неизбежную остановку сердца, -
подсказал Ринсвинд. - Если высок риск агонии, вероятна потеря рук и ног,
смерть от удушья...
Чудакулли с Думмингом отошли в сторону. Ринсвинд внимательно прислушивался
к их шепоту. Наконец сияющий Аркканцлер повернулся к нему.
- Мы с коллегой разработали новое определение, - сообщил он. - А именно:
«Не опаснее всего остального». Извини... - Он склонился к Думмингу, что-то бы-
стро зашептавшему Аркканцлеру на ухо. - Маленькая поправка: «Не опаснее кое-
чего другого». Вот. Теперь, надеюсь, тебе все ясно.
- Ну да. Вы имеете в виду, что это не так опасно, как некоторые из самых
опасных вещей во вселенной?
- Точно. Причем одной из них, Ринсвинд, будет твой отказ, - Аркканцлер по-
дошел к вездескопу. - О, там еще один ледниковый период. Ну, надо же, какой
сюрприз.
Ринсвинд покосился на Библиотекаря, который лишь пожал плечами. В Круглом
мире прошло всего несколько десятков тысяч лет. Приматы, вероятно, даже не
поймут, что их расплющит .
Тут раздалось механическое покашливание ГЕКСа. Думминг подошел к нему, про-
читал записку и произнес:
- Эээ... Аркканцлер! ГЕКС утверждает, что нашел на планете развитый интел-
лект .
- Разумная жизнь? Там? Но там же сплошной лед!
- Не жизнь, сэр. Ну, то есть не совсем жизнь.
- Погодите-ка, а это что такое? - спросил Декан.
Мир опоясывало тонкое, как нить, кольцо. Через равные промежутки на нем
располагались мелкие точки, похожие на бусинки, от которых на поверхность
спускались тонкие линии. Волшебники решили поступить так же.
Над тундрой завывал ветер. Лед, толщиной в несколько сотен миль, лежал по-
всюду , даже на экваторе.
Едва материализовавшись, волшебники огляделись.
- Что, черт возьми, здесь произошло? - вопросил Чудакулли.
Пейзаж представлял собой сплошную мешанину рвов и ям. Под снегом едва вид-
нелись дороги, по обочинам которых торчали развалины того, что когда-то было
зданиями. Половину горизонта занимало нечто, ужасно похожее на зачахшую вер-
сию гигантского «морского блюдца», которую когда-то предлагал Профессор Со-
временного Руносложения. Эта штука имела несколько миль у основания, а вер-
хушка даже не просматривалась в пасмурном небе.
- Ну, и чья же это работа? - обвиняющим тоном поинтересовался Чудакулли.
- Да брось ты, - сказал Декан. - Мы даже не знаем, что это такое.
За путаницей разбитых дорог метель задувала в глубокие траншеи, выдолблен-
ные в земле. Все это выглядело совершенно заброшенным.
Думминг показал на огромную пирамиду.
- То, что мы ищем, должно быть там, - сказал он.
Первое, что заметили волшебники, был какой-то звук вроде жалобного блеяния.
Он то затихал, то возобновлялся через равные промежутки времени: то есть - то
нет, то есть - то нет. Казалось, звук заполнял собой все здание.
Волшебники бродили туда-сюда, периодически прося ГЕКСа переместить их в но-
вое место. Все они были согласны, что в происходящем нет никакого смысла.
Здание в основном было заполнено транспортными путями и погрузочными площад-
ками, чередующимися с массивными колоннами. А еще все тут скрипело, как ста-
рый парусник. Иногда до них доносился стон, эхом повторявшийся со всех сто-
рон. Время от времени земля дрожала.
Ясно было, что в самой середине произошло нечто важное. Там торчали трубы в
несколько сотен футов высотой. Волшебники опознали вентили, но другие огром-
ные механизмы остались для них загадкой. Канаты толщиной чуть не с целый дом
свисали из мрака. И на всем этом блестел иней.
Блеяние не кончалось.
- Смотрите! - воскликнул Думминг.
Высоко над их головами вспыхивали и гасли красные буквы.
- Т-Р-И-В-О-Г-А, - по слогам прочел Декан. - Интересно, к чему бы это? По-
хоже, они изобрели магию, кем бы эти «они» ни были. Заставить буквы вот так
загораться и гаснуть довольно сложно.
Думминг исчез на несколько секунд, затем появился вновь.
- ГЕКС считает, что это - камбузный лифт, - сказал он. - Ну, понимаете... та-
кая штуковина, которая поднимает вещи с этажа на этаж.
- И куда же? - поинтересовался Чудакулли.
- Эээ... наверх, сэр. В то самое кольцо вокруг планеты. ГЕКС побеседовал с
местным интеллектом. Тот в какой-то степени похож на ГЕКСа, сэр. Но он умира-
ет .
- Какая неприятность, - хмыкнул Чудакулли. - А остальные куда подевались?
- Ну, они... сделали что-то вроде громадных... шаров из металла, чтобы в них
жить. Знаю, это звучит глупо, но они все улетели. Из-за льда, сэр. И еще тут
была комета. Не очень крупная, но она всех напугала. Тогда-то они и построили
эти штуки... похожие на бобовые стебли, и стали добывать металлы на небесных
камнях, а потом... Улетели.
- Куда?
- Он... то есть интеллект не уверен. Он забыл. Говорит, что многое забыл.
- О, я понял! - воскликнул Декан, пытавшийся не потерять нить беседы. - Они
все полезли наверх за волшебным бобом, да?
- Ну, в общем и целом, Декан, - дипломатично сказал Думминг. - В общем и
целом...
- Похоже, прежде чем уйти, они все тут перевернули вверх дном, - заметил
Чудакулли.
Ринсвинд, следивший за рывшейся в мусоре крысой, услышал слова Аркканцлера
и буквально взорвался:
- Вверх дном? Где же вы тут видите дно?
- Чего-чего? - переспросил Чудакулли.
- Вы случайно прогноз погоды для этого мира не смотрели? - Ринсвинд даже
всплеснул руками. - Ожидается выпадение нескольких миль льда, за ним пройдет
небольшой дождичек из камней, временами - удушливый туман, который рассеется
через каких-нибудь тысячу лет. Также будет наблюдаться повышенный вулканизм,
на одной половине континента разольется лава, после чего последует непродол-
жительный период горообразования. И по-вашему, это - в порядке вещей?
- Ну, если ты так ставишь вопрос...
- О да! Конечно, бывали и относительно спокойные времена, все вроде бы ус-
таканивалось , а потом - БА-БАХ!
- Незачем так волноваться...
- Я здесь был! - заорал Ринсвинд. - Именно так все тут и происходило! А те-
перь ответьте, пожалуйста: как, по-вашему, какое-нибудь живое существо может
тут перевернуть что-нибудь вверх дном? - Он замолчал и судорожно сглотнул. -
Не поймите меня неправильно, если выбрать подходящее время, то - да, это ме-
сто просто создано для каникул... Десять тысяч лет, может быть, даже пара мил-
лионов, если повезет с породой, однако строить долгоиграющие планы? Это, черт
побери, несерьезно. Отличное место, чтобы провести каникулы, но жить здесь?
Увольте! И если кто-то решил отсюда слинять, то я от всей души желаю им уда-
чи.
Он показал пальцем на крысу, подозрительно глядевшую на волшебников. Земля
вновь задрожала.
- Посмотрите-ка на нее, - продолжил Ринсвинд. - Мы с вами знаем, что про-
изойдет дальше. Через миллион лет ее потомки будут говорить: «Ух ты! Какой
здоровский мир сотворила Великая Крыса специально для нас». А может, наступит
черед медуз или еще каких-нибудь неизвестных пока тварей, болтающихся сейчас
в морских волнах. Но будущего тут нет! Нет, не так... Я хочу сказать, будущее-
то есть, но оно всегда принадлежит кому-нибудь другому. Знаете, из чего со-
стоит местный мел? Из мертвых животных! Нынешние камни - это мертвые живот-
ные! Когда-то здесь жили...
Даже будучи в возбужденном состоянии, Ринсвинд вовремя прикусил язык. Не
стоило говорить волшебникам о приматах. Смутное чувство вины овладело им.
- Одни существа, - наконец, он подобрал слово. - Жили в известняковых пеще-
рах. Известняк состоит из остатков тех самых древних «кисельных капель». Я
сам видел, как он появился: оседал на дно, словно снег шел в воде... И те суще-
ства жили прямо внутри костей своих далеких предков! Обалдеть! Этот мир... Он
напоминает калейдоскоп. Вы поворачиваете его, ждете мгновенье и любуетесь но-
вым узором. Потом еще раз. И еще... - Он замолчал и вдруг поник. - Дайте мне
стакан воды, пожалуйста.
- Это была очень... впечатляющая речь, - сказал Думминг.
- Вполне себе точка зрения, - добавил Чудакулли.
Однако другие волшебники давно потеряли интерес к Ринсвинду, как случалось
всегда, когда впечатляющие речи произносились не ими.
- Я вам еще кое-что скажу, - продолжил Ринсвинд уже более спокойным тоном.
- Этот мир - настоящая наковальня. И все, что здесь, - находится между моло-
том и наковальней. Каждая его частица - это потомок тех, кто когда-то спасся,
несмотря на все беды, которые мир обрушил на них. Надеюсь, что они никогда на
нас не разозлятся...
Главный Философ и Декан бочком приблизились к огромному цилиндру. На его
боку черной краской было намалевано: «РИММОНТ».
- Эй, парни! - громко позвал Декан. - А здесь что-то разговаривает...
Изнутри цилиндр напоминал маяк. Там имелась винтовая лестница, а на стенах
висели изогнутые шкафчики. Тускло горели огоньки, целые созвездия огоньков.
Сомнений не оставалось: строители цилиндра владели магией.
Слово «ТРИВОГА» по-прежнему мигало в воздухе.
- Как бы я хотел, чтобы эта пакость выключилась, - проворчал Главный Фило-
соф.
Свет тут же потух. Звуки смолкли.
- Наверное, они использовали демонов, - весело сказал Декан. - Ну-ка... При-
вет!
- Лифт нестабилен, - произнес приятный женский голос.
- А, магия, - скучающим тоном отозвался Чудакулли. - Что ж, это нам подой-
дет. Эй, голос! Мы хотим подняться наверх в этой волшебной коробке!
- А мы разве хотим? - удивился Думминг.
- Все лучше, чем торчать в этом унылом месте, - отрезал Чудакулли. - К тому
же это может быть занятно. Бросим, так сказать, последний взгляд на мир, так
сказать, а потом... Ну, в общем, вы поняли.
- Нестаб... иль... ность растет, - сказал голос. Судя по тону, лично его это
никак не волновало.
- Что-что она сказала? - переспросил Декан. - Звучит как название местно-
сти.
- Прелестно, прелестно, - сказал Чудакулли. - А сейчас можем ли мы, нако-
нец, подняться?
Узор из огоньков изменился. Затем тот же голос, словно бы взвесив все «за»
и «против», произнес:
- Аваррийный реджим.
Дверь закрылась, цилиндр дернулся. Почти тут же включилась приятная музыка,
которая, разумеется, совершенно не действовала никому на нервы.
Крыса проводила взглядом штуку, ползущую вверх по тросам, свисающим из цен-
тра пирамиды.
Земля опять задрожала.
Паутина вокруг планеты медленно рассыпалась.
Лед подобрался вплотную к закрепленным в земле тросам, но нестабильность
уже несколько недель упорно делала свое дело, превращая небольшие толчки в
разрушительные удары.
Один из тросов неторопливо выскользнул из пирамиды и улетел в небо, при
этом дергаясь и жарко разгораясь алым пламенем.
По всему горизонту другие тросы, танцуя и завывая, уносились ввысь...
Все закончилось за день.
Система сложилась по экватору как карточный домик, извиваясь и пылая на фо-
не сотен и сотен миль снега. «Ожерелье» вокруг планеты развалилось. Часть об-
ломков разлетелась в стороны, часть - упала на поверхность, приземлившись не-
сколькими часами позже.
Экватор еще некоторое время окружало кольцо огня.
А затем холод вернулся.
Как и говорили волшебники, через сотни миллионов лет все это обязательно
повторится. Но мир будет уже иным.
В опустевшей комнате факультета Высокоэнергетической Магии ГЕКС направил
вездескоп в космос, разыскивая эту странную новую жизнь.
Он обнаружил ядра комет, к которым были приделаны тросы в тысячи миль дли-
ной. Дюжины поездов за миллионы километров от замерзшей планеты убегали в
темное межзвездное пространство.
В их окошках мерцали огоньки. Похоже было, что экстеллект с надеждой смот-
рел из них в будущее.
Во мраке медленно кружился желтый цилиндр. Он был пуст.
Глава 4 6.
Как удрать
с планеты
В горячей речи Ринсвинда многое - правда. Если вы полагаете, что он пере-
гнул палку, и Земля на самом деле - идиллическое место, заметьте, что он про-
был на планете гораздо дольше, чем вы, и повидал многое, с чем вам никогда не
доведется повстречаться. Мы с вами наблюдаем за нашей планетой гораздо меньше
времени, чем волшебники. Возможно, поэтому мы уверены, что планета - это здо-
рово. Потому что мы здесь выросли. Мы прямо-таки созданы для нее, а она - для
нас ... в настоящий момент.
А теперь расскажите это динозаврам.
Ах да. Они куда-то подевались. То-то и оно.
Мы не предлагаем немедленно все бросить и начать строить Ноев ковчег. Но
дело дошло до того, что даже Конгресс Соединенных Штатов озаботился вопросом
о безопасности нашей планеты, а как вы сами знаете, политики обычно не спо-
собны думать о сколько-нибудь отдаленных перспективах. Зрелище кометы Шумей-
керов - Леви-9, врезавшейся в Юпитер, заставило некоторых политиков изумленно
вздернуть брови. Были рассмотрены предварительные разработки систем, способ-
ных защитить от комет и астероидов. Основная проблема в том, что этих «вра-
гов» надо вовремя засечь. Обнаружьте их в срок, и скромная ракета спасет Зем-
лю от превращения в поджаренный бекон.
Удивительно, как земная жизнь смогла вынести все, что уготовила ей Вселен-
ная. Эволюция имеет дело с Глубоким Временем, и периоды меньше, чем сто мил-
лионов лет, ее не интересуют. Сама по себе жизнь чрезвычайно устойчива, а вот
отдельные ее виды - нет. Они существуют считанные миллионы лет, а затем ухо-
дят в небытие. Жизнь продолжается благодаря своей изменчивости, ее книга со-
стоит из сплошных введений. Люди же рассчитывают сделать из своей истории
блокбастер минимум на десять серий.
Впрочем, кое-что может нас немного утешить. В настоящий момент нам нечего
волноваться по поводу катастроф, которые могут свалиться Сверху. Куда серьез-
нее то, что происходит у нас Здесь Внизу: опасность ядерной войны, биологиче-
ской войны, глобальное потепление, загрязнение окружающей среды, перенаселен-
ность , разрушение среды обитания, сжигание тропических лесов и так далее.
Впрочем, опасность того, что действия человека убьют планету, невелика. По
сравнению с тем, что природа уже делала и обязательно сделает снова, наша
деятельность ничтожна. Один-единственный астероид обладает большей разруши-
тельной силой, чем все человеческие войны, вместе взятые, включая гипотетиче-
скую Третью мировую войну. Любой ледниковый период изменит климат сильнее,
чем выбросы углекислого газа от всех автомобилей нашей цивилизации. А что до
деканских траппов... Поверьте, вам бы очень не захотелось дышать воздухом той
эпохи.
Нет, мы не можем разрушить Землю. Мы можем разрушить только самих себя.
Впрочем, вряд ли это обеспокоит кого-то, кроме нас. Тараканы и крысы вер-
нутся, а если произойдет самое худшее, страницы «Книги Жизни» будут продолже-
ны бактериями в толще горных пород. А потом кто-то их прочтет.
Если мы хотим заслужить гордое имя Homo sapiens, нужно сделать по крайней
мере две вещи, увеличивающие наши шансы на выживание. Во-первых, нам надо
резко сократить свое воздействие на окружающую среду. Тот факт, что природа
временами способна наносить смертельные удары, не дает нам права ей подра-
жать . Ведь именно мы изобрели этику. Окружающая нас среда достаточно настра-
далась от различных сил, и последнее, что ей требуется, это чтобы человечест-
во усугубило проблемы. Даже с точки зрения банального эгоизма таким образом
можно попытаться выиграть немного времени.
Которое мы могли бы использовать для того, чтобы переложить часть яиц в
другую корзину.
Люди всегда мечтали о путешествиях к иным мирам. Но сейчас эта отвлеченная
идея превращается из забавы или расчетов на коммерческую выгоду в вопрос на-
шего выживания.
Правильнее всего сказать себе прямо сейчас, что все это уже не научная фан-
тастика. Ну, то есть и фантастика, конечно, тоже, поскольку данная тема лежит
в основе жанра научной фантастики, а многие из лучших писателей-фантастов (из
тех, по чьим книгам не снимается кино) упорно писали об этом десятилетиями.
Но это не означает, что все их фантазии не могут стать реальностью. Леднико-
вые периоды - это тоже реальность. Когда большие-пребольшие камни с диким
визгом ворвутся в атмосферу, чтобы остановить их, нам потребуется нечто более
серьезное, чем Брюс Уиллис на космическом шаттле в роли Сокола Тысячелетия.
Может быть, наше стремление исследовать Вселенную не более чем проявление
обезьяньего любопытства. Но существует и иной, более рациональный импульс,
побуждающий нас наносить на карты новые земли и завоевывать новые миры. А мо-
жет быть, все дело в заложенном в нас изначально стремлении распространить
свое присутствие как можно более широко: ведь леопард не может съесть всех,
если вас - неисчислимое множество.
Эта потребность заставила нас проникнуть в каждый уголок и щель нашей пла-
неты, от льдин Арктики до пустынь Намибии, от глубин Марианской впадины до
пика Эвереста. Многие из нас придерживаются Ринсвиндовых взглядов на комфорт-
ную жизнь и предпочитают оставаться дома, но некоторые - слишком беспокойны,
чтобы чувствовать себя счастливыми, сидя сиднем на одном и том же месте.
Все это вылилось в мощную движущую силу, превратив наш вид в нечто очень
странное, чьи коллективные возможности превосходят понимание отдельного инди-
вида. Мы не всегда используем их с умом, однако, без них мы были бы намного
слабее. Теперь же у нас они воплощаются в реальность.
Так мечта может сотворить чудо. Когда Колумб открывал (ну хорошо - переот-
крывал) Америку и люди в Европе узнали о ее существовании, на самом-то деле
он искал новый морской путь в Индию. Опираясь на сведения, которые ученые то-
го времени считали фантазиями, он убедил самого себя, что мир - намного мень-
ше, чем кажется. И рассчитал, что, поплыв на запад от Африки, можно довольно
быстро добраться до Японии и Индии. Ученые оказались правы, а Колумб ошибся.
Вот только помним мы именно Колумба, потому что в итоге он стал тем, кто
уменьшил наш мир. Он взял на себя смелость отправиться туда-не-знаю-куда,
поддерживаемый только убеждением, что там, на той стороне, обязательно есть
что-то важное.
Мы, по крайней мере, видим цель нашего путешествия, Колумбу же пришлось до-
вольствоваться лишь предчувствием.
Огромная ракета «Сатурн-5» с приделанной к ней крошечной капсулой «Аполло-
на» стала первой попыткой человека уйти за пределы земной гравитации. Мы не
имеем в виду, что гравитационное притяжение Земли станет равным нулю, если вы
отлетите подальше, хотя это весьма распространенное заблуждение. Мы подразу-
меваем, что если вы летите достаточно быстро, то сила тяжести Земли никогда
не сможет притянуть вас обратно. Небесная механика оперирует в фазовом про-
странстве дистанций и скоростей, ее «ландшафт» включает в себя не только ско-
рость , но и расстояние. Лишь узнав достаточно много о гравитации и динамике,
чтобы понять этот нюанс, мы обрели шанс воплотить проекты типа «Аполлона» на
практике.
Вы легко поймете это на примере неких древних идей, которые были совершенно
умозрительными (в приземленном смысле этого слова) и одновременно вполне фан-
тастическими и непрактичными, по крайней мере, по меркам Круглого мира. В
1648 году епископ Джон Уилкинс перечислил четыре способа покинуть Землю: за-
ручиться поддержкой духов или ангелов; оседлать птиц; прикрепить крылья к те-
лу; построить летательную колесницу. Из христианского милосердия мы могли бы
интерпретировать последние два способа как самолеты и ракеты, но Уилкинс оп-
ределенно думал, что земная атмосфера распространяется до самой Луны. Гравюра
шестнадцатого века Ханса Шойфелина изображает Александра Македонского, уле-
тающего в космос на двух грифонах. А что? Дешево и сердито. Бернардо де Зама-
нья подумывал о воздушной лодке, в то время как другие - о воздушных шарах.
Каждая эпоха фантазировала в рамках существовавших тогда технологий. В ро-
мане Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут», написан-
ном в 1865 году, путешественники отправляются в космос на капсуле, выстрелян-
ной из огромной пушки, установленной во Флориде. В 1870 году вышло продолже-
ние романа - «Вокруг Луны», и там уже описан целый космический поезд из по-
добных капсул. Жюль Верн не ошибся, выбрав Флориду. Он знал, что благодаря
вращению Земли возникает центробежная сила, помогающая капсуле покинуть пла-
нету , и что сильнее всего она действует на экваторе. Поскольку героями книги
были американцы, то Флорида вполне подошла. Когда НАСА начало запуск ракет,
они пришли к тем же выводам, и космодром был построен на мысе Канаверал.
У больших пушек, правда, имеются отдельные недостатки, такие, как стремле-
ние расплющить своих пассажиров по полу из-за слишком быстрого ускорения. Од-
нако современные технологии помогают этого избежать благодаря постепенному
росту скорости. С инженерной точки зрения ракеты пока наиболее предпочтитель-
ны, однако все еще может измениться. В 1926 году Роберт Годдард изобрел жид-
кое ракетное топливо. Первая его ракета поднялась на головокружительную высо-
ту 40 футов (12,5 м). С тех пор ракеты проделали немалый путь, доставив людей
на Луну и разослав наши приборы по всей Солнечной системе. Да и сами они ста-
ли куда совершеннее. И все же, все же... Не кажется ли вам, что способ покидать
планету на гигантском одноразовом фейерверке не слишком элегантен?
До недавнего времени считалось, что запас энергии, необходимый для полета в
космос, должен переноситься самим снарядом. Тем не менее, у нас уже имеется,
пусть и в зачаточном состоянии, способ покинуть Землю, оставив источник энер-
гии на планете. Это лазерная двигательная установка: мощный луч когерентного
света, направляемый на твердый предмет, буквально толкает его вперед. Подоб-
ный способ требует огромных затрат энергии, однако прототипы, созданные Лей-
ком Мирабо, уже были испытаны в Центре высокоэнергетических лазеров на поли-
гоне Уайт-Сэндс. В ноябре 1997 года небольшой снаряд достиг высоты 50 футов
(15 м) за 5,5 секунды; в декабре того же года - уже 60 футов (20 м) за 4,9
секунды. Это может показаться не слишком впечатляющим, но сравните с первой
ракетой Годдарда. Для достижения эффекта гироскопической стабилизации снаряд
вращается со скоростью 6 тысяч оборотов в минуту. Лазерный луч частотой 20
импульсов в секунду направляется на специальную полость, нагревая воздух под
ней и создавая волну сжатия в несколько тысяч атмосфер с температурой 30 000
°К. Именно это и толкает снаряд вперед. На большой высоте воздух становится
разреженным, поэтому для аналогичной ракеты потребуется взять на борт топли-
во. Оно будет закачиваться в полость и испаряться под лазерным лучом. Для то-
го чтобы вывести на орбиту снаряд весом в 2 фунта (1 кг) , потребуется лазер
мощностью 1 МВт.
А еще это может быть очень мощным оружием...
Другой вариант - это направленная передача энергии. С Земли можно направить
пучок высокочастотной электромагнитной энергии. Это не просто фантазии: в
1975 году Дик Дикинсон и Уильям Браун переслали на расстояние в 1 милю пучок
мощностью 30 кВт (чего достаточно для питания тридцати электроплиток). Джеймс
Бенфорд и Мирабо предложили использовать для запуска космических кораблей
волну миллиметрового диапазона, которая не затухает в атмосфере. Это одна из
вариаций лазерного метода, при которой используются снаряды аналогичной кон-
струкции.
Оба этих метода требуют огромного количества энергии. В них слышится отго-
лосок старых инженерных предрассудков, что любой выход в космос потребует
много энергии для преодоления гравитации Земли. Но их преимущество заключает-
ся в том, что источник энергии остается на планете, а электростанция мощно-
стью 1000 МВт, которая потребуется для лазерного запуска, в промежутках может
генерировать электроэнергию для бытовых нужд.
Более тонкий метод, основанный на принципе боласа, впервые был предложен в
50-х годах XX века. Болас - это такое охотничье приспособление, представляю-
щее собой 3 грузика, прикрепленных к ремешкам, концы которых связаны вместе.
В полете болас вращается, растягивая грузики в стороны. Когда ремни достигают
цели, грузики закручиваются по спирали и наносят смертельный удар. Похожее
устройство, напоминающее гигантское колесо обозрения с тремя спицами, на кон-
цах которых будут располагаться кабины, можно установить над экватором. Ниж-
няя часть боласа будет располагаться где-то в нижних частях атмосферы, а
верхняя - в космосе. Вы можете подлететь к нижнему «шарику» на самолете, пе-
ресесть в кабинку, а потом - рраз! - и вы уже в космосе. Самое большое пре-
пятствие на пути подобного проекта - это трос, который должен быть прочнее,
чем все известные нам материалы. Впрочем, углеродное волокно - шаг в правиль-
ном направлении, поскольку сочетает прочность с легкостью. Атмосферное трение
замедлило бы вращение боласа, но подобные потери можно компенсировать, уста-
новив в космосе солнечные батареи.
Впрочем, самым известным устройством подобного типа является космический
лифт. Мы упоминали о нем в первой главе в метафорическом смысле, также в ка-
честве технологической идеи. Теперь мы поговорим о нем подробнее. По сути,
космический лифт первоначально представляет собой спутник на геостационарной
орбите. Затем вы опускаете с него трос на поверхность Земли, сооружаете под-
ходящую кабинку и находите подходящий материал для кабеля. Этот материал вы
поднимаете наверх ракетами или системой боласов (а как только у вас будет
первый такой трос, с его помощью можно соорудить и остальные) . Все это вам
нужно сделать лишь однажды, поэтому величина первоначальных расходов стано-
вится несущественной.
В начале мы уже подчеркивали, что, как только количество спускаемого вниз и
поднимаемого наверх груза уравняется, преодоление гравитации станет абсолютно
бесплатным и не потребует новых затрат энергии. С этого момента можно будет
начать строить межпланетные корабли прямо в космосе, используя материалы, до-
бытые на Луне или в поясе астероидов. Космический лифт станет новой отправной
точкой нашей цивилизации, именно поэтому мы использовали его прежде как мета-
фору , говоря о жизни вообще.
Идея космического лифта принадлежит ленинградскому инженеру Ю. Н. Арцутано-
ву и впервые была опубликована в 1960 году в газете «Правда». Он назвал его
«небесной канатной дорогой» и подсчитал, что таким образом можно доставлять
на орбиту 12 тысяч тонн грузов в день. Благодаря Джону Айзексу, Хью Браднеру
и Джорджу Бэкусу в 1966 году идея привлекла внимание и западных ученых. Этих
ученых полеты в космос не интересовали, они были океанографами, то есть теми
людьми, которых весьма занимает подвешивание тяжестей на тросах. Они предпо-
чли бы протянуть тросы на дно океана, а не запускать в космос. Океанографы не
знали о русской разработке, но вскоре идеи Арцутанова получили широкую из-
вестность среди западных ученых, после того как русский космонавт и живописец
Алексей Леонов создал картину, изображающую космический лифт в действии.
Вероятно, столь простая, сколь и невыполнимая идея приходила в голову мно-
гим людям, но так и оставалась неизвестной широкой публике именно потому, что
выглядит невыполнимой с точки зрения существующих или возможных в ближайшем
будущем технологий. Это означает, что она время от времени будет заново изо-
бретаться все новыми и новыми людьми. В 1963 роду писатель-фантаст Артур
Кларк размышлял о том, как можно увеличить количество геостационарных спутни-
ков связи. Для этого, по его мнению, со спутника, находящегося на геостацио-
нарной орбите, достаточно спустить трос и подвесить на него другой спутник.
Позже он сообразил, что отсюда рукой подать до космического лифта, идея кото-
рого была им позже развита в романе «Фонтаны рая». В 1969 году А. Р. Коллар и
Дж. У. Флауэр также пришли к идее подвешивания спутников на тросах, спускаю-
щихся со спутника на геостационарной орбите. А в 1975 году Джером Пирсон
предложил создать «орбитальную башню», что по сути то же самое.
Естественно, как только вы соорудите один космический лифт, вы можете под-
весить к нему несколько тросов. Раз все нужные материалы можно поднять, почти
не затрачивая средств, зачем же останавливаться на достигнутом? Чарльз Шеф-
филд в романе «Паутина меж мирами» придумал целое кольцо космических лифтов,
размещенное вокруг экватора. Именно его и увидели волшебники. По иронии судь-
бы, из-за высокой, по эволюционной шкале, скорости развития человеческой ци-
вилизации нас с вами волшебники уже не застали.
Но случится ли когда-нибудь так, что космический лифт выйдет из области
чистой фантазии? Можно ли построить подобное в ближайшем будущем? В 2001 году
две группы ученых НАСА, проанализировав технические возможности, заключили,
что это вполне осуществимый проект. Правда, Дэвид Смитерман, бывший руководи-
телем одной из этих групп, считает, что воплотить подобное на практике можно
будет лишь к 2100 году.
Главной проблемой остается трос. Нагрузка на трос будет меньше у поверхно-
сти, а чем выше - тем больше, поскольку каждый его отрезок должен удерживать
вес троса, находящегося под ним. Таким образом, его нужно сделать толще. А
теперь вопрос: какой материал обладает достаточной для этого прочностью?
Сталь не годится: трос толщиной 4 дюйма (10 см) у Земли потребует толщины 2,5
триллиона миль (4 триллиона км) в верхней части. В переводе с языка инжене-
ров , это означает: «Сталь использовать нельзя, так как она слишком тяжела».
Кевлар подошел бы лучше (толщина троса в верхней части составила бы всего-
навсего 1600 м - чуть больше мили), но тоже не годится.
Чтобы изготовить трос приемлемой толщины, нужен материал, прочность которо-
го на разрыв составляет не менее 62,5 гигапаскаля: то есть он должен быть в
30 раз прочнее стали и в 17 раз - кевлара. И такой материал уже существует.
Это углеродные нанотрубки: молекулы углерода, свернутые в полый цилиндр, ко-
торые можно рассматривать как половинки молекул знаменитого фуллерена, со-
стоящих из 60 атомов углерода и имеющих форму футбольного мяча. Прочность на
разрыв одной такой нанотрубки - не менее 130 гигапаскалей, то есть более чем
в два раза превышает требуемую. Загвоздка в том, что пока мы научились созда-
вать углеродные нанотрубки длиной лишь в несколько микрон. Но если удастся
довести их длину до 4 мм, можно будет встраивать их в композитный материал
подходящей прочности.
Вторая проблема - это база. Чем выше от поверхности Земли будет поднят
трос, тем больше удастся сэкономить наверху, где сосредоточена основная мас-
са. Вот почему у основания тросов в Круглом мире имеются огромные «зачахшие
морские блюдца». По расчетам НАСА высота башни должна составлять, по крайней
мере, 6 миль (10 км) . Чтобы уменьшить высоту башни, логично построить ее на
вершине горы, однако, поскольку в случае разрыва трос упадет на землю, лучше
всего разместить такую башню в океане близ экватора. В принципе современные
методы строительства позволяют возвести башню высотой 12 миль (20 км).
Ну и, наконец, третья проблема: как перемещать кабины вверх-вниз по тросу?
Тут неважно, какой метод применить, главное, чтобы он был экономен в эксплуа-
тации и обеспечивал высокую скорость. Магнитная левитация выглядит довольно
симпатично.
Еще надо не забыть о защите троса от метеоритов и высокоэнергетических час-
тиц. В общем, как говорится, осталось начать да кончить.
Построив космический лифт, вы получаете возможность приступить к колониза-
ции других планет. Первой очевидной целью будет Марс. Отправляете туда целую
армаду маленьких корабликов серийного производства. Прибыв на планету, первым
делом прокладываете трос и сооружаете марсианский космический лифт. Раз вы
все равно на орбите, так почему бы не обратить это в свою пользу? Вот и снова
мы встретились с метафорическим значением, которое несет в себе космический
лифт: как только вы заимеете первый, перед вами сразу же открывается масса
новых возможностей. Правда, доставить на поверхность Марса команду для по-
стройки там базы, к которой будет крепиться трос, придется каким-то иным спо-
собом .
Марс - это великолепное место для жизни, поэтому следующим шагом должно
стать терраформирование, то есть превращение его в планету, напоминающую Зем-
лю. Достаточно правдоподобные методы достижения этого описаны в книгах Кима
Стэнли Робинсона «Красный Марс», «Зеленый Марс», «Голубой Марс». Конечно, в
смысле защиты от метеоритных ударов Марс ничем не лучше, но сложно предста-
вить , что марсианская колония будет уничтожена одновременно с населением Зем-
ли . А так как жизнь, как известно, воспроизводима, то если будет уничтожено
одно поселение, другое в скором времени заново колонизирует опустевшую плане-
ту. Несколько веков спустя вы не заметите никакой разницы. Кстати, можно бу-
дет подумать и о более амбициозном плане: о путешествии к звездам. К тому
времени мы будем готовы. У нас будут интерферометрические телескопы, которые
позволят отыскивать звезды с подходящими планетами. Потом останется лишь най-
ти способ до них добраться.
В общем, вариантов великое множество, нет смысла все их перечислять. Вспом-
ните о том, как люди Викторианской эпохи воображали жизнь через сто лет. Экс-
теллект изменяется эмерджентно, иначе говоря, у нас нет ни малейшего пред-
ставления , что придет в голову людям будущего. Одно можно сказать наверняка:
это будет сюрприз.
Но даже если все пойдет прахом, в запасе у нас останется «Корабль поколе-
ний», гигантский ковчег, несущий в себе целое поселение, в котором люди будут
жить, рожать детей, обучать их и умирать, совершая путешествие длиной в сотни
веков. Сделайте такой корабль достаточно большим и интересным, тогда пассажи-
ры могут даже потерять желание куда-либо добраться. Плоский мир - это один из
таких кораблей. Он движется, но куда? Аборигены этого не знают. Создатели ос-
настили его небольшим управляемым солнышком (исключив, таким образом, нега-
тивные флуктуации) и пятью биоинженерными существами, которым нравится очи-
щать локальное пространство от всяческого космического мусора...
Что касается нашего собственного мира, мы могли бы подумать о долгосрочной
перспективе и засеять галактику бактериями, созданными методом генетической
инженерии и разработанными таким образом, чтобы всякий раз, обнаружив подхо-
дящую планету, они когда-нибудь превратились в гуманоидную жизнь (ну, или хо-
тя бы в какую-нибудь жизнь). Человечество, возможно, и исчезнет, но наша фло-
тилия медленных, непритязательных корабликов засеет нашими спорами множество
новых земель далеко-далеко в космосе.
Короче, в идеях недостатка нет. Некоторые из них, возможно, даже осуществи-
мы . Звезды манят нас. Пытаясь их достичь, мы можем погибнуть, но ведь мы все
равно умрем, так почему бы не попытаться?
Что ждет нас там? Вдруг мы найдем какой-то новый тип космического лифта?
Например, если существуют инопланетяне, живущие на нейтронной звезде, вроде
тех, которых описал Роберт Л. Форвард в книге «Яйцо Дракона», они вполне мог-
ли бы наклонить магнитную ось своей планеты, превратив ее в пульсар, и уле-
теть на плазменной струе. Может быть, пульсары именно так и появляются. А все
старый добрый космический лифт: достаточно один раз придумать трюк, все ос-
тальное - приложится. Говорят, обитателям одной такой нейтронной звезды это
удалось, и они колонизировали остальные, основав Империю Пульсаров.
Поскольку мы можем вообразить новые типы физического космического лифта,
наверняка найдутся и новые типы метафорического. Не только инопланетяне, по-
хожие на нас, но и совершенно новые формы жизни.
А кто же еще может выжить на нейтронной звезде, по-вашему?
Кстати, они нас там ждут.
Глава 47.
Вам нужен
черепахиум
- Это было отвратительно, - сказал Декан. - Хорошо еще, что на самом деле
нас там не было.
Ринсвинд сидел в конце длинного стола, положив подбородок на руки.
- Да неужели? - спросил он. - Вы действительно считаете, что это было пло-
хо? Что ж, тогда представьте, как в вас врезается комета. Ни с чем не сравни-
мое удовольствие, доложу я вам.
- Лично меня больше всего достала та музыка, - сказал Главный Философ.
- Ну, а то, что планета стала снежным комом, - это сущая ерунда, - сказал
Ринсвинд.
- Попрошу придерживаться регламента! - Чудакулли постучал кулаком по столу.
- Где Казначей?
Волшебники внимательно осмотрели главный зал факультета Высокоэнергетиче-
ской Магии.
- Я видел его всего полчаса назад, - попытался помочь Декан.
- Ладно, кворум у нас и так есть, - сказал Чудакулли. - Что мы имеем... Поток
магии почти иссяк, хотя из отчетов ГЕКСа следует, что вселенная Проекта про-
должает существовать, используя свою внутреннюю энергию. Просто удивительно,
как этот мирок цепляется за жизнь. Как бы там ни было, господа, Проект подо-
шел к своему завершению. Все, что мы из него вынесли, так это то, что из ос-
колков и мусора мира не получится. Чтобы создать порядочный мир, необходим
черепахиум и, естественно, нарративиум, в противном случае Книга Жизни будет
состоять сплошь из вступительных глав. Да и комета - не лучший способ закон-
чить историю. Лед и пламень... Это очень избито.
- Бедные, бедные крабики, - вздохнул Главный Философ.
- Прощайте, ящерки! - воскликнул Декан.
- Всего хорошего, мое дорогое морское блюдце, - не отстал от коллег Профес-
сор Современного Руносложения.
- А кем были те, кто оттуда улетел? - спросил Думминг.
- Эмм... - начал Ринсвинд.
- Да-да? - подбодрил его Аркканцлер.
- Нет-нет, ничего. Так, просто подумалось... Впрочем, вряд ли это вообще сра-
ботало .
- Кое-какие медведи выглядели довольно смышлеными, - вспомнил Чудакулли,
который питал естественную склонность к существам, похожим на него самого.
- Да-да, похоже, это были именно медведи, - быстро вставил Ринсвинд.
- Мы же не могли круглые сутки наблюдать за тем миром, - попытался оправ-
даться Думминг. - Видимо, кто-то эволюционировал чрезвычайно быстро.
- Точно, все именно так и было: кто-то излишне быстро эволюционировал, -
поддержал его Ринсвинд. - И никакого несанкционированного вмешательства не
было.
- Что ж, пожелаем им удачи, какая бы внешность у них ни была, - сказал Чу-
дакулли и собрал свои бумаги. - На этом у меня все. Не скажу, что эти дни
прошли неинтересно, но пора вернуться к реальности. Да, Ринсвинд?
- А что мы будем делать со снежком? В смысле, с миром? - спросил тот.
Волшебники, все как один, посмотрели на неторопливо вращающийся под куполом
белый мир.
- Он вам еще нужен, Тупс? - поинтересовался Чудакулли.
- Как курьез, сэр.
- Наш университет уже под завязку набит всякими курьезами, молодой человек.
- Ну, тогда... Как большое пресс-папье?
- А, Ринсвинд! Ты ж теперь у нас Профессор Жестокой и Необычной Географии.
Полагаю, эта штука в твоей компетенции...
В лотке ГЕКСа зашуршало. Думминг вытащил бумагу. На ней было написано:
+++ Проект Нужно Хранить В Надежном Месте +++
- Вот и ладушки, - Чудакулли потер руки. - Ринсвинд, засунь его куда-нибудь
на верхнюю полку, чтобы он оттуда не свалился.
+++ Происходит Рекурсия +++
Чудакулли, моргая, уставился на бумагу.
- И в чем проблема?
ГЕКС заскрипел. Муравьи бешено забегали по своим трубкам. Некоторое время
перо усиленно писало.
Думминг взял бумагу.
- Эээ... Адресовано госпоже Герпес, - сказал он. - Но это так странно...
Чудакулли заглянул ему через плечо и прочитал:
- «Пыль Не Вытирать!»
- Она просто помешана на вытирании пыли, - заметил Главный Философ. - Дека-
ну приходится заколачивать дверь кабинета гвоздями, когда уходит.
Перо снова заскрипело.
- «Это Важно», - прочел Думминг.
- Да никаких проблем, - заверил Чудакулли. - Ладно, перейдем к следующему
пункту. Ах, да! Нужно же отключить реактор. Не дергайся, Ринсвинд, я закрыл
дверь на ключ. На площадке для сквоша все еще чуточку небезопасно, не правда
ли, Тупс?
- Верно!
- Следовательно, данная область может рассматриваться как...
- Позвольте мне самому угадать, - перебил его Ринсвинд. - Как жестокая и
необычная география, да?
- Молодчага! Все, что тебе нужно...
С лестницы донесся слабый, почти на грани слышимости, шорох. Затем все
стихло.
- Что это было? - спросил Чудакулли.
- Ничего, - необычно точно для себя ответил Ринсвинд.
- Реактор остановился, - сказал Думминг.
- Сам?
- Нет, конечно, если только он не научился дергать себя за рычаги...
Волшебники столпились у двери, ведущей на площадку для сквоша. Думминг дос-
тал свой чарометр.
- Действительно, поток магии сошел на нет, - сказал он. - Остался лишь фо-
новый уровень... Отойдите-ка...
Он распахнул дверь.
Наружу вылетели два белых голубя, а за ними - бильярдный шар. Думминг от-
махнулся от целой связки флажков разных стран.
- Естественные чароактивные осадки, - пояснил он. - Ох!
Вокруг реактора, как ни в чем не бывало, прогуливался Казначей, помахивая
ракеткой для сквоша.
- А, Думминг! - воскликнул он. - А знаешь ли ты, что Время - это не просто
Пространство, повернутое на 90 ° ?
- Эээ... Не знаю, - произнес Думминг, внимательно вглядываясь в Казначея в
поисках симптомов чаровой болезни.
- Оно может выкинуть замечательный крендель, что не менее интересно, как
считаешь?
- Нууу... Вы здесь в сквош играли, сэр? - спросил Думминг.
- Например, я почти поверил, что замкнутый контур является границей на па-
раметрическом уровне, конечно, если только он гомотопен нулю, - продолжал Ка-
значей . - И предпочтительно окрашен в зеленый цвет.
- Вы трогали здесь какой-нибудь выключатель, сэр? - спросил Думминг, стара-
ясь не приближаться.
- Из-за этой вашей штуковины некоторые удары очень сложно отражать, - ска-
зал Казначей, постучав по реактору. - В прошлую среду я попытался бить в зад-
нюю стенку.
- Наверное, нам пора идти, - твердо произнес Думминг. - Приближается время
чаепития. Наверняка подадут желе, - добавил он.
- Желе - пятая форма материи, - радостно воскликнул Казначей, последовав за
Думмингом.
Остальные волшебники ждали их за дверью.
- С ним все в порядке? - спросил Чудакулли. - Ну, насколько он вообще может
быть в порядке, я хотел сказать.
- Сложный вопрос, - ответил Думминг. Казначей, сияя, смотрел на волшебни-
ков . - Наверное, да. Хотя, когда он туда вошел, реактор должен был испускать
довольно мощный поток энергии.
- А может, ни один чар его не задел? - предположил Главный Философ.
- Но сэр! Их там были миллионы! Они могут проходить сквозь все.
Чудакулли похлопал Казначея по плечу:
- Ты у нас счастливчик, да?
На миг лицо Казначея приобрело озадаченное выражение, после чего он исчез.
Глава 48.
Эдем и Камелот
Есть некоторая причина, по которой эта книга не получила название «Религия
Плоского мира», хотя, видит бог, материала для этого хватало. Все религии,
безусловно, истинны, дело лишь в определении слова «истина».
Научные дисциплины, тем не менее, утверждают, что мы живем на планете,
сформировавшейся из межзвездного мусора около четырех миллиардов лет назад во
Вселенной, возраст которой около 15 миллиардов лет (научный сленг, означающий
«чертовски много»). Еще они утверждают, что наша планета регулярно подверга-
лась бомбардировкам, заморозкам и переделкам. И что, несмотря, а точнее, -
благодаря всему этому, жизнь быстро встала на ноги, вновь и вновь возвращаясь
после очередного катаклизма уже в иной форме. И что мы сами эволюционировали
на этой планете с внезапностью прорвавшейся плотины и в течение кратчайшего
времени превратились в самый лучший и замечательный вид на планете.
На самом деле наука говорит нам, что у многих тараканов, бактерий, жуков и
даже мелких млекопитающих найдется что возразить по поводу последнего утвер-
ждения, но так как они не очень сильны в ведении научных диспутов и даже не
говорят на человеческом языке, то кого заботит, что они там себе думают? Тем
более что и думать-то они не могут, ведь правда? Главная особенность больших
мозгов в том, что они уверены: большой мозг - это здорово.
Многие из нас думают не как ученые, а как волшебники Плоского мира, что
все, произошедшее в прошлом, неизбежно приводит к настоящему, которое главен-
ствует .
И хотя за последние несколько столетий сообщение о том, что Земля - это ма-
ленькая планетка на задворках Вселенной, перестало быть новостью, до недавне-
го времени слово «Земля» употреблялось в основном в значении «почва», а не
«планета».
Наверное, переворот произошел благодаря фотографиям Земли, сделанным с Лу-
ны. Мы увидели нашу планету целиком, а не только ту ее часть, что находится у
нас под ногами. Она выглядела такой беззащитной и одинокой...
Мы с удовольствием наблюдаем за фейерверками, вызванными падением больших
глыб льда в атмосферу других планет. Хотя упади одна такая на Землю, проблем
было бы выше крыши. Но мы все равно думаем об этом лишь как о фейерверке. Как
заявила журналисту одна старушка: «Ведь это все происходит в далеком космо-
се». Однако дело в том, что мы с вами тоже находимся в далеком космосе, и бы-
ло бы неплохо узнать о нем побольше.
Динозавры не были «изначально предназначены для заклания», как предположили
создатели «Парка юрского периода». Они просто-напросто были ликвидированы
большой каменюкой, точнее, последствиями ее падения. А камни не умеют рассчи-
тывать .
В действительности динозавры показали себя молодцом, просто они забыли об-
завестись панцирем толщиной мили в три. Вполне можно допустить, что у них
имелось нечто, что мы могли бы назвать «ранней цивилизацией». Мы и предста-
вить себе не можем, насколько изменилась поверхность планеты за 65 миллионов
лет. Но камням, знаете ли, наплевать.
Не прилетел бы тот камень, прилетел бы другой, а если бы и не прилетел, в
запасе у планеты всегда имеется пара-тройка домашних заготовок для самоунич-
тожения .
Становится очевидным, что другие массовые вымирания были вызваны естествен-
ными, но не менее катастрофическими изменениями в атмосфере Земли. И все ука-
зывает на то, что само наличие жизни на планете может привести к очередной
катастрофе.
А камни не возражают.
Может быть, это случится еще не завтра. Но когда-нибудь обязательно случит-
ся . И тогда калейдоскоп Ринсвинда покажет новый красивый узор.
Эдем и Камелот, два чудесных сада из мифов и легенд, находятся здесь и сей-
час . Условия для жизни на Земле прекрасны как никогда. Обычно они куда хуже.
И вряд ли нынешнее положение продлится долго.
Наверное, у нас есть выбор. Можно покинуть Землю, как мы уже говорили. С
изрядной долей оптимизма, существует вероятность наличия где-то других ма-
леньких голубых планеток... На планетах земного типа по определению должна су-
ществовать жизнь. Именно поэтому они и называются планетами земного типа. Но
чем больше планета будет походить на Землю, тем больше проблем она может нам
доставить. Не беспокойтесь о вооруженных лазерами монстрах, с ними вы всегда
сможете поговорить. О чем? Да хоть о лазерах. Настоящей проблемой станет что-
нибудь очень-очень маленькое. Просто утром вы обнаружите у себя сыпь, а к ве-
черу ваши ноги распухнут, как сардельки1.
Хотя очень может быть, что это еще одна ложь. Инопланетным микробам вы вряд ли
придетесь по вкусу. Так же как и инопланетным тиграм, хотя эти могут нанести много
ущерба, пока в этом не убедятся. Но в любом случае иной мир будет полон неприятных
сюрпризов. Каких? Мы вам не скажем, а иначе какой же это сюрприз?
Но вы вполне можете остаться на Земле. Надеемся, вам повезет, как везло до
сих пор. Но не будет же вам везти вечно? Биологические виды живут в среднем
около 5 миллионов лет. В зависимости от того, что понимать под человечеством,
мы, должно быть, где-то посередине этого срока.
Было бы неплохо оставить тем, кто придет вслед за нами, какую-нибудь запи-
сочку со словами: «Мы здесь были», что, кстати, и обойдется намного дешевле
других проектов. Будущим расам будет любопытно узнать, что если они и одиноки
в пространстве, то вовсе не одиноки во времени.
Впрочем, вполне вероятно, мы уже это сделали: зависит от того, как долго
просуществуют вещи, оставленные нами на Луне, и от того, найдутся ли через
сто миллионов лет желающие ее посетить. Если найдутся, то они обнаружат по-
крытые пылью части спускаемых ступеней «Аполлонов» и подивятся, что означает
надпись «Ричард М. Никсон».
Насколько же счастливее нас обитатели Плоского мира! Они точно знают, что
живут в мире, сделанном специально для них. При наличии голодной черепахи и
четырех слонов у космического мусора нет ни единого шанса устроить катастро-
фу: его просто слопают, и дело с концом. Массовые вымирания там случаются
скорее по причине магических недоразумений, а не из-за случайных камней или
погодных отклонений. Может быть, эффект тот же самый, но по крайней мере все-
гда есть кого пристыдить.
К сожалению, все это благолепие резко уменьшает возможность задавать инте-
ресные вопросы. К тому же на большую их часть давно уже нашлись ответы. Всем
там правит определенность. Сами понимаете, Наверн Чудакулли - совсем не тот
человек, который будет терпеть Принцип Неопределенности.
Возвращаясь к Круглому миру, стоит, пожалуй, задержаться на одном моменте.
Предположим, что, кроме нас, в космосе никого нет. Доводы в пользу сущест-
вования разумной жизни в других мирах основаны, по большей части, на горячем
желании спорщиков. К последним относимся и мы. Но подобные споры - это кар-
точный домик, в основании которого не хватает одной карты. Мы имеем информа-
цию о существовании жизни только на одной-единственной планете. Все остальное
- это беспочвенные догадки и ничем не подкрепленная статистика. С одной сто-
роны, жизнь может быть вполне обычным явлением во Вселенной, настолько обыч-
ным, что даже в атмосфере Юпитера могут обитать какие-нибудь живые газовые
шары, а в ядре каждой кометы - сидеть колонии микроскопических «кисельных ка-
пель». А может статься, что кроме нас - хоть шаром покати.
Возможно, разумная жизнь существовала и до появления человечества и возник-
нет снова после того, как выйдет наш срок и мы превратимся в очередной слой
минеральных отложений. Мы этого не знаем. Время не просто уносит прочь всех
своих детей, как поется в одном из псалмов, оно стирает целые континенты, на
которых они жили.
Короче, во Вселенной в миллиард «дедушек» шириной и триллион «дедушек» дли-
ной, может существовать период всего в несколько сотен тысяч лет, во время
которых на какой-нибудь планете может завестись биологический вид, озабочен-
ный преимущественно сексом, поиском еды и выживанием.
Это наш Плоский мир. В этой маленькой нише пространства-времени мы изобрели
богов1, философию, этические системы, политику, неисчислимое количество сор-
тов мороженого и даже такие таинственные штуки, как «естественное право» и
«скука». Стоит ли переживать по поводу вымирания тигров или смерти последнего
орангутанга в зоопарке? Ведь слепая стихия уже наверняка множество раз унич-
тожала виды куда более красивые и достойные выживания.
И все же нам кажется, что их существование имеет значение. В конце концов,
мы сами изобрели понятие «значимости». Нам представляется, что мы должны быть
Мы просим прощения у настоящих богов.
умнее, нежели раскаленный камень в милю шириной или ледник размером с конти-
нент . Представляется, что в разных частях света и в разное время разные люди
независимо друг от друга изобрели конструктор «Собери человека». Первыми де-
талями были запрет на убийство, воровство и инцест, но постепенно он услож-
нился до ответственности перед природой, над которой, несмотря на способность
нанести ей непоправимый урон, у нас имеется божественная власть1.
Мы выступаем в защиту тропических лесов, потому что там якобы «может най-
тись лекарство от рака». Но на самом деле экстеллект просто хочет сохранить
тропические леса, а «антираковый» довод поможет убедить даже крохоборов и ду-
раков . Может быть, он и не лишен реального основания, но в действительности
мы чувствуем, что мир, в котором есть тигры, орангутанги, тропические леса и
даже самые маленькие невзрачные улитки, - такой мир более здоров и интересен
для людей (не говоря уже о тиграх, орангутангах и улитках), тогда как мир без
них будет опасной мрачной территорией. Иными словами, доверяясь инстинктам,
которые вроде бы нас еще никогда не подводили, мы думаем, что тигры - просто
милашки (по крайней мере, они довольно милы, когда находятся на безопасном
расстоянии).
Может показаться, что это замкнутый круг, но в нашем маленьком круглом че-
ловеческом мирке мы научились пользоваться подобными аргументами. И кто нам
может сказать, что мы не правы?
Глава 49.
Что вверху,
то и внизу
Ринсвинд шел, аккуратно переставляя ноги, к себе в кабинет, бережно держа в
руках шарик Проекта.
Можно было ожидать, что вселенная окажется потяжелее, но эта, вероятно, бы-
ла не из таких. Наверное, все дело было в пустом пространстве.
Аркканцлер подробнейшим образом объяснил Ринсвинду, что да, он, конечно,
будет и дальше называться Бесподобным Профессором Жестокой и Необычной Гео-
графии, но лишь по той причине, что перекрашивать табличку на двери обойдется
дороже. Он не имеет права получать жалованье, проводить лекции, выражать соб-
ственное мнение или что-то в этом роде, отдавать приказы, носить парадные
мантии и публиковаться в печати. Зато он сможет приходить на обед - при усло-
вии , что не будет чавкать.
Ринсвинду казалось, что он попал в рай.
Перед ним возник Казначей. Миг назад был пустой коридор, и вдруг появился
задумавшийся волшебник.
Они столкнулись. Медленно вращаясь, сфера взлетела вверх.
Ринсвинд отпрянул от Казначея, проследил глазами за дугообразным полетом
сферы и, бросившись вперед так, что захрустели ребра, поймал ее в нескольких
дюймах над каменным полом.
- Ринсвинд! Только не говори ему, кто он такой!
Ринсвинд оглянулся, сжимая маленькую вселенную, и увидел волшебников во
главе с Чудакулли, медленно, с опаской идущих по коридору. Думминг приветливо
помахивал ложечкой с желе.
Ринсвинд покосился на озадаченного Казначея.
- Но он же Казначей, разве не так? - спросил он.
Казначей растерянно улыбнулся и с хлопком исчез.
- Семь секунд! - закричал Думминг, бросая ложку и вытаскивая блокнот. - Это
К сожалению, даже сильнейшие разрушительные силы обладают властью, сравнимой
с божественной.
значит, что он сейчас переместился... Точно, в прачечную!
Волшебники убежали, за исключением Главного Философа, задержавшегося свер-
нуть самокрутку.
- Что это с Казначеем? - спросил Ринсвинд, поднимаясь на ноги.
- Юный Думминг полагает, что он подхватил Неопределенность, - пояснил Глав-
ный Философ, облизывая бумагу. - Как только его тело вспоминает свое имя, оно
тут же забывает, где должно находиться. - Он сунул кривую цигарку в рот и на-
чал разыскивать по карманам спички. - Еще один обычный день в Незримом уни-
верситете .
И покашливая, двинулся прочь.
Ринсвинд же со сферой отправился по лабиринту сырых коридоров в свой каби-
нет . Там он расчистил для нее место на полке для сферы.
Судя по всему, ледниковый период закончился. Ринсвинд задумался о том, что
происходит там сейчас, какое брюхоногое, млекопитающее или рептилия затягива-
ет пружину, которая подбросит его на вершину мира. Без сомнения, совсем скоро
какое-нибудь существо вдруг разовьет излишне большие мозги, которыми вынужде-
но будет воспользоваться. Оно оглядится вокруг и провозгласит: как же замеча-
тельно, что целью вселенной является создание и развитие такого существа, как
оно само.
Ребята, вас ждет немало сюрпризов...
- Ладно, выходи, - сказал Ринсвинд. - Они потеряли к нему интерес.
Из-за кресла выбрался Библиотекарь. Орангутан чрезвычайно серьезно относил-
ся к вопросам университетской дисциплины, несмотря на то, что всегда мог сда-
вить чью-нибудь голову так, что мозги вытекут через нос.
- Они сейчас ловят Казначея, - продолжил Ринсвинд. - Как бы там ни было, не
думаю, что это были те приматы. Без обид, приятель, но мне они вовсе не пока-
зались подходящими для такого дела.
- У-ук!
- Скорее всего, это был кто-то из морских обитателей. Уверен, мы не видели
и малой части того, что там творилось. - Ринсвинд подышал на сферу и протер
ее рукавом. - А что это за рекурсия? - спросил он.
Библиотекарь выразительно пожал плечами.
- А мне кажется, что там все хорошо, - сказал Ринсвинд. - Я просто подумал,
что это какая-нибудь болезнь.
Он похлопал Библиотекаря по спине, подняв целое облако пыли.
- Пойдем, поможем им охотиться на...
Дверь за ними закрылась, шаги постепенно стихли.
Мир вращался в своей маленькой вселенной, диаметром всего в один фут снару-
жи, но бесконечно большой внутри.
Позади него во мраке плыли звезды. То здесь, то там они объединялись в ог-
ромные спирали, словно водовороты вокруг невообразимой сливной дырки. Некото-
рые плыли вместе, проходя друг сквозь друга, будто призраки, а потом расходи-
лись , оставляя за собой звездный шлейф.
Юные звездочки подрастали в своих светящихся колыбельках, умершие вращались
в мрачно мерцающих саванах.
Вокруг простиралась бесконечность. Ее сверкающие стены уносились прочь, от-
крывая все новые звездные поля...
...по одному из которых в бесконечной ночи плыла состоящая из раскаленного
газа и пыли, но такая знакомая нам Черепаха.
Что Вверху, то и Внизу.
Разное
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ РАСТЕНИЯ
Лавр американский1 I Sassafras officinale (albium) I Все части
Сассафрас (лат. saxifragus - «ломающий скалы») — род листопадных деревьев,
кустарников из семейства Лавровые; родина — восток Северной Америки и восточ-
ная Азия. Латинское название — из-за способности ростков пробиваться из-под
камней.
Сассафрас беловатый, или лекарственный, или красный (Sassafras albidum
(Nuttall) Nees, Sassafras officinale) — дерево высотой до 20 м с оранжево-
коричневой плотной, глубоко рассечённой корой, распространено на востоке Се-
верной Америки, от Онтарио (Канада) по востоку США, в южной и центральной
Флориде и западнее до южной Айовы и западного Техаса.
В русском языке такое же название имеет Пимента кистевидная, или Пимента кисти-
стая, или Бай-дерево, или Перец гвоздичный, или Лавр американский (лат. Pimenta
racemosa) — растение; вид рода Пимента семейства Миртовые (Myrtaceae). Из листьев
бай-дерева производится эфирное масло бея (оно же байевое масло). Основной компонент
— эвгенол. Эфирное масло бея используется для снятия депрессивных состояний, для ук-
репления волос, при поражениях кожи и др. заболеваниях. Также используется в парфю-
мерной промышленности в качестве ароматизирующего средства, а также для приготовле-
ния «лаврового рома» (bay rum) — освежающего и стимулирующего лосьона, используемого
после бритья.
Ботаническое
описание
Двудомное дерево 15—35 м, ствол диаметром до 70—150 см, ветвление симфои-
дальное. Листья от цельных до 2—7 — лопастных или раздельных, характерно на-
личие трёх форм листа: нерассечённые, двух- и трёхлопастные. Цветки мелкие,
жёлто-зелёные, с пятью лепестками, в пазушных полузонтиках. Плоды — черно-
синие яйцевидные костянки длиной 1 см, на ярко-красных булавовидных плодонож-
ках, образуются в конце лета. Все части растения сильно ароматны. Корни выде-
ляют токсичное вещество — сафрол, которое вместе с другими выделениями расте-
ния подавляет другую растительность в месте произрастания сассафраса.
Размножается семенами и корневыми отпрысками. Интродуцировано в сады и пар-
ки Европы; в СССР — в Сухуми. Очень декоративен зимой, весной, летом и осе-
нью.
Химический
состав
В химическом составе сассафраса примерно 1-2% эфирного масла (состав эфир-
ного масла: сафрол2 (80-90%), пинены, фелландрен, азарон, камфара, туйон, ми-
ристицин, ментон) и другие действующие вещества, такие как, смола, воск, кам-
фора, белки, крахмал, резина, лигнин, дубильные вещества (танины).
2 Сафрол - не содержащий аминов предшественник 3,4-метилендиоксиамфетамина (MDA) .
Сафрол (MDA) - стимулянт, галлюциноген; в больших дозах афродизиак, в малых - зйфо-
риант.
Использование
Древесина сассафраса лёгкая и мягкая, идёт на изготовление кукольной мебе-
ли, лодок в бутылках, декоративных бочонков, шпал для игрушечных железных до-
рог.
Эфирное сассафрасовое масло получают дистилляцией с водяным паром из древе-
сины, коры и плодов дерева. Его длительное время использовали для ароматиза-
ции пищевых продуктов, в парфюмерии косметике, в производстве мыла. Несмотря
на ограничения по токсичности, объёмы потребления эфирного масла сассафраса
по-прежнему велики — оно входит в первую дюжину масел по объёму мирового про-
изводства .
В конце XX века из-за высокого содержания сафрола в эфирном масле (это
главный компонент) на его использование были наложены жёсткие ограничения,
так как сафрол был признан токсичным (точнее, он рассматривается, как потен-
циальный канцероген и слабый наркотик). Продажи этого масла в США. контролиру-
ются DEA, как и другие источники сафрола, так как они потенциально могут быть
использованы для производства MDMA, (более известного под сленговым именем
«экстази») в подпольных лабораториях.
Эфирное масло в ограниченном количестве используется для ароматизации чая,
свечей, в ароматерапии (только в малых дозах — на уровне обоняния) . Запах
считается хорошим репеллентом от москитов и других насекомых.
В традиционной медицине коренных жителей Америки и у других американцев
пользовался популярностью, как ароматическое, противопростудное, дезинфици-
рующее средство. В настоящее время в форме эфирного масла входит в состав не-
которых лекарств. Пример — «Стопангин» (гексорал). В США сердцевина растения
используется в противовоспалительных средствах для глаз, а также при катаре.
Корень растения и кора с корней используются у местных жителей для приго-
товления чая. Чай (сафрол в воде не растворяется) в больших дозах действует
как возбудитель и вызывает потоотделение. Листья используются для загущения
соусов и супов, высушенные и измельчённые, они называются file powder — пря-
ность, используемая в каджунскои и креольской кухнях. Ранее (до запрета из-за
канцерогенности) части растения использовались для изготовления корневого пи-
ва (рутбир) — популярного в южных штатах США безалкогольного или слабоалко-
гольного напитка.
Лаконос (Фитолакка американская) Phytolacca L. Все части
Лаконос (англ. Phytolacca) — род многолетних растений семейства Лаконосовые
(Phytolaccaceae). В садоводстве известен под названием фитолакка, у американ-
цев — англ. pokeberry.
На территории России произрастают 2 вида — Лаконос американский (Phytolacca
americana L.) и Лаконос ягодный (Phytolacca acinosa Roxb.). Далее в качестве
примера рассмотрен первый из них.
Лаконос американский, или Фитолакка американская (лат. Phytolacca
americana) — многолетнее травянистое растение; вид рода Лаконос семейства Ла-
коносовые (Phytolaccaceae).
Занесен в Восточное полушарие из Северной Америки, распространился на Кав-
казе (Северный Кавказ, Западное Закавказье, Талыш).
На территории России встречается на Кавказе как заносное растение. В евро-
пейской части России широко распространён в садовой культуре. Разводится в
ботанических садах и цветниках, часто дичает.
Растёт на сорных местах у жилищ, дорог, в садах и огородах.
Ботаническое
описание
Травянистый многолетник высотой до 3 м с многоглавым коротким толстым кор-
невищем и мясистым стержневым корнем.
Листья большие зелёные, простые, супротивные, заострённые яйцевидные, к ос-
нованию клиновидно-суженные, цельнокраиние, 5—40 см длиной и 2—10 см шириной,
с короткими угловатыми черешками.
Цветки обоеполые, мелкие (около 0,5 см в диаметре) белые, собраны в удли-
нённые кистевидные соцветия (10—15, до 30 см длиной) на концах побегов. Око-
лоцветник простой, с округло-яйцевидными, тупыми, сначала беловатыми, а потом
краснеющими долями. Тычинок десять. Завязь верхняя. Цветёт с июня по сен-
тябрь .
Плод — фиолетово-чёрная ягода. Зрелые плоды округлые. Семена почковидно-
линзовидные, около 3 мм длиной, блестящие, чёрные. Плодоносит с августа.
Корни и побеги сильно ядовиты. Хорошо размножается семенами (цветёт в год
посева).
Лаконос американский (Phytolacca americana).
Химический
состав
В корнях найдены алкалоиды (в том числе фитолакцин — 0,16 %), эфирное масло
(0,08 %) с резким запахом и острым вкусом, в корнях и листьях — тритерпеновые
сапонины. Плоды и семена богаты витаминами группы В и РР; в листьях до 285
мг% витамина С.
Использование
Зелёные молодые побеги используют в пищевых целях как спаржу.
В абхазской кухне ягода применяется при засолке огурцов, капусты, острого
перца и чеснока, как своего рода специя, придающая терпкость и пряность, при-
даёт продуктам розово-лиловую окраску.
В винодельческих районах Европы и Азии лаконос американский выращивается
ради ягод, дающих краску для вина.
В качестве лекарственного сырья использовали свежий резаный корень лаконоса
американского (лат. Radix Phytolaccae americanae recens) и высушенные листья.
В американской медицине корни применяют как слабительное средство и средст-
во от кожных болезней. В СССР получали настойку из свежих корней и листьев,
которая входила в состав препарата «Акофит», а настойка корней — в состав
препарата «Эхинор». В настоящее время не используются.
Растение обладает антибактериальной активностью. В Англии и Германии жидкий
экстракт и порошок из корней («Фитолакцин») применяют при запорах и для улуч-
шения обмена веществ, наружно — при ревматизме.
Алкалоид фитолакцин раздражает слизистую оболочку дыхательных путей, в ма-
лых дозах действует успокаивающе на организм, в больших — нарушает рефлектор-
ную деятельность, вызывает одышку, судороги, паралич дыхательного центра.
В народной медицине корни используют как слабительное, рвотное, мочегонное
и противоглистное средство, а также при заболеваниях почек и язвенной болез-
ни.
Листья и молодые побеги в варёном виде употребляют в пищу.
Красный сок ягод используют для окрашивания шёлка и шерсти.
Ландыш Convallaria L. Все части
Ландыш (лат. Convallaria) — монотипный либо олихютипный род однодольных
растений семейства Спаржевые (Asparagaceae).
Как правило, считается монотипным родом с единственным видом Ландыш майский
(Convallaria majalis). Впрочем, в некоторых таксономических классификациях
выделяются два других вида — ландыш Кейзке и ландыш горный.
По состоянию на 2013 год в большинстве международных баз данных род Ландыш
входит в состав семейства Спаржевые (Asparagaceae).
Далее описание ландыша майского.
Ландыш майский (лат. Convallaria majalis) — вид травянистых цветковых рас-
тений, распространённый в регионах с умеренным климатом Северного полушария.
Согласно традиционным представлениям, является единственным видом рода Ландыш
(Convallaria); вместе с тем, три подвида, рассматриваемые в пределах ландыша
майского, иногда выделяют в отдельные виды.
Ареал вида (включая популяции ландыша Кейзке и ландыша горного) охватывает
всю Европу, Кавказ, Малую Азию, Китай, а также Северную Америку.
В России — в европейской части, Горном Крыму, Забайкалье, Приамурье, Примо-
рье, на Сахалине и Курилах.
Ландыш растёт в лиственных и сосновых, а также в смешанных лесах, на опуш-
ках и полянах. Особенно хорошо развивается в пойменных дубравах, на богатой
почве при хорошем увлажнении и нейтральной реакции.
На нетронутых местообитаниях разрастается очень широко, создавая значитель-
ные куртины. Урожайность сухих побегов в сообществах, где ландыш преобладает
(в сосняках сложных, дубняках и осинниках ландышевых), составляет 6—30 кг/га.
Теневыносливое растение.
Ботаническое
описание
Травянистое многолетнее растение 15—30 см высотой. Подземное корневище го-
ризонтальное ползучее, не толще гусиного пера, несёт близ верхушки несколько
бледных небольших низовых листьев, полускрытых в земле. Корни мелкие, много-
численные , мочковатые.
Надземные побеги укороченные. За низовыми листьями следуют два (редко три)
больших, совершенно цельных широколанцетных (или продолговато-эллиптических)
заострённых прикорневых листа, между которыми на верхушке корневища находится
крупная почка. Из угла низового листа, обхватывающего снизу оба зелёных, вы-
ступает цветоносный стебель, несущий кисть из 6—20 цветков, обращенных пре-
имущественно в одну сторону. Цветоносный стебель безлистный либо несёт листья
лишь под соцветием; редко — с нитевидными листьями. Ароматные цветки грациоз-
но поникают. Время цветения — с мая по июнь.
Длинные изогнутые цветоножки — с плёнчатыми прицветниками. Цветки имеют
простой сростнолистный округло-колокольчатый околоцветник 4—9 мм длиной и 3—7
мм шириной, белого (реже бледно-розового) цвета, с шестью отогнутыми лопастя-
ми. Тычинок шесть, они с толстыми и короткими нитями, прикреплёнными к осно-
ванию околоцветника. Завязь округлая, заканчивается коротким столбиком и не-
большим рыльцем. Соцветие сформировано в почке с лета предыдущего года.
Плод — оранжево-красная шаровидная ягода 6—8 мм в поперечнике, содержащая
одно или два почти шаровидных семени. Ягоды долго сохраняются на растении.
Плодоношение в июне — начале июля.
Размножается как семенами, так и вегетативно — корневищами. При развитии из
семян зацветает в природе на седьмом году жизни.
На следующий год верхушечная почка продолжает собой корневище и опять при-
носит два (как исключение — три) больших листа, но цветоносный стебель редко
появляется ежегодно.
Химический
состав
Всё растение ландыша ядовито.
Все органы растения содержат сердечные гликозиды; из цветов выделен глико-
зид конваллатоксин, представляющий соединение агликона строфантидина с 1-
рамнозой; из листьев выделен ряд гликозидов (0,1%): конваллатоксин, конвалла-
токсол, конваллозид, глюкоконваллазид, валларотоксин, маялозид, конваллаток-
солозид, гликозид В, дезглюкохейротоксин, сапонин конвалларин и другие мало-
изученные вещества; в семенах в небольшом количестве содержится конваллазид;
из корней выделен аморфный конвалламарин; из цветов, кроме сердечных гликози-
дов , выделены фарнезол и ликопин.
Цветы, кроме того, содержат
макроэлементы (мг/г): К - 28,0; Са - 3,6; Мд -1,8; Fe - 0,3;
микроэлементы (мкг/г) : Мп - 0,11; Си - 0,73; Zn - 0,72; Со - 0,18; Мо -
2,13; Сг - 0,04; А1- 0,2; Ва - 0,18; V - 0,14; Se - 12,8; Ni - 1,02; Sr -
0,05; Cd - 28,6; Pb - 0,07; Ад - 8,0; I - 0,09; Br - 81,3; В - 43,6; концен-
трируют Mo, Se, Cd, Ni, Ад, особенно Cd и Se. Могут накапливать Cr, Mo, Se.
Листья содержат
макроэлементы (мг/г): К - 34,5; Са - 18,2; Мд - 3,6; Fe - 0,2;
микроэлементы (мкг/г) Мп - 0,19; Си - 0,39; Zn - 0,4; Со - 0,24; Мо - 3,45;
Сг - 0,02; А1 - 0,06; Ва - 2,24; V - 0,07; Se - 3,05; Ni - 0,18; Sr - 0,32;
Cd - 0,04; Pb - 38,8; концентрируют Ад, I, Br, могут накапливать Сг, Mo, Se.
Использование
Несмотря на то, что аромат ландыша майского является одним из широко ис-
пользуемых в парфюмерной промышленности, получают его исключительно синтети-
ческим путём. Растение содержит недостаточно эфирного масла, чтобы его можно
было получать методом дистилляции. Путём экстракции неполярными растворителя-
ми можно получить ландышевый абсолю, который не нашёл широкого применения в
парфюмерии. Он, хотя и обладает приятным запахом, всё же проигрывает синтети-
ческим соединениям, которые точнее передают аромат цветка и к тому же дешев-
ле. Некоторые исследователи утверждают, что запах ландыша «придаёт уверенно-
сти в себе, вызывает творческую активность, настойчивость и трезвость мысли».
В медицине препараты ландыша широко применяются при острой и хронической
сердечной недостаточности, компенсированных и субкомпенсированных пороках
сердца. Препараты ландыша замедляют сердечный ритм, улучшают наполнение пуль-
са , уменьшают застойные явления, цианоз, одышку, увеличивают диурез. Наиболее
активны препараты ландыша при внутривенном введении. Они избирательно дейст-
вуют на сердце подобно строфантину. Гликозиды ландыша обладают меньшей стой-
костью, чем строфантин, слабо кумулируют в организме. Наиболее активным из
них является конваллатоксин. Он реже, чем строфантин, вызывает экстрасистолию
и сильнее замедляет ритм сердца. Конваллазид по сравнению с конваллатоксином
менее токсичен и менее активен. Наиболее активное действие конваллазид оказы-
вает при внутривенном введении. Конвалламарин обладает очень слабой физиоло-
гической активностью и не оказывает значительного влияния на сердце. Конвал-
ларин на сердце не действует, вызывает раздражение кишечника. Фармакологиче-
ские свойства остальных гликозидов не изучены.
Ластовень
Vincetoxicum sp.
Все части
Ластовень (лат. Vincetoxicum) — род растений семейства Кутровые.
Род растений, нередко включаемый в род Цинанхум.
Насчитывается около 30 видов в умеренных областях Евразии, свыше 100 видов
в Америке и несколько в Африке. В бывшем СССР более 25 видов, главным образом
на юге Европейской части и на Кавказе.
Растёт по степным и каменистым склонам, кустарникам, опушкам, лесам.
Наиболее распространён Ластовень ласточкин, или Ластовень лекарственный
(Vincetoxicum hirundinaria, или Vincetoxicum officinale), — растение ядови-
тое, особенно для овец.
Ботаническое
описание
Многолетние травы или низкие кустарники.
Корневище тонкое, ползучее.
Стебель одиночный, прямой, в нижней части голый, в верхней — мелковолоси-
стый, наверху вьющийся.
Листья супротивные или очередные, 5—14 см длиной, 3,5—7 см шириной, широко-
овальные или овально-ланцетные.
Соцветия зонтиковидные или кистевидные, рыхлые, малоцветковые, с 1—6 цвет-
ками, в пазухах верхних листьев, на тонких цветоносах. Цветки мелкие, пяти-
членные, около 1,6 см в диаметре, белого, желтовато-белого, зеленоватого цве-
та, у Ластовня чёрного (Vincetoxicum nigrum) почти чёрного цвета.
Плод из 2 опушённых листовок; семена с хохолком из длинных волокон.
Ластовень лекарственный (Vincetoxicum officinale).
Ластовень лекарственный (Vincetoxicum officinale) - ядовитое, многолетнее
растение в среднем от 40 см и до 120 см в длину. Короткое корневище, с боль-
шим количеством сторонних корней. Система строения растения довольна, проста,
обычный прямостоячий стебель, опушенный двухрядно. Небольшие цветки, форми-
рующиеся в соцветиях в форме зонта. Формы листьев - ланцетные, либо яйцевид-
но-ланцетные, коротко черенковые, супротивные, заостряющиеся на концах. Лепе-
стки в основной своей массе преобладают белого и жёлтого цвета. Издаёт непри-
ятный запах. В пазухах листьев находятся цветонос. Большое содержание семян,
каждое из которых покрыто длинными волосками. Оголённые ланцетное плоды в
форме стручка. Цвести ластовень начинает с июля по август.
Химический
состав
В ластовне лекарственном содержатся асклепионовая кислота, асклепион, вин-
цетоксин, флавонгликозиды, определяющие некоторое сходство по действию с на-
перстянкой , ситостерины, алкалоиды.
Корни содержат ядовитые гликозиды, винцетоксин и асклепиновую кислоту.
Использование
Молодые побеги ластовеня в старину употребляли в соленом виде. Требует со-
блюдения осторожности, поскольку растение ядовито.
Ластовень лекарственный обладает мочегонным и слабительным действием. Отва-
ром корня ластовеня орошают раны, водянку, в том числе у больных сахарным
диабетом.
Применяется в гомеопатии.
Ластовень широко применяется в народной медицине. Растение обладает пото-
гонным, рвотным и антитоксическим действием. Корни и листья ластовня обладают
ранозаживляющим действием, а семена — обезболивающим. В старину оно употреб-
лялось как противоядие, поскольку вызывает рвотный рефлекс.
Настой корней в небольших дозах применяют при водянке, сердцебиении и как
мочегонное, слабительное и рвотное средство.
Наружно настой корней или листьев ластовня употребляют для обмываний и при-
мочек при различных ранах и язвах. Измельченные свежие листья прикладывают к
ранам для их заживления.
Латуа ядовитая
Latua venenosa Phil.
Все части
Латуа представляет собой вид колючих кустов или кустарников из семейства
Solanaceaes, родом из Южной Америки.
Latua pubiflora (или Latua venenosa) является единственным представителем
монотипически эндемичных растений рода Latua.
Произрастает на горном побережье Центральной Чили, где он предпочитает
влажные места обитания.
Эти растения считаются чрезвычайно токсичным и содержат очень сильный яд
из-за наличия алкалоидов. Его употребление вызывает галлюцинации, бредовые
состояния или даже необратимое безумие.
Растение переносит заморозки до -3...-5°С, не переносит снег. Соответствует
американской климатической зоне 9.
Ботаническое
описание
Кустарник с одним или несколькими главными стволами. Кора от красновато- до
серовато-коричневого цвета. В пазухах листьев находятся жесткие иглы длиной
2,5 см. Листья узкие или эллиптические, размером 3,5-4,5 см на 1,5-4 см,
сверху от темно- до светло-зеленого цвета, снизу бледнее, края прямые или за-
зубренные. Цветок: 5 лепестков красного цвета. Цветки имеют колокольчатый не-
опадающий прицветник зеленого или пурпурного цвета, и большой пурпурный или
красно-фиолетовый кувшинчатый венчик длиной 3,54 см и шириной 1 см у оконча-
ния.
Плод - круглая ягода диаметром около 2,5 см с многочисленными бобовидными
семенами. Все части растения - ядовиты!
Высота до 7 м.
Химический
состав
Latua pubiflora производит четыре алкалоида: скополамин, гиосциамин,
apoatropine и Зос-cinnamoyloxitropane, придавая ему вызывающие делириум свой-
ства.
Использование
Имеются сведения, что индийские знахари использовали это растение в лечеб-
ных целях, но рецепты держали в строгом секрете, ввиду большой его токсично-
сти.
Лилия однобратственная
Lilium monadelphum Bleb.
Все части
Лилия однобратственная, или грузинская (лат. Lilium monadelphum) — вид од-
нодольных цветковых растений, входящий в семейство Лилейные (Liliaceae).
Включена в подрод Martagon рода Лилия (Lilium).
Лилия однобратственная в дикой природе произрастает в Передней Азии — на
Кавказе и в северном Иране.
Ботаническое
описание
Многолетнее травянистое растение, достигающее 1—1,8 м в высоту. Стебель жё-
сткий, зелёный, покрытый малозаметным беловатым войлочным опушением. Луковица
крупная, продолговатая, сиреневатая, острочешуйчатая.
Листья в числе до 40, сидячие, линейно-ланцетовидные, в нижней части расте-
ния горизонтальные, прицветные — более короткие, приподнятые.
Цветки с запахом, до 12 см в диаметре, повислые, собраны по 6—20 или более
в рыхлые кистевидные соцветия. Доли околоцветника толстые, сильно отгибающие-
ся назад, золотисто-жёлтые, иногда с фиолетовым оттенком, часто, но не все-
гда, покрытые мелкими тёмно-фиолетовыми пятнышками. Тычинки зелёные, с оран-
жевым или жёлто-зелёным пыльником.
Плод — яйцевидная коробочка.
Химический
состав
Химический состав не изучен, но возможно включает алкалоиды.
Использование
Этот вид лилий широко выращивается в качестве декоративного растения. Из-
вестна также садовая форма Ledebouri, отличающаяся от типовой менее высоким
побегом с большим количеством узких листьев и более узкими листочками около-
цветника .
Линдера Олдгема Lindera oldhamii Hemsl. Стебли, лист
Это растение фигурирует в статьях посвященных алкалоидам, но в списке видов
рода Lindera его нет. Это какое-то другое растение или так оно называлось
очень давно. В одном источнике было упоминание, что это на самом деле Lindera
benzoin oldhamii, поэтому далее краткая справка по Линдере бензойной.
Семейство Лавровые.
Распространена в Юго-Восточной Канаде и на Востоке США.
Ботаническое
описание
Округлый листопадный кустарник с прямыми ветками 3 м высотой и шириной. Ли-
стья ароматные продолговатые, ярко-зеленые, 12 см длиной, осенью желтеют.
Зонтики с мелкими звездчатыми, зеленовато-желтыми цветками, 0,4 см в диамет-
ре . Цветение в апреле-мае. Ягоды яйцевидные красные появляются на женских
растениях.
Листья имеют пряный, цитратный запах.
Химический
состав
Содержит алкалоиды.
Использование
Листья, почки, и новые веточки могут использоваться как чай.
Коренные американцы, в том числе чероки, крик и ирокезы использовали расте-
ние для лечения нескольких заболеваний.
Лобелия
Lobelia L.
Все части
Лобелия (лат. Lobelia) — род однолетних и многолетних травянистых растений,
а также полукустарников, кустарников и деревьев семейства колокольчиковых
(Campanulaceae).
В роде лобелия более 300 видов, распространённых почти во всех частях све-
та, но прежде всего в субтропическом поясе и несколько меньше в зонах умерен-
ного климата. Несколько видов: Лобелия Дортмана (Lobelia dortmanna L.), Лобе-
лия сидячелистная (Lobelia sessilifolia) встречаются в дикорастущем состоянии
в России.
В качестве примера далее описана Лобелия вздутая (Lobelia inflata).
Растет в США. и Канаде до Лабрадора, на открытых, солнечных местах, вдоль
дорог. В России в диком виде не встречается. Культивируется в Краснодарском
крае, Воронежской и Московской областях.
Ботаническое
описание
У рода лобелия завязь всегда двухгнёздная, а венчики зигоморфные. Они в
принципе схожи с венчиками колокольчика, но трубка как бы разрезана вдоль,
благодаря чему зубцы венчика смещены на одну, обычно в верхнюю сторону.
Лобелия вздутая (Lobelia inflata).
Лобелия вздутая - однолетнее растение высотой 40-90 см, с тонкомочковатой
корневой системой. Стебель прямостоячий, слабоветвистый, слегка опушенный,
четырехгранный, содержит млечный сок. Листья очередные, длиной 2,5-10 см, уд-
линенно-яйцевидные, неравномерно зубчатые по краям, тонкие, голые, сверху
темно-зеленые с вдавленными жилками; снизу - более светлые с выступающими
жилками; нижние листья черешковые, средние и верхние - сидячие. Цветы длиной
5-6 мм, светло-синие или голубовато-фиолетовые, собраны в конечные или пазуш-
ные редкие кистевидные соцветия. Чашечка трубчатая, с 5 линейными или линей-
но-шиловидными зубцами, голая, почти равная венчику, вздувающаяся при плодах.
Венчик двугубый; верхняя губа двулопастная, нижняя трехлопастная. Доли верх-
ней губы ланцетовидные, заостренные, нижней - яйцевидные и короткозаострен-
ные. Трубка венчика снаружи голая, внутри у основания волосистая. Тычинки,
числом 5, с фиолетовыми пыльниками, сросшиеся в трубочку. Пестик с нижней
двугнездной завязью. Плод - двугнездная, вздутая, кожистая, ребристая коро-
бочка, длиной 7-10 мм, с остающейся чашечкой, раскрывающаяся 2 створками. Се-
мена многочисленные, продолговатые, сетчатые, желтовато-коричневые.
Цветет с июня по август, плодоносит с августа.
Химический
состав
Все органы растения содержат алкалоиды: семена - 0,3-0,55%; цветы - 0,17-
0,35; стебли - 0,14-0,32; листья -0,17-0,31%. Из травы выделены алкалоиды 1-
лобелин, d, 1-лобелии, лобеланин, лобеланидин, норлобеланин, норлобеланидин,
лобинин, 1-лолебанидин I, 1-лелобанидин II, d, 1-лелобанидин, 1-норлелобани-
дин, лобинанидин, изолобанин, изолобиланидин. Трава лобелии жгучей содержит
алкалоиды (0,54-0,66%), 1-лобелин (до 0,33%), луренин.
Надземная часть лобелии содержит:
макроэлементы (мг/г): К - 42,6; Са - 26,4; Мд - 6,4; Fe - 1,0;
микроэлементы (мкг/г) : Мп - 25,2; Си - 41,1; Zn - 92,5; Mo - 0,48; Cr -
17,2; Al - 553,5; Ba - 511,84; V - 5,6; Se - 0,12; Ni - 10,0; Sr - 54,16; Pb
- 3,04; В - 90,0; Li - 0,88; Ag - 0,24; I - 0,24; концентрирует Fe, Cu, Ba,
Sr, Li, Ag, Se, Zn, особенно Fe, Cu, Ba.
Использование
Некоторые виды используют в качестве лекарственных растений. В растениях
Лобелии вздутой, или Индейский табак (Lobelia inflata L.) содержится основной
алкалоид — лобелии, производное метилпиперидина. Лобелина гидрохлорид приме-
няется как средство для возбуждения дыхательного центра, при бронхиальной ас-
тме, коклюше, имеет важное значение как средство при поражении удушающими от-
равляющими веществами (ОВ).
Ломонос (Клематис) Clematis sp. Все части
Ломонос, или клематис, или лозинка (лат. Clematis) — род растений семейства
Лютиковые. Ломоносы, как правило, представляют собой многолетние травянистые
или деревянистые растения, произрастающие в субтропической и умеренной клима-
тических зонах. Широко используются в декоративном садоводстве, для озелене-
ния балконов и т. д.
Растут в умеренном поясе главным образом северного полушария — в лесах, по
берегам и долинам (тугаи) рек, по скалам и обрывам, в степях и на степных лу-
гах, иногда на засоленной почве, по склонам холмов, в кустарниковых зарослях.
В качестве примера далее описан Ломонос виноградолистный (лат. Clematis
vitalba).
В природе ареал вида охватывает Северную Африку (Алжир), практически всю
территорию Европы, Кавказ, Ближний и Средний Восток. Натурализовалось в Авст-
ралии и Северной Америке. Культивируется в Европейской части России, как де-
коративное растение.
Произрастает в зарослях кустарников, лесах, среди кустарников, на опушках и
по каменистым склонам гор, поднимаясь в горы до 1200 м над уровнем моря.
Ботаническое
описание
Для ломоносов наиболее типичны лианообразные вьющиеся и лазящие стебли
(иногда прямые).
Листья — супротивные, цельные, тройчатые, дважды-тройчатые или непарнопери-
стые .
Цветение — весной. Цветки крупные, одиночные, у некоторых видов в соцвети-
ях, цветки изобилуют тычинками и плодолистиками. Околоцветник большей частью
из 4, реже 5—8 лепестковидных чашелистиков; характерная черта некоторых видов
— наличие лепестковидных стаминодий или видоизменённых тычинок.
Плод ломоноса — многоорешек с длинными перистоволосистыми носиками. Плоды
разносятся ветром (анемохория), а потому имеют особое приспособление, способ-
ствующие полёту, называемое перистый стилодий.
Ломонос винохрадолистный (Clematis vitalba).
Ломонос виноградолистный - лиановидный кустарник с сильно ребристой, а
позднее покрытой трещинами корой и ветвями, цепляющимися за опору с помощью
завивающихся длинных черешков листьев.
Листья на длинных черешках, супротивные, сложные, непарноперистые, состоя-
щие из пяти цельных или реже трёхлопастных листочков. Листочки яйцевидные,
длиной 3-10 см, шириной 3—4,5 см, остроконечные или заострённые, при основа-
нии закруглённые или слегка сердцевидные, рассеяноопушённые или почти голые.
Обычно крупнозубчатые по краям.
Цветки белые, слегка ароматные, диаметром около 2 см, многочисленные, соб-
раны в метельчатые соцветия. Чашелистики продолговатые, тупые, снаружи густо
бело-опушённые, мелкие, длиной до 10 мм. Цветение в июне — июле.
Плоды — семянки, длиной 7 мм, шириной 4 мм, с утолщённой окраиной и перисто
опушенным носиком длиной до 4 см, собранные в гривастые головки.
Химический
состав
Биологически активные вещества:
• альфатокоферол (ос-токоферол, витамин Е) относится к веществам сложной при-
роды. Содержит бензойное и гетероциклической природы кольца, к которым
присоединяется пяти углеродный остаток изомасляной кислоты. При недостатке
этого витамина в организме нарушаются процессы перекисного окисления,
функции мембран, интенсифицируются процессы деградации печени, развивается
бесплодие.
• кофейная (дегидрохинаминовая) и хлорогеновая кислоты - оказывают на орга-
низм бактериостатическое и желчегонное действие;
• сапонины тритерпеновые: 5% (от сухой массы) представленные витальбозидами
А, В, С, D, E, F, G, H, I, J; свободные хедерагинин, и олеаноловая кисло-
та;
• алкалоид клематин, транс-аконитовая кислота (более 1 %);
• мирициловый спирт;
• мелиссовая кислоту;
• фенолкарбоновые кислоты и эфирные масла;
• гликозиды стероидного ряда, в частности гликозид р-ситостерина;
• анемонол;
• гликозид клемантитин;
• стигмастерин;
• ситостерин;
• леонтин;
• восковые вещества.
Использование
Лекарственное растение. В лекарственных целях используются трава и цветки.
В народной медицине препаратами ломоноса лечат головную боль, язву желудка,
венерические заболевания, костные опухоли, чесотку, их используют как моче-
гонное, потогонное, слабительное средства. Гомеопаты используют ломонос при
лечении конъюнктивитов, циститов, малярии.
Растение ядовито. Применение внутрь требует острожности.
Альфатокоферол используется как одно из действующих веществ при лечении
следующих заболеваний: мышечной дистрофии, дерматомиозитов, амиотрофическохю
бокового склероза, нарушений функций половых желез у мужчин, нарушениях мен-
струального цикла у женщин и угрозе прерывания беременности, болезнях кожи
(псориаз, экзема, красная волчанка), миокардиодистрофии, при спазмах перифе-
рических сосудов, при бесплодии. Этот витамин является необходимым компонен-
том для нормального размножения, устойчивого развития организма и устойчиво-
сти гемоглобина к гемолизу.
Лотос голубой
Nymphaea Caerulea
Листья, лепестки
Голубой лотос, или Кувшинка голубая (лат. Nymphaea caerulea) — водное рас-
тение семейства Кувшинковые, вид рода Кувшинка произрастающее в Восточной Аф-
рике (от долины Нила до крайнего юга континента), Индии и Таиланде.
Ботаническое
описание
Голубой лотос — это многолетнее водное корневищное растение.
Листья крупные, до 40 см диаметром.
Цветки крупные, диаметром 15—20 см голубые, с характерным сладковатым запа-
хом. Они поднимаются на длинных цветоножках над поверхностью воды. Чашечка
цветка четырёхчленная. Чашелистики снаружи зелёные, с внутренней стороны бе-
лые или бледно-голубые. Многочисленные голубые спирально-расположенные лепе-
стки несколько короче чашелистиков. Цветки голубого лотоса обычно раскрывают-
ся вечером и закрываются рано утром.
Химический
состав
Различные источники сообщают о наличии в растении алкалоидов апорфина, апо-
морфина и нуциферина.
Использование
Лепестки голубого лотоса издревне использовались для изготовления духов.
Настой цветков и листьев растения обладает мягкими психоактивными (точнее се-
дативными) свойствами, благодаря чему в Древнем Египте часто использовался в
ритуальных целях, а само растение считалось священным. Его стилизованное изо-
бражение очень часто встречается на монетах, колоннах и могильных плитах
Древнего Египта.
В современном мире цветки и листья используются для изготовления различных
напитков (чаи, вина и ликёры) и курительных смесей. Чаи приготавливаются пу-
тём кипячения частей растения в воде в течение 10—20 минут. Вина и ликёры на
основе голубого лотоса получают путём настаивания цветков или листьев расте-
ния в первичной спиртосодержащей жидкости в течение довольно длительного вре-
мени (вплоть до трёх недель).
Согласно постановлению Правительства РФ от 31 декабря 2009 года цветки и
листья голубого лотоса были включены в Перечень наркотических средств, список
I (Список наркотических средств и психотропных веществ оборот которых запре-
щён в соответствии с законодательством Российской Федерации и международными
договорами Российской Федерации). В ноябре 2010 года запрет был перенесен из
Списка I в отдельный перечень, "Перечень растений, содержащих наркотические
средства или психотропные вещества либо их прекурсоры и подлежащих контролю в
Российской Федерации".
Лофофора (Пеиотл) Lophophora L. Все части
Лофофора (лат. Lophophora) — род растений семейства Кактусовые.
Ареал — от США. (Техас) до Мексики (северные штаты до Керетаро).
Встречаются на склонах известковых гор под прикрытием низкорослых кустарни-
ков, на высоте 200—2000 м над уровнем моря.
В качестве примера далее описана Лофофора Уильямса (Lophophora williamsii).
Лофофора Уильямса — североамериканский кактус рода Лофофора. Пейотль, или
Пейот — туземное название растения и приготовляемого из него напитка. Извес-
тен, прежде всего, благодаря веществу мескалин, содержащемуся в мякоти стеб-
лей дикорастущих лофофор.
Лофофора Уильямса распространена в северо-восточной Мексике и в южных при-
граничных с Мексикой районах штата Техас.
Ботаническое
описание
Это небольшие кактусы с шаровидными, несколько приплюснутыми гладкими стеб-
лями 3 см высотой и около 5 см в диаметре, с бархатистым эпидермисом тусклого
серого или голубовато-серого цвета. Корень массивный, реповидный. Рёбра (6—
10) слегка выпуклые, очень широкие, особенно возле ареол, разделённые тонкими
и чёткими бороздками. На ребрах имеются также поперечные канавки, образующие
мягко очерченные бугорки. Крупные белоопушённые ареолы расположены редко и в
верхней части стебля содержат пучки белой или серой шерсти. Колючки практиче-
ски отсутствуют.
Цветки белые, нежно-розовые, жёлтые, воронковидные, широко открытые, сидя-
чие, появляются вблизи точки роста, до 2 см в диаметре.
Плоды бледно-розовые, продолговатые, около 1 см длиной, содержат по не-
сколько семян и появляются через 9—12 месяцев после цветения.
Лофофоры — медленно растущие и очень выносливые в природных условиях какту-
сы. В культуре требуют солнечного расположения и умеренного полива в период
вегетации. Зимой содержатся без увлажнения, при температуре 10—12 °С. Земле-
смесь хорошо проницаемая, глинисто-дерновая, содержащая много песка, гравий-
ной и мраморной крошки, рН 6—6,5. Размножаются семенами и вегетативным путём.
Лофофора Уильямса - небольшое растение диаметром до 8 см, уплощённой шаро-
видной формы со сглаженными рёбрами и без колючек. Часто даёт множественные
детки от общего корня. Корень обладает свойством сокращаться в сухой период и
втягивать в грунт надземный стебель.
Ареолы — от плотно опушённых, образующих сплошной жёсткий ковёр над точкой
роста, до почти голых.
Цветки появляются на темени (у старых растений — одновременно появляется
несколько цветков), мелкие, розовые, цветут в течение всего влажного периода.
Плоды — мелкие удлинённые красные ягоды — появляются из шерстистого темени
растения в течение всего лета. Плоды малосемянные — в среднем одна ягода со-
держит 5—10 круглых чёрных семечек, однако, бывает и больше, и меньше.
Разновидность Lophophora williamsii f. jordanniana имеет в дикорастущем ви-
де лилово-пурпурные цветки.
Лофофора Уильямса технически может выращиваться в домашних условиях. Усло-
вия содержания типичные для растений североамериканских пустынь — с абсолютно
сухой зимовкой, коротким периодом экономного летнего полива, «лёгкой», хорошо
пропускающей воздух и воду почвой с минимальным содержанием гумуса и глины,
при этом весной следует защищать растение от прямого солнечного света, посте-
пенно снимая притенение. Цветение возможно после семи-восьми полноценных су-
хих зимовок. Плоды часто появляются на следующий год после цветения.
Лофофора Уильямса (Lophophora williamsii).
Химический
состав
В небольших количествах содержится в кактусах рода Lophophora (Lophophora
williamsii) мескалин — психоделик, энтеоген, алкалоид из группы фенилэтилами-
нов. Систематическое название — 2-(3,4,5-триметоксифенил)-этиламин.
Использование
Лофофоры — растения с древней историей. Lophophora williamsii издавна из-
вестна у индейцев под названием «пейотль». Благодаря содержанию в мякоти
стебля группы алкалоидов (мескалин и др.), оказывающих сильное воздействие на
нервную систему человека, применялась при проведении культовых обрядов, а
также хирургических операциях. Описание обрядов с использованием лофофоры
имеется, в частности, в работах К. Кастанеды. В США, штат Калифорния, выращи-
вание и хранение запрещено с середины 1970-х годов.
Культивирование Lophophora williamsii в России законодательно запрещено с
2004 года — уголовная ответственность по ст. 231 УК РФ наступает при выращи-
вании более двух экземпляров растения. До запрета лофофоры часто встречались
в коллекциях кактусистов, считаясь украшением любой коллекции.
Луносемянник даурский Menispermum dauricum L. Все части
Луносемянник даурский (лат. Menispermum dauricum) — листопадная вьющаяся
лиана, вид рода Луносемянник (Menispermum) семейства Луносемянниковые
(Menispermaceae).
В природе ареал вида охватывает Восточную Сибирь и Дальний Восток.
Произрастает по берегам рек и речек, на песках, осыпях и скалах, по глиня-
ным обнажениям, а также среди травы или в кустарных зарослях, часто на при-
речных лугах, поднимается до 300—500 м над уровнем моря. Вьется около кустар-
ников и высоких трав, на открытых же местах дает гибкие лежащие плети.
Ботаническое
описание
Вьющийся полукустарник до 4 м высотой. Стебли зелёные вьющиеся, на зиму от-
мирающие почти до основания. Корневище вертикальное, не толстое, несущее близ
верхушки боковые почки.
Листья очерёдные, без прилистников, на черешках длиной 3—12 см, с широко
выемчатым основанием, голые, длиной 6—12 см, в общем очертании округлые,
обычно с острыми или заострёнными 3—5 лопастями, редко цельные; нижние листья
более округлые; верхние — более резко лопастные и лопасти их острее.
Цветоносы пазушные, одиночные или парные, тонкие. Прицветники линейно-
щетиновидные, перепончатые у основания нижних цветоносов. Цветки в коротких
метельчатых, иногда почти щитковидных соцветиях. Пыльниковые цветки в попе-
речнике около 6 мм, тычинок до 16, чашечка из четырёх линейно-остроконечных
листочков, раскрывающихся задолго до начала цветения, лепестков 12, почковид-
но-сердцевидных, с ноготком выходящим из выемки. Пестичные цветки сходные по
виду, но более тёмные, тычинок в них меньше и они бесплодны, завязи три, си-
дящих на особом карпофоре, столбики короткие с загнутыми рыльцами.
Плоды — одиночные или парные чёрные костянки диаметром около 1 см, собран-
ные в короткую кисть. Семена длиной около 8 мм, шириной 7 мм. В 1 кг 2 тысячи
плодов; вес 1 тысячи косточек 58—87 г; выход семян (косточек) 10—15 % от веса
плодов, всхожесть 30—60 %.
Цветение в апреле — мае. Плодоношение в сентябре — октябре.
Химический
состав
В корневище и корнях луносемянника содержатся алкалоиды даурицин, тетранд-
рин. В траве найдены алкалоиды синоменин, акутумин.
Использование
Интродуцирован в начале XIX века. В Западной Европе и Северной Америке при-
меняется редко.
Применяется в ландшафтном дизайне.
Всё растение ядовито, особенно плоды. Известны случаи отравления ягодами,
очень сильно действующими на желудок.
В медицине в качестве лекарственного сырья ранее использовали корневища лу-
носемянника (лат. Rhizoma Menispermi), которые содержат 0,8—2,0 % суммы алка-
лоидов, производных изохинолина (до 50 % приходится на долю даурицина) . Из
корневищ получали настойку, обладающую гипотензивным и седативным действием.
Настойку и отвар из корней луносемянника даурского, как обладающие успокаи-
вающим действием, применяют для снижения артериального давления, улучшения
самочувствия, повышения работоспособности, уменьшения головной боли, пониже-
ния возбудимости вегетативной нервной системы. Применяется при гипертониче-
ской болезни I, II, III стадии.
Алкалоид даурицин снижает артериальное давление, увеличивает амплитуду сер-
дечных сокращений, обладает холинолитическим и спазмолитическим свойствами,
тормозит проведение возбуждения в симпатических ганглиях, снижает уровень хо-
лестерина в крови. Синоленин снижает кровяное давление, увеличивает амплитуду
сердечных сокращений, обладает холино- и спазмолитическим действием, длитель-
но блокирует симпатические ганглии, обладает жаропонижающим действием, расши-
ряет сосуды, ускоряет лимфообращение.
Льнянка обыкновенная Linaria vulgaris Mill. Все части
Льнянка обыкновенная (лат. Linaria vulgaris) — травянистое многолетнее рас-
тение, вид рода Льнянка; сейчас этот род обычно относят к семейству Подорож-
никовые (Plantaginaceae), но ранее помещали в семейства Норичниковые
(Scrophulariaceae) или Верониковые (Veronicaceae).
Народные названия растения: дикий лён, жабрей, собачки, чистик.
Льнянка обыкновенная — обычное заносное сорное растение паровых полей, ого-
родов и садов.
Распространение: Европа, территория бывшего СССР, Турция, Китай. Встречает-
ся как заносное в других умеренных районах земного шара.
Ботаническое
описание1
Корень стержневой или с длинными ползучими побегами.
Стебель 30—60(90) см высотой, прямостоячий, простой или ветвистый, густо
олиственный.
Листья линейно-ланцетные или линейные, заострённые, с одной, реже тремя
жилками, по краям завёрнутые, голые, 2—5(7) см длиной и 2—4(5) мм шириной,
верхние линейные.
Цветки собраны в густые длинные верхушечные кисти, 5—15 см длиной. Оси,
цветоножки и, реже, чашечка покрыты железистыми волосками, очень редко почти
голые. Цветоножки 2—8 мм длиной, прицветники ланцетные, превышающие цветонож-
ки или равные им. Чашечка с ланцетными долями, тонко заострёнными, большей
частью голыми или с редкими волосками на наружнеи стороне, внутри голая, 3 мм
В 2012 году группой исследователей Санкт-Петербургского университета в геноме
льнянки обыкновенной обнаружена последовательность Т-ДНК бактерии Agrobacterium
rhizogenes, что является ещё одним примером горизонтального переноса генов между
бактериями и высшими растениями, наряду с несколькими видами табака и бататом. Таким
образом, льнянка обыкновенная является природным трансгенным растением.
длиной, 2 мм шириной. Венчик жёлтый, с ярко-оранжевой выпуклиной на нижней
губе, 15—18 мм длиной (без шпоры), верхняя губа значительно превышает нижнюю,
с выемкой 2,5—3 мм глубины, нижняя губа с закруглёнными долями, 5 мм шириной,
средняя более узкая, шпора широко коническая, изогнутая, 12—15 мм длиной,
2,5—3 мм шириной при основании, ярко-жёлтая. Цветёт в июне—августе.
Коробочка продолговато-эллиптическая, длиной 9—11 мм и шириной 6—7 мм, со-
держит многочисленные мелкие, дисковидные, с широким перепончатым краем, бу-
горчатые в центре семена.
Химический
состав
В траве льнянки содержатся: алкалоиды d-, 1-пеганин; флавоноидные гликозиды
линарин, неолинарин, пектоминарин; фитостерин, н-триакантан, аскорбиновая ки-
слота (0,4%) и другие органические кислоты.
Использование
Льнянка в научной медицине нашей страны не применяется и до конца не иссле-
дована. Профессор М. Д. Российский испытал жидкий экстракт на больных атонией
кишечника, вздутием живота, длительными запорами и сделал заключение, что
экстракт действует как мягкое послабляющее без побочных явлений. Им был выде-
лен препарат пеганин, аналогичного с экстрактом действия, кроме того, он ока-
зался хорошим средством при вялости мышц, при мышечной дистрофии и миопатиях.
В Германии врачи назначали водный настой льнянки при желтухе различного
происхождения, воспалении мочевого пузыря, запоре, вялости кишечника и гемор-
рое . В небольших количествах льнянку применяют при головных болях с рвотой
(синдром Меньера), при ночном недержании мочи.
Считают, что препараты льнянки увеличивают силу, урежают ритм сердечных со-
кращений , повышают артериальное давление, скорость кровотока, увеличивают
диурез. Настойку рекомендуют при хроническом запоре, метеоризме, при заболе-
ваниях печени и жёлчного пузыря, отёках сердечного и почечного происхождения,
нарушениях менструального цикла. Известно также, что препараты этого растения
повышают потенцию, воздействуют как противоопухолевое и антигельминтное сред-
ство .
Широко и издавна применяется льнянка в народной медицине. Она полезна при
водянке, при запорах, желтухе, золотухе, как слабительное, мочегонное, пото-
гонное, противоглистное и желчегонное средство. Настой льнянки улучшает рабо-
ту желудка и особенно кишечника, удаляет газы при метеоризме, уменьшает и
прекращает воспалительные процессы (уменьшаются и рассасываются инфильтраты).
Препараты льнянки, чай, настои применяются при головных болях, при одышке,
как хорошее отхаркивающее при кашле, как противоядие при отравлениях, при бо-
лезнях мочевого пузыря и ночном недержании мочи, особенно у детей. Наружно
полощут горло при ангине, делают ванны при конъюнктивите. Мазь втирают в го-
лову для быстрого роста волос, а также при лечении экземы и псориаза.
Лютик
Ranunculus L.
Надземная часть
Лютик (Ranunculus) — род однолетних или многолетних травянистых растений
семейства Лютиковые (Ranunculaceae). Водные или наземные травы с едким, а
иногда и ядовитым соком.
Большинство представителей рода встречается в умеренных и холодных климатах
Северного полушария. В европейской России встречается до 40 видов, из них
наиболее часты Лютик едкий (Ranunculus acris), Лютик многоцветковый
(Ranunculus polyanthemos), Лютик ползучий (Ranunculus repens), Лютик ядовитый
(Ranunculus sceleratus), Лютик водяной (Ranunculus aquatilis).
В качестве примера далее описан Лютик едкий (Ranunculus acris).
Лютик едкий (лат. Ranunculus acris) — травянистое растение, один из видов
рода Лютик семейства Лютиковые (Ranunculaceae).
Русское народное название растения — «куриная слепота».
Ботаническое
описание
Корневая система преимущественно короткая мочковатая, иногда с многочислен-
ными собранными в пучок клубневидно-утолщёнными корневыми побегами.
Листья очерёдные, цельные или рассечённые.
Цветки одиночные или собраны в сложные соцветия. Чашелистиков три—пять, у
большинства видов пять; лепестков большей частью пять, изредка меньше или
больше этого числа; лепесток у своего основания имеет медовую ямку, голую или
прикрытую небольшой чешуйкой; тычинок и пестиков множество; пестик состоит из
одного плодолистика, с одногнёздой завязью.
Плод — многоорешек.
Лютик едкий (Ranunculus acris).
Лютик едкий — многолетнее травянистое растение, достигает в высоту 20—50
см.
Листья — нижние — длинночерешковые, длиной 5—10 см, пятиугольные, пальчато-
раздельные; верхние — сидячие, трёхраздельные с линейными, зубчатыми долями.
Цветки — ярко-жёлтого цвета, достигают 2 см в диаметре, одиночные или соб-
раны в соцветие полузонтик. Чашелистиков пять; лепестков — пять; множество
тычинок и пестиков. Цветёт в июне.
Плод — многоорешек.
Химический
состав
Растение содержит летучее едкое вещество с резким запахом — протоанемонин
(анемонол) типа камфары, раздражающее слизистые оболочки глаз, носа, гортани
и внутренних органов, каротиноид флавоксантии, сапонины, алкалоиды, аскорби-
новую кислоту, сердечные гликозиды и флавоновые соединения. Сильно ядовито.
Свежая трава лютика едкого содержит гликозид ранунукулин, при гидролизе
расщепляющийся на глюкозу и протоанемонин, который не стоек и полимеризуется
в анемонин. В листьях содержатся аскорбиновая кислота (100-170 мг%), каротин
(7,4-12мг%); в цветах - каротиноиды, ос-каротин-эпоксид, флавохром, ксанто-
филл-эпоксид, флавоксантин, тараксантин, хризантемаксантин; в плодах - жирное
масло (23%).
Использование
Лютик значительного практического применения не имеет. Некоторые виды его
(Ranunculus acris L., Ranunculus auricomus L. , Ranunculus flammula L.) упот-
ребляются в народной медицине против многих болезней, а некоторые садовые,
преимущественно махровые разновидности (например, с жёлтыми цветками — разно-
видности Ranunculus acris L., или с белыми — разновидности Ranunculus
aconitifolius L.; с разноцветными цветками — Ranunculus asiaticus L.) разво-
дятся в садах как декоративные растения.
В народной медицине трава лютика едкого применяется при головных и неврал-
гических болях, ревматизме, подагре, для лечения ран, ожогов, фурункулеза.
Протоанемонин токсичен. При местном применении вызывает раздражение и некроз.
В малых дозах стимулирует деятельность центральной нервной системы, активизи-
рует элементы ретикулоэндотелиальной системы, увеличивает число эритроцитов,
повышает содержание гемоглобина, обладает антимикробным (в отношении стафило-
кокка, кишечной палочки, белой плесени) и фунгистатическим действием. Фарма-
кологически анемонин малоактивен.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
В МИРЕ НАСЕКОМЫХ
Мариковский П.И.
(продолжение)
Витамины и
лекарства
Витамины, эти таинственные вещества, без которых питание неполноценно, а
организм не способен к нормальной жизни, насекомые получают с пищей. А у му-
равьев, этих загадочнейших созданий, мы можем подозревать, кроме того, высоко
развитую способность добывать дополнительные питательные вещества и, по-
видимому, вещества, обладающие стимулирующим и лечащим недуги действием, то
есть своеобразные лекарства. Пока об этом нет данных в литературе, и все
здесь описанное автор наблюдал у рыжего муравья, изучению которого посвятил
немало времени.
Муравейник громадный, высокий, видимо, такой же старый, как и ель, возле
которой он находится. По склону муравейника тянется цепочка муравьев, гружен-
ная какой-то добычей. Похоже, лесные труженики в полном согласии перетаскива-
ют взрослых личинок. Обычно личинок и куколок перетаскивают внутри муравейни-
ка. Когда путь по галереям слишком долог, ношу переносят поверху. Но под лу-
пой открывается совершенно неожиданное. Муравьи старательно тащат в челюстях
не куколок, не личинок, а какие-то светло-коричневые, гладкие, удлиненные и
чуть изогнутые семена. На ощупь семена твердые, но с одного конца имеют не-
большой мягкий морщинистый придаток. Не будь его, пожалуй, не ухватить мура-
вью гладкое семечко. Семена по размеру и по внешнему виду очень похожи на
взрослую личинку муравья. Зачем рыжему лесному муравью, отъявленному хищнику,
понадобились семена растений? Но вот я вижу муравьев, которые с таким же
упорством вытаскивают эти семена наружу и относят подальше, на место, где
брошены оболочки куколок, остатки съеденных насекомых и все самое непригодное
для муравейника.
Гнездо рыжего лесного муравья.
Долго идет эта упорная работа. Каждый трудится упрямо по-своему, и исход
решается перевесом большинства. Раскопав муравейник, я нахожу большое количе-
ство семян в средней части жилища. В панике муравьи хватают личинок и куко-
лок, уносят в уцелевшие ходы. Многие с таким же рвением тащат и семена. Инте-
ресно, как отнесутся к семенам другие виды муравьев? На лесных полянах, в ни-
зинах с влажной землей много холмиков земляных жителей - желтого и черного
лазиусов (рис. 466). Отберем у рыжих муравьев десяток семян и подбросим ла-
зиусам. Холмик, конечно, придется слегка взрыхлить. В верхнем слое земли, как
и полагается, в камерах куколки. Тихая жизнь лазиусов нарушена. В величайшей
тревоге муравьи бегают по холмику, спасают куколок. Подбросим к куколкам се-
мена. Одно за другим вместе с куколками муравьи уносят их в подземные гале-
реи. Но кто в такой спешке может не ошибиться! Я разыскиваю холмик черного
лазиуса. Сбоку холмика виден вход, из него муравьи поспешно, выбегают наружу,
выбрасывая землю. Кучка семян вызывает оживление. Из холмика высыпает добрый
десяток муравьев. Наперебой щупают они усиками неожиданную находку. Все боль-
ше становится муравьев, и вот, толкая друг друга, муравьи потащили семена в
темное подземелье!
Рис. 466 - Гнездовые холмики муравьев-лазиусов
Через час я осторожно раскапываю муравейник и нахожу семена в прогревочных
камерах бок о бок с личинками и куколками хозяев. Как объяснить происходящее?
Семена имеют запах личинок. Они и формой схожи. Муравьи, найдя их, тащат к
себе в жилище. Разве можно бросить детку на дороге? В муравейнике вскоре об-
наруживается обман, и те, кто имеет опыт, прожили много, начинают личным при-
мером учить неразумных: выбрасывать семена. Иногда у выброшенных семян про-
грызен или почти съеден серый морщинистый придаток. Уж не лакомятся ли им му-
равьи? Видимо, в мясистом придатке есть какие-то вещества, привлекающие своим
запахом и вкусом муравьев. Они побуждают их подбирать находку. Однако эти ве-
щества не столь уж вкусны и полезны, если муравьи выбрасывают семена, не по-
пробовав их. Как бы то ни было, но растения «обманывают» муравьев и, конечно,
неспроста.
Как только не расселяют растения свои семена! Одни разлетаются по ветру на
крылышках, парашютиках, пушинках, другие плывут по воде в специальных лодоч-
ках, третьи разбегаются зимой по сугробам с помощью особого паруса. Многие
вооружились всякими закорючками, липучками и цепляются к животным, чтобы их
разнесли повсюду. И, наконец, немало семян одевается вкусными мясистыми обо-
лочками , приманивает животных яркой окраской, ароматом и вкусом плодов.
Вот и неизвестные семена чем-то прельстили муравьев, и они, трудяги, с утра
до вечера волокут их в муравейники, растаскивают по лесу. Ах, эти таинствен-
ные семена, похожие на личинок муравьев! Сколько было исхожено лесов и поля-
нок , сколько пересмотрено трав и цветов, чтобы узнать, какому растению они
принадлежат! Но кто ищет, тот находит. Мы искали вначале втроем, потом сразу
большой компанией. Искали, представляя себе обязательно какое-нибудь особен-
ное растение, и никак не могли подумать, что оно рядом, самое обыкновенное,
сибирское, покачивает на тонкой ножке невзрачную зеленоватую коробочку. Это -
один из первых цветов радостной весны - кандык. Раскроются коробочки кандыка,
семена выпадут под растение на землю и лежат в ожидании своих расселителей -
муравьев. Мы очень удивились, опять увидев вереницы муравьев, нагруженных се-
менами: время кандыка миновало. Но на этот раз это другие семена: какие-то
черные чашечки с белыми рубчиками, с небольшой аккуратной ручкой. Ручка была
остатком тычинки и, видимо, предназначена для удобства переноски. За эту руч-
ку муравьи тащили семена в муравейник, за ручку выбрасывали их на свалку. Еще
одно растение, обманывающее муравьев? Но семена его не похожи ни на личинок,
ни на куколок, ни на добычу муравьев-хищников. Часто ручки семян были погры-
зены. Видно, какое-то привлекательное вещество таилось в них и заставляло не-
разумных муравьев тащить в жилище. Мы недолго искали растение. Оно оказалось
злаком, перловником.
Вскоре муравьи потащили коричневатые, блестящие, с мясистым морщинистым от-
ростком семена изящного ириса-касатика. С ними повторилось то же, что с семе-
нами кандыка и перловника. Только охотней муравьи поедали их мягкие морщини-
стые придатки. Но каков вкус муравья? Попробуйте пожевать хотя бы одно зер-
нышко . Только советую: не усердствуйте слишком. Вначале покажется, будто вы
хватили изрядную порцию перца, так во рту начинает печь и пощипывать. Ни хо-
лодная вода, ни прохладный воздух не помогают. Жжение продолжается. Кончик
языка слегка немеет, и когда вы трогаете им зубы, они кажутся горячими. Через
два-три часа все пройдет, но надолго останется во рту неприятный привкус. Уж
не служит ли придаток семени своеобразной приправой к муравьиной пище? Может
быть, он возбуждает аппетит или действует одурманивающе? Как бы то ни было, у
муравьев нет единодушия по отношению к семенам-мирмекофилам, и, если одни за-
носят их в жилище, то другие стараются утащить как можно дальше.
Семена кандыка, перловника и ириса-касатика мы нашли у муравьев, живущих в
лесах Западной Сибири. В горах Алтая у них другие избранники: маленькие круг-
лые, с тонкими нежными придатками семена фиалок, беловатые крупные семена
первоцвета, из которых фармакологи готовят сильное сердечное средство, семена
одного из ядовитейших растений - аконита. Наверное, немало и других растений,
обожаемых муравьями. Медицине следовало бы изучить эти растения. Может быть,
они обладают лекарственными свойствами, полезными для человека. Как часто в
простом открывается сложное. Мирмекофильные растения содержат какие-то веще-
ства, привлекающие муравьев, и муравьи-хищники неожиданно становятся вегета-
рианцами и волокут семена в муравейник. Но как только у семечка обглодан мя-
систый придаток, оно теряет привлекательность, становится неприятным, и мура-
вьи выбрасывают семечко. В этом двойственном свойстве семечка и кроется вся
сложность явления. Муравьи выбрасывают наружу остатки пищи. Но обычно они
складывают их рядом с жилищем в одно место. А вот семена мирмекофильных рас-
тений оттаскиваются далеко. Их будто прячут, чтобы они не отвлекали понапрас-
ну трудолюбивый народ.
Вода и соли
Потребность в воде у насекомых разная. Те, кто едят сочную, богатую влагой
пищу, совсем в ней не нуждаются. И наоборот. Много воды надо насекомым, кото-
рые живут в сухом и жарком климате. И может быть, почти не нужна вода там,
где всегда дожди, обильная роса да туманы.
Обитатели пустыни - жуки-чернотелки, некоторые дровосеки и тараканы разучи-
лись летать. Их надкрылья срослись вместе, все тело оделось в прочный панцирь
для того, чтобы задержать испарение из тела драгоценной влаги. Не могут жить
без воды и обитатели пустыни муравьи-жнецы. В их корме - сухих зернах - почти
нет воды. Поэтому жнецы селятся только там, где есть подземные грунтовые во-
ды . Иногда к ним, как нам удалось доказать, муравьи прорывают свои колодцы
глубиной до полусотни метров. Точно так же ведут себя термиты - обитатели
жарких пустынь. Их колодцы, как сообщает энтомолог Бурр, достигают глубины
более 15 метров.
Пьют воду, высасывая ее из земли, и обитающие в почве насекомые. Жительница
Нового Света - семнадцатилетняя цикада, прозванная так за то, что личинка ее
развивается 17 лет, тогда как взрослая особь живет едва ли более месяца, до-
бывает воду не только из корней растений, которыми питается, но и высасывает
ее из почвы. Самцы Цифенемиа апикота и Цифенемиа елисони жадно пьют воду, по-
глощая ее в количестве, равном до трети веса собственного тела. И те, кто не
испытывает ее недостаток, живут гораздо дольше страдающих от жажды. Недоста-
ток воды не только сокращает жизнь, но и ведет к необратимым изменениям в ор-
ганизме . Так, у некоторых бабочек, утоляющих жажду росой, если долго ее не
бывает, наступает бесплодие. В жарких пустынях многие насекомые, страдая от
жажды, нападают на человека и домашних животных, обнаружив капельки пота.
Из узкой долины дорога выходит на высокий холм, с которого открывается ши-
рокий распадок и довольно большие и густые заросли тростника. За ними видне-
ется развалившаяся муллушка1 и несколько раскидистых кустов колючего джинги-
ля. Откуда здесь, в сухом распадке, посреди обширной безводной лёссовой пус-
тыни, могли оказаться вода и тростники? Но раздумывать не приходится. Запасы
воды в бачке давно исчерпаны. За несколько дней экономного пользования водой
руки и лицо потемнели от грязи. Вода очень кстати. К тростниковым зарослям с
дороги вела едва заметная тропинка, заслоненная цветущими маками. Каково же
было наше разочарование, когда выяснилось, что такие стройные и высокие тро-
стники, каким расти бы на берегу большого озера или реки, были на совершенно
сухой земле без каких-либо признаков воды. Дело осложнялось. До реки Или по
прямой линии, через холмы и овраги километров двадцать. Дорогу в ближайшее
ущелье, где мох1 бы оказаться ручей, мы не знали. Пока я раздумывал о создав-
шемся положении, из тростников раздался крик моего товарища: «Вода!». Да, это
была настоящая вода в колодце, старательно выложенном камнями, глубиной около
шести метров. Рядом с колодцем лежала перевернутая кверху дном и хорошо со-
хранившаяся деревянная колода, из которой поят скот. Вот почему здесь рос
тростник! Растения добывали воду из-под земли из водоносного слоя, и, хотя
росли на сухом месте, чувствовали себя неплохо.
Видимо, это место с тростниками и колодцем служило колхозникам промежуточ-
ным пунктом при перегоне скота с весенних пастбищ на горные летние, так как
кругом виднелись свежие следы стоянки отары овец. Вскоре из ремней и шпагата
мы соорудили веревку, спустили в колодец котелок. Не беда, что в сводах ко-
лодца оказалось несколько гнезд индийских воробьев и белый помет падал в во-
ду. Не страшно и то, что на поверхности плавал случайно попавший в колодец
тушканчик. Радуясь находке, мы, прежде всего, умылись холодной и прозрачной
водой, расточительно расплескивая до этого столь драгоценную влагу.
Пригревает солнце, становится жарко. Приходит пора распроститься с послед-
ней буханкой хлеба, которую решено поджарить ломтиками. Со следующего дня мы
переходим на лепешки из муки, портативность которой особенно ценна в условиях
путешествия. Но едва налито в сковородку масло, как внезапно в него попадает
оса, за ней другая, беспомощно барахтаются и не могут выбраться. Злополучные
осы выброшены из сковородки листиком тростника, но на смену им плюхаются но-
вые и новые осы. В чем дело? Почему осам так понравилось подсолнечное масло?
Война с осами продолжается долго, пока мы не догадываемся о причине столь
странного их поведения. Блестящая поверхность масла, отражающая солнечные лу-
чи, имитировала лужицу с водой, на которую и стали слетаться страдающие от
жажды осы. Пролетая мимо бивака, они заметили искрящееся на солнце пятнышко
и, не подозревая о своей ошибке, летели прямо на сковородку. В колодец они не
1 Надмогильное сооружение (ред).
догадались спускаться, так как глубоко под землей поверхность воды не отража-
ла солнечных лучей.
Пришлось прикрыть сковородку, перевернуть колоду, налить в нее воды и уст-
роить для ос водопой. За короткое время на этом водопое перебывало много ос,
в основном веспид, наведывались к колодцу и иссиня-черные осы-помпиллы - по-
требительницы пауков, аммофилы (рис. 467), охотящиеся за гусеницами бабочек,
и многие другие насекомые, страдающие в пустыне от жажды.
Лишь только машину остановили в тростнике, как раздался тоненький, почти
комариный, писк множества мелких мушек. Они назойливо полезли в уши, глаза,
садились на открытые части тела, но не кусались. Потом мушиный писк усилился,
стал дружным, и нас облепил целый рой этих надоедливых насекомых. Почти бес-
смысленно было отмахиваться: назойливые мушки, спугнутые с одного места, не-
медленно перелетали на другое. Оставалось единственное средство - терпеть.
Мушки принадлежали к группе, которая питается исключительно потом крупных жи-
вотных. Но откуда они могли взяться в таком большом количестве среди необи-
таемой пустыни? По всей вероятности, этот рой сопровождал отару овец и каким-
то образом отстал от нее. Быть может, овцы были подняты с ночлега ранним ут-
ром, когда мушки находились в оцепенении от прохлады и спали. Вот и изволь
теперь расплачиваться с маленькими мучителями за целую отару овец! Между тем
становилось жарче, а назойливость мух настойчивее. Видимо, они очень проголо-
дались . Но и наше терпение истощалось, и когда стало невмоготу, решили срочно
сниматься с бивака. Попробуйте теперь догнать нас, когда мы на машине!
В горных степях близ Турана в Хакассии в сухой местности, где нет воды, а
цветы, источник нектара и влаги, исчезли, я встретил множество насекомых,
страдающих от жажды. Бабочки - голубянки, бархатницы, сатиры (рис. 468), ним-
фалиды, множество разнообразных мух и среди них особенно много сирфид, осы-
аммофилы целыми роями садились на человека и домашних животных, пытаясь высо-
сать хотя бы ничтожную капельку пота. Они толпились роями на свежих фекалиях
не только домашних животных, но даже сусликов, высасывая из них влагу.
Рис. 467 - Оса Аммофила Рис. 468 - Бабочка-сатир
Насекомые нуждаются не только в воде, но и в минеральных солях. Заботливые
пчеловоды на пасеках всегда выставляют для своих пчел-тружениц поилки с под-
соленной водой. Пчелы, ульи которых расположены вблизи населенных пунктов, в
поисках минеральных солей аккуратно посещают уборные, добывая из них необхо-
димые вещества и добавляя их в прославленный продукт - мед.
В деревне Григорьевке нам посоветовали заглянуть на Пчелиное озеро. Оно бы-
ло почти по пути. Круглое, будто обведенное циркулем, диаметром в несколько
сотен метров синее озеро лежало в зеленых берегах, отражая белые облака и
редкий березовый лесок.
Рис. 469 - Жуки-вертячки
Низкий берег вблизи дороги был вытоптан коровами: здесь водопой. На гладкой
поверхности озера крутились жучки-вертячки (рис. 469), сновали ловкие и гра-
циозные водомерки (рис. 470), в воде копошился клоп - водяной скорпион (рис.
471). Со стороны водопоя доносилось жужжание. Там оказались пчелки. Неболь-
шие, кругленькие, мохнатые пчелки-антофоры (рис. 472) носились целыми стайка-
ми. Они собирались плотными кучками и щупали землю своими блестящими хоботка-
ми: без сомнения, пчелы высасывали влагу. Им, видимо, необходимы минеральные
соли. Так же поступают бабочки-боярышницы (рис. 473), голубянки и некоторые
другие насекомые. У самого берега, где земля более влажная и даже мокрая,
пчелы не садились. Их привлекала подсыхающая почва, где соли находились в
концентрированном растворе. На ней пчелы собирались по несколько сотен штук.
Громкий и стройный оркестр их крыльев продолжал звучать одним тоном. Какой
неукоснимый ритм! Взмахи крыльев были у всех одинаковой частоты, судя по то-
ну, около 200 в секунду. К круглому синему озеру слеталось много пчел. Быть
может, даже за несколько километров летали они сюда. В большинстве это были
порожние насекомые, лишь у немногих на голенях задних ног в специальных кор-
зинках хранился груз - комочек яркой цветочной пыльцы. Наверное, много тысяч
лет, с тех пор, как существует озеро, пчелы летают сюда за солями, и эти по-
сещения уже давно стали инстинктом.
Особенно нуждаются в минеральных солях бабочки. Целыми стайками обседают
они мокрую землю у берегов водоемов, больше у разных лужиц, садятся на влаж-
ные косы рек, высасывая воду с минеральными солями. В горах Тянь-Шаня бабоч-
ки, осы, мухи никогда не садятся на мокрый песок горных потоков, вода которых
почти дистиллированная и не содержит никаких солей, а скапливаются на грязи
возле мелких лужиц на дорогах, где влага содержит соли.
Рис. 470 - Клоп-водомерка Рис. 471 - Клоп водяной скорпион
Я вижу, как через большой плоский камень спешат в обоих направлениях мура-
вьи-бегунки. У тех, кто ползет в сторону холма, брюшко заметно толще. Неужели
здесь где-то есть тли, и муравьи их доят? Я слежу за одним бегунком. Он дер-
жит прямой путь к воде и никуда не сворачивает, нигде не задерживается. Вот и
ручей. Интересно, что здесь будет делать муравей? А он, добравшись до влажной
почвы, припадает к ней и замирает, сосет влагу. Какой чудной! Стоило ему сде-
лать одну-две пробежки к чистой воде - и пей ее, сколько хочешь. Но, видимо,
муравью не нужна чистая вода. Влага из мокрой земли, в которой есть минераль-
ные соли, слаще. Вот и оса-полист тоже села на мокрую землю (рис. 474). У му-
равья-бегунка дела идут успешно. Напился, заметно потолстел и помчался в об-
ратный путь. Но много пить не стал. С большим грузом не побежишь быстро. А
бегунок всегда должен быть стремительным в движениях, и не в его обычаях мед-
ленно ползать. Теперь понятно, почему через камень мчатся бегунки. Они водо-
носы. Как же без влаги обходятся бегунки, живущие в сухих пустынях? Видимо,
там они добывают ее из тела добычи - различных насекомых. А тут зачем себе
отказывать, если вода рядом, тем более, что давно не было дождей и все высо-
хло. Вот если бы сюда переселить муравьев из безводной пустыни, наверное, по-
селенцы долгое время жили бы по старым правилам, прежде чем научились бы хо-
дить за водой.
Есть насекомые, которые способны извлекать воду, связанную с органическими
веществами, конституционную, и, питаясь, например, почти совершенно сухой
древесиной, благополучно заканчивают свое развитие. Энтомолог Кэрби пишет:
«...личинка точильщика Анобиум питалась целые месяцы деревом стула, которое
сохло перед камином в течение полустолетия и из которого реторта химика едва
ли может извлечь каплю влаги, а между тем туловище личинки переполнено соками
точно так же, как и тело гусеницы, питающейся листьями». Но это особые и ред-
кие специалисты.
Рис. 474 - Оса-полист на водопое
Отклонения в климате, связанные с осадками, влияют на питание и развитие
многих насекомых. Злейший враг зерновых культур в Северном Казахстане - серая
зерновая совка - отлично развивается в дождливую осень, когда зерно влажное,
а падалица дает всходы. В сухую осень - сухое зерно, и гусеницы уходят на зи-
мовку «не в теле», погибают.
Кто голодает и плохо
растет - не дает потомства
Эта истина относится и к насекомым. Энергия роста у большинства насекомых
при нормальном питании очень большая. Так, при достатке еды гусеницы бабочки
Трихоплюхия ежедневно увеличивают свой вес почти в два раза. Если насекомому
не хватает еды или еда не та, к которой привыкли его предки, то оно, испыты-
вая невзгоды, плохо растет, дает мало потомства или вообще не дает. Мы уже
говорили, что многие гусеницы бабочек выходят из яичка в тот момент, когда
появляются молодые питательные листочки. Тот, кто запоздал с выходом из яич-
ка, встретится уже с более зрелыми листьями. А в них много клетчатки, другой
химический состав. Запоздание с вылуплением из яичка даже на один-два дня мо-
жет оказаться губительным для юного насекомого. Так, по крайней мере, обстоит
дело с гусеницами многих волнянок.
Личинки кожееда Антренус флявипес, казалось бы, как и все кожееды, такие
неприхотливые в еде, в действительности тонко реагируют, если в их столь не-
доброкачественной, с нашей точки зрения, пище не хватает тех или иных жизнен-
но важных веществ. Если в корме отсутствует рибофлавин, пиродиксин, никотино-
вая и пантотеновая кислоты, если не хватает тиамина, личинки сильно отстают в
росте и только половина из них выживает, но не окукливается. Выращивание ли-
чинок кожеедов на синтетической пище с добавлением, казалось бы, всех необхо-
димых для роста веществ, но при замене казеина шерстью не вызывало большой
гибели насекомых, потомство жука имело здоровый вид, но окуклиться и перейти
во взрослую стадию не могло. Между тем, многие моли и шубный кожеед даже без
пищи, упрямо соблюдая сроки своего развития, продолжают линять через опреде-
ленное время. Но вместо того, чтобы расти, уменьшаются в размерах.
У бабочек-совок Плюзия гамма (рис. 475) недоразвитые яичники созревают лишь
после приема находящегося в нектаре цветов витамина Е (токоферол). Если же
его нет или мало, бабочки отправляются в дальние путешествия в поисках цве-
тов . Как только яичники разовьются, инстинкт путешествия у бабочек угасает.
Из-за постоянных поисков этого витамина у бабочек нет коренных мест обитания.
Сильно снижалась плодовитость бабочек мельничной огневки, если ее личинок
кормили одной белой просеянной мукой. Очевидно, оболочка зерен содержит ряд
веществ, необходимых для нормального существования организма.
Рис. 475 - Совка-гамма
Как известно, комары, не напитавшиеся кровью, не откладывают яиц и остаются
стерильными. У них не развиваются яичники. Раньше считали, что самки комаров
остаются вообще бесплодными, если им не удалось напиться крови. Однако недав-
но были найдены комары, которые откладывают небольшие кучки яиц без кровавой
диеты, мобилизуя собственные белковые запасы, накопленные еще в личиночной
стадии. Самка пискливого комара Кулекс пипиенс иногда способна отложить не-
много яиц, если в личиночной стадии она в изобилии получила белковый корм.
Некоторые виды скандинавских комаров после долгих и безуспешных поисков све-
жей крови откладывают яйца, переваривая собственные питательные мышцы или ис-
пользуя маленькие кусочки сохранившейся личиночной ткани, которая находится
между органами взрослого насекомого. Способны откладывать яйца, не питаясь,
такие комары, как Стегамия скутелярис, Аздес кояколор, Теобальдис субохреа.
Английские энтомологи, изучавшие влияние неполноценного питания на организм
некоторых домашних насекомых, наблюдали разнообразные болезненные последствия
такого частичного голодания. Оказалось, что при воспитании в лабораторной об-
становке на искусственных средах насекомые как будто хорошо росли, выглядели
здоровыми. Но при микроскопическом исследовании их тела оказывалось, что мы-
шечная ткань и жировое тело недоразвивались. Так, при недостатке белков у ме-
доносной пчелы покровы тела становились хрупкими, волоски и крылья легко об-
ламывались .
Неблагоприятные последствия были и при избытке белков и нарушении обмена
веществ. В теле начинали откладываться соли мочевой кислоты, возникали опухо-
ли. Избыток углеводов нарушал развитие мух. При недостатке холестерина в пи-
тании насекомых резко падала сопротивляемость к инфекционным заболеваниям.
Недостаток жирных кислот в пище гусениц препятствовал метаморфозу, а тараканы
откладывали неоплодотворенные и нежизнеспособные яйца.
Но многие насекомые не нуждаются в жирах и обходятся без них. Если в пище
нет тиамина, то наступает дегенерация жировой мышечной соединительной ткани и
эпителия кишечника. При отсутствии витамина каротина кутикула насекомых ста-
новилась проницаемой для воды. Недостаток никотиновой кислоты и пиродоксина
вызывал у мухи Муска вицина специфическое заболевание. Личинки комара Аздес
египти, лишенные фолиевой кислоты, не линяли.
Специалисты сельского хозяйства давно обратили внимание на то, что некото-
рые культуры не поедаются тем или иным вредным насекомым. Эта устойчивость,
как оказалось, объясняется тем, что в растениях отсутствует то или иное веще-
ство , без которого насекомое не может полностью завершить свое развитие. У
общественных насекомых - муравьев, пчел, ос и термитов - рабочие, за немногим
исключением, не откладывают яиц. Некоторые энтомологи склонны это явление
объяснять тем, что в личиночной стадии насекомые не получили веществ, необхо-
димых для развития яичников. Для медоносной пчелы, как мы уже отмечали, это
установлено довольно точно. Если рабочие кормят личинку только пчелиным мо-
лочком, то из нее вырастает матка, если же молочко достается лишь в первые
дни, а затем личинку садят на обычную диету из меда и перги, то выходят сте-
рильные самки - работницы. Термиты тоже владеют искусством в результате раз-
ного кормления воспитывать или самок, или рабочих. У них есть настоящие и так
называемые подставные самки, из которых развиваются обычные рабочие при опре-
деленном кормлении. Таким образом, стерильность рабочих общественных насеко-
мых - результат их частичного голодания, то есть по существу настоящей пище-
вой кастрации.
Интересные опыты по влиянию голодания на плодовитость были поставлены с
обитателями человеческих жилищ - постельными клопами. Упитанные самки, спа-
рившиеся с истощенными от голода самцами, откладывали только 45 нормальных и
12 стерильных яиц. Если же самцы не испытывали голода, были упитаны, то их
тоже упитанные супруги откладывали уже 150 нормальных и 42 стерильных яйца,
то есть плодовитость клопов резко возрастала.
Казалось бы, богата природа нашей земли, и всем на ней живущим находится и
стол, и кров. Но это только кажется. Масса жильцов земли не доедают, страдают
и погибают от голода. Многие не выносят этого тяжкого испытания и прекращают
свое существование вскоре же, но многие, прозябая, переживают длительную го-
лодовку в ожидании лучших времен. Постельный клоп - рекордсмен по голодовкам,
и живет, не принимая пищи, в ожидании момента, когда он мог бы насосаться
крови, шесть лет. Но, нормально питаясь, он заканчивает свои жизненные дела
гораздо скорее и гибнет на второй-третий год жизни. Какой парадокс! Голод -
как способ продолжения жизни! Но какой жизни - голодной! Личинка хрущака Те-
небрио молитор, которого любят разводить на отрубях ради корма для птиц, если
голод наступил в последней стадии, развивается быстрее, как бы торопясь стать
взрослым жуком, чтобы отправиться на поиски более счастливых мест.
Самки паразитического наездника Назония переживают голод лучше, чем самцы,
но это происходит за счет рассасывания крупных яйцеклеток, которые служат как
бы дополнительным источником питания. Разумеется, использование этого источ-
ника приводит или к понижению плодовитости, или к полной стерильности. Сказы-
вается голодание и на плодовитость самцов. Самцы клопа-хищника Родниес, голо-
давшие в детстве, сильно снижают плодовитость. Часто массовое размножение ка-
кого-либо насекомого приводит к нехватке пищи. Наступает голодовка, за голо-
дом идут болезни и просто гибель от истощения. Таким печальным финалом всегда
заканчивается массовое размножение одного из злейших вредителей леса - гусе-
ниц бабочки-монашенки. При недостатке пищи личинки домового сверчка Ахета до-
местикус гибнут, а из тех, кто выживает, вырастают маленькие невзрачные, с
уродливыми крыльями сверчки. Сложнее реагирует на голод гусеница совки Агро-
тис артогония. Голодание на ранних стадиях задерживает развитие и увеличивает
количества линек. Гусеницы же, голодающие в последнем возрасте, ускоряли раз-
витие, зато плодовитость была явно ниже нормальной. Голод вызывает резкие из-
менения в организме насекомых. Прежде всего исчезают жировые запасы, гликоген
(животный крахмал) и отчасти белки. У голодающих американских жуков корнеедов
Конофторус кониперда дегенерирует мускулатура. Пустой кишечник вздувается,
жировое тело полностью исчезает, половые железы сильно уменьшаются. Но голо-
дающие жуки могут двигаться при потере более чем половины своего веса.
В голодающем организме образуются вещества, не свойственные ему при обычном
состоянии. Так, у голодающих мух це-це, переносчиков страшной сонной болезни
в Африке, в теле появляется вещество орнитин. Количество съеденной личинкой
еды сказывается на размерах взрослого насекомого. Особенно наглядна такая за-
висимость у ос-парализаторов, снабжающих свою личинку лишь одним парализован-
ным насекомым. Я не раз убеждался, что размеры осы Аноплеус самариензис, охо-
тящейся за южнорусским тарантулом Ликоза зингориензис, в котором и развивает-
ся ее личинка, сильно зависят от размеров самого паука. Они бывают разные,
что зависит, в свою очередь, от возраста паука, а также от расы. Из личинки,
воспитанной в большом пауке, выходит крупная оса, и наоборот. Такая же зави-
симость существует и у наездников. Их размеры обусловлены размерами хозяина,
что многократно было доказано. И все же, несмотря на невзгоды, многие насеко-
мые выработали удивительную способность к голоданию. Личинка муравьиного льва
без пищи свободно живет полгода. Зато после столь длительного поста она спо-
собна съесть за один присест насекомое, равное собственной величине. Таракан
Эубляберус постикус выдерживает голодание в течение девяти месяцев, не теряя
способности к размножению. У одного энтомолога личинка вислокрылки прожила
без пищи целый год, а самка жука Стенельмус крената - более года. Известный
популяризатор Брем описывает голодание южноафриканского чернокрыла Соферус
бреми, тянувшееся два года. Один ученый продержал без пищи жука-чернотелку
Блапс мормикара два года. Личинка гигантского жука-щелкуна Оксиноктерус мук-
рона способна голодать еще больше - три года! Но самым устойчивым к голода-
нию, рекордсменом среди многомиллионных умельцев прожить без пищи оказалась
южноафриканская щитовка из подсемейства Маргародинэ. Нимфы этого насекомого
живут и развиваются на корнях растений, выделяя над собой твердый, как ме-
талл , секрет. Под таким щитом они могут оставаться живыми продолжительное
время. Одна такая нимфа оказалась живой после того, как пробыла в коллекции
растений семнадцать лет! Кто знает, быть может, и этот срок далек от предела
удивительнейшей способности к голоданию этого крошечного и невзрачного созда-
ния. Насекомым приходится жить по-разному - и голодать, и предаваться обжор-
ству. Видимо, неравномерное питание - вполне естественное состояние у насеко-
мых, так как многие из них, испытывающие чередование трудных и легких перио-
дов жизни, развиваются успешнее, нежели те, кто попал только в благоприятную
обстановку.
Жизнь многообразна и многолика, и нет твердых законов, ею управляющих, без
многочисленных исключений. В заключение нашего короткого очерка о голодании
насекомых скажем несколько слов о тех, кто добровольно отказывается от еды.
Бывает и так, что еда не нужна и даже служит помехой. Есть насекомые, ничем
не питающиеся в определенной стадии. Не едят куколки почти всех насекомых. В
этой стадии происходит сложное превращение, из личинки образуется взрослое
насекомое. Тут не до еды. Не нуждаются в пище некоторые взрослые насекомые.
Им достаточно пищевых веществ, запасенных в теле еще личинкой. Не обременен-
ные заботами о питании, они свободны, и все свое время посвящают единственной
задаче - продолжению рода. Не питаются во взрослой стадии многие бабочки -
обитатели пустыни. Их гусенички развиваются ранней весной, когда земля еще
покрыта богатой растительностью и цветами. Бабочки же, вылетая, встречают го-
лую пустыню, выжженную солнцем, сухую, покрытую колючками. Такой же ритм раз-
вития выработался и у многих других насекомых - жителей пустыни. И не только,
конечно, в пустыне сложилась такая обстановка. Самцы паразитических насекомых
веерокрылых живут недолго и ничего не едят, тратя все силы на поиски самок.
Те похожи на червячков, сидят в теле ос или пчел, высунув из них лишь кончик
брюшка. У самцов не развит ротовой аппарат, нет верхней и нижней губ, кишеч-
ник посредине прерван и средняя кишка не соединяется с задней. Нет и органов
выделения - мальпигиевых сосудов. Они не нужны.
Не принимают решительно никакой пищи поденки (рис. 476). Желудок их пуст,
наполнен воздухом и играет роль аэростатического аппарата, облегчающего насе-
комому брачные полеты. Живут поденки всего несколько часов, лишь некоторые
способны прожить около недели. Подобных примеров можно привести величайшее
множество. Насекомые, голодающие по собственной воле, как правило, живут
очень недолго, да им и не нужна длительная жизнь. Имея уже развившиеся яйца,
они быстро заканчивают жизненные дела.
Рис. 476 - Поденка
Несколько слов о спячке насекомых. Она наступает при неблагоприятных усло-
виях, чаще всего от засухи, от похолодания (на всю зиму). Во время спячки на-
секомое в пище не нуждается. Есть и другая спячка, обусловленная наследствен-
ным ритмом. В одной из своих фаз развития насекомое впадает в нее вне зависи-
мости от времени года. Такая спячка необходима и называется диапаузой. Ее
прервать обычно не удается. Насекомое должно проспать ровно столько, сколько
установлено по правилам издревле сложившегося ритма развития. Иногда такая
спячка тянется год, два. На этой теме подробно не останавливаемся, так как к
предмету нашей публикации она не имеет прямого отношения.
Запасы пищи
Немногие насекомые могут делать запасы пищи. И первые из них - обществен-
ные . Запасают впрок в своих кладовых семена растительноядные муравьи в Старом
Свете рода Мессор, в Новом Свете - Афеногастер. Лучшие из лучших семена скла-
дываются в особых камерах и находятся под постоянным наблюдением сторожей.
Очень интересные правила хранения зерна обнаружены мною у муравьев-жнецов в
пустынях Средней Азии.
Муравейник вскрыт. Но где же запасы, где урожай семян, который так заботли-
во собирали муравьи? Ведь не зря во все стороны проведены такие отличные до-
роги. Муравейник расположен на самом краю обрывистого берега речушки Копалы-
сай, вытекающей из гор Анрахай в обширную пустыню Джусандала. Здесь высота
берега не более двух метров. Неужели вертикальные ходы опускаются ниже уровня
поверхности ручья? Ведь там почва пропитана водой! Вот где, пожалуй, удастся
докопаться до дна муравейника и осмотреть его запасы.
Пустыня Жусандала
Разрывать обрывистый берег нетрудно, землю не надо бросать наверх, а доста-
точно сваливать ее в сторону реки. В этом гнезде число горизонтальных камер
уменьшается книзу, а на глубине полутора метров начинает увеличиваться. Давно
кончился сухой слой почвы, и к лопате уже прилипает влажная земля. Вскоре
земля становится совсем мокрая, а муравьиных запасов все нет, и горизонталь-
ные камеры пустые. Неужели муравейник ниже водоносного слоя? И, наконец, вот
они, камеры, набитые разнообразнейшей снедью, очищенной от шелухи. Тут и зер-
на пшеницы, принесенные с ближайшего поля, и семена лебеды, житняка, и многих
других растений. Они устилают полы камер. Для запасов не отводится специаль-
ных помещений, в которые имеют доступ лишь немногие. По зернам беспрепятст-
венно ползает множество муравьев. Но самое интересное в том, что запасы зерна
расположены в наиболее влажном слое земли, ниже его находится уже вода, и в
ямку, сделанную лопатой, моментально набегает мутная жидкость. Кое-где верти-
кальные ходы спускаются в водоносный слой и, как настоящие колодцы, заполнены
водой. Они, возможно, были выкопаны, когда уровень воды в речке понижался и
земля становилась сухой. Все зерна лежат на влажном полу и совершенно мокрые.
Ну, какой заботливый хозяин будет держать свой урожай в сырой кладовой? И са-
мое необыкновенное - почему мокрые зерна не прорастают? Так вот как вы уст-
роились , исконные жители жаркой пустыни! Вот как вы научились строить себе
прохладные и влажные жилища и в них находить себе столь драгоценную воду,
размачивая в ней свой черствый хлеб! Мокрые семена, собранные в кладовых,
складываем в стеклянные баночки и увозим в лабораторию. И что же происходит в
стеклянных баночках? Через несколько дней семена безудержно прорастают, вы-
пускают длинные зеленые росточки. Почему семена не проросли там, в муравейни-
ке, во влажных камерах? Ведь они были давным-давно собраны, и некоторые из
них, например, семена мятлика, пролежали значительно больше месяца. Только
один ответ может быть на этот вопрос: муравьи выпускали какие-то вещества,
которые парализовали прорастание семян. Вот почему в «складских» помещениях,
на слое влажного зерна, готового для употребления в пищу, бессменно находи-
лось так много мессоров. Это были особые муравьи-парализаторы. Но почему же
сейчас произошло такое буйное прорастание семян? Давно известно, что всякие
яды действуют в больших дозах угнетающе, в малых - возбуждающе. Возможно, ко-
гда семена были освобождены от муравьев-парализаторов, небольшие остатки яда
подействовали стимулирующим образом на рост семян. Нельзя ли использовать это
стимулирующее действие маленьких доз яда муравьев нашим селекционерам, выво-
дящим различные новые сорта растений?..
Делают запасы зерен крошечные муравьи-тетрамориумы (рис. 477), складывая их
в сухих камерах под камнями.
Рис. 477 - Муравьи-тетрамориумы
Но не только растительноядные муравьи делают запасы. В пустынях Средней
Азии, Австралии, Африки, Южной Америки многие муравьи приспособились для хра-
нения запасов пищи использовать... своих собратьев. В благоприятное время го-
да, собирая с цветов нектар, соки из убитых насекомых, они откармливают этой
благодатью определенных особей до того, что у тех раздувается брюшко, стано-
вится размером почти с ягоду винограда. Такие муравьи-«бочки» не способны к
движению, висят на потолке специальных камер, замерев, и постепенно, капелька
за капелькой, отдают пищу своим собратьям в голодное время. Потом, когда за-
пасы кончатся, муравьи-«бочки» превращаются в обыкновенных муравьев. Такие
медовые «бочки» - любимое лакомство местных жителей Австралии. Их специально
заготовляют и потом едят, украшая ими праздничный стол наряду с другими яст-
вами. По-видимому, в брюшке - хранилище муравьев-«бочек» - вырабатываются ка-
кие-то особые антисептические вещества. Они препятствуют гниению этой пита-
тельной массы, она всегда свежа и пригодна для еды. Неплохо бы узнать, что за
антисептики изобрели муравьи, какого они состава, нельзя ли их синтезировать
и использовать на благо человека, если не для лечения от инфекционных болез-
ней, вызываемых грибками и бактериями, то, на худой конец, для хранения ско-
ропортящихся продуктов. Кроме муравьев - медовых «бочек», есть и «бочки» по-
меньше, у муравьев в наших пустынях, рода Проформика. Напитываются на зиму и
сильно толстеют некоторые особи пустынного муравья-бегунка. Да и наш широко
распространенный в лесах рыжий лесной муравей Формика руфа и ближайшие родст-
венные ему виды тоже часто содержат в муравейниках сильно упитанных, со слег-
ка раздувшимся брюшком собратьев, в которых хранят пищевые запасы.
Ранней весной прозрачный березовый лес все еще в пятнах снега. Кое-где
мелькают крапивницы, по сухой желтой траве носятся пауки, пробегают маленькие
жужелицы-платисмы. Там, где земля освободилась от снега, давно проснулись му-
равьи и греются на солнце. Теплеет. Солнце пригревает сильнее, и плотная куч-
ка муравьев постепенно расползается. Остаются лишь те, у кого раздувшееся
брюшко. Они держатся кучками в самых теплых местах. Что за муравьи? Возьмем
несколько таких теплолюбов. Муравьи слабо защищаются, они без кислоты и ничем
не пахнут в отличие от своих товарищей. Если под сильной лупой вскрыть такого
муравья, то оказывается, что его брюшко набито капельками жира. Для чего эти
муравьи-толстячки, к тому же такие малоподвижные и ленивые? Конечно, они нуж-
ны! За зиму они мало израсходовали свои запасы, почти не похудели. Сейчас
бескормица, и так нужна еда. У муравьев-толстячков запасные питательные веще-
ства переходят обратно в зоб, а из зоба уже достанется всем понемножку, по
маленькой капельке. Особенно нужна такая пища личинкам. Ведь как только начи-
нает греть солнце, происходит расплод потомства. Почему же у муравьев-
толстячков нет кислоты? Кислота вырабатывается особыми желёзками, расположен-
ными в брюшке. Толстячкам не до кислоты: от пищевых запасов брюшко до предела
растянуто. Пусть кислотой запасаются муравьи-защитники. Это их дело...
Самые рачительные хозяева - медоносные пчелы. Их замечательные запасы меда
на длительное время бескормицы испокон веков использует человек. Благодаря
ему и приручил человек мохнатую труженицу. И еще есть насекомые, делающие за-
пасы пищи. Только не для себя, а для своих деток. Это многочисленные осы-
парализаторы. О них мы уже говорили.
Взрослым и детям
- разное меню
Как не похожи дети насекомых на взрослых особей! Из яичка, отложенного ба-
бочкой, выходит невзрачный червячок - гусеница. Она ничем не напоминает свою
прекрасную родительницу и только потом, став большой, сделается куколкой, а
после произойдет чудо - выйдет такая же красавица бабочка.
Насекомые с полным превращением - бабочки, жуки, пчелы, осы, муравьи, сет-
чатокрылые, ручейники и многие другие - питаются по-разному. Дети и взрослые
получают от природы различное меню.
Березовый лес на Алтае.
У других насекомых, с неполным превращением, дети которых похожи на взрос-
лых (кобылки, кузнечики, сверчки, богомолы, тараканы, уховертки, термиты,
клопы и многие другие), еда более или менее одинакова. Итак, рацион питания
зависит от способа развития насекомого. Но это правило, как всегда, имеет
многочисленные исключения. Вообще же у насекомых строгое разделение обязанно-
стей: дети должны расти, набираться сил, здоровья, запасных питательных ве-
ществ . Век взрослых короток: позаботиться о потомстве, отложить яички и уйти
с арены жизни. Немало взрослых насекомых поэтому не питаются, а свою короткую
жизнь ведут за счет питательных веществ, накопленных в детстве. Слепни-самки,
за небольшим исключением, вначале питаются нектаром цветов. Инстинкт кровосо-
сания у них возникает после оплодотворения. Целесообразность ясная: прежде
времени не нападать на животных. Давно доказано, что для созревания яичников
и семенников необходима белковая пища. В связи с этим дополнительное питание,
после которого наступает окончательное созревание и подготовка половой про-
дукции, существует для получения необходимой пищи, содержащей белки. Слепни,
мошки, комары, мухи-кровососки без крови не способны откладывать яйца. Плодо-
витость тлей, червецов и трипсов возрастает при увеличении содержания азоти-
стых веществ в тканевых соках растений, которыми они питаются. Личинки и
взрослые даже при кажущемся однообразии редко едят одно и то же, хотя бы по-
тому, что их развитие происходит в различное время года, в различной природ-
ной обстановке, хотя бы и на одном и том же растении. Личинки первого поколе-
ния стеблевой мухи Хлоропс оризе в Японии поедают третий и четвертый листики
всходов риса, тогда как личинки второго поколения уже лакомятся развивающими-
ся колосками. С возрастом расширяется ассортимент растений, поедаемых азиат-
ской саранчой. Некоторые энтомологи считают, что у насекомого развивается
чувство вкуса, вкусовые окончания нервов в ротовой полости. Гусеницы бабочек-
волнянок питаются почти исключительно листьями древесных пород. Но, подрас-
тая, они часто расширяют ассортимент поедаемых растений. Примеров, когда ли-
чинки и взрослые питаются по-разному, колоссальное количество. Личинке жуков
семейства пыльцеедов объедают корни растений, тогда как взрослые признают
только одну пыльцу цветков. Некоторые жуки-дровосеки, выйдя из колыбельки,
ради созревания половых продуктов питаются цветками, листьями, хвоей, тогда
как их личинки, как известно, точат древесину. Ярко окрашенные плоские жуже-
лички Лебиа питаются тлями и другими нежными мелкими насекомыми, а их личинки
паразитируют на личинках жуков-листоедов.
Разберем, кто как питается в течение своей жизни в зависимости от ранжира,
отряда, на которые делится класс насекомых. Все низшие бескрылые насекомые,
никогда не имевшие крыльев в течение всего эволюционного развития, - бессяж-
ковые, ногохвостки, двухвостки и щетинохвостки (рис. 478) - и дети, и взрос-
лые питаются почти одинаково. Впрочем, возможно, различия в возрастной диете
и существуют. Но мы их не знаем, так как эти насекомые-крошки редки, малоза-
метны, плохо изучены. Отъявленные хищники - богомолы, стрекозы, верблюдки,
сетчатокрылые (златоглазки, мантиспы, аскалафы, муравьиные львы) и отчасти
скорпионовы мухи и вислокрылые - разнообразят свою пищу в строгом соответст-
вии со своими размерами и силой: малыши нападают на крошечных насекомых, ста-
новясь взрослее, уничтожают добычу покрупнее.
Но если богомолы только наземные хищники, то личинки стрекоз охотятся ис-
ключительно в воде, тогда как взрослые стрекозы - лишь в воздухе. Взрослые
муравьиные львы, похожие на стрекоз, и взрослые вислокрылки ничем не питают-
ся. Личинки поденок, веснянок, ручейников живут в воде, где поедают разлагаю-
щиеся растения, простейшие организмы, водоросли. Некоторые из них хищники.
Взрослых насекомых, особенно поденок, еда не интересует. Их дело - продолжать
род. У них даже недоразвит пищеварительный аппарат.
Уховертки, палочники, прямокрылые, кобылки, кузнечики, сверчки и медведки в
основном растительноядны, и немногие из них разнообразят свое меню с возрас-
том. Среди кузнечиков, достигших зрелой стадии, немало хищников, а самка ин-
тересного кузнечика Сага педо (рис. 479), усевшись на цветок растения, охо-
тится на беспечных насекомых. Самцы у этого вида неизвестны, и кузнечик раз-
множается , откладывая неоплодотворенные яички.
Рис. 478 - Щетинохвостка Рис. 479 - Кузнечик Сага педо
Маленькие насекомые трипсы - узкие специалисты, питаются пыльцой, завязью
цветков, изредка соками растений, в основном они растительноядны и лишь не-
многие хищничают. Равнокрылые хоботные (цикады, червецы, щитовки, тли, алей-
родиды и листоблошки) и клопы почти все растительноядные и, обладая хоботка-
ми, сосут соки растений - с детства до глубокой старости. Но некоторые из
клопов стали кровососами или хищниками. Крошечные насекомые сеноеды, а также,
вероятно, все эмбии всю свою жизнь поедают грибки. Пухоеды, вши, блохи - кро-
вососы, и без крови, пуха и подшерстка жить не способны.
О термитах мы уже много рассказывали как об общественных насекомых. Они уш-
ли под землю и избрали себе пищу мало кому пригодную - древесину, приспосо-
бившись с помощью симбионтов перерабатывать ее в более удобоваримый продукт.
В какой-то степени живущие скопищем и до известной степени тоже общественные
насекомые - тараканы - растительноядны. У больших отрядов жесткокрылых, дву-
крылых, перепончатокрылых очень разнообразное питание. Среди них есть и веге-
тарианцы, и хищники, и всеядные, и паразиты насекомых. Иногда питание даже в
одной близко родственной группе разнообразное. Так, жуки семейства мертвоедов
питаются всевозможной пищей: одни поедают трупы, другие - растительные и раз-
лагающиеся вещества, третьи - плесневые грибки, четвертые являются хищниками.
Вместе с тем, виды громадного семейства листогрызов только растительноядны, и
нет в этой группе исключений. Растительноядны и личинки другой большой группы
- жуков-долгоносиков. Вообще же, среди жуков можно подметить такую закономер-
ность: растительноядные формы сосредоточены в более жарких странах, плотояд-
ные живут в более умеренном климате. Но в основном они подчиняются одному за-
кону: личинки их червеобразны, не похожи на родителей, едой питаются тоже
иной, чем родители. Лишь немногие стали узкими специалистами и едят в течение
всей жизни одно и то же. Жуки и личинки коровок поедают тлей, некоторые -
грибки. Очень своеобразен маленький отряд насекомых - веерокрылых. Личинками
они паразитируют в теле пчел и ос, а взрослые ничего не едят.
Кто когда ест
В этом деле далеко не у всех строгий порядок. Мало таких, кто ест всегда,
везде, в любое время суток и при любой погоде. Многие едят только с наступле-
нием темноты, а с рассветом их аппетит исчезает. В большинстве случаев это
насекомые крупные, заметные, лакомые для птиц и других врагов. Им, беднягам,
приходится быть осторожными. Питаются ночью кузнечики, сверчки. Ночью же они
распевают свои бесконечные песни. Днем прячутся. Им иначе нельзя, таким голо-
систым. В то же время их ближайшие родичи кобылки едят днем.
Комары предпочитают нападать на своих хозяев утром и вечером, то есть про-
являя явную склонность к завтраку и ужину. Кровососы, живущие на теле хозяи-
на, с большой охотой насыщаются ночью, когда хозяин согрелся, согрел своих
обитателей, спит, не мешает. У личинок средних возрастов азиатской саранчи
(рис. 480) четко выражено два максимума питания при ясной летней погоде - по
утрам, если только не спустились с растений, на которых провели ночь, и по
вечерам, поднявшись на растения. Если вечер был холодный, то утром личинки
особенно энергично питаются.
Если день был жаркий и пищи мало, то вечерняя активность питания заканчива-
ется до наступления темноты. Этот распорядок характерен для тех, кто живет в
сухих, луговых и тростниковых зарослях. Среди свежей луговой или пышной рас-
тительности личинки кормятся не спеша весь день, и время наибольшей активно-
сти питания у них не выражено. Ночной образ жизни широко распространен среди
жителей сухих и жарких пустынь. Днем, когда над землей царит неутомимое паля-
щее солнце, почва нагрета так, что ноги жжет через подошвы ботинок, а воздух
необычно сух, все насекомые прячутся в укромные уголки. Им не до еды. В пус-
тыне такие завзятые ночные насекомые ранней весной и поздней осенью, когда
ночи слишком холодны, а днем ласково греет солнышко, переходят на дневной об-
раз жизни. Другие насекомые, наоборот, ночью спят, а бодрствуют и едят только
днем. Это большей частью мелюзга, едва заметная глазу -трипсы, ногохвостки и
им подобные. Им незачем прятаться под покровом ночи, опасаться своих ящериц,
птиц и млекопитающих, так как слишком мелки.
Рис. 480 - Азиатская саранча
Насекомые-северяне предпочитают питаться днем, так как ночи очень холодные.
Ну и, наконец, при похолоданиях, сопровождаемых дождями, ливнями и ветрами,
насекомые прекращают питаться. В прохладную погоду все чувства насекомых ос-
лаблены: они плохо видят, слышат, неподвижны, вялы, не распевают песен и те-
ряют аппетит. Есть и такие, которые едят все время, всегда. Аппетит личинок
насекомых, обитающих в почве и в древесине, не зависит ни от времени суток,
ни от погоды. До них не доходит свет, от врагов они укрыты, а колебания тем-
пературы на них сказываются не так резко. Потеряли всякий распорядок питания
насекомые - жители пещер. Там всегда темная ночь и почти одна и та же темпе-
ратура . Мы очень мало знаем о ритме питания насекомых, живущих в воде. По
всей вероятности, там существуют свои законы.
Своеобразны жизнь и питание общественных насекомых. В жилищах муравьев и
термитов, спрятанных под землей, в семьях пчел и ос, в глубоких дуплах или в
улье питание идет по своим издавна установившимся законам. На время линьки
насекомые прекращают питание. В этот ответственный период жизни им необходим
полный покой. Не полагается есть и во время яйцекладки. Но некоторые насеко-
мые по непонятным для нас причинам обрекают себя на пост на весь период яйце-
кладки. Так, австралийский клоп Текторис линеола кладет яйца в течение не-
скольких недель и все это время совершенно равнодушен к пище.
У кого
какой
аппетит
Аппетит насекомых самый разный. И количество поедаемой пищи часто не связа-
но ни с размерами, ни с активностью, хотя она, безусловно, имеет немалое зна-
чение . Те, кто поедает пищу малопитательную, уничтожает ее подчас в огромных
количествах. Очень много растений поедает саранча. Кузнечик съедает за сутки
зеленой массы количество, примерно равное весу его тела. Гусеницы многих ба-
бочек съедают за день листьев в два раза больше веса своего тела. Если бы та-
ким аппетитом обладал человек, то он должен был бы в день в среднем съедать
продуктов более 100 килограммов! К счастью, человек на такое не способен.
Растущее насекомое потребляет больше пищи, чем взрослое. Так, незрелые кузне-
чики съедают в день пищи в количестве, равном весу их тела, тогда как взрос-
лые кузнечики - в два раза меньше. По другим данным, количество съедаемой пи-
щи взрослыми кузнечиками равно трети или четверти веса их тела.
Аппетит насекомых зависит от образа жизни, от подвижности насекомого. Те же
самые кузнечики, о которых мы говорили, во время переселений съедают пищи в
два-три раза больше веса своего тела, то есть их аппетит возрастает в четыре-
шесть раз и даже более. Та же черта замечена и у саранчи. Отправившаяся в по-
лет азиатская саранча, приземляясь, становится необыкновенно прожорливой. Не
особенно подвижная личинка хищного жука-красотела Калозома сикофанта (рис.
481) съедает за лето около 40 гусениц непарного шелкопряда. Зато, став жуком,
очень подвижным и энергичным, уничтожает за лето уже до 300 таких гусениц, то
есть аппетит у взрослого жука возрастает почти в 10 раз. Живут жуки три-
четыре года и за это время приносят громадную пользу, уничтожая вредителя де-
ревьев .
У стрекозы аппетит проявляется по-иному. Ее личинка очень прожорлива и за
сутки потребляет количество пищи, почти равное весу тела. Взрослая же стреко-
за довольствуется пищей, равной пятой части веса ее тела, и, хотя она так же
подвижна, экономит энергию благодаря совершенству летательного аппарата. На
прожорливость оказывает влияние также предшествующее голодание. Голодающий
хищник, добравшись до пищи, может уничтожить ее в значительном количестве.
Таковы некоторые ктыри. Один из наблюдателей сообщает, как ктырь в течение 30
минут успел убить и высосать восемь бабочек (рис. 482) . Кровососущие насеко-
мые, дорвавшись до еды, насасываются ею, что называется, до отвала. Количест-
во крови, выпитое кровососом в это время, может превышать вес его тела в
шесть раз и более. Отменный прожора и богомол. Энтомолог Шкайф сообщает, что
один богомол, которого держали в неволе, за два месяца съел 15 кузнечиков та-
кого же размера, как он сам.
Рис. 481 Жужелица Калозома сикофанта Рис. 482 Ктырь с добычей - бабочкой-
белянкой
На количество поедаемой пищи оказывает влияние скученность насекомых. Когда
рядом и всюду находятся собратья, пример окружающих возбуждает аппетит. Осо-
бенно заметно повышается количество потребляемой пищи в стаях, или, как их
называют, кулигах пустынной и азиатской саранчи. Меньше едят, например, оди-
ночные или изолированные жуки-притворяшки Птинус, чем в компании себе подоб-
ных. Разумеется, аппетит насекомых в большой степени зависит от температуры
окружающего воздуха. В прохладную погоду насекомые плохо едят или вообще объ-
являют голодовку. Многие ученые высказывают предположение, что насекомые, не
в пример другим животным, заселяющим нашу планету, обладают аппаратом, преоб-
разующим тепловую энергию солнца в мышечную работу. Механизм действия этих
своеобразных солнечных батарей неясен. Но эта замечательная способность зна-
чительно снижает потребность в пище и объясняет, казалось бы, непонятную под-
вижность насекомых при малой затрате энергетического материала.
Как бы там ни было, но насекомые как холоднокровные животные, прежде чем
пробудиться, долго согреваются на солнце, хотя многие из них, например ночные
бабочки, перед полетом начинают повышать температуру своего тела вибрацией
крыльев, то есть мышечной работой, подобно тому, как это делаем и мы, про-
дрогнув на морозе. Есть еще одна закономерность, конечно, не без исключений:
перед линькой и после нее насекомые обычно едят значительно меньше, чем в пе-
рерывах между ними.
Количество потребляемой пищи может зависеть и от жажды, испытываемой насе-
комыми, особенно в жарких странах. Прожорливость саранчи - нередко результат
жажды, которую испытывают насекомые. К такому выводу пришли энтомологи, изу-
чавшие этого опасного врага земледелия. Ткани растений - единственный источ-
ник воды для саранчи. Сколько же пищи поедает насекомое за свою жизнь? Кто
как! Кузнечики съедают за всю недолгую жизнь в течение полугода пищи в 20 раз
больше веса своего тела. В то время как многие насекомые, например, парази-
тоиды, развивающиеся за счет своего хозяина, в тело которого родителями было
отложено яичко, - лишь в пять раз.
Пожалуй, самая прожорливая из насекомых - азиатская саранча. Подсчитано,
что каждая саранча за свою жизнь съедает 300 граммов зеленого корма. Вообще
же, прожорливость насекомых в соотношении с крупными позвоночными животными
во много раз больше. Д. В. Панфилов в своей книге «В мире насекомых» (М. ,
1969) приводит такой интересный пример. Объем тела и вес коровы равен пример-
но 200 тысячам особей саранчи. Но общая площадь ротовых отверстий саранчи в
60 раз больше всей поверхности тела коровы, общая длина средних отделов их
кишечников составляет около семи или восьми километров, и они будут иметь об-
щую всасывающую поверхность почти в десять раз больше средней поверхности ки-
шечника коровы. Поэтому, обладая сравнительно большей всасывающей поверхно-
стью кишечника, насекомые быстрее (иногда в 100 раз!) снабжают питательными
веществами ткани тела, чем позвоночные. Ну и, конечно, количество потребляе-
мой еды зависит от размеров насекомого. Так, самка слепня за один раз способ-
на выпить до 200 миллиграммов крови, то есть столько, сколько выпивают 70 ко-
маров или 4000 мокрецов.
Как разыскивают
и добывают еду
В поисках пищи у насекомого участвуют различные механизмы, но обоняние и
зрение - самые главные из них. Насекомые, находящие добычу обонянием, вблизи
нее чаще всего руководствуются зрением. Как растительноядные насекомые нахо-
дят «свою» пищу, как они, такие маленькие, казалось бы, примитивные в своих
поступках, способны среди величайшего множества видов растений находить те, с
которыми связана их жизнь? По-видимому, в поведении каждого насекомого запро-
граммированы черты растения-хозяина: его форма, цвет, вкус и, скорее всего,
его запах. Каждое растение имеет свой, только ему присущий, химический со-
став, а также запах и вкус, легко опознаваемые насекомыми-потребителями. Раз-
личные глюкозиды, сапонины, таннины, алкалоиды, эфирные масла, органические
кислоты служат как бы паспортом, индикатором. Они вовсе не обязательный ком-
понент пищи, быть может, даже совсем не нужны в питании или играют роль свое-
образных специй для улучшения вкуса еды. Но по ним насекомые узнают, с чем
связана жизнь их предков.
Может случиться, что вещество-индикатор оказывается в растениях совершенно
различных, неродственных, и насекомое, обманываясь, становится полифагом. На-
пример, гусеница бабочки-махаона Папилио аннакс питается 18 различными зон-
тичными растениями, содержащими вещество метилкавинол. Лестничный, или, как
его еще называют, линейчатый, короед Ксилотерус линеатус обладает острым спе-
циальным обонянием, улавливая запах хвойного дерева. Других запахов, возмож-
но , для него не существует. Но на обонятельные реакции короеда наслаиваются
другие условия: насекомое хорошо различает запахи при ярком освещении, ночью
обонятельная реакция жуков подавляется. Вообще, короеды превосходно и с боль-
шого расстояния улавливают запах ослабевшего дерева и быстро его заселяют.
Пионерами заселения являются самцы, которые, внедрившись под кору, тотчас на-
чинают выделять вещества, привлекающие самок. Правда, иногда обоняние корое-
дов по каким-то неясным причинам подводит. Так, однажды в лесу были поставле-
ны три бочки. Две из них наполнили водой, а одну - раствором гексахлорана -
одного из распространенных ядов, применяемых против насекомых. Канадский ко-
роед Долигус пимелус проявил неожиданную симпатию к бочке с ядом. В нее за
несколько дней упало более четырех тысяч жуков. В бочках с водой их оказалось
только по паре.
Насекомые, питающиеся нектаром, превосходно умеют определять его качество.
Бабочки способны улавливать сахарозу в разведениях, в 256 раз больших, чем
самый слабый раствор, который способен ощутить человеческий язык! Вкус ее оп-
ределяют кончиками лапок. Стоит бабочку посадить на сироп, как она моменталь-
но расправит хоботок и приготовится к приему лакомства. Если же лапки насеко-
мого находятся на чистой поверхности, оно остается равнодушным к сладкому
угощению, стоящему перед ним. У мух органы вкуса тоже находятся на кончиках
ног1. Видимо, столь необычное их расположение для насекомых удобно. Плодовые
мушки не обращают внимания на зеленые плоды. Но слетаются всегда на те, кото-
рые стали хотя бы чуть-чуть портиться. Их привлекают продукты брожения. По
этой же причине они прилетают и на запах вина, содержащего ароматические со-
единения , но не на запах спирта, который их не содержит.
Вместе с тем, других насекомых, и подчас самых разнообразных, в том числе
тех, кто поедает трупы, привлекает именно запах алкоголя, как один из продук-
тов материального разложения, о чем мы уже говорили. Итак, растительноядные
насекомые в поисках своего корма руководствуются инстинктивным влечением к
запаху, цвету и, возможно, форме своего кормового растения. Кроме того, они
приобретают личный жизненный опыт, пробуя на вкус. Подобное явление было об-
наружено у азиатской саранчи. С возрастом саранча начинает все больше и боль-
ше пробовать на вкус различные растения, в том числе такие совершенно для нее
несъедобные, как солянки, австрийскую полынь, кермек и другие.
Те, кто лакомится нектаром, определяют излюбленные цветки по запаху и цве-
ту. Эти свойства цветка, столь привлекающие и человека, по существу природой
предназначены только для насекомых-опылителей. Между насекомыми и цветами су-
ществует глубокая давняя зависимость. Не все цветы посещаются многими насеко-
мыми. И тут произошла неизбежная в эволюции органического мира дифференциа-
ция. Есть цветы, превосходно опыляемые мухами, до нектара в них легко доб-
раться коротким мушиным хоботком. Другие цветы предназначены только для пчел,
путь к нектару можно преодолеть только с помощью длинного хоботка. Раститель-
ноядным насекомым иногда приходится прибегать к особым приемам в заготовке
корма.
Семена ковыля
и жнецы
Место, где мы остановились, было совершенно диким. На вершинках пологих го-
рок кое-где выглядывали скалы, неглубокие распадки поросли боялычем, а дальше
к горизонту поднимались угрюмые скалистые горы. Пустыня уже начала засыхать,
цветы исчезли. Мы решили устроить бивак на небольшом темно-красном бугре, по-
крытом мелким гравием, на гладкой и чистой от растений площадке. Но с одного
края она оказалась занятой, и нам пришлось потесниться: через красную горку
тянулись лентой муравьи-жнецы. Они были видны издалека, так как несли семена
ковыля с длинными белыми мохнатыми летучками. Семена, видимо, только начали
созревать и еще не успели разлететься по пустыне. Муравьи организовали спеш-
ную их заготовку. Мохнатые отростки ковыля колыхались на легком ветру, а вся
вереница муравьев от этого издали напоминала длинную медленно извивающуюся
змею. Отростки доставляли массу хлопот заготовителям. Небольшое движение воз-
духа - и сколько надо сил, чтобы удержать ношу.
В горах Катутау.
Когда становилось тяжело, труженик клал ношу на землю и тащил ее вспять,
напрягая все силы. Но не все муравьи-носильщики испытывали невзгоды. Наиболее
опытные, вытащив из растения зерно с летучкой, отрывали ее и тогда бежали до
самого гнезда размеренным шагом, не испытывая затруднений.
Пока мы готовили ужин, длинная лента летучек ковыля продолжала извиваться
по красному холму. Но вот зашло солнце, стало темнеть, умолкли жаворонки, за-
тукал козодой, колонна жнецов укоротилась, и вскоре ее конец исчез во входе в
муравейник. Рабочий день этих тружеников пустыни закончился. У муравьев-
жнецов точный распорядок дня. Они выходят на сбор урожая на рассвете, а часам
к десяти утра, когда лучи солнца становятся палящими, устраивают обеденный
перерыв. Он продолжается долго, пока не начнет спадать жара, часов до семи-
восьми вечера.
На красном холме мы прожили два дня. Каждое утро и вечер муравьи занимались
заготовкой семян. И что удивительно, постепенно колонна муравьев все меньше и
меньше напоминала извивающуюся змею. Муравьи, подражая умелым, научились от-
грызать у семени летучки, и только самые непонятливые упрямо мучились излиш-
ними хлопотами...
Муху це-це привлекает не запах самих животных, а сопутствующие им запахи
мочи и кала, очевидно, наиболее сильные, густые. По этим запахам она и нахо-
дит свою добычу. Кровососущие комары слетаются к добыче, видимо, руководству-
ясь комплексом признаков хозяина. Так, они летят не только на запах пота, но
и на запах углекислого газа, который, как известно, выделяют позвоночные жи-
вотные при дыхании. Многие кровососущие, кроме того, летят на движущийся
предмет, к тому же излучающий тепло. Так, слепни усиленно преследуют автома-
шины.
В низкогорьях Джунгарского Алатау
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)