Химия и жизнь №01 2014

http://jurnal-portal.ru

ÕХимия и жизньЕжемесячный научно-популярный журнал

20141

РесурсынЕфть и будущЕЕ. С.М.Комаров ............................................................................ 2

Проблемы и методы наукиглаз Мухи и другиЕ нанотЕхнологии. а.В.Сергеев ..........................................10ФотоинформациядоМ бабочЕК. Е.Котина .........................................................................................14РазмышленияМиССия «КВантоВый раССВЕт». а.а.фейгин .......................................................15

РазмышленияотражЕниЕ В интЕрнЕтЕ. о.б.антонов ............................................................... 18

НанофантастикаСЕтЕМыСль. Марк гаузер ..................................................................................... 20

РасследованиездороВая полнота. н.л.резник ......................................................................... 22

Темтический поискпраздничныЕ ВопроСы .................................................................................... 26

Еда по-научномуСЕнСоры ВКуСа. а.а.бондарев ............................................................................ 28

Элемент №...СурьМа: фаКты и фаКтиКи. а.Мотыляев ............................................................ 32

Проблемы и методы наукитВЕрдыЕ СМазКи. а.я.григорьев, н.К.Мышкин .................................................... 34Страницы историинЕотВЕчЕный ВопроС Старого фрица. В.а.лучников ..................................... 40Дневник наблюденийгиЕна пахнЕт МиКробаМи. н.анина .................................................................. 46

КоллекцииКаМни боли. а.Ю.пульвер ................................................................................... 48

Расследованиечто В «пЕрЕВЕртышЕ»? и.а.леенсон ................................................................... 52

Что мы едимМята. н.ручкина .................................................................................................... 54

ФантастиканадЕжд разбитых груз. Владимир Венгловский ................................................ 56

Прогулки по истории химиигарольд Юри: дЕйтЕрий, луна и жизнь на зЕМлЕ. и.а.леенсон .................... 64

Содержание

На обложке — рисунок а.кукушкина

На второй страНице обложки — картина амедео озенфана «Готическое стекло». впечатление от вина создается не только вкусом и запахом, но и цветом. Читайте об этом в статье а.а.бондарева «сенсоры вкуса».

кораблю безопасней в порту, но он не для этого строился.

пишут, что... 62

пЕрЕпиСКа 64

Грейс Хоппер

Книги 21

КоротКиЕ заМЕтКи 62В зарубЕжных лабораториях 8

Зарегистрирован в Комитете РФ по печати 19 ноября 2003 г., рег.№ 014823

НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ:Главный редактор Л.Н.Стрельникова Заместитель главного редактора Е.В.КлещенкоГлавный художник А.В.Астрин

Редакторы и обозреватели б.а.альтшулер, л.а.ашкинази, В.В.благутина, Ю.и.зварич, С.М.Комаров, н.л.резник, о.В.рындина

Адрес редакции 19991, Москва, Ленинский просп., 29, стр. 8Телефон для справок:

8 (495) 722-09-46e-mail: [email protected]

http://www.hij.ru

При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь — XXI век» обязательна.

Подписано в печать 10.01.2014

Технические рисункиР.Г.Бикмухаметова

© ано центр «НаукаПресс"

2

Кандидат физико-математических наук

С.М.Комаров

Британское Королевское общество продолжает исследовать перспективы современного социума, стоящего на распутье. В прошлый раз (см. «Химию и жизнь», 2013, № 12) рассуждения о доступных человечеству материалах привели к выводу, что нужно кардиналь-но менять отношение к понятию эконо-мического роста. А в январском номере «Philosophical Transaction A» (2014, 372, 2006) речь шла о самом главном — снаб-жении общества энергией.

СукцессияТермин, вынесенный в подзаголовок, обозначает последовательную и не-обратимую смену биоценозов в живой природе. В соответствии с концепций, разработанной русскими экологами В.Н.Сукачевым и С.М.Разумовским, такая смена ведет к закономерному результа-ту — созданию устойчивого сообщества организмов, у которого нет внутренних

rsta.2013.0126), эти же соображения вполне применимы к человеческому обществу. Имея возможность извлекать все больше и больше энергии, оно раз-вивается, увеличивая уровень своей со-циальной и технологической сложности. При этом возрастает энергия, которую надо тратить на своего рода метаболизм цивилизации — поддержание всей этой сложности: ремонт дорог, мостов, экс-плуатацию электростанций, содержание непроизводственных секторов вроде науки и культуры, здравоохранения, со-циального страхования и т. д. И однажды может так сложиться, что на развитие энергии не останется. Общество войдет в стабильное состояние застоя, соот-ветствующее климаксу экосистемы. Если же количество энергии, которой распо-лагает общество, сокращается, какие-то его компоненты начинают деградировать и отмирать: биоразнообразие падает. Для предотвращения деградации и пре-одоления застоя требуется или новый источник энергии, или перестройка ме-таболизма цивилизации.

В отличие от природной экосистемы, человеческое общество может находить новые источники энергии, и это случа-

причин для изменения; все потоки ве-щества и энергии в нем замкнуты. Такое состояние называется климаксом. Есть мнение, что дремучий темный еловый лес в средней полосе — это и есть климакс лесной экосистемы; сколько органиче-ского вещества в нем образуется при фотосинтезе, столько и разлагается в результате совокупного дыхания всего со-общества. Поток солнечной энергии (или поток углекислого газа, если от энергии перейти к материи) проходит через это сообщество, нигде не накапливаясь. Ина-че обстоит дело в молодой системе: там при фотосинтезе углекислого газа (и со-ответственно энергии) фиксируется боль-ше, чем расходуется при дыхании; запасы органического вещества увеличиваются, растет биомасса, как количественно, так и качественно, — за счет биоразнообразия. До климакса, впрочем, дело может и не дойти, если процесс прервется пожаром или ураганом. Тогда возникшую пустошь заселят виды-пионеры, и сукцессия нач-нется сначала.

Как считает географ Дэвид Мэрфи из Северного университета Иллинойса («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130126, http://dx.doi.org/10.1098/

Нефть

Фо

то:

Ле

в У

сти

но

в

и будущее


3

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

сказал, что пик американской добычи будет пройден между 1965 и 1970 годом. Предсказание сбылось, отчего Хуберт и стал знаменитостью. Прохождение пика сопровождалось серьезными не-приятностями, поскольку в 1973 году случилось арабское нефтяное эмбарго для стран, поддерживающих Израиль, а в 1979 году иранская революция еще усилила проблемы на рынке нефти. Итогом стал затяжной экономический кризис, выйти из которого помогли решительные преобразования, пред-принятые в США Рональдом Рейганом (в Великобритании — Маргарет Тэтчер), и крах СССР.

Однако последующие события по-казали, что расчеты Хуберта слишком схематичны и не учитывают научно-тех-нический прогресс: с 90-х годов в США начался рост нефтедобычи. Он был свя-зан с появлением новых технологий: сна-чала добычи на глубоководных участках шельфа, потом разработки сланцевой нефти, а также канадских тяжелых угле-водородов. Сейчас американская не-фтедобыча уверенно движется к своему второму пику, и день, когда США превра-тятся из импортера в экспортера нефти, по мнению некоторых экспертов, не за горами. (Другие, впрочем, указывают, что потенциал широко разрекламированной сланцевой нефти для этого слишком мал.) Наличие такого второго пика позво-ляет оптимистам утверждать, что за ним, по мере появления соответствующих методов, может последовать и третий, и четвертый, отчего вся проблема ис-черпания нефти выглядит надуманной.

Прежде чем перейти к разговору о том, сколько же нефти осталось в земных недрах, посмотрим вместе с сотруд-никами компании «Бритиш петролеум» («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120320; doi: 10.1098/rsta.2012.0320) на судьбу нефтяного месторождения.

Нефть добывают на нефтяных полях. Сейчас известно от 45 до 70 тысяч таких полей. При этом 25 сверхгигантских полей обеспечивают четверть мировой добычи (самое большое поле Гавар в Саудовской Аравии дает 7%). Еще одна четверть приходится на несколько со-тен полей с запасами более 500 млн. баррелей. Очевидно, что сейчас все имеющиеся на планете гигантские поля

лось не раз. Известны три важнейших энергетических события, обеспечивших развитие цивилизации. Первым можно назвать приручение огня, которое позво-лило сократить затраты энергии на пере-варивание пищи — в приготовленном виде она легче усваивается, на противо-стояние холоду и на изготовление ору-дий. Второе — изобретение сельского хозяйства, зеленая революция неолита, давшая надежный и обильный источник пищи и сократившая затраты энергии на ее поиски. Третье — использование ис-копаемого топлива, что обеспечило неза-висимость от продуктивности природных экосистем и дало начало промышленной революции.

Век нефтиВнутри трех больших периодов — «огонь» — «сельское хозяйство» — «ископаемое топливо» есть и более мелкие деления. Так, третий период можно разделить на две части: с конца XVIII века основным топливом был уголь, однако примерно в середине XX века первую роль стала играть нефть. В 2010 году в глобальном энергетическом балансе на нее при-ходилось 32,3%, на уголь —27,7%, газ — 23,3% (остальное не так значимо: 9,9% — дрова и кизяки, 5,7 — ядерная энергия, 2,3 — гидроэнергия, 0,5% — жидкое биотопливо и 0,4% — Солнце с ветром). При этом 95% топлива для транспорта делают из нефти.

Потребление нефти растет очень быстро. С 1988 по 2012 год ее добыли столько же, сколько за все предыдущее время. А за всю свою историю челове-чество выкачало из земных недр 1,248 трлн. баррелей нефти (баррель — это бочка объемом 42 американских галлона, или примерно 159 литров). В 2012 году каждый человек потребил 2,5 бочки, причем распределение по странам по-казывает значительную диспропорцию: в странах Организации экономического

После быстрого роста, добыча сырой нефти и газо-конденсатных жидкостей в 2005 году вышла на пла-то. (Richard G. Miller, Steven R. Sorrell. The future of oil supply, «Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130179; http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0179)

Рост ВВП неизбежно требует увеличения рас-хода эгнергии (David J. Murphy. The implications of the declining energy return on investment of oil production, «Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130126, http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0126)

сотрудничества и развития (это 18% населения планеты и 60% глобального ВВП) на каждого жителя пришлось 14 бочек, а лидеры, американцы, сожгли по 25 бочек. Очевидно, эту диспропорцию исправить нельзя в принципе: сейчас потребление всех горючих жидкостей составляет 31,2 млрд. баррелей в год и если бы каждому из 7 млрд. жителей Земли выдать по 14 бочек, то потребле-ние выросло бы почти в три раза, до 98 млрд. баррелей в год, или 268 млн. в день. При этом оптимисты надеются, что при благоприятных условиях мы сможем в 2030 году осилить максимум 113 млн. баррелей нефти в день (сегодня еже-дневное потребление составляет 91 млн. баррелей всех горючих жидкостей, а на сырую нефть из них приходится пример-но 85 млн.). Пессимисты же упрекают их в излишней мечтательности и отмечают, что нынешний уровень — предел, а даль-ше будет только снижение, тем более что этот уровень стабильно держится уже восемь лет. Так мы подошли к проблеме пика нефтедобычи.

Судьба месторожденияВопрос «когда кончится нефть?» вол-нует экспертов не одно десятилетие. Внятного ответа как не было, так и нет: предсказание «нефть кончится через тридцать лет» регулярно появляется вот уже полвека, однако она не кончается, а даже наоборот.

Впервые о пике добычи заговорил Марион Кинг Хуберт из исследователь-ской лаборатории компании «Шелл» в Хьюстоне. В 1956 году он опубликовал статью о перспективах ядерной энер-гетики в связи с исчерпанием запасов нефти и ввел понятие «пик нефтедобы-чи», который еще называют хубертов-ским пиком. Проанализировав данные о работе американских месторождений, о темпах открытия новых запасов и о потреблении нефтепродуктов, он пред-

2000

1990

1980

1970

19601950

19401900

1870... .. ..

..

.

2000 201019901980197030

40

50

60

70

80

90

2005

Расход энергии

Гло

бал

ьны

й В

ВП

До

бы

ча, м

лн.

б./

ден

ь

ГЛУбоКий эКоНоМ

4

уже найдены, если только они есть в Ан-тарктиде или Арктике, где условия и для геологоразведки и для добычи гораздо хуже, чем в Техасе или на Аравийском полуострове. Это означает: открытия новых месторождений с годами дают все меньшую прибавку к оценкам за-пасов. Сами же запасы неизбежно тают, причем значительная часть переходит со временем в разряд неизвлекаемых при современном уровне цен и технологии.

После того как из разведочной сква-жины забил нефтяной фонтан, к нему подтягивают нефтепроводы и начинают промышленное бурение, которое дает быстрый рост добычи. Он продолжает-ся от трех до десяти лет. Затем добыча достигает пика и может два-три года держаться на одном уровне — продолжи-тельность зависит от скорости падения давления в пласте. Когда оно падает до критического уровня, добыча начинает снижаться, причем медленнее, чем росла, — по 10—15% в год от пиковой до-бычи. Такая первичная эксплуатация вы-бирает 10—30% запаса нефти в пласте. На следующем этапе в пласт начинают закачивать воду: создавая давление, она повышает отдачу нефти. В результате удается выкачать уже 30—50% запаса. После нового исчерпания начинается третий этап эксплуатации, когда нефтя-никам приходится идти на дополнитель-ные затраты: добавлять в воду поверх-ностно-активные вещества, закачивать в пласт газ или создавать его на месте с помощью бактерий, нагревать нефть. Порой удается таким способом довести

Компания «Бритиш петролеум» в 2011 году оценивала глобальные извлекаемые запасы нефти в 1,26 трлн. баррелей плюс 169 млрд. — нефть из канадских песков и 220 млрд. — сверхтяжелая венесуэль-ская нефть. Потенциал же увеличения запасов, по мнению аналитиков компа-нии, составлял 2,49 трлн. баррелей, что подразумевает как находку новых место-рождений, так и переоценку имеющихся с учетом технологических возможностей, которые появятся в будущем. Кстати, такая переоценка стала решающим фак-тором увеличения нефтяных запасов: в период с 2000 по 2007 год в среднем на-ходили по 15 млрд. баррелей новой нефти и 33 млрд. переоцененной в год. Рост же потребления уже в 1985 году превысил скорость открытия новых месторожде-ний, которая как раз к 1980 году упала до нынешнего уровня. Поэтому если переоценка имеет под собой техническое основание, получается, что запасы у нас растут быстрее их исчерпания, но, если тут имеют место идеология и приписки, тогда ситуация гораздо печальнее. Всего же, по данным Международного энерге-тического агентства (МЭА), в 2012 году все запасы жидких углеводородов со-ставляли 7,12 трлн. баррелей. При этом технически возможно извлечь 2,25 трлн. сырой нефти, 1,88 трлн. тяжелой нефти и битума из песков, 1,07 трлн. керогена и 0,24 трлн. сланцевой нефти.

Отнюдь не по всем нетрадиционным видам нефти специалисты согласны между собой. Например, некоторые считают, что кероген вообще никогда

извлечение до 70—80%, но пользуются этими методами редко из-за проблем с рентабельностью: сейчас такая «третич-ная» нефть дает 1,5% мировой добычи. Обычно же месторождение консервиру-ют, оставив в нем 65% запасов.

Со сланцевой нефтью ситуация хуже: у нее добыча не растет, пик приходится на самое начало. Поэтому исчерпание происходит быстрее, а сам гидроразрыв существенно затрудняет доступ к остав-шимся запасам, это не исчерпание давле-ния в пласте, а его разрушение; неочевид-но, что когда-нибудь такие запасы удастся извлечь. Быстрое исчерпание сланцевой нефти ведет к увеличению затрат — при-ходится бурить больше скважин и строить протяженные нефтепроводы, а ложатся эти затраты на меньший объем нефти.

Мы на плато?Подобный сценарий — быстрый рост, прохождение пика, медленное паде-ние — можно применить и к отдельной скважине, и к нефтяному полю, и ко всей глобальной нефтедобыче. Его и учитывают при оценке запасов. Во-обще, с этими оценками история весь-ма запутанная. Например, в 1920 году американцы оценивали свои запасы в 7 млрд. баррелей, однако к 1950 году они выкачали из недр 35 млрд. баррелей и еще предположительно оставалось 28 млрд. К 2011 году было добыто уже 243 млрд. баррелей, а подтвержденные из-влекаемые запасы остались все на том же уровне в 30 млрд. баррелей.

Горючие жидкостиСырая нефть — гетерогенная смесь углево-дородов, которая остается жидкой после из-влечения на поверхность. В зависимости от плотности различают легкую нефть — 650—870 кг/м3, среднюю — 871—910 кг/ м3 и тяже-лую — 920—1050 кг/м3. Нефть образуется из запертого в коллекторе органического вещества, оказавшегося под нагревом до 70—110оС. При большем нагреве длинные углеродные цепочки разрушаются и полу-чаются низкомолекулярные углеводороды.

Конденсат — очень легкая, летучая жид-кость, которая конденсируется из газа, когда он остывает, достигнув поверхности земли. Как правило, она неотделима от сырой нефти.

Газоконденсатные жидкости, жирный газ — эти понятия подразумевают неме-тановую фракцию природного газа — от этана до пентана. Она либо представляет собой жидкость (пентан) при нормальных условиях, либо легко в нее превращается при увеличении давления.

Сверхтяжелая нефть обладает плот-ностью больше 1000 кг/м3. Сейчас ее добывают главным образом в бассейне Ориноко (Венесуэла). Из-за высокой вяз-

кости ее трудно извлекать и перекачивать по трубам, поэтому для облегчения добычи применяют разные методы, например до-бавляя растворитель.

битуминозные пески (см. «Химию и жизнь», 2013. № 12) — расположенные недалеко от поверхности породы, содер-жащие песок, глину, воду и битум, который еще плотнее и менее вязок, чем сверхтя-желая нефть. Битум получается в резуль-тате деградации поверхностных залежей нефти, которая потеряла легкую фракцию из-за испарения, вымывания грунтовыми водами или разложения бактериями. До-бывают открытым способом, отмывают битум и превращают его в синтетическую нефть для перекачки по трубопроводам. Основное месторождение — в канадском штате Альберта.

Сланцевая нефть — легкая нефть, до-бываемая гидроразрывом из сланцевых или карбонатных пород с очень низкой проницаемостью пласта. Сейчас ее основ-ные источники — месторождения Баккен (Монтана, Северная Дакота) и Игл Форд (Южный Техас).

Керогеновая нефть — нефть, полученная из керогена, органического вещества, запертого в дисперсных в осадочных

породах. Кероген добывают шахтным способом, отделяют от породы, долго греют, собирая испарившееся вещество, и превращают в нефть. Есть идея нагревать непосредственно внутри земли, однако промышленных методов пока нет из-за высокой стоимости. Одно из крупных ме-сторождений такого вида расположено в Израиле.

Синтетическое топливо из газа — пре-вращение метана в высокомолекулярные углеводороды, при этом чаше всего ис-пользуют процесс Фишера — Тропша. Метод дает качественное жидкое топливо без вредных примесей, таких, как сера.

Синтетическое топливо из угля получа-ется либо пиролизом угля, что дает малый выход, либо его газификацией и последую-щим превращением в жидкость в процессе Фишера — Тропша.

биотопливо — жидкое топливо, получен-ное из растений, прежде всего этиловый спирт из сахара или крахмала и биодизель из масла. Биотоплива второго поколения, которые не должны конкурировать за па-хотные площади с продуктами питания, планируют получать из водорослей и дре-весины. Возможно, из древесины также будут получать бутиловый спирт.


5

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

не удастся использовать, а это 19% за-пасов. Другие же отмечают, что извлечь удастся лишь шестую часть оцененных агентством запасов, или 1,2 трлн. бар-релей. То есть ровно столько, сколько мы извлекли за всю историю нефтедобычи. А так как половину из них, то есть 0,6 трлн., выкачали всего за четверть века — с 1988 по 2012 год, — получается, что нефти при нынешнем темпе добычи в принципе к 2060 году не останется. Впрочем, так далеко эксперты не заглядывают, сосре-доточившись на периоде до 2030 года.

Памятуя о том, что предсказание буду-щего нефтедобычи — дело неблагодар-ное, все они признают, что пик когда-ни-будь случится и спор между оптимистами и пессимистами идет лишь о сроках его прохождения. При этом все исходят из одних и тех же чисел. Главные среди них — соотношение между скоростью роста потребления и скоростью увеличения запасов. При прогнозе потребления в 2030 году на уровне 113 млн. баррелей в день (это значение дает оптимисти-ческий сценарий выхода из мирового экономического кризиса с последующим умеренным ростом) и при нынешнем потреблении 91 млн. баррелей в день получается, что ежегодный рост добычи должен составлять 1,2 млн. баррелей в день, или 1,4% от нынешней добычи. В то же время, по оценкам МЭА, к 2030 году добыча сырой нефти из уже открытых традиционных источников сократится с 68,5 млн. баррелей в день в 2011 году до 26 млн. в 2035-м. Компенсация этого па-дения требует вводить каждый год новые мощности объемом 3 млн. баррелей в день, а для запланированного роста по-требуется 4,2 млн. баррелей в день. Для сравнения: Иран обещает после снятия санкций в течение года повысить добычу с 1 до 3,5 млн. баррелей в день и потом довести ее до 4 млн. баррелей. Таким образом, для обеспечения роста нужно каждый год расконсервировать запасы двух Иранов или каждые три года на-ходить одну новую Саудовскую Аравию.

Понимая бесперспективность по-добных мечтаний, оптимисты — аме-риканские аналитики Питер Джексон и Лета Смит из компании IHS (Information Handling Services, то есть Служба об-работки информации), ведущей самую подробную базу данных о месторож-дениях нефти и газа («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120491. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0491), уповают на новые методы разведки и добычи, которые позволят увеличить добычу на действующих месторождениях и открыть новые. В результате добыча нефти из традиционных источников не только не упадет, а даже подрастет к 2020 году. Газоконденсатные жидкости, битуминозные пески, сланцевая нефть и жидкое биотопливо обеспечат рост по-

роста. По их мнению, нет никаких осно-ваний думать, что темпы открытия новых полей или вовлечения в оборот исполь-зованных сохранятся. Ведь никуда не деться от факта, что основные месторож-дения уже выбраны на те 30%, которые соответствуют пику нефтедобычи. А все технические приемы позволяют лишь замедлить скорость падения, но никак не вернуть пиковую производительность. Поэтому, по их мнению, нефтедобыча из традиционных источников в глобальном масштабе начнет снижаться раньше, чем наступит 2020 год.

Надежды на газоконденсатные жидко-сти и жирный сланцевый газ (которые, согласно прогнозу, составят в 2030 году 19% добычи всех горючих жидко-стей) могут также оказаться излишне радужными даже не потому, что пер-спективы добычи переоценены. Коли-чество энергии в бочке такой жидкости на треть меньше, чем в бочке нефти. Надежды на сланцевую нефть могут не оправдаться в принципе, поскольку ее запасы невелики, лишь 10% от запасов сырой нефти, да и месторождение ис-тощается очень быстро. Битуминозные пески даже при благоприятном разви-тии ситуации дадут в 2030 году лишь 5 млн. баррелей в день, то есть не более 6% от потребности в этом году. Что же касается синтетического жидкого топли-ва из газа и угля, в также биотоплива, то они требуют таких затрат энергии, что выгода неочевидна, — эти проекты могут держаться только за счет дотаций либо в критических условиях, например эмбарго на поставку нефтепродуктов как в нацистской Германии или в ЮАР времен апартеида.

В общем, нетрадиционные источники горючих жидкостей дадут в 2030 году лишь 11—15 млн. баррелей в день, что в сумме с надежно оцененными 26 млн. баррелями от существующих место-рождений обеспечивает 37—41 млн. баррелей, или примерно треть от тех 113 млн. баррелей, что заложены в план. Остальные две трети оптимисты покры-вают надеждами на лучшее будущее. При этом в расчет не берутся политические неприятности вроде войн, революций и разного рода эмбарго в отношении не-фтедобывающих стран.

требления: ежегодная прибавка от них вплоть до 2030 года составит около 1 млн. баррелей в день. Остальные 2—3,5 млн. баррелей в день надо, видимо, до-бирать из вновь разведанных или пере-оцененных традиционных источников.

Уверенность американских аналитиков в том, что нефтедобыча из традиционных источников вышла не на пик, а на плато, базируется скорее на идеологических соображениях: высокие цены нефти, а по прогнозу, слегка упав в 2014 году, они снова будут выше ста долларов за баррель после 2015 года, стимулируют, во-первых, нефтеразведку, а во-вторых, применение дорогих методов извлечения дополнительной нефти из оскудевших ме-сторождений. Эта же высокая цена позво-ляет разрабатывать и малорентабельные новые источники вроде глубоководного шельфа, северных территорий и всех не-традиционных источников. Перспектив же снижения цены не видно: восстановление экономики после кризиса вызовет рост потребности в нефти, а дешевых ее ис-точников не осталось.

Авторы статьи отмечают, что пятиле-тие высоких цен на нефть пока не уско-рило сколько-нибудь заметно открытие новых месторождений, но полагают, что стагнация вскоре закончится. Правда, ввод в эксплуатацию дорогих источни-ков нефти потребует немалых затрат капитала: вместо 1,2 трлн. долларов в 2012 году придется уже в 2016-м по-тратить 1,6 трлн. долларов, или 220% от стоимости работ в 2006 году. Что касается маловеров, которые увидели в стабилизации добычи сырой нефти и газоконденсатных жидкостей (скорость роста с 1995 по 2005-й была 1,5% в год, а сейчас 0,3%) свидетельство долгождан-ного пика Хуберта и даже указали на его прохождение в 2008 году, — они не туда смотрят. Высокие цены подтолкнули рост общей добычи горючих жидкостей, и она скакнула в 2012 году до 91 млн. баррелей в день, подтвердив принципы рыночной экономики. Хотя, конечно, это произошло благодаря сланцевой и другой нетрадиционной нефти — до-быча сырой нефти и газоконденсатных жидкостей сохранилась на прежнем уровне 85 млн.

Мы на пике?Вообще-то уже сам факт стремитель-ного роста затрат на поддержание нефтедобычи в статье американских аналитиков делает прогнозы менее оп-тимистичными. Однако британцы Ричард Миллер и Стивен Соррель из Энергети-ческой группы Сассекского универси-тета («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20130179; http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0179) решили детально разо-браться с возможными источниками


6

Почем дровишки?Двукратное увеличение расходов за де-сять лет на извлечение нефти может быть связано с еще одним крайне неприятным для сторонников нетрадиционной добы-чи обстоятельством. Точнее, с индексом, называемым по-английски EROI (energy return on investment) — отношение энер-гии извлеченного топлива к той энергии, что нужно затратить на его извлечение и транспортировку к месту переработки. Эту проблему подробно обсуждает уже упомянутый Дэвид Мэрфи.

Идея считать такой показатель воз-никла у американского эколога Чарльза Холла, когда он в 1968—1971 годах из-учал миграцию рыб в одной из речушек Северной Каролины. Он заметил, что чем крупнее рыба, тем с большей веро-ятностью она весной движется вверх по течению, затрачивая при этом немало энергии в отличие от мелких рыб, плыву-щих по течению. Холл объяснил это так: да, рыба тратит много энергии, но она попадает в место, богатое пищей, и вос-станавливает энергию с лихвой, которой хватает на рост и размножение. А вот мелкой рыбе так делать невыгодно — она затратит слишком много энергии на пла-вание и не сможет ее компенсировать.

Эту же идею можно применить к экономике, более того, уже не один раз предлагали оценивать результаты про-изводственной деятельности именно в натуральных, энергетических единицах, а не в денежных, ценность которых весьма условна («Химия и жизнь» по-добные статьи публиковала, и их легко найти в электронном архиве журнала). В США эту идею в 1974 году предложил к обсуждению Питер Чапман, главный ре-дактор журнала «Energy Policy», а пово-дом послужило пресловутое арабское эмбарго. В том же году конгресс США одобрил предложение использовать энергетические оценки для проектов в энергетике. Увы, в 1979 году грянула иранская революция, и Рональд Рей-ган запретил любые новые механизмы регулирования, выгода от которых для общества неочевидна. Лишь в 2005 году идею снова стали обсуждать, на сей раз в связи с эффективностью биотоплива. Тем не менее исследователи продолжа-ли работать, и в 1981 голу тот же Чарльз Холл, проанализировав эффективность американской энергетики, ввел термин EROI. Когда же возникла озабоченность глобальным потеплением, выяснилось: этот показатель тесно связан с оцен-ками выбросов углекислого газа при выборе альтернативных путей разви-тия энергетики, что привлекло к нему внимание.

Рассчитывать его нелегко. Тем не ме-нее, по имеющимся оценкам, глобаль-ный EROI для нефти и газа составлял

26 в 1992 году, поднялся до 36 в 1999 и упал до 18 в 2006-м. Это много: доля затрат энергии на добычу топлива пре-небрежимо мала, а связь между ценой на нефть и этим показателем оказывается линейной. Не так обстоит дело, если EROI падает ниже 10, — связь перестает быть линейной, и цена начинает резко, по экспоненте, расти. Правда, свою роль играет и жадность нефтедобытчиков. Так, если они удовлетворяются рента-бельностью в 10%, цена нефти при EROI 11 оказывается 20 долларов за баррель, а при 100% — уже 60. При падении ниже 4 цена на нефть оказывается между 100 и 200 долларами; EROI 1,5 уже требует 150—350 долларов (в зависимости от плановой рентабельности).

К чему нам такие расчеты? А к тому, что для добычи нефти с глубоководного шель-фа EROI оказывается меньше 9. Произ-водство же нефти из горючих сланцев (не путать со сланцевой нефтью!) имеет EROI 1,5 — становится понятным, почему, не-смотря на большие запасы, проекты по ее извлечению не смогли развиваться. Для биотоплива EROI находится в пределах 1—3 — это очень дорогое удовольствие; как только прекращаются субсидии, по-требление такого топлива резко падает. Меры повышения отдачи выработанных пластов также требуют все больших за-трат энергии — и на закачку воды, и на синтез полимеров, не говоря уже о разо-греве нефти. Поэтому переоценка тради-ционных запасов вследствие внедрения новой технологии, на которую надеются оптимисты, неизбежно приведет к даль-нейшему падению нефтяного EROI.

Если смотреть на баланс энергии, то получается, что при EROI 5 обществу до-стается 80% добытой энергии — осталь-ное тратится собственно на добычу, а при EROI 1,5 эта доля равна 50%. Отсюда видно, что чем ниже EROI источника неф-ти, тем больше этой нефти надо добыть, чтобы компенсировать ее недостаток из более выгодного источника. В противном случае энергетическое обеспечение общества будет сокращаться.

Обратная связь цены на нефть с EROI неизбежно приводит к его прямой связи с экономическим ростом. Экономисты, проанализировав последние 40 лет, определили тот уровень нефтяных цен, который обеспечивает рецессию: 40—60 долларов за баррель. Если цены ниже 40, то в мире наблюдается рост, если больше 60 — фиксируется четкий глобальный спад. Однако мно-гие альтернативные методы добычи, на которые сейчас возлагают надежды, имеют низкое значение EROI и стано-вятся рентабельными при цене выше 90 долларов за баррель. Возникает парадокс: для устойчивого роста необ-ходимо увеличить производство нефти, но для этого требуется повышать цену на нее, что ведет к экономическому спаду и сокращению потребления. Способы преодоления этого парадокса неясны.

будущее в высоких ценахИтак, анализ перспектив нефтедобычи, проведенный с двух возможных точек зрения, приводит к одному выводу: эпо-ха дешевой нефти закончилась просто

Результаты расчета экономической модели. Сплошная линия — базовый сценарий, пунктир — разные уровни эластичности спроса на нефть . Показаны изменения перечисленных показателей в процентах к исходнному значению через 5—20 лет после нефтяного шока (Michael Kumhof, Dirk Muir. Oil and the world economy: some possible futures. «Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120327; http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0327)

баланс/ВВП (%)

Производство нефти

экспортеры Зона евро и доллара остальной мир

Цена нефти в долларах

Ставка по кредитам

ВВП ВВП ВВП

Потребление Потребление Потребление

баланс/ВВП (%) баланс/ВВП (%)

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

5 5 5

5 5

-5

-5

-5

-5

-5

-10

-10 -10

-10

-10

10

-15

20

-15

-20

30

50

100

150

200

2

2

4

6

8

-2

-4

-6

-2

0,2 0,5 0,5

-0,5

-0,5

-1,5

-1,0

-1,0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8+10 +10 +10 +10+20 +20 +20 +200 0 0 0


7

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

об исчерпаемости нефти С точки зрения наиболее распространенной биотической гипотезы происхожде-ния нефти, предложенной в нашей стране М.В.Ломоносовым, — ее запасы ис-черпаемы, хотя она и образуется постоянно со скоростью несколько миллиардов баррелей в год. Есть и иные точки зрения. В числе экзотических — происхождение нефти в результате кометной бомбардировки (см. «Химию и жизнь», 2005, № 6). В принципе такая идея не противоречит современной теории происхождения планет: на периферии Солнечной системы конденсировались именно углеводо-родные фракции протопланетного облака; там сформировались насыщенные метаном, водой и углекислым газом Юпитер и Сатурн. Образовавшиеся в этой зоне малые тела вполне могли бомбардировать внутренние планеты, принося туда сырье для изготовления нефти. Кометная нефть так же исчерпаема. А вот абиогенная гипотеза Д.И.Менделеева о происхождении углеводородов из со-держащихся в магме карбонатов предполагает практически неисчерпаемость ее запасов. Некоторые подтверждения адепты этой точки зрения находят в тех фактах, что нефть зачастую добывают из таких пород, где животной и раститель-ной органике взяться неоткуда. В каком-то смысле эти гипотезы равноправны, поскольку, как отмечает И.М.Королев (см. «Химию и жизнь», 2005, № 6), нефть может весьма быстро, за десятилетия, образовываться как из биогенного, так и абиогенного углерода; главное, чтобы в месте его залегания были достаточные давление и температура.

потому, что даже поддержание ее на нынешнем уровне требует вовлечения в оборот источников с высокими затратами на добычу. Спор идет о том, будет ли так продолжаться дальше или все окажется еще хуже. А что такое «хуже»? Об этом лучше всего судить экономистам-рыноч-никам, например, из такой авторитетной организации, как Международный ва-лютный фонд. Статью на эту тему опу-бликовали Майкл Кумхоф и Дирк Мюир из исследовательского департамента МВФ («Philosophical Transaction A», 2014, 372, 20120327; http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0327).

В рассматриваемой ими математиче-ской модели предполагалось, что в про-изводстве участвуют три силы: капитал, рабочие и энергия. Стоимость энергии определяется ценой на нефть, которая, в свою очередь, зависит от спроса и объема производства. При этом имеется эластичность спроса: цена продукции может расти медленнее цены на нефть, поскольку ее можно заменить на нечто не столь дорогое. У этого процесса есть ограничитель — так называемая энтро-пия, которая показывает, какую долю нефти нельзя заменить ничем. Напри-мер, сейчас нет реальной замены нефти в качестве моторного топлива или сырья для химической продукции: все альтер-нативы столь ничтожны, что учитывать их не имеет смысла. Третий параметр — роль нефти в производстве. С формаль-ной точки зрения ее нужно оценивать весом цены на нефть в себестоимости продукции, что составляет несколько процентов. Однако есть мнение, что эта роль существеннее, поскольку именно рост потребления энергии обеспечил почти половину всего роста промышлен-ности в XX веке.

В качестве начальных условий выбрали ситуацию, когда после нефтяного шока и значительного роста цены выше 60 долларов за баррель следует падение производства со скоростью 2% в год, при этом страны-экспортеры стерилизуют большую часть доходов в суверенных фондах, которые хранят в долговых обязательствах развитых стран. Чем-то это напоминает нынешнюю ситуацию: в 2008 году случился резкий рост цены на нефть до 140 долларов за баррель, затем последовало снижение цены до нынешних примерно 100 долларов за баррель. Производство же, как было сказано, почти не растет, а условия для падения вполне созрели. Так, по данным МЭА, годовая скорость падения добычи на приисках, прошедших пик (а это по-давляющее большинство крупных полей и стран-экспортеров нефти), составляет 6,5% от пиковой мощности. Оптимисты говорят, что если учесть еще не открытые месторождения, где добыча будет по-началу бурно расти, а также новые, еще

не прошедшие пика, то полная скорость падения составит 3,5% в год. Падение будет скомпенсировано за счет перечис-ленных выше факторов вроде добычи из альтернативных источников, что должно обеспечить рост в 1,8%. Принятые в модели 2% ежегодного сокращения — вполне разумная альтернатива на случай, если оптимисты заблуждаются.

Меняя все три параметра, иссле-дователи могли получить множество разных решений. Остановимся на двух. В базовом ни эластичность спроса, ни энтропия не учитывались, а роль нефти выражалась ее долей в цене. Тогда цены на нефть непрерывно растут, достигая через 20 лет после шока 200 долла-ров за баррель. При этом суверенные фонды наводняют долговый рынок, вызывая снижение процентной ставки на кредиты. Но это не спасает мировую экономику: ВВП падает у всех. У экспор-теров он падает потому, что возникает голландская болезнь — деньги идут на потребление, а все отрасли промыш-ленности, кроме связанных с трубой, хиреют. (В Голландии после открытия газовых месторождений в 1959 году начался быстрый рост экспорта газа, в результате в промышленном секторе сократились рабочие места и развилась инфляция.) У развитых стран, вынесших производство в развивающиеся страны, растут издержки и падает потребление. Развивающиеся страны в первые десять лет получают небольшой выигрыш: потребление со стороны экспортеров нефти вызывает рост производства, однако впоследствии и он сходит на нет. Соответственно у экспортеров полу-чается огромный профицит платежного баланса — почти 10% от ВВП. У осталь-ных — соответствующий дефицит.

Если дорогую нефть удается чем-то заменить (высокая эластичность), эти диспропорции существенно сглажива-

ются. Развитые страны в краткосрочной перспективе умудряются выправить платежный баланс, а остальной мир — вырастить ВВП и даже увеличить вну-треннее потребление и инвестиции. Эн-тропийные ограничения на такую замену делают ситуацию хуже, чем при базовом сценарии, но не существенно, картина качественно остается той же, разве что нефть через двадцать лет достигает 300 долларов за баррель. Полный же крах мировую экономику ожидает, если роль нефти в экономике превышает ее долю в цене продукции. В этом случае падение ВВП может исчисляться десятками про-центов, потребление у экспортеров за двадцать лет удваивается или даже утра-ивается, профицит баланса приближает-ся к ВВП, у импортеров же оказывается дефицит в несколько процентов ВВП. То есть, весь мир работает на экспортеров. Очевидно, что такое развитие событий невозможно и проблема будет решаться политическими методами вроде изъ-ятия запасов нефти в пользу всего че-ловечества. Более гуманные сценарии, скорее всего, толкают значительную часть человечества к поиску нового ис-точника энергии и к обществу снижаю-щихся мощностей, речь о котором шла в статье «Цивилизация старьевщика» в декабрьском номере «Химии и жизни» за 2013 год.


8

В з а р у б е ж н ы х л а б о р а т о р и я х




Антенна для нанобота

Графен способен уменьшить расход энергии на связь между наномаши-нами в тысячу раз.

Агентство «NewsWise», 12 декабря 2013 года

Распечатка динамика

Впервые на трех-мерном принтере сделали цельное устройство.

Агентство «NewsWise», 16 декабря 2012 года

Гидрирование титана

Придуман способ получения титана, требующий на 60% меньше энергии.

«Journal of the American Chemical Society», 2013, 135, 49, 18248–18251; doi: 10.1021/ja408118x

Батарея из мочалки

Мочалка может стать основой для недорогих топливных эле-ментов.

Микробный топливный элемент — это устройство, которое превращает растворенную в сточных водах орга-нику в электричество, а делают это электрогенерирующие микробы. Их надо поселить на таком электроде,

у которого большая поверхность, но при этом жить на нем комфортно, а доступ к еде прост. И еще желательно, чтобы электрод был дешевым.

Китайские исследователи из Гуандунского института экологии и почвоведения во главе с Чжоу Шуньгуем решили применить для его изготовления плоды люффы — разновидности тыквы, из которой делают мочалки: в этом ма-териале множество открытых пор, причем они именно такого размера, который подходит бактериям. На поверх-ность выделанных плодов люффы нанесли наночастицы углерода (они обеспечивают проводимость), заселили бактерий и поместили в питательный раствор — в данном случае это был ацетат натрия. Спустя несколько дней мочалка дала ток, что означало: бактерии успешно прижились. Электричество ячейка стабильно вырабатывала два месяца, после чего исследователи решили ее изучить. Оказалось, что вся поверхность пор плотно покрыта бактериальными пленками.

Такая мочалка оказалась рекордсменкой — один метр ее поверхности давал напряжение в 1090 мВ, в то время как ближайший конкурент — 710 мВ. Это считается хорошим результатом, тем более что каркас для электрода и так вы-ращивают в промышленных масштабах по всему теплому миру. А из семечек люффы добывают техническое масло.

«Environmental Science and Technology», 2013, 47, 24, 14525–14532; doi: 10.1021/es404163g

Наномашины еще не созданы, однако инженеры уже думают, как их обеспечить энергией и системой связи. Современный мир насыщен энергией — это всевозможные электромагнитные волны, пронзающие эфир, и

механические колебания. При желании эту энергию можно собирать, например, стержнями из оксида цинка, обладающего пьезоэффектом. Именно с их помощью профессор Технологического института Джорджии Чжун Линван сделал сначала стельки-генераторы для солдат, а потом и наногенератор для микроустройства («Nano Letters», 2011, 11, 2572—2577). Однако запитать таким генератором наноботов, чтобы они могли обмениваться информацией друг с другом, до сих пор не удавалось — металлические микроантенны способны работать на частотах в сотни терагерц, но это требует много энергии, сигнал же гаснет, преодолев считанные микроны.

Профессор того же института Йан Акылдыз, который с 90-х годов занимается наноантеннами, обратил внимание на графен. У этого вещества под действием электромагнитной волны возникает возбуждение — так называемый поверхностный плазмонный поляритрон. Ему нужна входящая волна частотой 0,1—10 ТГц. Сни-жение частоты на два порядка ведет к падению ее энергии на четыре, и тогда получаются значения энергии, вполне посильные для генератора Чжуна. А для передачи сигнала поляритрон возбуждают за счет внедрения в графен электрона из нижележащего слоя металла.

В разрабатываемой Акылдызом наномашине будет некий датчик, процессор, память, генератор и графено-вый приемник-передатчик. Предполагается, что такие машины смогут обмениваться информацией как друг с другом, так и с каким-либо внешним устройством

Т итан, прочный и легкий, мог бы стать основным металлом цивилизации, благо по содержанию в земной коре он стоит на четвертом месте среди металлов. Увы, он столь прочно держится за кислород, что нужно потратить

много энергии на отделение, а совершить этот подвиг могут лишь четыре металла — магний, алюминий, литий и кальций. Кроме того, основной минерал — ильменит — состоит из титана только на треть, другая треть — это же-лезо. Поэтому сейчас его получают в процессе карбохлорирования. Сначала выплавляют железо, а титан в форме рутила TiO

2 отправляется в шлак. Рутил отделяют от примесей, хлорируют, а потом восстанавливают магнием,

получая титановую губку: на две последние операции тратится 90% энергии всего процесса.Исследователи из Университета Юты во главе с Фан Чжиганом предложили другой способ. Они сразу обрабаты-

вают титановый шлак гидридом магния. Тот отнимает у рутила кислород, превращая его в гидрид титана. Главное достоинство этого вещества — нерастворимость в воде и неспособность растворять в себе примеси из шлака. Поэтому его сравнительно легко можно отделить, раствояя все остальные компоненты шлака в щелочи, а затем разложить в аргоновой атмосфере при нагреве до 900оС. Расход энергии снижается на 60%, и к тому же отпадает необходимость работать с опасным хлором.

карди напечатал небольшой динамик. Это довольно простое устройство, которое состоит из корпуса, электромагнита и катушки индуктивности, однако до сих пор никому не удавалось напечатать подобное устройство целиком — их только соби-рали из изготовленных по отдельности деталей. А студенты так модифицировали лабораторный принтер, что в него стало можно помещать картриджи с разными материалами и работать с ними соответственно при разных температурах. В результате корпус сделали пластмассовым, для проводников использовали сере-бряные чернила, а электромагнит напечатали вязкой суспензией феррита стронция. Последнее вещество коллегам помог получить дипломник с факультета химической и биомолекулярной инженерии Саманвайя Шривастава.

Так технология трехмерной печати сделала огромный шаг вперед, подобный переходу от черно-белого к цветному принтеру: она доказала способность печатать активные устройства из многих компонентов. Значит, день, когда в рамках идеологии экономики снижающихся мощностей можно будет перейти от массового производства к штучному печатанию вещей, стал ближе.

Это не первое электромагнитное устройство, распечатанное в лаборатории доцента Хода Липсона: в 2009 году здесь была сделана работающая копия телеграфа, с помощью которого Альфред Вейл и Сэмюэл Морзе впервые отправили сообщение в 1844 году. Телеграф заинтересовал не случайно: основатель университета Эзра Корнелл разбогател именно на телеграфной промышленности.

«Любую вещь можно напечатать», — сказал дипломник Корнелловского уни-верситета Апурва Киран и вместе со своим одногруппником Робертом Мак-


9

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4 №

1, w

ww

.hij.

ru

После того как на поверхности сустава изно-сился хрящ, любое движение руки или ноги

вызывает сильную боль, а также воспаление, — развивается остеоартрит. Один из способов лечения при обострении — ввести вещества, пре-пятствующие воспалению, способствующие ре-генерации хряща и облегчающие смазку сустава. В качестве первого применяют какое-то противовоспалительное и иммуноподавляющее, например, дексаметазон, а роль второго и третьего играет гиалуроновая кислота. Однако было бы хорошо, если бы они расходовалась не сразу, а по мере необходимости, то есть только во время возникновения напряжения — тогда пациенту реже при-шлось бы посещать больницу для очередной процедуры.

Примерно так рассуждают исследователи из Делавэрского университета во главе с Чандраном Сабанаягамом. Они давно разрабатывают всевозможные умные гидрогели, то есть такие, которые начинают выделять спрятанное в них вещество только в ответ на внешнее воздействие, например изменение температуры или электрическое поле. Однако гидрогелями, реагирующими на механическую нагрузку, в этой лаборатории до сих пор не занимались. В этот раз ученые синтезировали несколько гидрогелей на основе полимера из метакрилата и гиалуроновой кислоты, внедрили в них кластеры с дексаметазоном и стали наблюдать, как лекарство выделяется в ответ на приложение нагрузки. Дополнительно изучали разложение гидрогелевых матриц под действием ферментов: это важно для та-кого рода препаратов. Результаты удовлетворили исследователей, и теперь они переходят к опытам на животных. В случае успеха ученым удастся помочь миллионам людей, страдающим от болей в суставах.

Выпуск подготовил кандидат физико-математических наук С.М.Комаров





Цветной кокон

Червей накорми-ли краской, и они дали цвет-ной шелк.

Нефть из водорослей

Еще один способ сделать дешевое биотопливо.

технологии обработки органических веществ в перегретой воде. В частности, он придумал непрерывный процесс пре-вращения водной взвеси одноклеточных водорослей в искусственную нефть. Это происходит в проточном реакторе под давлением 20 МПа и температуре 350оС. Всего за час при таких условиях большая часть углерода водорослей — 50—70% — превращается в нефть, при этом в осадок выпадает фосфат кальция. На выходе из реактора нефть легко отделяют от воды, в которой остаются калий и половина азота, используемые как удобрения. Вместе с фосфатом они возвращаются в цикл выращивания водорослей.

Весь этот процесс выгодно отличается от традиционного, когда водоросли предварительно сушат, что требует больших затрат энергии, а в реактор помещают порциями, что неудобно. Экспериментальный реактор имеет объем 1,5 литра, но Эллиот уже заключил соглашение с компанией «Генифьюэл» о создании полупромышленной установки непрерывного получения бионефти

«Algal Research», 2013, 2, 4, 445–454; http://dx.doi.org/10.1016/j.al-gal.2013.08.005

«ACS Sustainable Chemical Engineering», 2013; doi: 10.1021/sc400355k

Гидрогель в коленке

Умный полимер станет лечить стершийся сустав.

«Biomacromolecules», 2013, 14, (11, 3808–3819; doi: 10.1021/bm4011276

Хемобиты

Впервые с по-мощью молекул на расстояние в несколько метров передан текст.

«PLOS One», 18 дека-бря 2013 года; http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0082935

Исследователи из британского Уорвикского и канадского Йоркского университетов во главе с аспирантом Нариманом Фарсадом сделали установку, в которой с по-

мощью распылителя, присоединенного к компьютеру, можно было создавать через равные промежутки времени облачка из молекул спирта. Они двигались к приемнику в другом углу комнаты, и тот их фиксировал. Если в соответствующий момент спирт в него попадал, это значило 1, если нет (распылитель ничего не делал), то 0. Закодировав нулями и единицами фразу «О, Канада», исследователи ее передали и прочитали. Так состоялась первая молекулярная трансляция текста. В живой природе этот метод пере-дачи сигналов используется как на уровне клеток, так и на уровне организмов. Человек же, научившись генерировать электромагнитные волны, до использования движущихся молекул до сих пор не додумывался. Теперь вот и до них руки дошли.

Авторы работы упирают на то, что генерировать такие сигналы удается с малыми затратами энергии, а использовать принцип можно там, где передача электромагнит-ных сигналов затруднена — внутри трубопроводов, в человеческом теле или при общении между роботами. Правда, скорость такого общения невелика — она ограничена скоростью звука. Зато подслушать очень трудно: если какой-то молекулярный бит будет прочитан по дороге, до адресата он не дойдет.

Окрашивание тканей — весьма грязный процесс, однако необходимый: природные волокна — лен, хлопок и шелк — цветом нас не балуют. Не так

давно сумели получить трансгенный коричневый хлопок. А теперь индийские исследователи из CSIR — Национальной химической лаборатории — во главе с Саямом Сен Гуптой заставили шелковичных червей делать цветной шелк.

Для этого они синтезировали семь азокрасителей, примерно таких, какие применяют в текстильной промышленности, и покрасили ими листья шелко-вицы. Черви ели эти листья, и красители проникали в их тела. Три красителя сумели пройти сквозь стенки кишечника и попасть в гемолимфу, а из нее — в паутинные железы. Как оказалось, на способность красителя проникать в паутину влияет соотношение гидрофильных и гидрофобных групп в молекуле. Червь от химической добавки к пище не страдал. Теперь исследователи займутся целенаправленным поиском способов получения природных разноцветных шелков, что позволит резко снизить загрязнение окружающей среды на подобных производствах.

«В моей лаборатории часто пахнет нестираными носками, тухлыми яйцами и паленым деревом», — говорит Дуглас Эллиот из Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории (США), который сорок лет разрабатывает

Дексаметазон

Метакрилат-гиалу-роновая кислота

Сжатие

10

А.В.Сергеев

Кажется, они были всегда... Сотни миллионов лет назад они наблюдали за появлением первых динозавров, а затем и за их гибелью. Они жили рядом с первыми млекопитающими и были свидетелями их расцвета. Они наблюдают за нами с момента появления наших предков — так, может, пора и нам взглянуть на них повнимательнее?

Насекомых начали изучать довольно давно, поэтому о них известно очень многое. Но можем ли мы сказать, что знаем о них все? Определенно нет! Вот, казалось бы, их строение детально описано предыдущими поколениями натуралистов, однако и в этой области часто обнаруживаются весьма любо-пытные вещи. В данном случае речь пойдет о функциональных особенностях строения поверхности, которые членистоногие начали использовать за многие тысячи лет до появления че-ловека. Именно такие явления люди только сейчас начинают применять для своих нужд и называют это «инновационными достижениями». Но обо всем по порядку.

Блики на лицеПервые несколько веков становления энтомологии описывали внешний вид насекомых «на глаз». И если поначалу им при-ходилось довольствоваться остротой собственного зрения, то после изобретения микроскопа задача классификации значительно упростилась. Были детально описаны жилки на поверхности перепончатого крыла, разъяснено устройство сложного фасеточного глаза и его структурной единицы — омматидия, или простого глаза (рис. 1, а—д). С увеличением числа исследованных видов неизвестных структур становилось

меньше и меньше, и все говорило о том, что предела разреше-ния оптической микроскопии вполне достаточно для точного описания таких объектов.

Однако после изобретения в 30-х годах ХХ века электрон-ной микроскопии ученым открылись объекты гораздо более мелкие. В 60-е годы было опубликовано несколько статей, в которых впервые сообщалось, что глаз насекомых помимо микроструктуры (от сотен до тысяч фасеток) обладает также наноструктурой: поверхность роговичной линзы отдельного омматидия покрыта множеством маленьких бугорков. (См., например, Bernhard C.G., Miller W.H., «Acta Physiologica Scandi-navica», 1962, 56, 3—4, 385—386, doi: 10.1111/j.1748-1716.1962.tb02515.x). Если размер фасетки — в среднем около 20 мкм, то поперечный размер обнаруженных бугорков (nipples, англ. «сосочки») составляет около 200 нм.

В те годы было исследовано множество видов, преимуще-ственно бабочек и мотыльков, и определены различия в высоте наноструктур на поверхности роговичной линзы. Она может ва-рьировать от нуля (иными словами, отсутствовать) до четверти микрона. Но зачем насекомым эти бугорки?

Ученые показали, что наличие наноструктур такого рода спо-собствует лучшему поглощению света, а это, в свою очередь, позволяет насекомому лучше видеть. Безусловно, хорошее зрение важно практически для всех видов, но для ночных и летающих насекомых точная ориентация в пространстве жизненно необходима. Поэтому неудивительно, что глаза большей части бабочек и мотыльков «оснащены» нанобугор-ками (Stavenga D.G. et al., «Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences», 2006, 273, 1587, 661—667, doi:10.1098/rspb.2005.3369).

Глаз мухи и другие нанотехнологии


11

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Что же делает глаза с нанобугорками более зоркими? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к одной важной задаче просветления оптики: задаче создания небликующей (хорошо поглощающей свет) поверхности. Такие поверхности исполь-зуются, например, в фото- и видеотехнике.

Самое простое решение — нанести на линзу тонкую (обычно в четверть длины волны) пленку с показателем преломления определенной величины n

2, промежуточной между показате-

лями преломления линзы и воздуха (рис. 1е). В такой пленке волны, отраженные от верхнего и нижнего слоя, интерфериру-ют друг с другом и взаимно гасятся. Это позволяет увеличить светопропускание оптической системы за счет уменьшения доли отраженного света, что нужно, например, для получения более качественных снимков или удаления бликов с монитора.

Изготовление высококачественных просветляющих пле-нок — не такая уж простая задача. Длины волн видимого света находятся в диапазоне 400—750 нм, поэтому для наилучшего эффекта требуются многослойные пленки, в которых для каж-дой длины волны найдется своя толщина пленки х. Наиболее выигрышный подход — создать неоднородную пленку, в кото-рой показатель преломления n

2(x) не постоянен, а изменяется

по градиенту: от показателя преломления среды n0 в верхнем

слое до показателя преломления линзы в нижнем слое n1 (рис.

1ж). Так можно добиться равномерного поглощения всех длин волн в оптическом диапазоне. Насекомые справились с этой задачей по-своему — они хорошо видят, потому что смогли изменить геометрию поверхности своего глаза (рис. 1з). Слой из нанобугорков, если его толщина меньше длины волны падающего света, ведет себя как пленка с изменяющимся по-казателем преломления. Все просто!

Так насекомые продемонстрировали человеку нанотехноло-гию, которую можно применять повсеместно, в самых разных сферах деятельности. Самое привлекательное в ней то, что для создания аналогичных антибликовых покрытий не нужно подбирать материалы с какими-то исключительными свойства-ми. Главное — повторить геометрию такой поверхности, а это можно сделать довольно точно, используя природную нано-структуру как шаблон. Например, поверхности глаз насекомых могут быть воспроизведены при изготовлении ячеек солнечных батарей. Это сразу повысит поглощение солнечной энергии без замены известных материалов на новые — достаточно задать нужные параметры производства.

Про мутантовС 2009 года начались детальные исследования наноструктур глаз насекомых в Пущинском научном центре РАН совместно с Университетом Лозанны (Швейцария). Среди первых работ, опубликованных этим коллективом, было систематическое исследование глаз плодовой мушки Drosophila melanogaster (см. ссылку в конце статьи). Дрозофила — хорошо изученный модельный организм, ее геном полностью секвенирован, опи-сано большое число генетических мутаций. Идеальный объект!

При помощи методов атомно-силовой микроскопии мы опре-делили и охарактеризовали поверхности омматидиев дикого типа Drosophila melanogaster. И сразу начались неожиданности.

1Устройство сложного глаза насекомых: голова насекомого (а); электронно-ми-кроскопическое изображение сложного глаза (б); роговичные линзы омматидиев, или фасетки (в); нанобугорки на поверхности омматидиев (г). Внизу — схема-тическое изображение поперечного разреза простого глаза — омматидия (д) и антибликовые структуры (е, ж, з): однослойное просветляющее покрытие с показателем преломления n2=const (n1> n2> n0); просветляющее покрытие с градиентом показателя преломления n2 (x), изменяющимся от n0 до n1; и наноструктурированная поверхность фасетки. Красными кругами выделены об-ласти, где волны интерферируют и гасят друг друга. Изображения (в) и (г) были получены автором статьи на атомно-силовом микроскопе

2Наноструктура глаз дрозофилы, дикий и мутантные типы. У дрозофилы дикого типа (а) омматидии упакованы плотно, у мутанта Frizzled (г) наблюдается фенотип «рыхлый глаз». Это подтверждают дифракционная картина и пре-образования Фурье изображений глаз дикого типа, где шестиугольник говорит о гексагональной упаковке, и мутанта Frizzled, где размытое кольцо указывает на случайное распределение фасеток (б, д). Распределение бугорков случайно как у дикого типа, так и у мутанта (в, е). Внизу — сравнение дикого типа с мутантом Glazed (ж, з). При данной мутации не только нарушается упаковка омматидиев — нанобугорки также претерпевают значительные изменения и уменьшены в размерах. Как следствие, глаза мутантной мушки дают больше бликов из-за нарушения антиотражательного слоя

Кристалли-ческий конус

Пигментные клетки

Роговичная линза (фасетки)

Фоторе-цепторные клетки

ПРоБлемы и методы нАуКи

а

а б в

г

ж з

д е

жд е з

вб

г

12

Так, многие годы считалось, что нанобугорки на поверхности омматидия имеют плотную гексагональную упаковку. Однако многочисленные исследования показали, что глаза простой плодовой мушки, вопреки устоявшемуся в научном сообществе мнению, обладают необычной разупорядоченной нанострукту-рой (рис. 2в). При этом упаковка омматидиев действительно гексагональная (рис. 2 а, б). Таким образом, наноструктура глаза мухи в некотором смысле случайна, в то время как макроструктура строго упорядочена.

Нанобугорки на поверхности фасетки дрозофилы неболь-шие — около 30 нм в высоту (для сравнения, у чешуекрылых вы-сота может быть более 200 нм). Расстояние между соседними нанобугорками составило примерно 200 нм, то есть не отлича-лось от среднего значения у других насекомых. Именно такие размеры обеспечивают эффект просветляющего покрытия.

Разобравшись с особенностями структуры поверхности глаза простой плодовой мушки, мы проанализировали влия-ние хорошо описанных мутаций на морфологию поверхности глаза: Frizzled (от англ. «завитой, взъерошенный») и Glazed («глянцевый»).

У мутантов с фенотипом Frizzled в целом нарушена пло-скостная ориентация клеток (planar cell polarity), из-за этого покровы насекомого неправильно развиваются. Плоскостная ориентация клеток указывает каждой клетке, как ей расти в зависимости от ее расположения, нарушение же данной регуляции вызывает необратимые изменения во всех тканях особи. Глаза такой мухи — печальное зрелище! Характерный признак мутанта с фенотипом Frizzled — «рыхлый глаз» (это официальный термин!) с сильно нарушенной гексагональной упаковкой омматидиев (рис. 2, г, д). Атомно-силовая микроско-пия позволила обнаружить последствия мутации и основную причину нарушения упаковки омматидиев — между фасетками оказались включения материала линзы, которых в норме там не должно быть.

Мухи-мутанты с фенотипом Glazed интересны по другой причине: глаза у них меньше, чем у дикого типа, и значительно сильнее отражают свет (поверхность больше «бликует»). Анализ наноструктуры их глаз показал, что отражение света усилива-ется из-за уменьшения высоты нанобугорков (рис. 2, ж, з). Так было получено экспериментальное подтверждение влияния высоты наноструктуры на отражательную способность глаза у насекомых одного и того же вида.

Кстати, здесь следует упомянуть, что антибликовая функция фасеточного покрытия насекомых может играть еще одну важную роль — она делает насекомое менее заметным. Как

нанотехнологии, которые можно позаимствовать у насекомых

Бактерицидные материалы

Группа австралийских и испанских ис-следователей обнаружила удивительное свойство крыльев цикады певчей: бактерий, которые садятся на них, буквально разры-вает на части. Антибактериальный эффект обусловлен необычной наноструктурой —

показывают расчеты, выигрыш в поглощении света, а значит, и в остроте зрения обычно составляет всего несколько процентов, в то время как уменьшение блеска глаза может отличаться в несколько раз! Это явно способствует выживаемости: хищные насекомые с такими глазами могут ближе подбираться к жерт-ве, а жертвы — лучше прятаться.

При исследовании еще нескольких мутантных линий плодо-вой мушки мы выявили ключевые белки, формирующие рого-вичную линзу омматидиев. Генетические манипуляции позво-лили определить степень и характер влияния каждого из белков на строение простого глаза мухи. Вводя такие белки в систему, можно управлять формированием структуры фасеток, создавая нужный фенотип. Например, введя мухе гомологичные белки пчелы, мы можем получить особь с «пчелиными» глазами. Вот только как это использовать на практике — пока не ясно…

наш ответ — биомиметика!Большую часть идей, касающихся структурированной поверх-ности, человек почерпнул из наблюдений за разнообразием окружающего мира. История науки знает немало примеров, когда непонятное на первый взгляд эволюционное приспо-собление оказывалось гениальным изобретением природы. Сформировалось даже целое научное направление — био-миметика, использующая идеи живой природы для решения технологических задач. Вернемся немного назад во времени и проследим за открытием одной такой идеи.

В 70-е годы ХХ века ученым удалось объяснить механизм эффективного отталкивания воды листьями лотоса. Считалось, что данный эффект обеспечивается воскоподобным покрыти-ем или идеально гладкой поверхностью. Позднее это явление назвали супергидрофобностью. На самом деле причина не в гладкой поверхности, а в ее особой структуре: листья лотоса покрыты множеством плотно посаженных бугорков. Капли мо-гут касаться только их верхушек, а стечь ниже им не позволяет сила натяжения жидкости. Площадь соприкосновения капель с поверхностью слишком мала, и они без задержки стекают с листа при малейшем наклоне. Важно различать гидрофобный эффект вещества на молекулярном уровне (химический) и ги-дрофобный эффект, вызываемый специфической геометрией поверхности, — это совершенно разные вещи, хотя они и могут использоваться совместно!

Каковы же размеры этих бугорков? Недавние исследования показали, что в общем случае для обеспечения гидрофобности требуются размеры от десятков, как у листа лотоса, до долей

крылья усеяны плотно расположенными наношипами, которые, как гвоздики, про-тыкают бактериальную клетку. Любопытно, что крылья цикады губительны только для грамотрицательных бактерий — грампо-ложительных, вероятно, защищает более толстая и прочная клеточная стенка (Ivanova E. P. et al, «Small», 2012, 8, 16, 2489—2494, doi: 10.1002/smll.201200528).

Самоочищающиеся поверхности

Насекомые приспособлены к огромному разнообразию внешних воздействий, и в этом им помогают наноструктурированные поверхности. Лапки водомерки суперги-дрофобны, что позволяет ей с легкостью передвигаться по воде; точно так же крылья многих насекомых не смачиваются водой. Исследовав наноструктуру глаз насекомых, свойства которой описаны в этой статье, ученые разработали небликующее, само-очищающееся, гидрофобное и незапоте-вающее стекло. А нанокраски с различными

Грамотрицательные бактерии на крыле цикады погибли

Грамположительные бактерии остались в живых

Наноструктура «суперстекла» ими-тирует нанобугорки глаз насекомых

принципами действия уже несколько лет используют в автомобильной промышлен-ности — машина остается чистой в любую непогоду (Park K. C. et al., «ACS nano», 2012, 6, 5, 3789—3799, doi: 10.1021/nn301112t).

Структурная окраска

Крылья бабочек семейства Morpho обя-заны своей изумительной окраской не химии — пигментам и красителям, а фи-зике — особой наноструктуре чешуек. Это явление, названное структурной окраской, было обнаружено также у других насеко-мых, птиц, рептилий и обитателей моря. Некоторые виды используют структурную


13

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

литература

Kryuchkov M., Katanaev V. L., Enin G. A., Sergeev A., Timchenko A. A., Serdyuk I. N. Analysis of Micro-and Nano-Structures of the Corneal Surface of Drosophila and Its Mutants by Atomic Force Microscopy and Optical Diffraction. PloS one. 2011, 6, 7, e22237, doi: 10.1371/journal.pone.0022237.

Енин Г.А., Катанаев В.Л., Крючков М.В., Озерова А.Н., Сергеев А.В., Тимченко А.А. Поиск и изучение новых наноструктурных покрытий на поверхности глаз различных насекомых. Тезисы Четвертой региональ-ной конференции «Молодежные научно-инновационные проекты Московской области», Жуковский — Пущино, 22—23 ноября 2012 года, с. 44—45.

Работа выполнена при сотрудничестве группы физики ну-клеопротеидов и группы генетики развития Института белка РАН, лаборатории квантово-механических систем Института математических проблем биологии РАН, факультета фарма-кологии и токсикологии Университета Лозанны (Швейцария). Особая благодарность организаторам и участникам Школы молекулярной и теоретической биологии при поддержке фонда «Династия».

микрона (Hobæk T. C. et al., 2011, 1, 3, 63—77, doi: 10.1007/s12668-011-0014-5). Размеры нанобугорков глаз насекомых — около нижней границы этих значений (рис. 3).

Немногим позднее был описан противоположный эффект, названный «эффектом лепестков розы», — поверхность с по-вышенной гидрофильностью, к которой вода как бы прилипает. И вновь гидрофильность обеспечивается именно геометрией, а не химическим составом! Вот что самое интересное — для одного и того же вещества свойства поверхности можно с легкостью изменять от гидрофильных до гидрофобных, и все это за счет простых бугорков.

Насекомые значительно продвинулись в создании сложных структур, обогнав и лотос, и розу. При этом богатство функций, которые они демонстрируют, не ограничивается антиблико-выми и гидрофобными свойствами: крылья цикад, например, обладают антибактериальной активностью, а структурная окраска крыльев бабочек (подробнее об этом см. «Химию и жизнь», 2010, № 11) — одно из самых красивых и удивительных явлений природы.

В завершение нужно сказать, что наноструктуры, которыми усердно пытается овладеть и человек, могут скрывать еще не описанные к настоящему моменту свойства. Возможно, описав их многообразие и изучив физические характеристики, мы сможем из любого подручного вещества создавать материалы с необходимыми нам качествами и управлять ими по нашему желанию. Природа таит множество уникальных, элегантных и остроумных решений, возникших за миллиарды лет эволюции. Человеку стоит искать их, находить и удивляться, а затем из-учать и повторять природные нанотехнологии, используя весь арсенал доступных ему методов — генетические манипуляции, физические методы и математическое моделирование.

3Наноструктуры глаз насекомых весьма многообразны. Глаза ночных бабочек (а) обладают самыми высокими антибликовыми свойствами за счет строгой упо-рядоченности нанобугорков и их большой высоты — 200 нм. Специфические на-ноструктуры на поверхности глаз ногохвостки (б) необходимы для достижения гидрофобности — вода никогда не попадет насекомому в глаза. У разных видов насекомых наноструктуры глаз могут заметно различаться, как, например, у мух (в, д), клопов (г) и мотыльков (е). Какой эффект достигается за счет раз-личий в геометрии поверхности, ответить сложно. Внизу — микроструктура сложного глаза бабочек (ж, з). Несмотря на разнообразие наноструктур, микро-структура глаз обычно сходна у всех видов. Серьезные отличия удается найти нечасто — нам повезло!

окраску совместно с пигментной. Техноло-гия наноструктурного окрашивания объекта обещает нам краски, косметику и ткани с совершенно новыми свойствами. Сегодня уже созданы полимерные материалы, из-меняющие окраску под действием магнит-ного поля, — тоже весьма перспективное свойство.

Сверхъяркие линзыУченые давно приметили, что фонарики светлячков, яркости которых технологи могут позавидовать, чрезвычайно хорошо

пропускают свет. Две независимые группы исследователей из Кореи и Канады де-тально изучили кутикулярный слой брюшка светлячка и выяснили, что он состоит из множества наноструктур, формирующих чешуйки размером около 150 нм. Благо-даря такой структуре покрытие фонарика имеет изменяющийся по градиенту коэф-фициент преломления, который стремится к коэффициенту преломления воздуха. Это открытие было сразу же использовано в производстве новых сверхъярких ламп, дающих больше света при тех же энер-гозатратах (Kim J. J. et al, «Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2012, 109, 46, 18674—18678, doi:10.1073/pnas.1213331109).

Древоподобная наноструктура чешуек крыла бабочки Morpho

Наноструктура кутикулярного слоя фонарика светлячка

ПРоБлемы и методы нАуКи

а

ж з

б в г

д е

14

Дом бабочек

Е.Котина

В небесной канцелярии опять бюрократические неувязки, никак не могут решить: включать москвичам зиму или осень? Всероссийский выставочный центр выглядит заброшенным, гуляю-щих мало. Но тут есть как минимум одно теплое место.

В большом зале второго павильона устроен тропический парк — может быть, не совсем настоящий, зато жар-кий и влажный. Над парком натянута сетка, чтобы экспонаты не разлетелись по углам. Бабочки американских и азиатских тропиков — синие вспышки морфид, черный бархат калиго, совиные глаза на ореховом фоне, траурные пла-щи с золотым и алым подбоем... Людей не слишком опасаются, но и спокойно позировать фотографу не хотят. А на детей смело садятся.

Не все местные обитатели похожи на прекрасные цветы. За пределами сада расположены террариумы. В них живут

выпускник Ульяновского государствен-ного педагогического университета, сотрудник Научно-исследовательского института биоцидов и нанобиотехно-логий. Работа важная, практически значимая, но Сергей, несколько лет из-учавший ночных тропических бабочек семейства Eupterotidae, не изменяет прежним интересам.

— Большинство видов насекомых размножается в условиях выставки, — рассказывает С.Н.Пугаев. — Мы круглый

Фото: Андрей Константинов, Виктория Кириллова

год поддерживаем оптимальную тем-пературу и влажность, обеспечиваем хищников необходимыми кормовыми насекомыми, травоядных — раститель-ным кормом. Бабочкам даем фрукты, специальные сиропы. На выставке много цветов, поэтому бабочки могут питаться и своим естественным кормом.

Парусник палинур (Papilio palinurus), Индия, Юго-Восточная Азия

Морфо пелей (Morpho peleides),

Южная и Центральная Америка. С лицевой

стороны крылья у нее ослепи-тельно-синие, как положено

морфидам. А характер вредный, как у многих красавиц:

позировать с развернутыми крыльями так и не пожелала

Золотая птицекрылка (Troides rhadamantus), Филиппины

Idea leuconoe, Юго-Восточная Азия

Caligo brasiliensis, Южная Америка. Калиго по-латыни значит «мрачная»

Парусник Румянцева — Papilio rumanzovia (Филиппины) назван в честь графа Н.П.Румянцева (1754—1826), организатора кругосветной экспедиции капитана О.Е.Коцебу на «Рюрике», во время которой впервые была поймана эта бабочка

Graphium agamemnon, Юго-Восточная Азия, Индия, Шри-Ланка, Австралия

большие мохнатые пауки, многоножки, палочники — сперва вы не увидите ни-чего, кроме сухих веточек, а потом обна-ружите у них лапки; называется это су-щество — палочник неожиданный. А еще гигантские улитки-ахатины, зофобасы, по-английски superworms (представьте себе опарыша длиной в палец)... «Ты боишься?.. И я тоже не боюсь!» Детям эта живность нравится не меньше, чем парусники и морфо. Есть тут и рептилии. Вон свернулся кольцами красный с бе-лыми и черными полосками... неужели аспид? Нет, конечно: похожая на него молочная змея. А вот террариум с кукол-ками бабочек. Может, кому-то повезет наблюдать выход из куколки.

За поддержание видового разно-образия в Московском доме бабочек отвечает Сергей Николаевич Пугаев,

Благодарим за помощь в организации съемок сотрудников Московского дома бабочек и Л.В.Каабака

ФотоинФормАция


15

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Сеть Всемирной паутиныПервый удар пришелся по индустрии ценных бумаг и финансовых рынков. Многие брокеры сразу же вспомнили

Миссия«Квантовый рассвет»

Киберпространство состоит из взаимодействий и отношений, мыслит и выстра-ивает себя подобно стоячей волне в сплетении наших коммуникаций. Наш мир одновременно везде и нигде, но не там, где живут наши тела...В нашем мире все чувства и высказывания, от низменных до ангельских, являются частями единого целого — глобального разговора в битах. Мы не можем отделить воздух, который удушает, от воздуха, по которому бьют крылья...Мы сотворим в Киберпространстве цивилизацию Сознания. Пусть она будет более человечной и честной, чем мир, который создали до того ваши правительства.

Дж. П. Барлоу. Декларация независимости Киберпространства

О.О.Фейгин

Такое переплетение кабелей и узлов и есть нынешний Интернет

«кошмар 9/11», когда вслед за крушени-ем башен-близнецов стало лихорадить биржевые рынки Европы и Азии. Второй удар потряс серверы Министерств вну-тренней безопасности и финансов. Тут

же «эффект домино» зацепил Комиссию по ценным бумагам и рынкам США. Завершающий третий удар накрыл крупнейших игроков Уолл-стрита — акул финансового рынка.

Сотни финансовых компаний по всему миру остановили свои расчетно-кас-совые операции. Отключились тысячи банкоматов, и прервались расчеты через карточки. Миллионы людей за-стряли перед электронными кассами со своими покупками. Перестали работать железнодорожные кассы и пропускные пункты метро. Коллапс охватил город-ской пассажирский транспорт.

разМышления

16

Наступил вечер, но вместо сияющего моря рекламных огней в глубинах тем-ных мегаполисов зажглись лишь редкие лампы аварийного освещения. Самые развитые центры цивилизации постигла масштабная техногенная катастрофа, вызванная спланированным ударом нескольких групп хакеров неизвестной национальной и политической принад-лежности.

Насколько возможно такое развитие событий? По-видимому, невероятным его назвать нельзя — ведь это один из сценариев, разыгрываемых во время американских учений по отражению угроз из киберпространства.

Несмотря на явный конспирологи-ческий привкус, это не секретная ин-формация. В свое время автору этого текста даже посчастливилось обсуждать подобные вопросы с выдающимися энциклопедистами-популяризаторами современности — Стивеном Хокингом и Митио Каку.

Электронная модель глобальной катастрофы«Из-за своего неустанного стремления к комфорту и экономическому росту чело-вечество в короткий период оказалось в опасной зависимости от сетевых си-стем: в течение менее чем двадцати лет части так называемой критической на-циональной инфраструктуры оказались под контролем компьютерных систем, становящихся все более сложными. <…> История их успеха, вызывающая тревогу, стала возможной, поскольку цифровой мир благодаря своему все более удобному интерфейсу уже давно предстает не в виде абстрактного языка программирования, а просто как неис-черпаемый каталог информационных и развлекательных предложений, от простых чатов до узкоспециальных дискуссионных форумов», — пишет британский журналист Миша Гленни в книге «Киберпреступления. Криминал и войны цифрового века».

К счастью, мы пока еще не сталкива-лись напрямую с угрозой разрушения виртуальной реальности, созданной Интернетом. Однако постоянные кибератаки на ключевые узлы Все-мирной паутины уже заставили многих задуматься об эффективной тактике отражения терактов в киберпростран-стве. Первый решающий шаг сделала Ассоциация участников индустрии ценных бумаг и финансовых рынков США: аналитики и программисты этой организации создали виртуальную миссию «Квантовый рассвет». Под этим кодовым названием скрываются регу-лярные учения, отрабатывающие раз-личные приемы защиты от единичных и массовых кибератак.

Самое активное участие в электрон-ном моделировании отражения на-падений интернетовских диверсантов принимают также представители Ми-нистерства внутренней безопасности, Министерства финансов и Комиссии по ценным бумагам и рынкам США. Пе-риодически к «Квантовым рассветам» подключаются десятки крупнейших бан-ковских групп и финансовых компаний, таких, как «Citigroup» и «Bank of America». Каждый участник отправляет своих представителей для работы в секретном подземном центре телекоммуникаций Пентагона. Этот законсервированный пункт управления ранее предполагалось использовать при ядерной угрозе. Се-годня после окончания холодной войны и снижения международной напряжен-ности между членами «атомного клу-ба», обладающими ядерным оружием, многие командные бункеры Пентагона переоборудуются в узлы связи.

Сводную команду «Квантового рас-света» возглавляют сотрудники ФБР, ЦРУ и Агентства национальной без-опасности (АНБ). Вместе с банковскими «офицерами связи», исполняющими роль трейдеров-аналитиков, правитель-ственные агенты разрабатывают план предстоящих учений и в глубоком секре-те строят схемы атак воображаемых ха-керов. Главной целью этих электронных имитаций служит выполнение протокола по бесперебойному функционированию бизнеса. На втором плане находится информационная безопасность прави-тельственных учреждений и компаний.

Обычно «Квантовый рассвет» начина-ется с того, что участникам на примере функционирования электронных связей и баз данных главного финансового цен-тра планеты — Нью-Йоркской фондовой биржи — поступают противоречивые, путаные сигналы. Это должно в полной мере имитировать массированную хакерскую атаку с неизвестных компью-

теров и информационных терминалов. На первом этапе в торговых операциях начинаются существенные сбои, приво-дящие к резкому замедлению их темпа. Если команде «Квантового рассвета» в течение определенного времени уда-ется справиться с прямой хакерской атакой, то в дело вступают компьютер-ные вирусы. После этого организаторы устраивают небольшой перерыв, во время которого участники должны най-ти решения для возникших проблем. Самое главное — выявить альтернатив-ные варианты, что можно сделать с ис-пользованием незараженных вирусами центров и маршрутов. Если удается сохранить общий уровень финансовых операций и избежать крупных потерь, то вирусная атака считается отбитой.

Тут же, без перерыва, начинается за-ключительная стадия, фактически повто-ряющая все предыдущие операции, но в сильно ускоренном режиме. Финальный аккорд — имитация удара хакеров с из-мененными параметрами нападения.

Каждый раз руководство «Квантового рассвета» придумывает новые сюжетные повороты для сценария учений. Так, скан-далы с утечками секретной информации, в центре которых оказались сотрудники ФБР и Пентагона, заставили ввести тай-ных агентов, передающих нападающим часть информации. Это, конечно, сильно усложняет ситуацию, зато максимально приближает ее к реальности.

на пороге кибервойнЕсли сценарий «Квантового рассвета» представляет такую опасность для ки-бернетической инфраструктуры всего североамериканского континента, то как на это реагирует главное силовое ведомство США — Пентагон? «В 2012 году многие компьютерные сети, в том числе принадлежащие правительству США, подвергались атакам, за некото-

Форт-Мид построен в 1957 году для Агентства национальной безопасности США. Расположен на полпути между Балтимором и Вашингтоном, около города Лаурел, штат Мэриленд


17

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

рыми из них, судя по всему, стоят непо-средственно китайское правительство и армия», — указывает его Аналитический центр по компьютерным угрозам и ки-бершпионажу в своем ежегодном докла-де. Для противодействия несколько лет назад министр обороны США подписал приказ о формировании в стране специ-альной структуры, отвечающей за без-опасность военных и правительственных информационных сетей. Так родилось киберкомандование Пентагона.

Первоначально этот центр должен был защищать исключительно военные ком-пьютерные сети, а не информационную инфраструктуру других правительствен-ных организаций или частных компаний. Однако в ходе своего развития киберко-мандование столкнулось с комплексны-ми угрозами кибернетических дивер-сантов и террористов, после чего на примере миссии «Квантовый рассвет» решило расширить свои полномочия. Сегодня это необычное подразделение входит в систему военной разведки и контактирует при постановке и выпол-нении своих задач с ЦРУ, ФБР и АНБ. В числе его задач не только оперативное отражение хакерских атак, но и разра-ботка стратегии и тактики ведения са-мых настоящих виртуальных кибервойн в сетевом пространстве.

Киберкомандование Пентагона распо-лагается в знаменитом своими тайными операциями оплоте АНБ — Форт-Миде и входит в структуру Стратегического командования США. Армия командиро-вала в распоряжение киберкомандова-ния самых различных специалистов: от инженеров-электронщиков до систем-ных аналитиков, которые обеспечивают безопасность американских военных каналов связи. В СМИ просочилась лишь информация, что одну из главных ролей в киберкомандовании играет бывший глава ЦРУ (1991—1993) и министр обо-

роны (2006—2011) Роберт Гейтс. Правая рука этого ветерана тайных операций — генерал-лейтенант Кит Александер, возглавляющий АНБ. Считается, что именно генерал Александер первым заговорил об острой необходимости создания Кибернетического командова-ния США. Он же и начал формирование кибервойск в мае 2010 года, опираясь на специалистов военно-информационной инфраструктуры Пентагона, которая насчитывает более пятнадцати тысяч сетей, включающих свыше семи милли-онов компьютеров. Сюда же входят и не-сколько десятков самых мощных в мире суперкомпьютеров, отмечающих уровни ядерных и террористических угроз.

Под киберзонтикомСовременная гражданская инфраструк-тура тесно переплелась с правитель-ственной и военной. Именно поэтому масштабные антихакерские миссии вроде «Квантового рассвета» не могут не затрагивать самые секретные сторо-ны деятельности кибернетических цен-тров Пентагона. Так, 95% компьютерных сетей Министерства обороны США развернуто на базе общегражданских телефонных линий, причем свыше 150 тысяч компьютеров подключены к сети Интернет, что делает их чрезвычайно уязвимыми. Весь этот впечатляющих размеров компьютерный сверхкомплекс в принципе может быть одномоментно выведен из строя одной хорошо спла-нированной атакой: хакеры могли бы довольно легко поразить такие общие уязвимые элементы сети, как операци-онные системы или протоколы связи.

Подобные соображения лежат в ос-нове стратегии киберкомандования, направленной на тотальный контроль над мировой информационной инфра-структурой. В идеале Пентагон хотел бы контролировать весь Интернет.

С другой стороны, анализ операций, подобных «Квантовому рассвету», по-казывает, что в формировании внешней киберполитики США появился новый подход: структуры спецслужб и Пентагона готовы взять на себя безусловное обе-спечение информационной безопасности всех сетей своих сателлитов и союзников, создав то, что можно назвать «киберне-тическим информационным зонтиком».

Такая позиция не вызывает особого восторга у других стран. Например, Япония, Филиппины, Мексика и Канада выступили с совместным заявлением, в котором выразили озабоченность тем, что введение киберзонтика может при-вести к ограничению их суверенитетов.

По мнению западных аналитиков, ЦРУ, АНБ и военная разведка США напрямую ставят перед киберкомандованием Пентагона задачи активного проникно-

вения в компьютерные сети своих по-тенциальных противников. Для этого, в частности, разрабатываются технологии внедрения особых электронных виру-сов и «логических бомб замедленного действия», которые, не проявляя себя в обычное время, могут «взорваться» с на-чалом боевых действий. Такие «спящие электронные диверсанты» способны дезорганизовать оборонную систему управления, транспорт, энергетику и финансовую систему любого развито-го государства. Кроме всего прочего, Агентство перспективных оборонных разработок США (DARPA) активно раз-дает гранты научно-исследовательским организациям на создание особых «зараженных микрочипов». Эти микро-схемы самого широкого применения должны внедряться в экспортируемую во все страны мира вычислительную тех-нику и по кодовым командам выполнять различные шпионские и диверсионные функции.

Кибернетический бумерангХотя США раньше других государств осознали важность создания «киберщи-та» и «кибермеча», им не удалось полу-чить очень уж впечатляющих резуль-татов. Формируя мощный потенциал информационной войны, американские спецслужбы достигли определенного успеха при агрессии НАТО в Югославии, Ираке и Иране, но при этом имели место крупные утечки информации.

Так «кибернетический бумеранг» вернулся на североамериканский кон-тинент, и сейчас уже более 30 стран занимаются разработкой информа-ционного оружия. Создание киберко-мандования США подтолкнуло Китай, Россию и Францию к формированию в вооруженных силах и спецслужбах подразделений, обеспечивающих без-опасность и активное противодействие в киберпространстве. Это позволяет го-ворить о начале витка гонки сетевых во-оружений, включая создание всяческих компьютерных средств атаки на военную технику и объекты военной инфраструк-туры вероятного противника.

Многие американские аналитики считают, что Пентагон выпустил джинна из бутылки, открыв широкую дорогу

Эмблема Кибернетического командования США, которое находится в подчинении стратегического командования США (база ВВС США Оффутт, штат Небраска)

разМышления

18

разработкам средств и методов актив-ного воздействия на информационные инфраструктуры потенциальных про-тивников. Тем более что информаци-онные войны захватили и продаваемую за рубеж вычислительную технику. Это заставляет создавать устройства для сканирования программно-аппаратных средств, поступающих из США и стран НАТО, с целью поиска тайных закладок. Кроме того, многие страны ставят во-прос об изоляции своих систем связи от глобальных информационно-теле-коммуникационных сетей, находящихся под контролем США. Так что в будущем наше киберпространство может быть и существенно сокращено…

Изменилась и сама государственная политика обеспечения информацион-ной безопасности. Отдельные угрозы в киберпространстве, исходящие от террористов и грабителей, сменились виртуальными военными операциями. Если когда-то внимание спецслужб было сосредоточено на отдельных кру-шениях самолетов и поездов, а также на локальных техногенных авариях, то теперь акценты в сфере международной безопасности сместились в сторону полномасштабной системы защиты ин-формации. Главную опасность в кибер-пространстве сегодня представляют не хакеры-одиночки, а специально создан-

ные службы на государственном уровне. Конечно же отдельные группы аполи-

тичных хакеров по-прежнему опасны, поскольку, в отличие от традиционных во-оружений, средства противоборства в ин-формационном пространстве можно эф-фективно использовать и в мирное время. Так, по мнению экспертов американской разведки, террористы от использова-ния широко распространенных каналов связи в интернет-форумах перешли на общение под видом участников сетевых компьютерных игр. Предполагается, что они используют сценарии игр для коор-динации действий, установки контактов и репетиций возможных реальных атак на виртуальных моделях.

При этом применение военных ин-формационных технологий, как и многие другие стороны функционирования Все-мирной паутины, никак не регулируется международным правом. Соответствен-но вопрос о контроле национального информационного пространства стано-вится все более актуальным аспектом международной по литики. На это уже не первый год обращают внимание эксперты. Например, в коммюнике Всемирного саммита по информаци-онному обществу сказано: «Появление новых угроз породило политическую необходимость контроля и регулиро-вания киберпространства, принятия

соответствующих норм. Приоритет-ность вопросов кибербезопасности для дальнейшего развития Интернета должна быть признана вне всякого со-мнения». Многие эксперты-кибернетики считают, что хотя дальнейшее развитие интернет-технологий и трудно прогно-зировать, делать это нужно с учетом таких факторов, как появление миссий «Квантовых рассветов» и национальных киберкомандований, а также интер-континентальных компьютерных игр, готовых в каждый момент перерасти в глобальную хакерскую атаку.

Судя по всему, отсюда еще очень далеко до действенных международ-ных договоренностей. К тому же лидер кибернетических технологий — США продолжают считать, что управление информационным пространством не-обходимо только для обеспечения их и только их национальной безопасности. В любых вопросах международной кибер-безопасности правительство США зани-мает особую позицию, всячески уходя от конкретных договоренностей. Наверное, киберкомандование Пентагона надеется, что миссии «Квантовых рассветов» на-дежно оградят Америку от виртуальных противников во Всемирной сети.

ебывалые возможности, которые дают нам компьютер и Всемир-

ная паутина, давно стали привычными. Доступ к информации в любом виде (пока без участия органов обоняния и осязания, но задача решаемая, был бы спрос), общение без необходимости знать языки (есть развитые системы перевода), дистанционное обучение и саморазвитие, просмотр фильмов и прослушивание музыки в любом каче-стве. А хочешь — будь художником или композитором, предлагай читателям свои книги и стихи, проектируй здания и механизмы, участвуй в настоящих науч-ных исследованиях, не выходя из дома... Развитие технологий всегда опережает потребности общества, лишь со време-нем люди осознают и осваивают воз-можности новых методов и устройств, которые становятся привычными. Но в ящике Пандоры есть подарки, способ-ные причинить множество бед.

Отражение в интернете Развитие Интернета облегчило доступ

к любой культурной продукции (за счет тиражирования пиратских копий книг, журналов, фильмов, музыки и прочего). Однако не похоже, чтобы сотрудники СМИ пользовались этими возможностя-ми в благих целях. Наука и просвещение оказались еще сильнее отодвинуты на задний план, нежели в доинтернетов-ский период, а вперед вышло массовое изготовление сходных текстов методом копипаста, причем число первичных ис-точников, содержащих оригинальные тексты, очень мало. Большую часть объема журналов заполняют новостные материалы, практические советы или рекомендации для потребителя. От читателя не требуют напряжения ума, осмысления материала, его не стимули-руют к поиску новых знаний, развитию самостоятельности, зато предлагают го-товые оценки всего на свете, несложные для понимания и повторения, готовые модели поведения.

В Интернете отсутствует единая идео-логическая программа, которая объеди-няла бы общество и задавала идеалы будущего. Вместо этого свободный

доступ к средствам производства и рас-пространения информации порождает огромное количество кланов и группи-ровок, пропагандирующих свои идеи и убеждения. Причем, если говорить не о более-менее профессиональных интернет-журналистиках и блоггерах, то в значительном количестве этим заняты люди безграмотные, склонные к лжена-учной, мистической или мифологиче-ской трактовке мира, а также психически больные. Удивительно, что даже между вменяемыми людьми из разных кланов не удается наладить содержательный диспут, хотя Интернет дает техниче-ские возможности, — как правило, все сводится к взаимным оскорблениям. Казалось бы, традиционные журналы со своей массовой аудиторией могли бы исправить ситуацию, но они потеряли обратную связь с обществом, дублиро-вание в Интернете породило информа-ционно-рекламные сайты, без активного использования всех возможностей, позволяющих работать с читателем в режиме реального времени.

Новый цифровой век не привнес изменений и в перспективы развития

Н

науКа и ОбщеСтВО


19

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

О.б.антонов

общества. Интернет полон информа-ции, среди которой наверняка можно отыскать что-то стоящее, но для этого необходима кропотливая и тщательная работа по отбору и всесторонней оценке

где любую новость можно не только увидеть в реальном масштабе времени, но и дать свою трактовку (чаще всего на уровне «кухонного» общения).

4. Большинство читателей журналов (школьники, студенты, учителя, врачи и другие представители интеллигенции) не в состоянии позволить себе такие затраты (от 3 до 20 долларов США за журнал), при средней зарплате бюджет-ников в 200—300 долларов. Для многих Интернет стал единственной возможно-стью читать периодику и новые книги.

5. Многие низкотиражные журналы, остающиеся привлекательными для читательской аудитории по разным причинам (например, заработанные де-сятилетиями авторитет и популярность), доступны для неподписчиков и жителей малых городов и сел только в Интернете.

Все вышеперечисленное напрямую связано с тем, что происходит в обще-стве: сокращается количество предме-тов школьной программы, связанных с естественными науками; содержание многих предметов школьной программы упрощается, сводясь к перечню фактов, воспринимаемых на веру. Высшие учеб-ные заведения готовят исполнителей, ограниченных инструкциями и корпо-ративными правилами. Творчество ста-новится доступным небольшой группе избранных, при этом возникает пара-докс: для развития новых технологий и производства требуются талантливые личности, но существующая система образования нацелена на штамповку узких специалистов, общий культурный уровень которых весьма низок.

Напоследок можно добавить: если в ближайшее время кампания по запре-ту распространения пиратских копий авторских произведений (к которым по-мимо фильмов могут отнести журналы и книги) будет доведена до принятия законодательных мер, число интернет-читателей сократится в разы. Редакциям журналов стоит задуматься над этим и для сохранения читательской аудитории размещать в свободном доступе на сво-их сайтах полноценные копии журналов, выходящих на бумаге.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

Моделис т-конс труктор (3,7)

С абрина (20)

М-хобби (10)

B urda (75)

Приватный дом (35)

Уютная квартира (45)

S andra вязание (70)

G E O (78)

National G eographic (140)

З анимательные головоломки (68)

Ц веточный клуб (85)

Dis c overy (140)

Крес тьянка (180)

В округ с вета (242)

Школа гас тронома (209)

З нание - с ила (5,8)

В мире науки (12,5)

Х имия и жизнь (5)

Открытия и гипотезы (10)

Дилетант (15)

Наука и жизнь (40)

Т ехника - молодежи (48,8)

Популярная механика (230)

P s yc hologies (238)

Наука в ф окус е (131)

Мой друг компьютер (20)

Компьютер (12)

IT expert (15)

C hip (60)

Hi-T ec h P ro (32)

Ж елезо (60)

P C Magaz ine (40)

Мир ПК (85)

Х акер (217)

Upgrade (125)

Мир ф антас тики (38,5)

Полдень. 21 век (14,3)

Ч удес а и приключения (33)

Men's Health (70)

Women's Health (70)

З доровье (170)

Народный доктор (238)

Народные рецепты (120)

Мото (51,6)

T opG ear (103)

C lub 4х4 (102)

З а рулем (400)

А вторевю (185)

Хобби, домоводство, рукоделье

Научно-популярны

йКом

пьютерны

йЛ

итературный Здоровье человека

Автом

ото техника

Процент реклам

ы от общ

его содержания

Число просм

отров копии в Интернете за год в %

от печатного тиража

на полезность, пригодность и совме-стимость. Общественных организаций, способных проводить такие разработки, объединять найденное в комплексы, подходящие для реализации, и затем предлагать на общее рассмотрение, так и не появилось. Отдельные попытки частных лиц и организаций по созданию сайтов и форумов для рассмотрения и решения общих проблем пока остаются «гласом вопиющего в пустыне» и часто заканчиваются ничем по двум при-чинам: отсутствие финансирования и слабый культурно-организационный уровень инициаторов, не способных или не умеющих собрать авторитетную и компетентную команду.

Рассмотрим конкретный пример воздействия печатных журналов на общество в наше время и определим, насколько Интернет содействует такому влиянию. Были собраны данные по трем сайтам, специализирующимся на рас-пространении скан-копий книг и журна-лов, которые издаются на русском языке за год (с августа 2012 по август 2013-го).

По приведенным данным можно ска-зать следующее:

1. Наибольшим интересом у интернет-читателей пользуются журналы, которые несут большую информационную нагруз-ку (научно-популярные, компьютерные и прикладного творчества). Это свиде-тельствует о том, что интерес к знаниям в обществе еще сохранился, хотя и смещен в сторону практического использования (моделирование, хобби, рукоделье).

2. Интерес к художественным журна-лам сохранился только в области фанта-стики, что свидетельствует о снижении уровня общественной активности. Многие теперь предпочитают вместо критического осмысления окружающей действительности погружаться в мир грез. Как следствие — большое рас-пространение всевозможных тусовок «по интересам», где люди пытаются придать своему существованию хоть какой-то смысл: мастерят доспехи и оружие, играют в ролевые и компьютер-ные игры, обсуждают старую военную технику и т. п.

3. Интерес к общественно-политиче-ским журналам снижен до минимума, это объясняется развитием социальных сетей и новостных интернет-каналов,

Ежемесячный просмотр копий журналов за 2012 год относительно тиража и содержание рекламы (в % от объема)

науКа и ОбщеСтВО

20

НаНофаНтастика

сетемысльМарк Гаузер

Худ

ож

ни

к Н

.Ла

рки

на

«Не забудь после работы зайти в магазин», — мелькнула в его мозгу мысль. Мысль эта явно принадлежала не ему, а жене. В конце мысли стоял смайлик.

«Не забуду», — подумал он. Встроенный в мозг передатчик в доли секунды передал его ответ.

«Пап, сколько будет 12962-6397? Только быстро, у меня кон-трольная!»

«6565», — ответ возник и передался адресату сам собой.«Передатчик THR-2735 всего за $120 спрашивайте в магази-

нах... Тьфу!» — оборвал непрошеную мысль Павел Викторович. «Опять спам. Так невозможно работать».Из всех мыслей, пронесшихся в его голове за пять минут,

только эта, последняя, принадлежала ему самому. Но что де-лать, в век высоких технологий приходится мириться с чужими мыслями в своей голове...

Зато одни зрительные образы чего стоят! Все современные передатчики осуществляют их поддержку. Увидел что-то краси-вое, сфокусировал мысль — и пожалуйста, образ навсегда со-хранился в памяти. А захотел — разослал его друзьям, пусть тоже полюбуются! Если за своей памятью следить и не копить в ней ненужную информацию, то пользоваться ею можно всю жизнь, почти без ограничений. Терабайты информации, которая никогда не сотрется, — это ли не мечта компьютерщиков прошлого века!

Задумавшись, Павел Викторович пропустил три новые мысли: начальника (к нему привязан образ тролля, о чем он, слава Богу, никогда не узнает), жены (к ней привязан образ розы, ее так зовут) и сына (образ очаровательного чертенка). Все три мысли требовали немедленного рассмотрения.

«Сам виноват, — ругал себя Павел Викторович, — нечего было задумываться. Задумался — отстал от жизни».

«Игорь Дмитриевич, сегодня все закончу».«Про магазины помню».«Ледовое побоище... черт его знает когда. И вообще, ты теперь

на каждом уроке будешь у меня подсказки спрашивать? Учи сам».«Некогда, — огрызнулся ребенок, — и так на мысли отвечать

не успеваю».Новый шквал мыслей вытеснил из головы перепалку с сыном:«Мыслил уже, новый передатчик от SONY будет передавать не

только мысли, но и эмоции?»«Поступил новый зрительный образ. Принять?»«Забыла сказать, купи детям сок».«Павел Викторович, зайдите ко мне в кабинет».Черт с ним, с образом, посмотрю потом. Жене тоже можно не

отвечать. Интересно, а Троллю-то что нужно?

***Вечера Павел Викторович не любил. На ночь передатчик при-

ходилось выключать, иначе чужие мысли не дадут заснуть до утра. А утром придется разбираться с десятками поступивших за ночь мыслей.

С выключением передатчика наваливалась пустота. Мысли ис-чезали, вместе с ними уходила беззаботность. Какие могут быть заботы, если каждую минуту отвечаешь на пять-шесть мыслей, смотришь пару образов или вникаешь в видеоситуацию?

Теперь же в голове роятся свои мысли. Вспоминаешь поза-вчерашнее ДТП, скандал с женой, проблемы сына... Эти мысли не закроешь и не отменишь, но еще хуже то, что их приходится обдумывать, решать. Сколько энергии тратится впустую! А сколько времени нужно потратить утром на стирание решения этих проблем. Утром его и так не хватает. «Меньше думаешь, больше помнишь», эх, как это верно!

Завтра опять на работу, опять к мысленным друзьям. Завтра будет, как обычно, быстро и весело. Когда ты с друзьями, рабо-та не в тягость. Главное, меньше думать и больше мыслить. А сейчас — не перепутать дозу снотворного и не забыть включить сонотранслятор с новым блокбастером, скачанным в Сетемысле. Хороша жизнь в двадцать втором веке...


21 «Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

14, №

1, w

ww

.hij.

ru

книги

Эти книги можно приобрести в Московском доме книги. Адрес: Москва, новый Арбат, 8, тел. (495) 789-35-91интернет-магазин: www.mdk-arbat.ru

Мембраны и мембранные технологии

(отв. редактор А.Б.Ярославцев)Научный мир,

2013

Мембраны и мембранные про-цессы широко используются в современных технологиях.

В данной монографии собраны све-дения о многих типах мембранных материалов, методах описания и мо-делирования переноса в мембранах, методах исследования мембран и основных направлениях их использования..

Франс де ВаальИстоки морали: в поисках человеческого у приматов

Альпина нон-фикшн, 2013

На протяжении многих лет ав-тор изучал жизнь шимпанзе и бонобо и выявил зачатки

этического поведения в их со-обществах. По его мнению, истоки человеческой морали нужно ис-кать у животных. Автор не только увлекательно рассказывает о «добре и зле» в мире приматов, но и поднимает глубокие философские вопросы, связанные с наукой и религией.

Сергей ВшивковФазовые переходы полимерных

систем во внешних полях. Учебное пособие

Лань, 2013

Станислав ДробышевскийПроисхождение человеческих

рас: закономерности расообразования. Африка

КД Либроком, 2013

В первой части книги рассмо-трены основные факторы и механизмы образования

рас, тенденции и пути сложения расовых общностей. Вторая часть посвящена расогенезу на территории Африки. Автор прослежи-вает возможное и наблюдаемое происхождение современных рас, их историю, время и место формирования, случаи изоля-ции, миграции и взаимодействия..

Ахмед Зевайль, Джон Томас Трехмерная электронная микроскопия в реальном

времениИнтеллект,

2013

Издание посвящено новейшим достижениям электронной ми-кроскопии, которые сегодня по-

зволяют исследовать наноразмерные и еще меньшие объекты. Они дают возможность наблюдать в динамике химические реакции в 3D про-странстве, а также фиксировать в реальном времени перемещения атомов и их взаимодействия..

Обобщены и проанализированы опубликованные за последние 60 лет результаты исследова-

ния фазовых переходов в растворах, смесях и гелях полимеров, меха-ническом поле, в электрическом и магнитном полях, а также вне поля. Рассмотрены системы с аморфным (жидкостным) расслаи-ванием с верхними и нижними критическими температурами растворения.

22

Здоровая полнотаКандидат биологических наук

Н.Л.Резник

факторов риска — ожирение. Известно, что оно способствует развитию диабета второго типа (пониженная секреция инсулина и высокий уровень глюкозы в крови), сердечно-сосудистых заболе-ваний, рака, апноэ (прерывание дыха-ния во сне), неалкогольного ожирения печени, остеоартрита и других недугов; приводит к инвалидности, увеличивает смертность и существенно повышает расходы на здравоохранение. Это не просто прогностический признак, а па-тология, внесенная в Международную классификацию болезней как хрониче-ский недуг. В развитых странах ожире-ние приобрело характер эпидемии.

Если ожирение болезнь, то нам нуж-ны критерии для постановки диагноза и оценки состояния пациента. Одним из первых таких критериев стал ин-декс Кетле. Его предложил в 1869 году бельгийский ученый Адольф Кетле,

разрабатывавший тогда основы «со-циальной физики» (сейчас мы назвали бы эту дисциплину эпидемиологией). В 1972-м этот показатель переименовали в индекс массы тела (ИМТ), и под таким названием он до сих пор в ходу у медиков и ученых всего мира. ИМТ — удобный универсальный критерий, использо-вание которого позволяет сравнивать результаты, полученные в разных ис-следованиях.

ИМТ рассчитывают как вес тела в ки-лограммах, деленный на рост в метрах в квадрате (I=m/h2), он имеет размерность кг/м2, которую иногда опускают. Мы тоже будем в дальнейшем обходиться без нее. ИМТ от 18,5 до 24,9 соответствует нормальному весу, значения от 25 до 29,9 свидетельствуют об избыточном весе, а при ИМТ более 30 начинается ожирение. Оно может быть первой, второй и третьей степеней (ИМТ соот-

Магия буквы UЛюбимое занятие медиков и физиоло-гов — поиск разнообразных зависимо-стей, которые позволяют предсказывать риск возникновения болезней и их ве-роятный исход. А один из любимейших

Худ

ож

ни

к В

.Лю

ба

ро

в


23

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Европе и Америке. Если у американцев ожирение увеличивает частоту диабета минимум в 6—8 раз, то в Азии всего в 2,5—3 раза. Исследователи отмечают, что во многих азиатских странах люди худощавы и низкорослы и у них, воз-можно, другие нормативы ИМТ. Еще они упоминают, на сей раз между делом, что на точность исследования могла по-влиять разная чувствительность разных народов к инсулину: у индийцев, напри-мер, она довольно низка, а связь между ИМТ и диабетом в Индии и Бангладеш выражена сильнее, чем в других странах Азии. К тому же для оценки состояния здоровья жителей исследователи не обращались к медицинским докумен-там, а спрашивали самих людей, есть у них диабет или нет. В общем, как пишут обычно в доброй половине научных статей, окончательные выводы делать рано, необходимы дальнейшие иссле-дования, но, скорее всего, ИМТ нельзя считать показателем, универсальным для любого жителя планеты, слишком много дополнительных факторов при-ходится учитывать.

Дальше — больше. Появились дан-ные, согласно которым оптимальный ИМТ выше, чем принято считать. Одно из самых масштабных исследований в этой области провели американ-ские медики под руководством Кэтрин Флегель («Journal of American Medical Association», 2013, 309, 1, 71—82, doi: 10.1001/jama.2012.113905). Они проана-лизировали частоту смертей от разных причин при нормальном и избыточном весе и при ожирении у 2,88 миллиона человек, используя литературные дан-ные и данные медицинской статистики. Оказалось, что ожирение второй-тре-тьей степеней увеличивает вероятность умереть примерно на 30%, ожирение первой степени на нее не влияет, а люди с избыточным весом (ИМТ 25—30) умирают даже реже, чем люди с весом, который принято считать нормальным. Очевидно, понятие нормы нуждается в пересмотре.

Исследования, о которых шла речь выше, касались людей, предвари-тельно не отобранных по состоянию здоровья. Если же проанализировать влияние ИМТ на смертность среди больных, результаты получаются не-

ветственно 30—34,9; 35—39,9; >40). Такая градация возникла в результате многочисленных исследований влияния ИМТ на смертность и всевозможные бо-лезни. Между смертностью и ожирени-ем существует U-образная зависимость. При ИМТ более 30 и менее 18,5 смерт-ность возрастает, а при нормальном весе минимальна.

Показательны результаты работы 157 соавторов, которые исследовали связь ИМТ и смертности в 57 странах Восточной Европы и Северной Аме-рики («Lancet», 2009, 373, 1083, doi: 10.1016/S0140-6736(09)60318-4). Эти исследования охватили почти 900 ты-сяч человек, из которых за восемь лет от сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, болезней печени и почек, ново-образований, респираторных заболева-ний умерло 66,5 тысячи. Самую низкую смертность зафиксировали среди лю-дей с ИМТ 22,5—25. При дальнейшем увеличении ИМТ росла и смертность. При увеличении ИМТ на 5 кг/м2 смерт-ность возрастала примерно на 30%, в том числе от сосудистых заболеваний на 40%, от диабета, почечных и печеночных заболеваний на 60—120%, от ново-образований и других причин на 10%. Курение усугубляет эту зависимость. У страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями при ожирении второй степени (ИМТ 30—35) средняя выжи-ваемость сокращается на 2—4 года, а при 40—45 на 8—10 лет, что сравнимо с эффектом курения.

При ИМТ ниже 22,5—25 его связь со смертностью обратная, то есть чем меньше ИМТ, тем больше смертность, причем люди умирали главным обра-зом от респираторных заболеваний и рака легких. Эта зависимость также более выражена у курильщиков, не-смотря на то что потребление сигарет у людей с разными ИМТ примерно одинаково. В данной работе нижняя граница нормального веса (ИМТ 22,5) оказалась выше традиционного 18,5. Исследователи не берутся исчерпы-

Зависимость смертности от индекса массы тела имеет форму буквы U

вающим образом объяснить этот фе-номен, но предполагают, что он связан с курением. Тяжелые заболевания, вызванные этой привычкой, приводят к потере веса.

Подобных исследований много, их по-вторяли из года в год, менялась только величина выборки, а выводы оставались прежними. При этом исследователи не отрицают значения других антропо-метрических показателей, например окружности талии и отношения окруж-ности талии к обхвату бедер, но ИМТ считают самодостаточным диагности-ческим признаком. Соответственно из-менилось и отношение людей к своему телу. Это раньше полнота свидетель-ствовала о материальном благополучии и регулярном полноценном питании, доступном немногим. В словаре Оже-гова слово «здоровый» означает «силь-ный, большой, крепкий», а отнюдь не «ничем не болеющий». Худобу считали болезненной и некрасивой. Прошли те времена. Теперь в моде стройные тела, а полнота — признак нездоровья, не сейчас, так в недалеком будущем.

Плохое становится хорошим Несмотря на лавину фактов о влиянии избыточной массы тела на здоровье, специалисты продолжали активно ис-следовать ожирение и в конце концов доисследовались. В последние годы ясное обезжиренное небо затягивают облачка. Оказалось, что критерий ИМТ все-таки не абсолютен. То есть об этом и раньше знали, но в результате систе-матического перелопачивания много-численных статистических данных от-носительная прогностическая ценность ИМТ становится все более очевидной. Так, при его использовании необходимо учитывать возраст: чем старше человек, тем слабее связь между лишним весом и смертностью. Кроме того, этот по-казатель зависит от расы. В 2011 году международная группа ученых иссле-довала связь между диабетом и ИМТ у жителей Бангладеш, Китая, Индии, Японии, Кореи, Сингапура и Тайваня. Ученые обследовали 900 тысяч человек из разных стран и обнаружили, что связь между ожирением и диабетом в этом регионе выражена не так сильно, как в

РассЛедоВаНие

24

ожиданные. Доктор Цзинь-Сяо Цзэн из Медицинского колледжа Нацио-нального университета Тайваня 12 лет наблюдал за 89056 жителями острова, страдающими диабетом второго типа («Atherosclerosis», 2013, 226, 1, 186—92, doi: 10.1016/j.atherosclerosis). За это время от рака и осложнений диабета умерло почти 27 тысяч человек. По-вышенная смертность от диабета была связана с преклонным возрас-том, принадлежностью к мужскому полу, длительностью болезни, малым весом (ИМТ < 18,5). Избыточный вес и ожирение первой и даже второй степеней не вошли в число факторов риска, люди с высоким ИМТ умирали от диабета даже реже, чем пациенты с нормальным весом. Мы упоминали, что влияние ИМТ на смертность зависит от расовой принадлежности. Так вот, дан-ные, аналогичные результатам доктора Цзэна, получили несколько американ-ских исследовательских групп. В США, стране фастфуда и здорового образа жизни, исследования ожирения про-водят часто. Белые и афроамериканцы, больные диабетом, дольше жили при высоком ИМТ.

А вот Европа. Специалисты универ-ситетского колледжа Лондона исследо-вали связь между ИМТ и смертностью пациентов от сердечно-сосудистых заболеваний в Англии и Шотландии («Preventive Medicine», 2013, 57 , 12—16, doi.10.1016/j.ypmed.2013.02.012). Паци-енты с избыточным весом и ожирением субъективно чувствовали себя хуже, и сопутствующих заболеваний у них было больше. Однако они реже умирали от общих причин, чем пациенты, имеющие нормальный ИМТ (данные скорректиро-ваны с учетом пола, возраста, курения, физической активности и сопутствую-щих болезней).

Сердечно-сосудистые заболевания и диабет 2-го типа идут рука об руку. При диабете риск инфарктов и инсультов существенно возрастает. Больным диа-бетом часто советуют похудеть, но, как показали исследования специалистов Берлинской клиники «Шарите» («Interna-tional Journal of Cardiology», 2012,162, 20, doi: 10.1016/j.ijcard.2011.09.039), потеря веса в результате интенсивной диеты и физических упражнений улучшает ме-таболический статус пациентов, однако не снижает риск инфарктов и инсультов. Более того, у людей, которые страдали одновременно диабетом 2-го типа и сердечно-сосудистыми болезнями, по-теря 1% веса приводит к увеличению об-щей смертности в 1,13 раза. Возрастает также смертность от сердечно-сосуди-стых заболеваний, количество случаев госпитализации, инфарктов и инсультов. У больных, похудевших более чем на 7,5%, риск неблагоприятного исхода

Все эти данные свидетельствуют о том, что оптимальный ИМТ для боль-ных людей выше, чем для здоровых. U-образная зависимость смертности от ИМТ сохраняется, но у пожилых людей и хронических больных нижняя точка кривой смещается вправо. Вопреки расхожему мнению, избыточный вес, а иногда и ожирение первой степени защищают хронических больных, а по-худание приводит к ухудшению само-чувствия и повышенной смертности. Этот феномен, названный парадоксом ожирения, в сознании общественности укладывается с трудом, однако число аргументов в его пользу с каждым годом растет, как и число научных публикаций со словосочетанием «парадокс ожире-ния» в заголовке.

Жир жиру розньМы привыкли считать, что избыточный вес способствует расстройству обмена веществ и возникновению диабета, метаболического синдрома, атероскле-роза. Кто полон, тот болен или скоро заболеет. Оказалось, что это не так. Специалисты Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна (США) проанали-зировали данные медицинского обсле-дования 5440 взрослых американцев за 1999—2004 годы, обращая внимание на

возрос более чем вчетверо. Чаще всего от сердечно-сосудистых заболеваний умирают диабетики с ИМТ менее 22 и 22—25, меньше всех рискуют пациенты с ИМТ 30—35. Исследователи советуют не худеть резко, а вести здоровый об-раз жизни: следить за диетой, делать физические упражнения. У пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, которые следовали этому совету, риск умереть на 45—65% меньше, вне зави-симости от степени ожирения. Тучным людям трудно заниматься спортом, но даже минимальные усилия, 30 минут пешей прогулки в неделю или 15 минут физических упражнений, в том числе езды на велосипеде, уже давали за-щитный эффект.

Авторы работы ссылаются на резуль-таты клинических испытаний пиоглита-зона — препарата, который повышает чувствительность тканей к инсулину и снижает уровень сахара в крови. Медики проверяли, не снизит ли он у диабетиков частоту возникновения инфарктов и инсультов. Лекарство действительно по-могает, но имеет побочный эффект — от него полнеют. Пациенты, пополневшие от пиоглитазона, умирали от сердечно-сосудистых заболеваний реже, чем те, кто пиоглитазон принимал, но вес не набрал.

Большие значения ИМТ подразумевают ожирение и метаболические нарушения, вызывающие диабет, сердечно-сосудистые заболевания, рак и другие тяжелые болезни. Однако многие люди с большими запасами жира метаболически здоровы, а люди с нормальным ИМТ на грани заболевания

Мало жираМного мышцактивный образ жизниНормальная чувстви-тельность к инсулинуНормальный уровень глюкозы в кровиНизкий риск сердечно-сосудистых заболеваний

Подкожного жира боль-ше, чем висцеральногоактивный образ жизниНормальная чувствитель-ность к инсулинуНормальный уровень глюкозы в кровисредний риск сердечно-сосудистых заболеваний

Хронические заболеванияПотеря мышечной массы (саркопения)Малоактивный образ жизниУстойчивость к инсулинудиабетВоспалениеВысокий риск сер-дечно-сосудистых заболеванийВысокий риск онколо-гических заболеваний

Висцерального жира больше, чем подкожногоПотеря мышечной массы (саркопения)Малоактивный образ жизниПовышенная устойчи-вость к инсулинудиабетПовышенный уровень липидов в кровиВоспалениеВысокий риск сердечно-сосудистых заболеванийВысокий риск онкологи-ческих заболеваний

Нормальное сложениеМетаболическое здоровье

Нормальное сложениеМетаболические нарушения

ожирениеМетаболическое здоровье

смертностьожирениеМетаболические нарушения


25

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

признаки метаболических нарушений: давление, уровни триглицеридов, глю-козы и С-реактивного белка в плазме крови (С-реактивный белок — признак воспаления и инфекции), устойчивость к инсулину и уровень холестерина вы-сокой плотности, обеспечивающего переработку и выведение жиров из ор-ганизма («Archives of Internal Medicine», 2008,168(15),1617—24, doi: 10.1001/archinte.168.15.1617). Выяснилось, что у 51,3% людей с избыточным весом и 31,1% взрослых, страдающих ожире-нием, обмен веществ был в пределах нормы, а у 23,5% людей с нормальным весом исследователи обнаружили метаболические нарушения. Другими словами, человек может быть снаружи строен и здоров, а изнутри склонен к развитию ожирения и диабета.

На сегодня исследователи объясняют этот феномен несколькими причинами. Начнем с того, что запасание жира — это не патология, а нормальная за-щитная реакция организма. Мощная прослойка жировой ткани образуется только при постоянном избытке кало-рий, и не будь ее, нам пришлось бы пло-хо. Высокая концентрация свободных жирных кислот вызывает невосприим-чивость к инсулину в мышечной ткани и печени, подавляет секрецию инсулина, нарушает окисление и фосфорили-рование глюкозы и синтез гликогена. Чтобы этого не произошло, свободные жирные кислоты необходимо связать, они образуют эфиры с глицерином и в виде триацилглицеринов откладыва-ются в адипоцитах. Эти запасы могут быть весьма обширны, зато локализо-ваны почти исключительно в жировой ткани, не затрагивая сердце, печень и мышцы. И лишь когда возможности адипоцитов будут исчерпаны, липиды проникнут в эти органы и вызовут все вышеперечисленные симптомы, обра-зующие метаболический синдром. Так что адипозная ткань не просто склад жиров, но изолятор. По мере запасания жира адипоциты синтезируют гормон лептин, который регулирует аппетит и способствует окислению липидов в неадипозных тканях, а также другие биоактивные молекулы, регулирую-щие функции жировой ткани и синтез эфиров жирных кислот. Таким образом, образование жировой ткани скорее смягчает метаболические нарушения, вызванные хроническим перееданием, нежели усиливает их, поэтому большая часть жировых запасов относится к здоровым.

Здоровая адипозная ткань состоит из большого количества мелких жировых клеток. Она хорошо снабжается кро-вью и почти не имеет соединительных волокон. Уровень некроза адипоцитов в такой ткани невысок, поэтому не вы-

зывает воспаления. Но в некоторых случаях жировая ткань состоит из гипер-трофированных адипоцитов: их мало, они крупные и накапливают значительно больше жира. Скорость оборота липи-дов в такой ткани низкая, воспаление возникает чаще. Гипертрофия адипо-цитов при любом типе телосложения связана с неблагоприятным метаболи-ческим профилем.

Все вышесказанное относится к так называемому подкожному жиру. Кроме него есть еще жир висцеральный, он же абдоминальный, расположенный в брюшной полости. Его клетки выделяют факторы роста и воспаления, молекулы, влияющие на свертываемость крови и деятельность жировых клеток. Вся эта бурная активность приводит к диабету, повышенному содержанию свободных жирных кислот в крови и сердечно-сосудистым заболеваниям, так что висцеральный жир представляет собой уникальное депо патогенных молекул.

ИМТ не позволяет определить уро-вень висцерального ожирения, точно это можно сделать только с помощью компьютерной томографии. Однако ис-следователи пытаются разрабатывать другие, не столь затратные методы диа-гностики. Естественно, дополнительные отложения на животе не могут не ска-заться на фигуре. Американские медики Нир и Джесси Кракауэр предлагают использовать для определения висце-рального ожирения индекс формы тела (ИФТ), который учитывает не только вес и рост, но и окружность талии (ОТ) (PLoS ONE, 2012, 7, 7, e39504, doi:10.1371/journal.pone.0039504). Согласно их расчетам, ИФТ= ОТ/ ИМТ2/3 × h1/2. Об-хват талии измеряют в метрах, поэтому размерность ИФТ м11/6 кг –2/3 . Наблюдая в течение пяти лет за 14 000 взрослых людей, исследователи установили, что вероятность смерти с увеличением ИФТ возрастает экспоненциально, вне зави-симости от значений ИМТ.

По измерениям объема висцераль-ного жира можно составить более полное представление о метаболи-ческих рисках, однако и подкожный при этом не стоит сбрасывать со сче-тов. Американские медики под ру-ководством Каролин Фокс провери-ли, как связаны два типа ожирения с риском метаболических нарушений («Circulation», 2007, 116, 39—48, doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.106.675355). Они обнаружили, что висцеральное ожи-рение — более серьезный фактор риска, чем ожирение подкожное, особенно у женщин, но подкожный жир также вли-яет на большинство метаболических проблем. В частности, оба типа ожи-рения связаны с повышенным уровнем холестерина низкой плотности (который образует атеросклеротические бляшки)

в крови и метаболическим синдромом, а подкожный в большей степени влияет на развитие диабета.

И наконец, оценивая значение ИМТ в диагностике и его влияние на здоровье, нельзя забывать о том, что ИМТ вообще не показатель содержания жира в орга-низме, хотя его чаще всего используют именно в таком значении. Плотность мышечной ткани примерно в три раза выше, чем жировой, поэтому тучный человек и накачанный бодибилдер могут иметь одинаковый индекс.

Увлекшись проблемой ожирения, мы упустили из вида другой вопрос: почему повышенной смертности способствует низкий или даже нормальный вес? Воз-можно, пациентам просто не хватает жировых запасов. Многие хронические заболевания (и старение в том числе) сопровождаются резким сокращением массы тела, особенно скелетной му-скулатуры (саркопенией). А скелетные мышцы — место запасания глюкозы. Саркопения приводит к недостатку питания, нарушает чувствительность к инсулину, отрицательно влияет на здо-ровье сердечно-сосудистой системы и увеличивает смертность. У людей с до-статочными подкожными запасами эти процессы протекают гораздо мягче, жир подпитывает истощенных.

В результате десятилетий исследова-ния оптимального веса выяснилось, что это относительное понятие, которое не может служить надежным показателем состояния здоровья и риска смертности. Слишком много дополнительных факто-ров приходится учитывать: пол, возраст, расовую принадлежность, генетическую предрасположенность к различным на-рушениям, соотношение разных тканей в организме. Медики остро нуждаются в оборудовании, позволяющем опре-делять состав тела, жировые гормоны и другие биомаркеры, которые могли бы служить прогностическими признаками для диагностики ожирения и связанных с ним метаболических расстройств. Будем надеяться, что скоро исследо-ватели составят исчерпывающее пред-ставление о роли ожирения в болезни и здравии.

РассЛедоВаНие

26

Т

«В

Праздничные вопросы

Что для нас является важнейшим во время но-вогодних каникул? Угостить друзей чем-нибудь вкусным, самим поесть, нагуляться, согреться после прогулки и наконец-то выспаться. Из этого мы и исходили при выборе тем.

колебаний температуры среды. Точнее, температуру ядра тела — в холодную погоду кожа рук или носа становится прохладной, и ничего страшного в этом нет. Терморегуляция — многоуров-невая система, за поддержание температуры отвечают специ-ализированный центр в гипоталамусе, симпатическая нервная система и норадреналин, тиреоидные гормоны. А на уровне клетки важную роль играет так называемый разобщающий бе-лок 1 — UCP1, или термогенин. Разобщает он поток протонов че-рез мембрану митохондрии и синтез АТФ — при его появлении протоны текут по градиенту концентрации «даром», их энергия не запасается в химических связях, а выделяется в виде тепла, подогревая организм. Особенно значим этот процесс в клетках бурого жира, специализированной терморегулирующей ткани. Бурого жира много у младенцев, но есть он и у взрослых людей. Имеется он и у других млекопитающих, в особенности у тех, кто впадает в зимнюю спячку.

Группа швейцарских ученых недавно показала, что мышам (и нам, вероятно, тоже) помогает адаптироваться к холоду белок PER2. Этот белок — важнейшая деталь генных часов, генери-рующих суточные (циркадианные) ритмы в каждой клетке. Су-ществуют генетические тесты, ориентированные на аллельные варианты гена этого белка — Per2: с помощью таких тестов можно определить, «жаворонок» человек или «сова». Известно, что терморегуляция подчиняется суточным ритмам: мы спим, укрывшись теплым одеялом, а днем ходим по той же комнате в легкой одежде. Ученые заметили, что мыши с мутацией в Per2 сильнее страдают от холода, и заподозрили, что этот ген и его продукт влияют на работу UCP1.

Чтобы проверить это, мутантных и обычных мышей выдержи-вали при температуре 4ОС и низкой влажности, имитирующей зиму. Мышам выбривали шерсть на спинке и прикладывали к этому участку термометр, контролируя температуру кожи. И в самом деле, мутантные мыши, которых держали на холоде

польза!» Одни хозяйки стараются разъяснить гостям, в чем пре-имущества того или иного блюда, другие считают это дурным тоном: пусть еда сама себя хвалит. Между тем давно установлено, что восприятие пищи зависит от того, что нам о ней известно — о калорийности и содержании витаминов, о цене ресторанного блюда, о компании-производителе готового продукта. Очередной интересный эксперимент в этой области провели американские ученые. Они убедились, что мозг человека по-разному реагирует на вкус одного и того же напитка в зависимости от того, считает ли испытуемый этот напиток «лакомством» или «полезным».

В эксперименте участвовали люди среднего возраста, с раз-личными пищевыми привычками (от сторонников рационального питания до тех, кто ест все, что нравится) и разного веса. Им пред-лагали пробовать безалкогольные напитки, капая в рот пипеткой по полмиллилитра. Пипетка понадобилась потому, что активность мозга добровольца в этот момент фиксировали методом функ-циональной магнитно-резонансной томографии и шевелиться было нежелательно. Каждый участник выбирал среди нескольких низкокалорийных фруктовых напитков два самых вкусных, с его точки зрения. Потом ему говорили, что рецептура этих базовых напитков доработана и на основе каждого создан один еще более вкусный напиток и один — с повышенной пользой для здоровья. В следующей серии опытов, перед тем как человек пробовал напи-ток, он слышал голос, который говорил: «Вкусный» или «Полезный». На самом деле никаких изменений в рецептуре не было, напитки оставались теми же, что и в первой серии. Кроме того, испытуемых просили субъективно оценивать вкусы: насколько они приятны, на-сколько знакомы и насколько им хочется попробовать этот напиток еще раз. В качестве одного из контролей использовали сладкие молочные коктейли, которые голос всегда называл «вкусными». Исследователи предположили, что отклики мозга испытуемых на «вкусный» фруктовый напиток и на молочный коктейль будут более сходными, чем в паре «полезный напиток — молочный коктейль».

Так и оказалось: определенные участки гипоталамуса и среднего мозга пациента реагировали сильнее на «вкусное»: и на молочные коктейли, и на низкокалорийные напитки, названные «вкусными». Интересно, что субъективно они вкуснее не стали: поговорка «Сколько ни кричи “халва”, во рту слаще не будет» на этот раз подтвердилась. Однако авторы статьи предполагают, что реакция мозга на словесные характеристики продукта подготавливает из-менения в метаболизме. Подобные факты были известны и ранее: например, чем более калорийным считает человек предложенный ему напиток, тем быстрее падает концентрация «гормона голода» грелина у него в крови. Таким образом, знать, что мы едим, все-таки важно, точная информация о качествах торта или салата помогает организму наилучшим образом усваивать пищу. Согласно данным, полученным в других экспериментах, на описания еды реагируют не только гипоталамус и средний мозг, но и другие участки: мин-

еплокровные существа, в том числе люди, поддер-живают температуру тела постоянной независимо от

редно для талии, но вкус необыкновенный, возьмите кусочек!.. В салатике орехи и тертое яблоко, сплошная

далина, вентромедиальная префронтальная кора, островковая доля. Авторы предполагают, что причина, по которой они не уви-дели отклика в этих зонах, — особая организация эксперимента, например тот факт, что испытуемые реагировали только на вкус, а не на вид напитков.

Остается добавить, что ни полнота, ни пищевые привычки добро-вольцев не влияли на результаты, перечисленные выше. Однако у более полных людей на предложение «вкусного» активнее реаги-ровала префронтальная кора мозга, ответственная за сложные по-веденческие функции, в том числе за эмоции и принятие решений.

Maria G. Veldhuizen et al. Verbal descriptors influence hypothalamic response to low-calorie drinks. «Molecular Metabolism», 2013, 2, 3, 270—280, doi: 10.1016/j.molmet.2013.06.004


27

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

К

Те

ма

тич

ес

ки

й п

ои

ск

ТемаТический Поиск

Выпуск подготовилие.клещенко, с.Фролова

исковика в Интернете, заваривает кофе и готовится к сессии. Много есть баек про веселых студентов, которые за трое суток до экзамена впервые видят конспект, сдают на пятерку, а еще через три дня все забывают. Происходит это, скорее всего, по-тому, что для долговременного запоминания — консолидации памяти — необходим сон.

Сейчас ученые полагают, что свежие воспоминания именно во время сна перемещаются из гиппокампа — парной структу-ры мозга, особо важной для памяти, — в другие участки. Это не копирование файла, а скорее перезапись с редактирова-нием: отдельные фрагменты исчезают, добавляются пометки. Нарушения сна, например, возрастные или при психических заболеваниях, часто сопряжены с нарушениями памяти.

Раньше внимание исследователей особенно привлекала фаза быстрого сна (REM, от rapid eye movement — быстрые движения глаз), во время которого электрическая активность мозга напоминает картину бодрствования. Предполагалось, что это фаза не только сновидений, но и консолидации па-мяти. Однако сейчас выяснилось, что обработка «файлов памяти» происходит и в другие фазы (кстати, и сны мы видим не только во время REM). Особенно важной для запоминания сейчас считается медленноволновая фаза, или третья фаза

то-то в первые дни января отсыпается, а кто-то, наоборот, раскрывает учебники, тетради, окно по-

дольше двух часов, остывали быстрее нормальных сородичей, а через восемь часов разрыв достигал пяти градусов! У мышей брали образцы межлопаточного бурого жира и изучали актив-ность генов, белки, регулирующие эту активность, и биохими-ческие изменения.

Ученым удалось показать, что при охлаждении организма ген Per2 активируется белком HSF1. Сокращение означает heat shock factor — фактор теплового шока, но он же организует ответ организма на холодовой стресс, и теперь мы знаем, что он при этом вмешивается в работу биологических часов. Синтезируется белок PER2, действующий двумя путями: во-первых, через рецептор клеточного ядра он включает ген белка UCP1, во-вторых, способствует синтезу другого белка, который переносит в митохондрию жирные кислоты, необходимые для активации UCP1. Таким образом, один и тот же белок суточного ритма и активирует производство термогенина, и обеспечива-ет его функционирование! В этом процессе, как выяснилось, участвует и другой компонент клеточных часов — белок BMAL1. Поэтому если вас позвали на утреннюю прогулку и вам холодно, постарайтесь поскорее проснуться, а подогрев наш внутренний таймер включит сам.

Sylvie Chappuis et al. Role of the circadian clock gene Per2 in ad-aptation to cold temperature. «Molecular Metabolism», 2013, 2, 3, 184—193, doi: 10.1016/j.molmet.2013.05.

медленного сна, — может быть, именно про эту фазу говорят «десятый сон видит». Опыты на животных показывают, что их мозг генерирует медленные волны, когда активны участки гиппокапма и животное вспоминает либо видит во сне не-давно пережитые события.

У детей медленноволновый сон продолжительнее, чем у взрослых, и память у молодых, как известно, лучше. В этом году было опубликовано сообщение исследователей из Германии и Швейцарии под руководством Яна Борна, пока-завших прямую связь между этими фактами. Исследователи давали детям 8—11 лет и взрослым коробочки, кнопки на них подсвечивались по очереди: ту, которая засветилась, надо было нажать как можно быстрее. Половина детей и взрослых тренировалась вечером перед сном, другая половина — утром. Через 10—12 часов тех и других просили вспомнить последовательность кнопок. При этом так называемое неяв-ное знание превращается в явное — человек может описать действия, которые во время тренировки, возможно, выполнял не думая. Выспавшиеся дети с блеском превзошли больших, хотя, казалось бы, систематизация знания — преимущество зрелого ума. Спавшие взрослые справились лучше не спав-ших, а вот между не спавшими взрослыми и детьми особой разницы не было. Судя по собранным данным, причина в том, что у детей фаза медленноволнового сна вдвое про-должительнее, а активность гиппокампа во время попыток вспомнить — выше. Впрочем, исследователи не исключают, что взрослые, которые хорошо спят, тоже могут похвастаться отличной памятью (и дело тут не в продолжительности сна, а в соотношении фаз).

Сон необходим не только для сложной обработки инфор-мации, но и для «технического обслуживания» нашего борто-вого компьютера. Недавно исследователи из США показали в прямых экспериментах на живых мышах, что во время сна мозг очищается от побочных продуктов активности нервной ткани, накопившихся во время бодрствования.

Короче говоря, предмет, который должен вам пригодиться в дальнейшей жизни, нужно учить в семестре. Зубрить ночью вместо сна не только вредно, но еще и бесполезно.

Ines Wilhelm et al. The sleeping child outplays the adult's capacity to convert implicit into explicit knowledge. «Nature Neuroscience», 2013, 16, 4, 391—393, doi: 10.1038/nn.3343.Lulu Xie et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. «Science», 2013, 342, 6156, 373—377, doi: 10.1126/science.1241224.

28

Сенсоры вкусаА.А.Бондарев

1 Глицирризин, внизу — сахароза

2Фенилтиокарбамид

Еда предлагает нам практически не-ограниченное разнообразие вкусов, запахов, текстур. Когда мы едим что-то вкусное, то даже не задумываемся, что в этот процесс вовлечены несколько сенсорных систем, которые сложно взаимодействуют между собой на ре-цепторном уровне и на уровне высшей нервной деятельности.

Четыре, пять или больше?Вкус в узком и прямом смысле — то, что воспринимают рецепторы во рту, распознающие разные химические со-единения. Мы можем посмеиваться над древними представлениями о шести вкусах (как в аюрведе, включая жгучий и вяжущий) или о восьми (как у Аристо-теля, включая жирный и едкий). В ХIХ веке ученые пришли к выводу, что вкусов четыре: сладкий, соленый, кислый и горький. Правда, позже оказалось, что их все-таки пять. Это три вкуса, а точнее, три типа рецепторов, связанных с обна-ружением крупных молекул, — сладкий, горький и умами, и два, связанных с об-наружением ионов, — соленый и кислый (см. «Химию и жизнь», 2010, № 10). Наш язык покрыт тысячами сосочков разной формы, которые содержат вкусовые почки. Каждая почка несет на себе свой набор белковых комплексов — вкусовых рецепторов, благодаря им мы и ощуща-ем вкус. Сейчас под подозрением еще несколько вкусов — например, вкус жира или углекислого газа. Существуют ли для них специфические рецепторы, покажет время.

Каким образом объективные хими-ческие свойства молекул и механизмы распознавания связаны с субъективным восприятием вкуса? Возьмем сладкий вкус. Его вызывают простые углеводы: моно- и дисахариды. К первым отно-сятся глюкоза и фруктоза, ко вторым — сахароза, мальтоза и лактоза. Все эти молекулы — идеальные поставщики энергии для нашего организма, отсюда, видимо, и биологические предпосылки любви к сладкому вкусу. Но сладкий вкус вызывают и совсем другие химические группы веществ, при этом субъективное ощущение сладости иное. По-другому

ощущается интенсивность вкуса, другое послевкусие, побочные тона. Глицир-ризин в лакрице — отличный пример. Сладкий вкус, да, но другой сладкий, навязчивый, совсем не похожий на привычную нам сахарозу. Аспартам в газированных напитках, набирающая популярность стевия и другие замените-ли сахара также обладают послевкуси-ем, не свойственным сахару. Можно ли все эти вкусы охарактеризовать одним словом «сладкий» или же надо говорить о разных сладких вкусах?

Удивительно схожи рецепторы вкуса умами и сладкого. Рецептор умами со-стоит из двух белков TAS1R1-TAS1R3, а рецептор сладкого — из того же TAS1R3 и второго белка, TAS1R2. Рецепторы сладкого настроены на широкий спектр веществ, и разница во вкусе получается из-за характера взаимодействия моле-кулы и рецептора. Известно также, что для определения сладких «неуглеводов» (пептидов, заменителей сахара) и низ-ких концентраций сахаров необходимо присутствие обоих белков TAS1R2 и TAS1R3 в рецепторе, а очень высокие концентрации сахаров могут детекти-роваться только одним белком TAS1R3.

же, вызывающих горький вкус, огром-ное количество — не меньше десяти тысяч. Понятно, что каждый конкретный рецептор реагирует не избирательно, а на широкую группу веществ, а одно вещество может вызывать ответ у раз-ных рецепторов. Но интереснее другое. Рецепторы горького вкуса неравномер-но распределены по вкусовым клеткам: каждая из них содержит несколько типов рецепторов, однако не все 25, следо-вательно, каждая конкретная молекула активирует далеко не все вкусовые клет-ки, а некоторые молекулы активируют только один рецептор. Это теоретически позволяет построить рецепторную карту языка для разных горьких молекул, ко-торые взаимодействуют по-разному и с разными участками языка, хотя и объ-единяются общим понятием «горького вкуса». Или все-таки надо говорить и о нескольких горьких вкусах?

Восприятие горького действительно различается — некоторые ощущения горького сильные, но короткие, другие слабые, но продолжительные. Некото-рые вещества горьки для одних людей и безвкусны для других. Фенилтиокарба-мид — одно из таких веществ, его иногда используют для выявления так называ-емых супердегустаторов, то есть людей с повышенной чувствительностью к горькому и соответственно повышенной концентрацией вкусовых рецепторов.

Вкус умами обладает еще более странным свойством. Классический умами — это реакция на глутамат — ани-он глутаминовой кислоты (и, вероятно, еще на анион аспарагиновой кислоты). Однако существует класс соединений, которые могут усиливать вкус умами, — это вещества из группы 5’-рибо-нуклеотидов (инозинмонофосфат, гуанозинмонофосфат). Если добавить к глутамату совсем немного любого из этих веществ, то интенсивность вкуса увеличивается в разы, при этом сам по себе инозинат не вызывает вкуса умами.

Ситуация с горьким вкусом еще слож-нее. У человека обнаружено 25 генов, ко-дирующих разные рецепторы горького вкуса семейства T2R, и соответственно 25 типов рецепторов горького. Молекул


29

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

ЕдА по-нАуЧному

Это свойство, кстати, широко исполь-зуется в пищевой промышленности, в производстве чипсов например.

Кислый и соленый — это, по сути, ион-ные вкусы: рецепторные клетки опре-деляют присутствие ионов водорода для кислого вкуса и предположительно ионов хлора и щелочных металлов для соленого. Предположительно — потому что до сих пор нет полной уверенности, какие из обнаруженных рецепторов ответственны за распознавание соле-ного вкуса у человека. Судя по всему, на любые соли рецепторы реагируют одинаково, а разница в их вкусе вызвана тем, как они действуют на рецепторы других вкусов (например, соли калия — на рецепторы горького).

Есть вещества, способные изме-нять вкусовые ощущения. Например, миракулин — гликопротеин, который содержится в ягодах африканского вечнозеленого кустарника Synsepalum dulcificum. Сам по себе миракулин без-вкусен, но он прочно, на час и дольше, связывается с рецепторами сладкого и выступает как их антагонист, блокируя связывание других сладких молекул с рецептором, — то есть в это время сладкое чувствуется хуже. Однако кон-формация миракулина зависит от кис-лотности среды. При ее повышении он меняет свое расположение в рецепторе, вызывая его ответ — иными словами, ощущение сладости. Интересно, что на рецепторном уровне кислота должна действовать и на рецепторы кислого, тем не менее на уровне высшей нервной обработки сигналы о кислотности ока-зываются подавлены, и мозг ощущает кислые вещества именно сладкими, а не кисло-сладкими. У другого белка со схожим свойством, куркулина, конфигу-рация тоже зависит от pH, но иначе — в отличие от миракулина он и при обычных значениях pH имеет сладкий вкус. После употребления в пищу плодов, содер-жащих куркулин, сладкими кажутся не только кислые растворы, но и вода.

Еще одно интересное взаимодей-ствие — это подавление горечи со-леным. Эффект проявляется уже при субпороговых концентрациях соли,

3Инозинмонофосфат и глутаминовая кислота

когда она практически не ощущается. Значит, это не просто перекрытие од-ного вкуса другим, а более сложное взаимодействие.

Запах — это тоже вкусПерейдем к аромату и обонянию. То, что на бытовом уровне ощущается как вкус, это в большой степени аромат. Причем аромат ретроназальный (задненёбный) — он ощущается, когда молекулы лету-чих компонентов пищи изо рта попадают в носовую полость с потоком воздуха. Там расположены обонятельные рецеп-торы. В отличие от классических вкусов число ароматов, воспринимаемых нами, если не бесконечно, то огромно.

Здесь мы сталкиваемся еще с одним мифом: «Человек полностью утратил способность воспринимать инфор-мацию с помощью обоняния, место которого заняло зрение». Это вполне справедливо для обычного обоняния — ортоназального, мы им не так активно пользуемся, как многие другие живот-ные. Но роль ретроназального обоняния сильно недооценена. Подумайте сами: если оно не играет никакой роли в жизни человека, зачем тогда огромная точ-ность и избирательность обонятельной системы? Мы способны различать мо-лекулы, отличающиеся одним атомом или расположением двойной связи, мы различаем по запаху изомеры. Класси-ческий пример — энантиомеры (то есть зеркальные стереоизомеры) карвона: форма R — это аромат мяты, а форма S — аромат тмина. Распознавание на клеточном уровне, очевидно, спец-ифично к хиральности, тем более что пример карвона далеко не единствен-ный. Существует множество ароматных веществ, чьи энантиомеры имеют либо различные запахи (иногда они разли-чаются несильно), либо разные пороги восприятия.

Зачем нам целое семейство генов, кодирующих обонятельные рецепторы, с почти 400 представителями? Они позволяют различать десятки и сотни тысяч ароматов. Объективно количество рецепторов и площадь поверхности обонятельного эпителия у людей дей-ствительно меньше, чем у хищников или у экспериментальных мышей. А количе-ство активных рецепторов снижается в эволюционной линии от приматов к человеку. Но ключевое отличие в том, какое обоняние используют животные и человек.

Мы можем предполагать, что ретрона-зальные ощущения играют у животных значительно менее важную роль. Чело-век разумный сумел придать обонянию новое качество: изобрел тепловую обра-ботку и освоил искусство ферментации, развил концепцию вкусной и невкусной

еды, а затем и гурманства. Социализа-ция человека происходит за обеденным столом, да и роль кулинарии в эволюции нашего вида не подлежит сомнению (на этот счет есть множество гипотез, одна из них — что тепловая обработка по-зволила получить доступ к питательным веществам, которые иначе бы не усвои-лись и которые можно было пустить на рост и питание мозга).

Между тем о молекулярном механиз-ме распознавания ароматов известно еще меньше, чем о механизме вкуса. Недаром в 2004 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили Ричарду Акселу и Линде Бак именно за исследования обонятельной системы. В частности, они высказали предположение, что в ней работает комбинаторный метод распознавания ароматов — он позволяет с помощью сотен разных рецепторов распознать бесконечное число запахов. Каждый ре-цептор реагирует на несколько веществ, а каждое вещество вызывает ответ у нескольких рецепторов. Сигналы от них поступают в особую структуру мозга — обонятельную луковицу, но сигналы от разных типов рецепторов не смеши-ваются, и вся картина взаимодействия «рецептор—молекула» передается на уровень высшей нервной деятельности. Такой механизм позволяет обойтись несколькими сотнями рецепторов: ведь если для каждого предположить только бинарное состояние «включен-выключен», то уже для 400 рецепторов получим 2400 вариантов состояний, или 10120 потенциально различных ароматов.

Что касается деталей взаимодействия молекул с рецепторами, то пока ученые предлагают скорее набор идей, не-жели подробное описание. Считается, что важна не столько геометрическая форма молекулы, сколько распределе-ние электронной плотности, наличие и расположение гидрофильных и гидро-фобных групп.

До сих пор появляются работы по маргинальной теории распознавания запахов, которую продвигают биофи-зик и парфюмерный критик ливанского происхождения Лука Турин и его по-следователи. Объяснение, которое они предлагают, маловероятно, однако пока не отвергнуто: обонятельные рецеп-

30

торы якобы детектируют спектр моле-кулярных колебаний вещества через механизм неэластичного электронного туннелирования, существующего как физическое явление, но не наблюдаю-щегося в живых организмах. По крайней мере, эта теория сыграла свою попу-ляризаторскую роль — она привлекла внимание широкой публики к научным вопросам распознавания ароматов.

Для разных молекул различаются и пороги восприятия, причем разброс до-стигает десяти порядков (не будем вда-ваться в подробности, заметим лишь, что помимо концентрации вещества надо учитывать среду, летучесть, пар-циальное давление и т. п.) Пара-мент-1-ен-8-тиол с ароматом грейпфрута имеет пороговую концентрацию различения 10-7 ppm (частей на миллион — доста-точно одного грамма на 10 миллионов литров воды, чтобы почувствовать этот аромат. А порог для этанола — 100 ppm (необходимо в миллиард раз больше молекул, чем для предыдущего веще-ства). Рекордсмен же, по всей види-мости, — один из изомеров винного

4Винный лактон

5Самый тяжелый мускус

первичных ароматов позволяет как-то классифицировать то невероятное разнообразие запахов, с которым мы сталкиваемся. Ведь, как известно, клас-сификация — это путь к пониманию. Все цитрусовые ароматы похожи между со-бой, однако не похожи на карамельные. С другой стороны, обе эти группы ближе друг к другу, чем к группе серосодержа-щих ароматов, и так далее. Имеет ли эта идея какой-то биологический смысл? С учетом комбинаторной теории обо-нятельных рецепторов существование молекул, избирательно действующих на один-единственный рецептор, — вполне разумное предположение. Существуют и косвенные подтверждения для него.

В первую очередь это генетически об-условленные избирательные аносмии. Есть люди, у которых отсутствует чув-ствительность к определенному запаху при нормальном восприятии других. Самый известный пример — андро-стенон (5-альфа-андрост-16-е-5-он). Благодаря генетическим вариациям обонятельного рецептора OR7D4 люди по-разному воспринимают запах этого вещества, содержащегося в поте и моче человека. Большинство находит его неприятным, подобным запаху старой мочи, но часть популяции (доли различаются для мужчин и женщин) не чувствует его совсем либо восприни-мает как сладкий и ванильный. Другой пример — ароматы мускуса, к которым избирательные аносмии настолько часты, что в парфюмерии приходится использовать смесь мускусов — только при этом условии композиция будет для всех покупателей такой, как ее задумал автор, и мускусную ноту ощутит каждый.

С другой стороны, если существуют первичные ароматы, то должны быть возможны обонятельные иллюзии: смесь нескольких первичных ароматов может действовать на рецепторном уровне так же, как совсем другая мо-лекула. Судя по всему, в повседневной жизни обонятельных иллюзий не наблю-дается, хотя есть не вполне достоверные данные, будто определенная смесь R-карвона (мята) с нонанолом (цитрус) пахнет так же, как L-карвон (тмин).

Другая попытка как-то сгруппировать ароматы использует чисто статистиче-ские подходы и словесные описания. В одной из недавних работ, таким

образом, получилось десять групп: ароматный, древесный, фруктовый, хи-мический, мятный, сладкий, попкорна, лимонный, едкий и запах разложения, хотя любой из нас легко придумает одиннадцатую самостоятельную группу (ну, например, ароматы травы и свежей зелени).

обжигает, щиплет и вяжетВернемся от парфюмерии к питанию.

6Энантиомеры карвона

Первый этап пищеварения происходит во рту при жевании, ведь это не только механическая переработка пищи, но и частично ферментная. Уже на этом этапе происходят химические превращения, влияющие на аромат. Во-первых, из-за разницы температур и механического измельчения меняются концентрации молекул в еде, меняются и запахи, кото-рые мы вдыхаем через нос и в ретрона-зальном потоке. Во-вторых, происходят химические реакции. К примеру, 2-фу-ранметантиол с ароматом обжаренного кофе склонен к быстрому окислению, что неизбежно меняет аромат кофе во рту по сравнению с ароматом в воздухе, а сложные эфиры с фруктовыми арома-тами быстро разрушаются ферментами слюны. В-третьих, высвобождаются ароматические молекулы, связанные с неароматической базой — жирами, белками, углеводами.

Вкусовые и обонятельные рецепторы — это еще не все сенсорные системы, которые позволяют нам ощутить вкус пищи. Необходимо также учитывать ин-нервацию тройничного нерва, а именно такую сенсорную систему, как темпера-тура/боль. Влияние температуры пищи очевидно, но есть целая группа веществ, воздействующих на тепловые рецеп-торы как неспецифические агонисты и вызывающих ощущение жжения или холода. Например, молекулы, действу-ющие на рецепторы TRPV, — капсаицин и его родственники, а также пиперины в черном перце. К тому же типу можно отнести вещества, действующие на рецепторы TRPA1, — изотиоцианаты хрена, редьки и горчицы. Изотиоци-анаты еще и летучие, поэтому они действуют также на рецепторы в носу, вызывая жжение. Обратный эффект вызывает ментол, активирующий холо-довые рецепторы TRPM8. Покалывание углекислоты в газировке — это воз-действие на болевые рецепторы, хотя точный его механизм еще не до конца

лактона с порогом 10-8 ppm (грамм на 100 миллионов литров воды).

Иногда одно вещество почти полно-стью определяет аромат, как бензаль-дегид в горьком миндале, но чаще ароматы еды создают сложные смеси индивидуальных веществ — между со-бой взаимодействуют десятки или сотни компонентов. Причем из-за большого разброса порогов восприятия для раз-ных веществ даже низкая концентра-ция пахучей составляющей в продукте может сильно повлиять на результат. Известный пример — индол: он имеет фекальный запах, но в небольших кон-центрациях это непременный компонент ароматов жасмина и сливочного масла.

Чтобы попасть на обонятельный эпи-телий, вещество должно быть летучим, а порог летучести для комнатной темпера-туры находится в районе молекулярной массы 300 граммов на моль. Самое тяжелое летучее вещество, найденное на сегодня, — это один из мускусов с массой 324,5 г/моль.

До сих пор остается нерешенным во-прос о существовании первичных аро-матов, то есть молекул, действующих на единственный тип обонятельного рецептора. И пока не будут расшиф-рованы структуры каждого рецептора и полностью выяснены механизмы взаимодействия «рецептор — молеку-ла», этот вопрос будет открытым. Идея


31

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

понятен. Предполагают, что ключевым здесь является действие углекислоты как вещества, а не пузырьков. Многие вещества при высокой концентрации вызывают и боль, например уксусная кислота и этиловый спирт. Разница с бо-лью настоящей — только в субъективных ощущениях, ведь мы воспринимаем эту боль не как что-то негативное, а как еще одно сенсорное разнообразие в еде, то есть дополнительный компонент вкусо-вого ощущения.

Другие вещества действуют на меха-норецепторы, вызывая онемение. Таков, например, гидрокси-альфа-саншоол в сычуанском перце. На рецепторном уровне саншоол взаимодействует с механорецепторами, чувствительными к легкому прикосновению (их называют тельцами Мейснера), и его действие неотличимо от действия механических колебаний с частотой 50 Гц.

Но и это еще не все. Для полноценно-го восприятия еды важна ее текстура. Текстура пищи — сложное понятие, затрагивающее самые различные ощу-щения (давление, величина кусочков и т. п., какие усилия жевательных мышц и в какой последовательности нужно при-ложить), слух (хруст печенья или хлеб-ной корочки), взаимодействие молекул пищи со слюной и т. п. Если вдуматься, то текстуры часто более важны, чем ароматы и вкусы. Например, для круп или мяса мы готовы к широкой вариации аромата продукта и его интенсивности, но текстура должна быть совершен-но определенной, чтобы блюдо было вкусным или даже просто съедобным. Недаром работа с текстурами — люби-мый трюк приверженцев так называе-мой молекулярной гастрономии, когда блюдо имеет привычные ароматы, но непривычные текстуры.

Для описания текстур существует несколько десятков терминов, русские эквиваленты которых иногда тяжело подобрать. Чаще всего это бытовые тер-мины, а не строго научные, и на разных языках они звучат по-разному. «Кремо-вый» присутствует во всех языках. Зато только в японском существует несколько терминов для описания «хрустящий». Сопоставить субъективные описания текстуры с объективными механически-ми, структурными и химическими свой-

7Гидрокси-альфа саншоол

ствами продукта — задача пищевых наук и физиологии. К примеру, за вяжущим ощущением, которое мы испытываем от чая или незрелых фруктов, стоит взаимодействие танинов с белками слюны, нарушающее ее смазывающие свойства. Отсюда сухость и «шерша-вость» во рту.

До сих пор мы описывали в основном первичные каналы обработки информа-ции — на рецепторном уровне. Однако не менее важно то, что с ней происходит на уровне высшей нервной деятель-ности. Учитывая ограниченность наших знаний о работе мозга и огромную сложность процессов, приведем лишь несколько примеров без детального объяснения.

Порог различения аромата или его субъективная сила могут снижаться при одновременном воздействии вкуса. Причем для европейцев это сладкое, а для японцев умами. К примеру, аромат миндаля европеец узнает значительно быстрее, если ему дать что-то сладкое в этот момент, хотя концентрация ду-шистого вещества не повысится. Для японцев сладость не влияет на субъек-тивное ощущение аромата, зато порог идентификации миндального аромата снижает глутамат, и наоборот.

Целый ряд исследований демон-стрирует, что субъективные ощущения вкуса и запаха имеют мало общего с объективными (к счастью, не всегда). Характерный пример — дегустация вина. Чем вино дороже, тем более при-ятным и комплексным (то есть имеющим сложный многокомпонентный аромат) оно кажется. В большинстве случаев это объективно (уникальный и редкий терруар, выдержка и т. п.). Но иногда достаточно одному и тому же вину при-писать различные стоимости, и удоволь-ствие будет пропорционально цене. Что самое интересное — функциональная магнитно-резонансная томография мозга показывает, что человек действи-тельно испытывает это удовольствие, а не пытается сознательно себя убедить.

Нельзя недооценивать роль зрения, особенно цветового. Опять возьмем для примера вино. Ученые любят предлагать винным дегустаторам белые вина, под-крашенные красным, чтобы выяснить, как цвет влияет на вкус и запах. Как пра-

вило, белые вина описывают в терминах цветов, цитрусовых, тропических фрук-тов, минералов. Но стоит покрасить их в красный цвет, и дегустаторам начинают мерещиться слива, вишня, ежевика.

Не будем забывать, что еда — не толь-ко наслаждение, но в первую очередь источник топлива и необходимых для организма веществ. Аппетит, перееда-ние, диеты, болезни, метаболизм — все это также нужно учитывать, если мы хотим понять сенсорную физиологию. И конечно, важны персональные воспо-минания и культурный фон нашей жиз-ни. Сладкий, ароматный, питательный фрукт должен быть по всем параметрам идеальной едой, но если человек попро-бовал его впервые накануне болезни, то в дальнейшем от одного упоминания этого фрукта его может тошнить. А кофе и пиво, при всей нашей эволюционно за-крепленной нелюбви к горьким вкусам, стали любимыми напитками у большой части населения земного шара.

Итак, можно с уверенностью сказать: не стоит опасаться, что еда перестанет приносить новые чувственные ощу-щения. Независимо от того, привыкли ли вы воспринимать вкус (в широком смысле слова) как нечто цельное или же предпочитаете, как винные дегустаторы, разделять вкусы, ароматы и текстуры на составляющие, всегда найдутся новые впечатления и неожиданные взаимо-действия.

Что еще можно почитать о научной гастрономииPeter Barham et al. Molecular Gastron-omy: A New Emerging Scientific Disci-pline. «Chemical Reviews», 2010, 110, 4, : 2313—2365.

Gunther Ohloff, Wilhelm Pickenhagen, Philip Kraft. Scent and Chemistry, Wi-ley-VCH, 2012.

Крис Смит. Биология сенсорных си-стем. Бином. Лаборатория знаний. 2005.

David Rowe. Chemistry and Technology of Flavours and Fragrances. Blackwell, 2004.Gordon M. Shepherd. Neurogastronomy: How the Brain Creates Flavor and Why It Matters. Columbia University Press, 2011.

ЕдА по-нАуЧному

32

Сурьма: факты и фактикиКто открыл сурьму? Имя первооткрывателя назвать затруд-нительно, поскольку этот элемент известен с глубочайшей древности. Например, в Вавилоне еще пять тысяч лет назад из нее делали сосуды. Зачем — неясно, но в Средневековье выдержанное в сурьмяном сосуде вино служило лекарством: оно вызывало рвоту.

Вредна ли сурьма? Да, но не слишком, примерно в той же степени, что и другие тяжелые металлы. Так, по данным ВОЗ, ее ПДК в воде составляет 5 мкг/л, что в два раза меньше, чем у меди, которая, кстати, входит в число необходимых для жизни элементов. Сравнение не случайно: сурьма — непременный спутник меди, а также серебра и платины. Поэтому места добычи и переработки этих металлов всегда загрязнены сурьмой, в частности она распространяется с дренажными водами, откачиваемыми из шахты. Наибольшей биологической активностью обладает трехвалентная сурьма, но в загрязненных ею почвах существует целое сообщество микроорганизмов, которые питаются такой сурьмой и пре-вращают ее в гораздо менее активную пятивалентную. Счи-тается, что, стимулируя рост этих микробов, можно ускорить очистку почв в районах медных приисков.

Обладает ли сурьма целебными свойствами? Да, она входит в состав лекарства, которое до недавнего времени было единственным средством борьбы с лейшманиозом — паразитарной инфекцией. Ее разносят самки москитов в Африке, Южной Азии, а также на юге Франции. Однокле-точный паразит, поселившись в клетках иммунной системы млекопитающего — макрофагах, — избегает уничтожения, и на коже в месте укуса появляются язвы, которые в лучшем случае заживают в течение года, оставляя уродливый шрам. В худшем же язвы начинают образовываться на слизистой оболочке носа и рта и даже поражают внутренние органы, вызывая лихорадку, причем возможен и смертельный ис-ход. Долгие годы главными средствами борьбы с болезнью были меглюминантимонат и стибоглюконат натрия — в обоих содержится пятивалентная сурьма. Механизм их действия так и остается неясным. Сейчас у лейшмании, поражающей слизистую и внутренние органы, развилась устойчивость к сурьме, правда, она зависит и от места, и от вида комара. На помощь пришли препараты без сурьмы, как ни странно, изначально предназначенные для борьбы с грибками, — ке-таконоцол и амфотерисин Б.

Как зовут сурьму? Поскольку это один из древнейших из-вестных человеку элементов, в каждом языке у него свое имя. Греческое слово «стими» или «стиби» (есть разные версии написания, а в современном греческом языке звук «б» передается сочетанием букв «мю» и «пи»), приведшее к латинскому стибиуму и обозначению в таблице Мендееева Sb, исходно обозначало самый распространенный минерал этого элемента — сурьмяный блеск Sb

2S

3. В западноевро-

пейских языках сурьму со времен Средневековья называют «антимониум». Официально считается, что такое название дал монах-алхимик Василий Валентин, впервые описавший методы ее получения и свойства. Однако острослов Ярослав Гашек в свое время предложил версию, согласно которой

сурьму назвал антимониумом отец Леонард из Штальгаузен-ского монастыря, потравивший по незнанию этим элементом братию: «анти мониум» можно перевести как «средство от монахов» (см. «Химию и жизнь», 1968, № 9). Считается, что русское имя этого вещества происходит от обычая сурьмить брови, то есть красить их черной краской. Делать это можно разными способами, в том числе и препаратом на основе толченого сурьмяного блеска. Не так давно была высказана мысль, что в Древнем Египте черный свинцовый карандаш применяли отнюдь не в декоративных целях, а для борьбы с глазными болезнями. Возможно, и брови сурьмили по этой же причине: если вместо сурьмяных препаратов в борьбе с лейшманиозом можно применять противогрибковые, то по-чему бы не быть справедливым и обратному? Кстати, тюрки также сурьмили брови: у них эта процедура называлась «сюр-ме». Впрочем, можно встретить мнение, что на фарси этого слово обозначает просто «металл». А соединения сурьмы называют то антимонитами, то стибиатами.

Где применяют сурьму? Области применения этого эле-мента по мере развития научно-технического прогресса меняются. Издавна сурьма придавала прочность таким мяг-ким металлам, как золото, медь, олово и свинец. Она была и в бронзовом оружии древних греков, и в свинцовых водо-проводах, которые, как говорят, погубили сначала римлян, а позднее детей и внуков первого царя из дома Романовых — Михаила Федоровича (см. «Химию и жизнь», 1976, № 11). Главным же ее применением после изобретения книгопечата-ния стал свинцовый шрифт. Помимо способности сплавляться с любым металлом — недаром алхимики изображали ее в виде волка всепожирающего, — сурьма имеет очень важное и редкое среди металлов свойство: при затвердевании она расширяется. Сплав свинца с сурьмой прекрасно заполнял литейную форму, и шрифт получался четким и прочным. Ныне наборный шрифт канул в Лету, однако сурьма до сих пор вхо-дит в состав баббитов — сплавов для обойм подшипников. Их делают на основе олова, свинца, меди с добавками висмута и цинка, причем концентрация сурьмы составляет 6—22%. Основной металл мягкий, легко залечивает нанесенные ему раны и обладает коррозионной стойкостью, сурьма же при-дает ему твердость. В результате материал приобретает боль-шую износостойкость. Ну а главное применение — добавка в свинцовые пластины автомобильных аккумуляторов, для которых прочность также важна. Есть сурьма и в свинцовых оболочках всевозможных кабелей, и в свинцовых пулях, а из твердого свинца с добавками 5—21% сурьмы, называемого гартблеем, делают сердечники бронебойных пуль.

Подобно висмуту, соединения сурьмы служат пигментами для красок, в частности знаменитой краски для росписи керамики «неаполитанская желтая» — этот блеклый светло-желтый пигмент добывают из вулканических пород.

На сегодня основное применение сурьмы — добавление ее оксида в пластики для снижения их горючести: на это идет треть ее годового производства. Сурьма есть и в поливинилх-лориде, и в ударопрочном полистироле, и в акрилнитриле. Это и пластиковые корпуса всевозможных электробытовых приборов, и материал печатных плат, и изоляция проводов, и


33

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

А.Мотыляев

ЭлеМент №…

корпуса конденсаторов и других электронных компонентов. В перспективе относительно дешевая сурьма (а ее годовое производство составляет 180 тысяч тонн) может вытеснить индий в качестве компонента прозрачного электрода жид-кокристаллического дисплея — сейчас его делают из тонкой пленки оксида олова с индием. Но такие же электроды нужны и для солнечных батарей или устройств искусственного фото-синтеза, в которых солнечный свет не производит электри-чество, а разлагает воду.

Как железный лом засоряется сурьмой? Когда в конвертер на переплавку отправляют неразобранные металлические из-делия вроде автомашин, сурьма из подшипников и изоляции проводов оказывается в жидком металле. Однако сурьма (а также медь из проводов) обладает гораздо меньшим срод-ством к кислороду, нежели железо. Поэтому сколько ни про-дувай сквозь расплав кислород, сурьма оксидом не станет и в шлак не перейдет. В нашей стране такой неразобранный металлолом потоком пошел в производство во время войны. Отсюда ясно, как важно тщательно разбирать металлолом, извлекая из него нестальные детали и утилизируя их отдель-но: это и для здоровья металла полезно, и позволяет вернуть в производство редкие элементы.

Какова роль сурьмы в нанотехнологиях? Наночастицы се-ленида сурьмы обладают интересными фотоэлектрическими свойствами. В частности, можно делать монокристаллы систе-мы Cu—S—Se самых разных форм — ромбические, квадрат-ные листы, треугольные пирамиды, — причем каждая форма обладает своей полосой поглощения в ближнем инфракрас-ном свете («Inorganic Chemistry», 2013, 52, 22, 12958—12962; doi: 10.1021/ic401291a), что важно для гипотетических будущих применений таких наночастиц в фотонике или при изготовле-нии солнечных элементов. Есть опыты по синтезу порфиринов с одним, тремя и пятью атомами пятивалентной сурьмы, у кото-рых фотоактивность возрастает при образовании комплексов с частицами глины («Journal of Physical Chemistry A», 2013, 117, 33, 7823-32; doi: 10.1021/jp405767s).

Не исключено, что вскоре у сурьмы появится еще одно важное применение: в качестве компонента термоэлектриче-ских устройств, которые вырабатывают электричество из-за разности температур. С их помощью хотят утилизировать бросовое тепло, например то, что идет от автомобильного двигателя. Дилемма, с которой сталкиваются материалове-ды, такова. Выход электричества у термоэлектриков прямо пропорционален электропроводности и обратно — тепло-проводности. А согласно физике твердого тела, чем выше одна, тем выше и другая. У металлов — потому, что и ток, и тепло переносят одни и те же электроны. У плохих прово-дников, а термоэлектрики именно таковы, ситуация слож-нее. У них тепло в основном переносят колебания решетки — фононы. Чем чаще они натыкаются на препятствия, тем ниже теплопроводность. А натыкаются они, как правило, на электроны — чем чаще, тем ниже электропроводность, ведь в результате растет сопротивление движению электрона. Однако можно попытаться повлиять на динамику фононов, не затрагивая частоту их столкновений с электронами. Вот именно сурьма и считается важнейшим элементом, который позволяет проделывать такие фокусы. Например, соединение AgSbTe2 обладает минимальным из возможных для кристал-ла значением теплопроводности: измерения показали, что длина свободного пробега фононов у него равна межатом-ному расстоянию. Недавно была найдена причина: кристалл разбивается на наноблоки, и фононы на них рассеиваются («Nature Nanotechnology», 2013, 8, 445–451; doi:10.1038/nnano.2013.95). Не исключено, что это поможет значительно улучшить работу более дешевых термоэлектриков, самым перспективным из которых считается теллурид висмута

Напоминаем, что на наш журнал с любого номера можно подписаться в редакции. Стоимость подписки на первое полугодие 2014 года с доставкой по РФ — 810 рублей, при получении в редакции — 540 рублей. Об электронных платежах см. www.hij.ru.Справки по телефону (495)722-09-46.

Реквизиты:Получатель платежа: АНО Центр «НаукаПресс», ИНН/КПП 7701325151/770101001 Банк: АКБ «РосЕвроБанк» (ОАО) г.Москва, Номер счета: № 40703810801000070802, к/с 30101810800000000777, БИК 044585777 Назначение платежа: подписка на журнал «Химия и жизнь—XXI век»

Архив «Химии и жизни» за 45 лет — это более 50 000 страниц, рассказывающих о науке, о том, как ее делают, кто ее делает и зачем, а также антология фанта-стики и собрание великолепных рисунков. Стоимость — 1350 рублей с учетом доставки.

О подписке Об архиве

34

Твердые смазкиДоктор технических наук

А.Я.Григорьев,академик НАН Беларуси Н.К.Мышкин,Институт механики металло-полимерных систем им. В.А.Белого НАН Беларуси

О смазках вообщеСловосочетание «твердая смазка» ка-жется таким же странным, как «холодная сварка», — а ведь то и другое существует! При слове «смазка» мы представляем себе машинное масло или пластичный солидол, но не твердое вещество. Однако есть и твердые смазки — вещества в твер-дом состоянии, которые снижают трение, уменьшают износ, устраняют заедания и задиры трущихся поверхностей.

Мы уже писали о трении и износе («Хи-мия и жизнь», 2003, № 9 и 2006, № 5). Напомним, что использование трения и смазки позволило человеку овладеть огнем, создать колесный транспорт, лыжи и полозья, изобрести подшипники, тормоза, скользящие электрические контакты и многое другое. Проблемами трения и износа занимались Леонардо да Винчи, М.В.Ломоносов, Шарль Кулон и даже Д.И.Менделеев.

Сила трения имеет две компоненты — механическую (деформационную) и мо-лекулярную (адгезионную). Это деление предложили английские физики Фрэнк Боуден и Дэвид Тэйбор и советский ученый И.В.Крагельский в 30-х годах прошлого века. Первая компонента об-условлена сопротивлением материала деформации, вторая — преодолением поверхностных сил, которые вызывают прилипание тел друг к другу. Традицион-но такое прилипание иллюстрировали, например, известными со школьной поры концевыми мерами (плитками Иогансона). Правда, современное объ-яснение поведения этих плиток более сложно, причиной их слипания после притирки, кроме поверхностных сил, считается целый комплекс явлений — от капиллярных эффектов до атмосфер-ного давления («Химия и жизнь», 2013, №5). Авторы настоящей статьи иссле-довали поведение таких плиток в ваку-уме и под водой и сделали вывод, что действуют сразу несколько механизмов.

называется «эффект масляного клина», основы его расчета были заложены Н.П.Петровым (Россия) и Осборном Рейнольдсом (Великобритания) в конце XIX века. Коэффициент трения при таком режиме очень мал — до 0,001.

Точка А соответствует условиям тре-ния, при которых лишь незначительная площадь сопрягаемых поверхностей разделена тонкой (<0,1 мкм) пленкой смазки; ее поведение при таких толщи-нах мало похоже на поведение жидко-сти. Этот режим трения называют гра-ничной смазкой, и в нем работают узлы трения при пуске и остановке машин, пока обороты малы. Сам термин был введен в научный обиход в начале про-шлого века Уильямом Харди (Велико-британия), но главный вклад в изучение данного явления сделали Б.В.Дерягин и А.С.Ахматов (Россия).

Левая ветвь зависимости от А до Б описывает трение в условиях, когда толщина пленки увеличивается и все меньше участков поверхностей сопри-касаются. На участке от Б до B толщина смазки составляет 0,1—10 мкм, она уже разделяет вал и подшипник, но еще нельзя пренебрегать деформацией контактирующих тел. Из-за нее площадь контакта возрастает, что способствует повышению нагрузочной способности узла трения. Такой режим смазки на-зывается упругогидродинамическим, или полужидкостным.

Справа от точки В поверхности полно-стью разделены пленкой смазки, износ практически не наблюдается, и мечта конструктора машин — обеспечить такие условия работы во всех узлах трения. Дальнейшее увеличение тол-щины пленки, например при повышении скорости вращения вала, приводит к не-которому росту коэффициента трения. Это происходит из-за гидравлических потерь при перемешивании жидкой смазки.

Природа реализовала более слож-ный, но очень эффективный режим смазки в суставах человека. Смазка — синовиальная жидкость, обладающая свойством жидких кристаллов, — и пористый хрящевой слой сустава обра-зуют идеальную систему, сочетающую достоинства упругогидродинамического

Механическая и адгезионная состав-ляющие силы трения сложно устроены и связаны друг с другом. Однако у них есть общее свойство: их действие про-является в очень тонком поверхностном слое. Этот слой, область контакта тел, можно представить как некий мостик холодной сварки, который нужно разру-шить, чтобы тела смогли переместиться друг относительно друга.

Итак, тела сцепились этим мостиком. Что теперь нужно для перемещения? Чтобы кто-то разрушился. Причем, по-скольку сдвиг происходит с разруше-нием некоторого объема вещества, то есть с износом, толщина слоя с низкой прочностью должна быть минималь-ной, хорошо бы — один или несколько молекулярных слоев. За этим тезисом исторически закрепилось название «правило положительного градиента».

Самым древним способом реализо-вать правило положительного градиента и снизить трение и износ стало приме-нение смазки, разделяющей трущиеся тела тонким слоем материала с малым сопротивлением сдвигу. Во многих уз-лах трения машин удается реализовать гидродинамический режим смазки, при котором скольжение происходит в слое жидкой смазки и сопротивление скольжению определяется в основном вязкостью среды в контактном зазоре.

Напомним, как функционирует под-шипник скольжения в смазочном масле (рис. 1). При быстром вращении вал вовлекает смазку в зазор, и она раздви-гает вал и подшипник. Вал считает себя лодкой, летящей по воде... Это явление

1Вал и подшипник, режимы смазки и коэффициент трения

Ко

эфф

иц

иен

т тр

ени

я

Толщина пленки

Граничная смазка

Полужиткостная смазка

Жидкостная смазка

А

Б В


35

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

лекулярные слои графита, отшелушивая их с помощью скотча, и то же свойство позволяет графиту оставлять след на бумаге.

Тонкий слой графита — аналог гранич-ного слоя смазочного масла: упорядо-ченная структура, малая прочность на сдвиг, высокая несущая способность. Если им натереть поверхность трущихся тел (такой способ называется в технике ротапринтной смазкой), то малые силы сдвига позволят атомным плоскостям графита скользить друг по другу. Это и есть твердая смазка.

Веществ с подобной структурой мно-го: гексагональный нитрид бора (BN), сульфиды (MoS

2, WS

2, NbS

2), селениды

(MoSe2, WSe

2, NbSe

2, TaSe

2), теллуриды

(MoTe2, WTe

2, NbTe

2, TaTe

2), хлориды

(CoCl2, PbCl

2, CdCl

2,), фториды (AlF

2,

CaF2, BaF

2, MgF

3), иодиды (CdI, PbI

2, BiI

3),

оксиды некоторых металлов (PbO, Bi2O

3)

и многие другие. Они используются в технике непосредственно либо как на-полнители антифрикционных компози-тов или добавки к смазкам. Конкретный выбор зависит от условий работы узла трения, причем именно новые условия работы и стали причиной обращения техники к твердым смазкам.

Зачем твердые Во второй половине прошлого века по-явилась атомная энергетика, человек обосновался в стратосфере, вышел в околоземное и межпланетное про-странство. Появились задачи в области трения, решить которые обычными ме-тодами не удалось. Например, трение в космосе происходит в вакууме, при температурах от –150°С до +180°С, под действием излучения, пучков ионов и тяжелых частиц и других неблагоприят-ных факторов. В таких условиях смазка испаряется или замерзает, адсорби-рованные граничные пленки и оксиды разрушаются, а поверхности металлов в контакте схватываются. Было много случаев отказов техники из-за такого схватывания. Повышенное трение во втулке парашюта закончилось гибелью космонавта В.М.Комарова (1967), а сты-ковка «Союза-10» с «Салютом» (1970) не удалась из-за схватывания контактного узла. Поломка платформы американ-

режима с режимом граничным. Даже при малых скоростях перемещения в су-ставе эта система обеспечивает низкое трение без износа в течение всей жизни, и лишь болезнь требует замены сустава менее эффективным искусственным шарниром из металлов, полимеров и керамики.

Вплоть до начала ХХ века как смазки использовали преимущественно расти-тельные и животные жиры. С развитием нефтяной промышленности на первые роли вышли минеральные масла, а се-годня их вытесняют синтетические сма-зочные материалы. Обычно это смеси углеводородов, которые формируют на поверхностях тел граничный слой — структуру из молекул углеводородов, расположенных определенным образом. Например, у молекул триглицеридов есть три активных центра (—О—СО—) (рис. 2), которыми они закрепляются на металле, а углеводородные цепи распо-лагаются перпендикулярно поверхности. Второй слой ориентируется противопо-ложно первому, «хвостами» вниз, третий — второму и т. д.

Как показывают рентгенографические исследования, такой слой может быть толщиной 5—10 молекул. Он имеет очень высокую несущую способность — стой-кость к воздействию нормально при-ложенной нагрузки. Но его прочность на сдвиг мала, потому что слои легко

смещаются вдоль плоскостей, показан-ных пунктиром на рис. 2. В этом и за-ключается секрет смазочного действия масел и жиров. Примерно так работает и сустав, причем суставная смазка — это жидкий кристалл с ориентированными молекулами, а хрящ с пористым по-верхностным слоем поглощает ударные нагрузки и, обладая, как всякая живая ткань, свойством регенерации, обеспе-чивает длительную работу.

Однако слоистую структуру с малой прочностью на сдвиг имеют и многие твердые вещества, например графит. Его кристаллическая структура состоит из параллельных графеновых слоев (базисных плоскостей), образованных правильными шестиугольниками из атомов углерода (рис. 3). Графеновые слои агрегируются в кристаллиты, имеющие чешуйчатое строение. Внутри графеновых плоскостей атомы углерода удерживаются на своих местах сильны-ми ковалентными связями с энергией около 170 Дж/моль. Сами графеновые слои связаны друг с другом относи-тельно слабым взаимодействием Ван-дер-Ваальса, энергия которого почти на порядок меньше (приблизительно 16,7 Дж/моль). Еще меньшее межфаз-ное взаимодействие связывает между собой агрегированные слои графита, разделенные значительным межслое-вым пространством (рис. 3). Поэтому графит хорошо выдерживает нагрузку в направлении, перпендикулярном его атомным плоскостям, но обладает очень малой прочностью, если нагрузка параллельна им, — слои легко скользят. Это помогло А.К.Гейму и К.С.Новоселову получить графен — отдельные мономо-

2 Структура, трехмерная модель и схема ориентации молекул триглицерида на поверхности металла

3Структура графита и схема образования его слоя с низким сдвиговым сопротивлением на поверхности металла. Пунктирными линиями указаны плоскости легкого скольжения

Ковалентная связь

Ва

н-д

ер

-Ва

ал

ьсо

во

в

за

им

од

ей

ств

ие

Ме

жф

аз

но

ев

за

им

од

ей

ств

ие

0,3

35

нм

0,7

—1

,6 н

м

Межслоевое пространство

Агрегированные графеновые слои

ПрОБлеМы и МеТОды НАуКи

СН3

СН3

СН3

С С СН

Н Н Н

Н

О=С

О ОО

О=С О=С

36

ского «Вояджера-2» (1981) произошла из-за разрушения смазочного покрытия в зубчатой передаче. Подобные отказы имели место на европейских спутниках: «Инсат 1» (1982), «ТВсат 1» (1987), «ТСС» (1992), «ЕТС» (1995), «Галилео» (1989), «Магеллан» (1990). На МКС (1998) про-изошла поломка стыковочного узла из-за схватывания шарниров. Японская космическая программа уже в нашем веке потеряла три ракеты-носителя из-за неправильной конструкции под-шипников двигателей.

Для решения возникших в космосе проблем по инициативе С.П.Королева при Академии наук СССР был создан Совет по трению и смазкам, первым председателем которого стал академик А.Ю.Ишлинский — конструктор первого лунохода. Была развернута целая про-грамма по изучению трения в экстре-мальных условиях.

Внимание исследователей обрати-лось к твердым смазкам. Смазочная способность графита давно использо-валась в щетках электрических машин. Однако еще при создании самолетов для больших высот было обнаружено, что графит теряет это свойство в разре-женной атмосфере и не сможет работать в вакууме. Механизм трения графита связан не только с его строением, но и со способностью удерживать на по-верхности полярные молекулы. Всегда содержащиеся в воздухе молекулы воды адсорбируются на чешуйках графита, обеспечивая легкое относительное скольжение. Поэтому коэффициент трения графита по металлам во влаж-ном воздухе составляет 0,03—0,05, а в вакууме или сухой атмосфере инертных газов — 0,3—0,4.

Ценной находкой для космической техники оказался дисульфид молибде-на, который работоспособен в вакууме до 1100°C. Правда, во влажной атмосфе-ре идет реакция 2MoS

2 + 9O

2 + 4H

2O =

2MoO3 + 4H

2SO

4. Для MoO

3 коэффициент

трения 0,6, он гораздо тверже MoS2, на-

чинается интенсивный абразивный из-нос поверхности трения, а тут и серная кислота... Но в космическом вакууме

трение велико. В процессе приработки всегда устанавливается так называемая равновесная шероховатость, при кото-рой неровности имеют вполне опреде-ленную высоту.

Исходя из принципа положительного градиента, толщина слоя с низкими ме-ханическими свойствами должна быть как можно меньше. Однако при малых толщинах пленка разрушится и неров-ности начнут контактировать напрямую. Если воспользоваться аналогией между поведением пластичного материала и очень вязкой жидкостью, то в узком за-зоре возникает большое сопротивление их течению. Увеличение зазора (тол-щины покрытия) на начальном участке резко снижает это сопротивление, то есть уменьшает трение. Однако потом коэффициент трения начинает увели-чиваться — с ростом толщины покрытия в процесс «течения» вовлекается все больше материала покрытия, и на это требуется больше энергии. Типичная закономерность коэффициента трения покрытия представлена на рис. 5, кото-рый полезно сравнить с рис. 1.

Какие же материалы могут выступать в роли смазки? Покрытие должно обладать высокой адгезией к материалу основы, его прочность на срез должна быть гораз-до меньше, чем у материалов трущейся пары, и материал не должен увеличивать свою прочность и твердость в процессе пластической деформации. Этим требо-ваниям в разной степени удовлетворяют пластичные металлы — индий, кадмий, свинец, серебро, золото, олово, неко-торые их сплавы. В сравнении со сло-истыми твердыми смазками они имеют большие коэффициенты трения — все-таки прочности на сдвиг у них выше, да и отсутствие структурной упорядочен-ности играет свою роль.

При прочих равных условиях наимень-шее значение коэффициента трения среди пластичных металлов, около 0,1, у индия. У золота, серебра и сплавов на их основе — от 0,15 до 0,3, у свинца, олова и их сплавов — от 0,2 до 0,4, у кадмия, одного из наиболее распро-страненных в технике твердосмазочных

воды нет, и MoS2 в этих условиях по-

казывает коэффициент трения по стали 0,02—0,04. Очень высокая несущая способность (до 2800 МПа), высокая радиационная стойкость и теплопрово-дность, сохранение антифрикционных свойств в вакууме до температур 800°С сделали дисульфид молибдена одним из главных материалов узлов трения космической техники.

Кроме дисульфида молибдена анти-фрикционные свойства проявляют и другие дихалькогениды (селениды, сульфиды и теллуриды) тугоплавких металлов — вольфрама, молибдена, ниобия, титана и тантала. Дисульфид вольфрама WS

2 обладает еще большей

термостойкостью на воздухе и образует на поверхности пленку с втрое большей несущей способностью и чрезвычайно стойкую к воздействию агрессивных сред. В вакууме он работоспособен до температур более 1300оС и обеспечива-ет коэффициент трения ниже 0,05. Но и стоит он в несколько раз дороже.

Обязательна ли слоистостьЧтобы быть хорошей твердой смазкой, иметь слоистую структуру не обяза-тельно. Создать тонкий слой с низким сдвиговым сопротивлением можно и другими способами, например нанести на поверхность тонкий слой пластичного материала. Располагаясь между трущи-мися поверхностями, он пластически деформируется и, сдвигаясь и срезаясь по своему объему, как бы течет в зазоре (рис. 4). И силы трения оказываются значительно меньше, чем они были бы при непосредственном контакте мате-риалов пары трения.

Какой же толщины должен быть этот слой? Для каждого материала есть оп-тимальная толщина, значение которой определяется его механическими свой-ствами и условиями работы узла трения (нагрузкой и скоростью скольжения). Есть теории, позволяющие рассчитать эту толщину, но в данном тексте огра-ничимся качественным объяснением. Сначала немного о шероховатости.

Дискретность строения вещества, его структура, следы механической об-работки и погрешности изготовления формируют на поверхностях шерохо-ватость. Шероховатость сильно влияет на трение, причем и для очень гладких, и для очень шероховатых поверхностей

4Ламинарное течение мягкого материала между трущимися поверхностями (а), глубинное деформи-рование (б), образование горизонтального вихря-скрутки (в) и пластическое оттеснение (г). Справа микрофотография сечения поверхности трения с горизонтальным вихрем

5Зависимость коэффициента трения от толщины пленки индия, нанесенного на стальную поверхность

а б в г

Толщина пленки, мкм0,01 1 10 30

Ко

эф

фи

ци

ен

т тр

ен

ия

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,1


37

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

материалов, — 0,17. Не слишком ли большие коэффициенты трения? Да, большие, и смазками их можно назвать лишь условно; но большинство метал-лических покрытий имеет и другие по-лезные свойства.

Мягкие металлы чаще используют в узлах трения для экстремальных ус-ловий — в вакууме, в агрессивных или сверхчистых средах, при криогенных температурах или больших перепадах температур, при значительных нагруз-ках. В обычных условиях металлические покрытия часто наносят на детали кре-пежных соединений — болтов, винтов, гаек, шпилек: они облегчают сборку-разборку и защищают от коррозии. Проводимость металлов открывает широкие возможности их использова-ния в скользящих контактах и электри-ческих разъемах, где они выполняют сразу несколько функций. Например, позолота контактов в электронной тех-нике и снижает электрические потери, и предохраняет контакты от залипания и сваривания, и снижает усилия при монтаже.

Поговорим о полимерахВ начале XXI века произошло мало кем замеченное событие – мировой объем годового выпуска полимерных матери-алов превысил объем выпуска всех ме-таллов: железный век сменился веком полимеров. Правда, если считать не по объему выпуска, а по затратам энер-гии на производство, как это сделано в статье «Цивилизация старьевщика», ХиЖ, 2013, 12, то железный век еще не кончился. Но это как-то обидно — мало того, что их производство менее энергоемко, но их еще используют и как твердые смазки, причем в большем объеме, чем все другие материалы. Лучше всех в этой роли выступают тер-мопластические полимеры, самый рас-пространенный — политетрафторэти-лен (фторопласт, тефлон) и полиэтилен.

Политетрафторэтилен обладает уни-кальным набором химических и фи-зических свойств. Он чрезвычайно стоек к воздействию агрессивных сред, прекрасный изолятор, сохраняет свои механические свойства от –100°С до +250°С. Его структура — частично кри-сталлическая, слоистая (рис. 6), и у него очень низкая адгезия — к нему ничего не прилипает, и он не смачивается водой и жирами. Все это делает фторопласт одной из лучших твердых смазок.

Низкое трение фторопласта объяс-няют переносом на сопряженную по-верхность очень тонкой пленки, которая благодаря своей слоистой структуре ре-ализует правило положительного гради-ента. Далее происходит трение перене-сенных пленок друг о друга; их слоистая

или молекулы, находящиеся на поверх-ности. При одном и том же количестве материала с уменьшением размера частиц возрастает площадь межфазных границ — как с матричным полимером, так и с материалом сопряженного тела. Если наполнителем служит, например, графит, то чем меньше его частицы, тем большую часть площади контакта он занимает и тем меньше коэффициент трения. При использовании наноди-сперсных твердосмазочных добавок удается снизить трение при существен-но меньших концентрациях по сравне-нию с традиционными подходами.

Введение твердых смазок обычно ослабляет материал, ведь все они, как правило, имеют низкую адгезию и не обеспечивают прочной связи с матричным полимером. Но картина становится иной, если используются нанодисперсные добавки. Механиче-ские свойства при этом мало отлича-ются от свойств чистого матричного полимера, а некоторые из них даже улучшаются. Может показаться, что все дело в значительно меньших концен-трациях наполнителей — 0,1—3% по весу в нанокомпозитах против 5—30% в традиционных материалах. Но дело не только в снижении концентрации.

При дисперсности частиц 10—100 нм, даже при концентрациях в десятые доли процента, их количество настолько вели-ко, что все они находятся друг от друга в

структура, малая адгезия и небольшое сопротивление сдвигу обеспечивают низкий коэффициент трения. Это самый скользкий полимер, его коэффициент трения по стали — 0,02—0,05.

Однако фторопласт очень мягок, при незначительных нагрузках он дефор-мируется, поэтому в чистом виде его используют редко. Чаще его применяют как антифрикционную добавку к раз-личным композиционным материалам, например к пористым спеченным мате-риалам и покрытиям на металлической основе. При этом металлический каркас материала обеспечивает прочность, вы-сокую теплопроводность и отвод тепла от поверхностей трения, а полимер — низкое трение.

Полиэтилен имеет сходный с фторопла-стом механизм трения: на сопрягаемой поверхности формируется тонкая пленка переноса с низким сдвиговым сопротив-лением. Однако он не обладает слоистой структурой и имеет большую поверхност-ную энергию, поэтому его коэффициент трения по стали — от 0,1 до 0,2.

Существуют и другие виды полиме-ров, используемых в узлах трения, и некоторые их свойства лучше, чем у по-лиэтилена или фторопласта. Полиимиды могут работать в диапазоне температур от –200°С до +400°С, в условиях жест-кой радиации и ультрафиолетового излучения. Прочность полисульфонов сравнима с прочностью бронзы. Тем не менее ни один из них нельзя сравнить с фторопластом по коэффициенту трения.

Свойства полимеров можно улуч-шить введением добавок. Некоторые дисперсные наполнители изменяют их физические свойства, например при введении дисперсных твердых смазок (графита, халькогенидов переходных металлов) улучшается способность снижать трение и износ. Поскольку многие полимеры сами обладают сма-зочной способностью, зачастую важнее упрочняющая роль наполнителя, чем его способность снижать трение.

НаносмазкиЧтобы получить композит с хорошими смазывающими способностями, не лучшее и не единственное решение — ввести в его полимерную матрицу как можно больше твердой смазки. Если ее частицы не больше нескольких десятков нанометров, то сравнимые характери-стики получаются при концентрациях наполнителя, на порядок меньших, чем при размерах частиц около сотни микрометров.

Это следствие того, что с уменьше-нием размера объектов увеличивается их удельная поверхность — отношение площади к объему. Все большую долю материала частицы составляют атомы

6Изображение поверхности фторопласта, получен-ное с помощью атомно-силового микроскопа

2 мкм

2 мкм


38

деталей означают и существенно мень-шие допуски на их изготовление, и, как следствие, — возрастание точности позиционирования и перемещений ис-полнительных органов.

Бурное развитие технологий в кон-це ХХ века привело к появлению це-лого класса новых малогабаритных устройств, размеры которых составляют доли миллиметра, — так называемых микроэлектромеханических систем (МЭМС). Это объединенные в одном устройстве механическая и управляю-щая электронная части. Изготавливают их из кремния по той же технологии, что и современные микросхемы, в техноло-гическом процессе формируется и элек-троника, и механика. Чаще всего МЭМС выполняют функции разнообразных дат-чиков — гироскопов, акселерометров, инерциональных измерителей, а также позиционеров, например маленьких зеркалец в микросканирующих систе-мах или пластин микроконденсаторов переменной емкости.

МЭМС сегодня уже проникли в быт, например в смартфоне они следят за по-ложением в пространстве, чтобы соответ-ствующим образом расположить картинку на экране при его повороте. Во многих из таких устройств есть движущиеся части, а следовательно, и узлы трения. Но как и чем смазывать кремниевые шестеренки и рейки микронных размеров? А смазывать надо, ибо коэффициент трения кремния недопустимо велик.

Использовать любую традиционную смазку, как жидкую, так и твердую, не получится. Детали настолько малы, что, даже если удастся ввести смазку в субмикронный зазор, возникнут капил-лярные силы, которые гораздо больше рабочих усилий, развиваемых механиз-мом, — и шестеренки склеятся смазкой. Однако проблема была решена, причем с использованием методов, разработан-ных почти сто лет назад, когда не то что МЭМС, транзисторов еще не было. Что еще раз подтверждает: бесполезной фундаментальной науки не бывает.

В один слойИрвинг Ленгмюр и его ученица Катарина Блоджетт разработали метод фор-мирования на поверхностях твердых тел тонких пленок. Идея метода — ис-пользование способности молекул поверхностно-активных веществ ори-ентироваться определенным образом на поверхности воды (рис. 8). Имея линейную структуру с гидрофильной головой и гидрофобным хвостом, на границе жидкой и газовой фаз они при-нимают вертикальное положение.

В зависимости от концентрации молекулы формируют слой вещества, которое может находиться в трех агре-

ликата и улучшают его смачиваемость полимером. На рис. 7 приведена схема формирования нанокомпозитов путем внедрения полимерного расплава в межслоевое пространство слоистого глинистого минерала, частицы которого обработаны специальным ПАВ.

Свойства полученного нанокомпозита зависят от свойств и концентраций всех компонентов и технологии и могут из-меняться в широких пределах. По мере освоения промышленного производства таких композитов они составят конку-ренцию полимерным твердым смазкам с графитом и дихалькогенидами.

МЭМС здесь, МЭМС тамОхватить все направления исследова-ний в области твердых смазок трудно даже в рамках толстой книги, так как вряд ли возможно вообще найти тех-нический объект без узлов трения, а значит, потенциальной возможности применения твердой смазки. Поэто-му попробуем определить ключевые направления развития современной техники, чтобы понять задачи, которые стоят перед разработчиками твердых смазок.

Одно из перспективных направлений уже упоминалось — обеспечение ра-боты оборудования при особо низких и высоких температурах и давлениях, в агрессивных средах, радиации и во-обще в экстремальных условиях. Другое важное направление — малые размеры объектов применения, а значит, и пар трения.

Из истории науки и техники мы видим, что совершенствование технических систем часто идет вместе с уменьше-нием размеров. Механические часы эволюционировали за несколько столе-тий от башенных курантов до наручных многофункциональных автоматических устройств весом несколько граммов. Стремление к миниатюрности, кроме запросов потребителя, обусловлено и чисто инженерными, техническими обстоятельствами. С уменьшением раз-меров деталей уменьшаются их темпе-ратурные деформации, увеличивается жесткость, что в совокупности с малой массой повышает скорость и точность движения элементов кинематических цепей. Кроме того, малые размеры

7Взаимодействие макромолекул полимера (а) в расплаве со слоистым глинистым минералом (б), модифицированным органическим ПАВ (в), серые окружности — зоны межмолекулярного взаимодействия (г)

а

б

в

г

полимере на расстояниях, соизмеримых с их размерами, — 0,02—0,5 мкм. То есть весь объем материала фактически представляет собой межфазную грани-цу. В таких условиях полимер матрицы переходит в состояние граничного слоя, упрочненного молекулярными силами, действующими между границами фаз. Эти силы играют ту же роль, что и натя-нутые стальные канаты в предваритель-но напряженном бетоне, сжимающие его и делающие прочнее. Отличие в том, что межмолекулярные силы в композите действуют по всем направлениям, по-зволяя ему лучше противостоять всем видам нагрузок, а не только изгибу и растяжению.

Таким образом, несмотря на слабость адгезионного взаимодействия, харак-терного для твердых смазок, находясь в нанодисперсном состоянии, они увеличивают площадь межфазных гра-ниц настолько, что эффект упрочнения становится значимым. Если же взять наполнители, активно взаимодействую-щие с матрицей, то эффект проявляется гораздо сильнее.

Первыми примерами использования нанотехнологий для управления свой-ствами полимеров стали новые формы углерода — фуллерены и нанотрубки. Открытие графена вызвало новую волну интереса, но полимерные композиты с такими наполнителями дороги и широ-кого распространения пока не получили.

Наиболее доступны в настоящее время полимерные нанокомпозиты, содержащие частицы металлов и их соединений по размерам, сопостави-мым с макромолекулами. Они могут быть получены импрегнированием, осаждением, сорбцией из растворов, напылением, микрокапсулированием, диспергированием в растворах и рас-плавах, сорбцией комплексных соеди-нений с последующим разложением и другими методами.

А сырье для полимер-глинистых на-нокомпозитов находится у нас под но-гами. Это природные месторождения глин — осадочных пород, содержащих слоистые алюмосиликаты в виде пла-стинок нанометровой толщины, а также частицы песка и воду. Чтобы получить полимер-глинистый нанокомпозит, пластинки силикатов выделяют из по-роды и совмещают с термопластичной матрицей. При этом пластинки моди-фицируют ионогенными поверхностно-активными веществами (ПАВ), которые снижают поверхностную энергию си-

+Т, τ


39

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

гатных состояниях. При очень малых ко-личествах они ведут себя как молекулы идеального газа. Если начать уменьшать площадь поверхности, что равносиль-но сжатию такого газа, при некоторой концентрации времени их поведение станет аналогичным поведению моле-кул жидкости — произойдет фазовый переход, конденсация газа в жидкость. При дальнейшем сжатии молекулы все больше будут сближаться, пока не ока-жутся упакованными в упорядоченный мономолекулярный слой, в котором они уже не могут перемещаться свободно — «жидкость затвердеет».

Такую пленку можно перенести на поверхность твердого тела, погружая его в раствор. При извлечении тела на нем происходит физическая адсорбция мономолекулярной пленки, операцию можно повторять несколько раз и с разными веществами, получая мульти-молекулярные слои.

Некоторые из подобных пленок — прекрасные смазки. Например, пленка на основе диметилового эфира октаде-цилмановой кислоты толщиной в одну молекулу (2,5 нм), нанесенная на крем-ний, обеспечивает коэффициент трения со стальным шариком 0,05—0,07 и не истирается в течение 6000 возвратно-поступательных проходов при нагрузке в 0,3 Н, что как минимум на пять поряд-ков превосходит силы, действующие в МЭМС. Если эту пленку использовать в узлах трения МЭМС, она будет прак-тически вечной. Правда, классические пленки Ленгмюра — Блоджетт трудно наносить на криволинейные поверхно-сти и в малых зазорах, но использование пленки в качестве граничной смазки — продуктивная идея.

Следующий шаг — мономолекуляр-ные самоорганизующиеся покрытия (МСП), которые формируются из рас-творов органических соединений, образованных углеводородной цепью или бензольным кольцом, с активной головной (1) и функциональной кон-цевой (2) группами (рис. 9). Активная группа служит для связи молекул МСП с поверхностью, а функциональная, взаимодействуя с окружением, придает покрытию определенные физико-хими-

на щеточные (расположены перпендику-лярно поверхности), линейные (наклон-ные) и клубковые. Наиболее широкое применение в качестве смазочного материала получили МСП, имеющие различные концевые (-CH

3, –CF

3) и

головные группы (-S-H, -Si-O-, -OH, P-O-). При нанесении на кремний эти покрытия позволяют снизить коэффи-циент трения до 0,05—0,1. Существуют различные мнения о механизме анти-фрикционного действия МСП, однако наиболее вероятно, что он обусловлен как снижением механической состав-ляющей силы трения за счет гибкости цепей, так и значительным уменьшени-ем контактной адгезии.

Одно плохо — нельзя назвать лучшую твердую смазку! Их применяют там, где иные смазочные материалы не могут работать эффективно, — при высоких удельных нагрузках, малых скоростях скольжения, высоких и низких темпе-ратурах, в вакууме или агрессивных средах, при ионизирующих излучениях, а также в миниатюрных и микроскопи-ческих узлах трения. Тем не менее уни-версальной твердой смазки, пригодной для работы во всех этих условиях, не существует.

Подводя итог этому краткому экс-курсу в перспективную область три-бологии — теорию и практику твердых смазок, — обещающую нам решение многих проблем в новейших разделах техники, в медицине и в повседневной жизни, хотелось бы подчеркнуть циклич-ность ее исторического развития. Ничто не забыто в тысячелетнем опыте, от египетских колесниц до марсоходов: с развитием технологий и получением но-вых материалов начинается новый цикл исследований и приложений древней науки. Химия, будучи одной из основных опор трибологии, находит и будет на-ходить разнообразные и неожиданные применения на каждом новом этапе ее развития.

ческие свойства (оптические, смачивае-мости, биосовместимости и т. д.).

Особенность МСП — способность формировать мономолекулярный слой, связанный с поверхностью ковалентны-ми связями. Энергия этой связи состав-ляет 100—8000 кДж/моль, что гораздо больше, чем энергия физической ад-сорбции пленок Ленгмюра — Блоджетт (8—20 кДж/моль). Образование кова-лентных связей способствует коорди-нации расположения молекул активной группы МСП относительно молекул под-ложки. В результате все молекулы МСП приобретают одинаковое положение от-носительно поверхности, сохраняемое на достаточно больших площадях.

Сформированный таким образом слой не является жестким. Из-за зна-чительной асимметрии и возможности вращения звеньев CН

2-цепочек вокруг

одинарных С-С связей, молекулы МСП могут легко изгибаться. Таким образом, хемосорбированные, то есть очень прочные, мономолекулярные самоор-ганизующиеся покрытия представляют собой чуть ли не идеал граничного смазочного слоя — износостойкий, име-ющий малое сдвиговое сопротивление и минимальную толщину. Помимо сни-жения механической составляющей сил трения, выбор молекулы МСП с нужной функциональной группой позволяет существенно снизить адгезию поверх-ностей трения, которая для элементов МЭМС очень важна. Ну и последнее: многие МСП наносятся из растворов активных веществ, что позволяет окуна-нием сформировать антифрикционные покрытия на самых сложных и трудно-доступных поверхностях.

На сегодня известно несколько сотен видов МСП. Условно они разделяются

8Схема пленки Ленгмюра — Блоджетт и ее переноса на поверхность

9Общий вид молекулы МСП: а — схема молекулы: 1 — головная часть, 2 — углеводородная цепь, 3 — хвостовая (функциональная) часть. Различные молекулы МСП: б — гексадекантиол; в — 4,4’-диги-дроксибифенил 1; г — сшитый 1,1’-бифенил1-4-тиол

Что читать о трении

Н.К.Мышкин, М.И.Петроковец. Трение, смазка, износ. М., Физматлит, 2007.

Encyclopedia of Tribology, Ed. by Q.Wang and Y.W. Chung. N.Y., Heidelberg, Dor-drecht, London, Springer, 2013.

Вода

1

2

3


Молекулы ПАВ

Вода

а б в г

40

Худ

ож

ни

к С

.Де

рга

че

в


41

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Неотвеченный вопрос Старого ФрицаВ.А.ЛучниковУниверситет Верхнего Эльзаса,Мюлуз, Франция

Говорят, однажды прусский король Фридрих II, прозванный Старым Фрицем, на заседании Академии наук задал своим ученым такой вопрос: «Почему бокалы с шампанским издают менее чистый и приятный звук, чем бокалы с бургундским?» Председатель академии встал и с поклоном ответил королю: «При том содержании, которое им назначено вашим величе-ством, ваши ученые, к сожалению, не имеют возможности ставить подобные эксперименты». Так его вопрос остался без ответа.

Ситуация с РАН до недавнего времени была схожа: обще-ство требовало от ученых первоклассных результатов, а те намекали, что если объем финансирования всей академии примерно равен объему денег, выделяемых на один аме-риканский университет, то и результатов следует ожидать соответствующих. Так получился тот самый конфликт, кото-рый будоражит общественное мнение в последние полгода. Кто-то из широкой публики сопереживает ученым, которых лишают экономической и научной автономии, но есть и та-кие, кто злорадствует, приписывая академикам нежелание участвовать в общественной жизни и спуститься на землю из своей башни из слоновой кости. Страсти еще не улеглись, поэтому интересно будет отстраниться от нынешней быстро меняющейся ситуации и взглянуть на нее в исторической перспективе, ведь противостояния ученых с государством случались и в прежние века. Если отвлечься от исторического антуража, то окажется, что те давние коллизии выглядят уди-вительно современно. Для ясности условимся понимать под научными академиями любые организованные сообщества ученых, объединенных корпоративными интересами.

Стиль единообразияНачнем этот мини-обзор упоминанием о закрытии плато-новской Академии в Афинах благочестивым императором Юстинианом в 529 году. Каковы были мотивы императора, покусившегося на учреждение с почти тысячелетней исто-рией, основанное великим философом?

Скорее всего, Юстиниан не акцентировал внимание на Академии, она лишь стала жертвой серии эдиктов «о лишении земных благ тех, кто неправо поклоняется истинному Богу», изданных в 527—529 годах. Издавая эдикты, Юстиниан вопло-щал свое кредо правителя: «Одно государство, одна религия, один закон». Под единственной религией понималась та фор-ма христианства, которая была сформирована на Никейском соборе в 325 году и утверждала божественную сущность Христа. Но большая часть преподавателей Академии, пре-жде всего ведущие философы-неоплатоники, продолжала держаться языческих верований или, по крайней мере, не признавала исключительности христианства; не собирались они и креститься ради продолжения преподавательской де-

ятельности. Забавно, что, как сообщает историограф Иоанн Малала в XVIII томе своей «Хронографии», Юстиниан угрожал своими эдиктами одновременно преподавателям философии и содержателям игорных притонов.

Другая составляющая того давнего конфликта — имуще-ственная. Как замечает византийский историк Прокопий, Юстиниан лишил общественных преподавателей содержа-ния, а завещанные частными лицами для ученых целей капи-талы конфисковал. Конфискации всегда служили финансовым подспорьем римским цезарям, непрерывно нуждавшимся в деньгах для военных экспедиций, устройства развлечений для плебса или ублажения фаворитов. Юстиниан был изве-стен как увлеченный строитель. Всего через три года после закрытия Академии он начал грандиозную постройку храма Святой Софии, хотя вряд ли выручка с клочка земли, занимае-мой Академией, принесла императору значительные барыши.

Наконец, как и сегодня, во времена Юстиниана уже суще-ствовал конфликт между университетской и академической наукой. К моменту закрытия Академии вековую историю имел Константинопольский университет, основанный Феодосием II в 425 году и исправно поставлявший империи управленческие кадры. Можно предполагать, что университетские власти с энтузиазмом отнеслись к уничтожению конкурента, поскольку вся талантливая молодежь была вынуждена обучаться с этих пор в Константинополе, а вес и значение университета воз-росли необычайно.

Побочным результатом закрытия платоновской Академии стала одна из первых в истории «утечка умов». Бывшие пре-подаватели Академии дружно отправились ко двору пер-сидского царя Хосрова I, о котором они были заочно весьма высокого мнения, как о втором после Марка Аврелия фило-софе на троне. Но эта попытка эмиграции не удалась, монарх и его царство разочаровали ученых путешественников. Тем не менее благодаря заступничеству Хосрова они смогли вернуться в Грецию, где и исчезли без следа, как указывает немецкий историк Фердинанд Грегоровиус.

В византийской истории все обошлось мирно, чего нельзя сказать об аналогичной китайской операции, о чем можно прочитать в той части «Исторических записок» Сыма Цяня, где он описывает деяния первого объединителя Поднебесной Цинь Шихуана. Вот эти строки, к которым нечего добавить:

«Первый советник Ли Сы сказал: "Ныне вы, император-вла-ститель, объединили под своей властью Поднебесную, отде-лили черное от белого и установили одно почитаемое людьми [учение]. Однако приверженцы частных школ, поддерживая друг друга, поносят законы и наставления, и каждый, услышав об издании указа, немедля, исходя из своего учения, начинает обсуждать его. <…> Если подобное не запретить, то наверху ослабнет положение правителя, а внизу образуются группы и партии. <…> Я предлагаю, чтобы все чиновники-летописцы сожгли все записи, кроме циньских анналов; все в Поднебес-ной, за исключением лиц, занимающих должности ученых при дворе, кто осмелится хранить у себя [труды Конфуция] и сочинения ученых ста школ, должны явиться к начальнику области или командующему войсками области, чтобы там

СтрАНицы иСтории

42

свалить в кучу и сжечь. <…> Тех, кто за тридцать дней после издания указа не сожжет эти книги, подвергнуть клеймению и принудительным работам на постройке крепостных стен. Не следует уничтожать книги по медицине, лекарствам, гаданиям на панцирях черепах и стеблях, по земледелию и разведению деревьев’. <…> В повелении [императора] говорилось ‘Быть по сему"».

Впрочем, видимо не все испугались клеймения и прочих проявлений древнекитайского остроумия, иначе мы бы не имели возможности читать трактаты Конфуция.

Соблазн кардинальской шапкиИз античности, минуя Средние века (в которые еще загля-нем) перенесемся в Новое время, отсчет которого условно начинается с изобретения книгопечатания и начала эры Великих географических открытий. После тысячелетнего застоя научные методы познания мира снова вошли в обиход. В эту эпоху дедуктивный метод познания, ос-новывавшийся на представлении о том, что все явления мира можно познать путем логических рассуждений, без опоры на опыт, стал все более вытесняться индуктивным подходом, провозглашающим опыт отправной точкой научного процесса. Ньютон сформулировал суть нового метода в виде афоризма «гипотез же я не измышляю». Такой переворот в мировоззрении был вызван потоком новой информации об окружающем мире, доставленной эпохальными географическими открытиями и открытиями в астрономии, физиологии, физике, не предсказанными ни в одной из священных книг и ни в одном из канонических текстов древних авторов.

Ярким примером торжества нового опытного метода позна-ния мира стало открытие Галилеем в 1610 году (и, возможно, чуть ранее немецким астрономом Симоном Мариусом) спут-ников Юпитера, открытие им же пятен на Солнце, обнаруже-ние Везалием, Серветом, Чезальпино и Гарвеем истинного строения кровеносной системы человека.

Несостоятельность чисто дедуктивного метода перед лицом новых фактов побудила самостоятельно мыслящих ученых засомневаться в нем, а успехи опытного метода вы-звали подъем их энтузиазма. Этот энтузиазм, однако, было удобнее проявлять вне университетских стен, где позиции старых методик оставались сильны. Так возникли первые академии Нового времени, среди которых прежде всего называют итальянские Академию рысьеглазых (Accademia dei Lincei) и Академию опытов (Accademia del Cimento), их основали соответственно в 1603 году римский аристократ Федерико Чези и в 1657 году флорентийский принц Лео-польдо Медичи. Своеобразное название более ранней из этих двух академий намекает на особую зоркость зрения, необходимую для изучения мира: было мнение, что рысь ви-дит сквозь непрозрачные предметы. Академию рысьеглазых почтил своим членством Галилей, а его экспериментальные методы были использованы учеными Академии опытов. Название этой хронологически более поздней академии говорит само за себя, и вроде бы в нем нет ничего выдаю-щегося, но в свое время оно, вероятно, звучало как вызов. Снова, как и во времена Юстиниана, налицо был конфликт как с университетскими кругами, так и с господствующей религией. Академия опытов подверглась настоящей трав-ле со стороны Ватикана, который в конце концов добился ее упразднения в 1667 году (предыдущей жертвой была неаполитанская Академия секретов природы — Academia Secretorum Naturae — Джанбатисты делла Порта; этих акаде-миков инквизиция в 1578 году прямо обвинила в колдовстве). По слухам, которым уже несколько веков и которые вряд ли уже возможно проверить, в награду за роспуск академии ее патрон получил кардинальскую шапку.

К счастью для науки, ее члены успели издать сборник своих работ, который стал настольной книгой экспериментаторов на десятки лет вперед. Академикам, правда, пришлось вы-бросить из сборника результаты астрономических наблюде-ний и ограничиться описанием экспериментов без попыток их теоретического объяснения, как на том настоял Медичи, не желавший раздражать церковное начальство. Роспуск Академии опытов стал очень печальным событием для на-циональной итальянской науки, которая с тех пор уступила пальму первенства более северным народам — англичанам, немцам, французам.

Главное обществоИ все-таки первые итальянские академии сыграли огромную роль в истории науки. По образцу Академии опытов уже в 1660 году в Англии лингвист Джон Вилкинс, физик Роберт Бойль, математик Кристофер Рен и другие видные ученые создали научное сообщество. Вскоре оно привлекло благосклонное внимание короля Карла II, который пожаловал ей свою Хартию (официальный документ, удостоверяющий права и обязан-ности новообразованной организации) и жезл, который до сих пор по традиции вносят в зал заседаний в начале каждой сессии. Так родилось знаменитое Лондонское королевское общество, которое благополучно существует до сих пор, бу-дучи официальным консультирующим органом британского правительства.

Однако первые годы существования общества были очень непростыми. Как читатель уже, возможно, догадывается, новая академия подверглась яростным нападкам со стороны местных университетов. Один из оксфордских профессоров, доктор Саус, выступил в июле 1669 года с язвительной речью, направленной против Королевского общества. Ему вторил математик и специалист в классических языках Генри Стабс, обвинивший общество в намерении уничтожить универси-теты, а также в распространении атеизма и революционных идей (последнее в английском королевстве, только что пережившем кровавую гражданскую войну, воспринималось особенно болезненно). Маститых ученых, сделавших карьеру в освященных веками традиции университетских дисципли-нах — богословии, медицине, языкознании, юриспруденции и так далее, — необычайно раздражала также «несерьез-ность» проблем, которыми занимались члены общества. Ну кому, в самом деле, могут быть полезны все эти описания мух, гусениц и прочих земных тварей? Над некоторыми экс-периментами, такими, как взвешивание воздуха, смеялся и сам король. Тем не менее он до конца жизни не отказывал патронируемой организации в поддержке. Если бы не ре-шительное заступничество Карла II, вполне вероятно, что эта академия отправилась бы в небытие вслед за итальянскими предшественницами. Благодаря такой своей позиции «весе-лый король» прославился не только бессчетным количеством любовниц и внебрачных детей, но и как покровитель наук (к слову, при нем же была основана Гринвичская обсерватория).

В настоящее время многие академии и университеты существуют в плодотворном симбиозе друг с другом. Так, российские академики преподают и заведуют кафедрами во многих учебных институтах и университетах, те же поставляют кадры для институтов научных. Но в силу своей специфики университеты все же лояльнее к власти, у которой поэтому велик соблазн поддерживать именно университетскую науку. Тем не менее правящие классы обычно признают большую эффективность организации научной деятельности в резуль-тате создания академий и понимают, насколько опасно для страны может быть технологическое и научное отставание. Поэтому, несмотря на автономию академий и потенциальную опасность вызревания в них фронды, правительства все же вынуждены поощрять их возникновение и содержание.


43

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Вероятно, более детальный анализ показал бы, что взаим-ные симпатии академий, университетов и правительств раз-виваются по синусоиде, с чередованием взлетов и падений. Следует предположить, что и возникновение академий, и их столкновения с университетами и правительствами — про-цесс объективный, подчиненный внутренней логике развития науки.

Николя-реформаторПроходят века, но конфликты между университетами и ака-демиями все еще случаются. Видимо, это явление невоз-можно полностью изжить, а можно только попытаться ввести в конструктивное русло. Совсем недавно, например, ученые французского Национального центра научных исследований (CNRS) еле отбились от попыток правительства Николя Сар-кози «реформировать» их организацию. Заметим, что именно НЦНИ, в институтах которого ведутся исследования по всем отраслям науки, — наиболее близкий французский аналог РАН. А Французская академия занимается ныне главным об-разом выработкой литературных норм французского языка.

Одна из идей несостоявшейся реформы состояла в том, чтобы вынудить всех иследователей центра приписаться к тем или иным национальным университетам. Но одна из наиболее привлекательных особенностей НЦНИ как раз в том и состоит, что его сотрудники являются собственниками своего поста, с которым они могут достаточно свободно переходить из одного института центра в другой, если тот предоставляет более привлекательные условия для работы. В ведении НЦНИ находится примерно тысяча институтов и лабораторий, расположенных во всех уголках материковой Франции и на ее заморских территориях, так что сотрудникам центра есть из чего выбирать. Кроме того, члены центра не обязаны вести преподавательскую работу, а могут полностью сосредоточиться на науке. Эта автономия и мобильность уче-ных НЦНИ служит предметом белой зависти их европейских и заокеанских коллег, но именно она-то и вызвала недруже-ственный интерес энергичного французского президента и его министров.

Среди прочего правительственная реформа предполагала раздел центра на несколько профильных структур. К счастью, французам не привыкать бороться за свои права, и они хо-рошо помнят со школы басню Лафонтена о старике, который завещал сыновьям держаться вместе, иначе победить их по-рознь будет так же легко, как переломать прутья развязанного веника. Мощная, организованная кампания протеста ученых заставила правительство пойти на попятный. Некоторые косметические переделки структуры центра все же были сделаны, чтобы позволить президенту сохранить лицо, но в целом гроза для академии миновала.

Милости владыкПроблемы научных академий не ограничивались, конечно, конфликтами с университетами и правительствами. Другими важными факторами, определявшими их судьбу, были обще-ственное мнение и отношение верховной власти. Французы, к примеру, в целом очень хорошо относятся к НЦНИ, и, без-условно, это очень помогло ученым центра во время недав-него конфликта с правительством. В многовековой истории академий благоприятное мнение о них вовсе не было рас-пространенным явлением.

Вернемся на пару тысячелетий назад, в эллинистический Египет, где царствует греческая династия Птолемеев. Осно-ватель династии, Птолемей I, один из лучших полководцев Александра Македонского, возможно, был воспитан Ари-стотелем вместе со своим царственным другом детства и пронес уважение к знаниям через годы военных походов в

Азии. Став сатрапом (так звучит персидский титул главы про-винциальной администрации) Египта, а впоследствии царем этой страны, Птолемей прославился мудрым и справедливым правлением; он сумел установить, как мы бы сказали сейчас, социальный мир между коренным населением и пришлыми завоевателями-эллинами.

Одним из самых славных дел его царствования стало ос-нование в Александрии знаменитого Мусейона, учреждения, главной целью которого было производство новых знаний. Возможностью свободного научного творчества и хорошим жалованьем царь привлек в Александрию немало видных математиков, лингвистов, историков, географов со всего греческого мира. Прибывшие пользовались привилегиями, такими, как проживание в царском квартале, питание за счет казны, жалованье, а также протекция царя в судебных и прочих житейских делах. Особое отношение монарха к «понаехавшим» ученым вызывало сильное неудовольствие местного населения, из карманов которого оплачивалось содержание Мусейона, к тому же александрийцы слабо себе представляли, чем занимаются его обитатели. А те особенно и не стремились быть понятыми, чувствуя себя в безопасности под защитой благоволившего к ним монарха.

Возможно, из зависти над александрийскими высоколо-быми иммигрантами издевались острословы, жившие вдали от египетской столицы. Например, некий Тимон Плийский, философ-скептик и сатирик, едко шутил: «В многолюдном Египте кормится множество книжных червей, которые без конца дискутируют в курятнике муз». Измерение земного радиуса Эратосфеном, создание стройного свода матема-тических знаний Эвклидом — все это мало интересовало широкую публику. А демонстрация Героном Александрийским первого парового двигателя, выполненного в форме игрушки, скорее должна была утвердить «серьезных людей» во мнении, что обитатели Мусейона заняты какой-то ерундой. Поэтому следует отдать должное Птолемею Сотеру и его потомкам на египетском троне, которые смотрели дальше большинства своих подданных и создавали ученым достойные условия для работы. Должны были пройти века, чтобы александрийцы прикипели душой к своей академии и ощутили немалую ма-териальную выгоду от ее соседства, когда Мусейон, по сути, превратился при римских императорах в университет для прибывающей со всех концов империи молодежи.

В той же мере, что и Птолемеям, мы должны быть призна-тельны могущественному королю франков, Карлу Велико-му, правившему в период самого дремучего невежества, которое окутало Европу после падения Западной римской империи. Этот замечательный монарх сочетал воинствен-ность, проистекавшую в большой мере из его христиан-ского благочестия, с живым интересом к учености. Будучи неграмотным (до конца жизни он не освоил письмо, хотя усердно занимался латинским языком и мог изъясняться на нем свободно), он крепко привязался к своим более об-разованным друзьям — англосаксу Алкуину (он же Флакк Альбин и Гораций Флакк), ставшему аббатом монастыря Святого Мартина в Туре, лангобарду Павлу Диакону (он


44

же Варнефрид), составившему историю лангобардского королевства, орлеанскому епископу вестготу Теодульфу и другим.

Заслуги этого кружка энтузиастов перед европейской культурой огромны. Возрождая огрубевшую при династии Меровингов латынь, бывшую языком богослужений, Алкуин и его товарищи воскресили для современников многочислен-ные произведения римских авторов, которые дошли до нас благодаря сделанным в это время копиям (как, например, произведения Аммиана Марцеллина, от которого мы очень много знаем об эпохе заката римской империи). Карл лично способствовал распространению грамотности среди духовен-ства своими оригинальными государственными решениями. Например, лицам духовного звания, увлекавшимся охотой, было позволено предаваться этой страсти только с целью заготовки звериных шкур для изготовления пергамента. Способствовало распространению знаний и введение ново-го стиля письма, так называемого каролингского минускула, легкого для написания и чтения. К сожалению, у Карла не на-шлось преемника, обладавшего столь же сильным характером и таким же государственным умом, а общественное мнение того времени еще не созрело до осознания необходимости научных организаций, и Дворцовая академия, созданная Ал-куином, прекратила свое существование, сыграв выдающуюся роль в культурной жизни Европы.

Не всегда своим возникновением академии были обязаны милостям правителей, иная академия появлялась на свет как плод интриг. Вот история Берлинской академии наук (сегодня ее преемница — Берлинско-Бранденбургская академия). Это сообщество ученых Фридрих I, вначале курфюрст, а впо-следствии король Пруссии, учредил в 1700 году под влиянием его супруги, Софии Шарлотты, известной интеллектуалки того времени, водившей дружбу с Готфридом Лейбницем. Очень вероятно, что София Шарлотта и Лейбниц сыграли на слабости Фридриха, страстно стремившегося к королевско-му титулу, внушив ему, что Академия наук — необходимая статусная вещь для всякого уважающего себя европейского монарха, подобно тому, как достигший определенного по-ложения дворянин обязан содержать свору борзых собак. В правление Фридриха II Великого академия (к этому времени переименованная в Королевское научное общество) уже была не просто монаршей забавой, но уважаемым во всей Европе научным учреждением, оснащенным по последнему слову техники, и имела в своем составе немало знаменитых ученых, таких, как Дени Дидро, Шарль Луи де Монтескье и Жан Д’Аламбер. Членами академии состояли великие Вольтер и Леонард Эйлер, хотя с ними отношения у Старого Фрица (одно из прозвищ Фридриха) были далеко не безоблачными. Вольтеру пришелся не по душе деспотический характер коро-ля, а король до глубины души был оскорблен тем, что философ позволил себе насмехаться над его стихами на французском языке. Эйлера же король недолюбливал по той причине, что великий математик был человеком совершенно не светским, не блистал остроумием на балах и званых обедах, и это сильно роняло его в глазах Фридриха.

обидчивость императораВ восемнадцатом веке, веке просвещенного абсолютизма, коего Фридрих II был ярким представителем, неприязнь монарха к ученому уже не угрожала жизни и благосостоянию последнего. Так, Вольтер и Эйлер были всего лишь вынуж-дены покинуть Прусское королевство. В менее просвещен-ные времена конфликты с государями были для ученых и их сообществ куда более опасными. Драматичным примером может служить погром, учиненный римским императором Каракаллой в 215 году в Александрии, жителей которой им-ператор давно подозревал в насмешливом и пренебрежи-

тельном отношении к себе. Александрийские умники за глаза потешались над грубыми манерами и речами Каракаллы, его жалкими попытками подражать Александру Великому и, кроме того, высмеивали его предполагаемую любовную связь с собственной матерью. Явившись с войсками в город, Каракалла перебил множество юношей, собранных якобы на воинский смотр, а философов выгнал из Мусейона, запретил им преподавать и разрушил их общежития. Вновь приступить к своим занятиям философы смогли только после смерти императора.

Не менее жестоко обошелся со своими учеными уже упо-мянутый Цинь Шихуан. После умиротворения Поднебесной у него появилось время для поиска эликсира бессмертия. В частности, он, по советам нескольких прохиндеев, снарядил немало морских экспедиций, которые, естественно, вернулись с пустыми руками (см. «Химию и жизнь», 2012, № 7. — Примеч. ред.). Конфуцианские мудрецы имели дерзость посмеяться над суетностью и тщетностью этих поисков, за что жестоко поплатились — 460 человек из них беспощадный правитель приказал казнить, зарыв заживо в землю. Так этот император умудрился за тридцать с лишним лет правления дважды под-вергнуть репрессиям ученое сословие — редчайший пример в истории.

Для защиты от гнева владык академики издавна применяли проверенный способ — введение в свой закрытый клуб особ, пусть и не имеющих отношения к науке, зато обладающих вли-янием при дворе. Тут, правда, случались казусы. Например, в правление императора Александра I на одном из заседаний российской Академии художеств поступило предложение вы-двинуть в почетные члены графа Д.А.Гурьева, управляющего императорским кабинетом. А.Ф.Лабзин, конференц-секре-тарь академии, спросил, в чем же состоят выдающиеся за-слуги графа перед искусством? Выдвинувший эту идею член академии немного растерялся и ответил, что граф Гурьев самый близкий человек к государю. Секретарь на это ответил: «Если эту причину можно считать достаточной, то я предлагаю выдвинуть в почетные члены академии кучера Илью Байкова. Он не только близок к государю, но еще и сидит перед ним».

Впрочем, никакие заслуги, важные люди и широкие плечи кучеров не могли спасти ученых в случае прихода к власти людей с несовместимыми этическими представлениями. Например, халифы из династии Аббасидов с большим почте-нием относились к одному из традиционно приписываемых основателю ислама изречений о том что «чернила ученого так же почтенны, как и кровь праведника». Один из самых зна-менитых халифов, Гарун аль-Рашид, добавил славы к своему имени основанием «Дома мудрости» — по сути, Академии наук, в функции которой входили преподавание, изыскания во всех известных тогда отраслях знания, но прежде все-го — перевод на арабский язык уцелевших к тому времени памятников античной литературы и научных текстов. О том, как высоко ценили средневековые арабские правители эти документы, говорит хотя бы тот факт, что после одной из войн с Византией греки были вынуждены отдать арабским победителям «Альмагест» Птолемея в уплату наложенной контрибуции. Особенно увлекся покровительством наукам сын Гарун аль-Рашида, Абдулла аль-Маммун, который при-влек ученых к управлению государством и даже заказывал им проведение масштабных исследований, вроде градусных измерений земного меридиана.

Все кончилось после взятия Багдада войсками хана Хулагу: «Дом мудрости» был разрушен, а книгами из его библиотеки замостили гать через Тигр. Интересно, что на другом краю земли, во фламандском Генте, когда там к власти пришли сторонники Реформации, они таким же образом расправи-лись с богатейшей библиотекой аббатства доминиканцев: говорят, что из утопленных в реке книг получилась дамба и по ней можно было переходить с берега на берег.


45

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Превратности общественного мненияВ Новое время вышеупомянутому Лондонскому королевскому обществу приходилось сносить не только нападки оксфорд-ских профессоров, но и издевки знаменитых писателей, формировавших в большой степени общественное мнение Англии. Даже такой умнейший человек, как Джонатан Свифт, не видел пользы от общества и жестоко над ним издевался — в иносказательной форме, конечно — в той части «Путешествий Гулливера», где его герой посещает летающий остров Лапуту. Тамошние ученые пытаются извлекать солнечный свет из огурцов, пишут трактаты о ковкости пламени и разрабатывают проекты строительства домов, начиная с крыши, а не с фун-дамента. (Не от Свифта ли идет юмористическая традиция приписывать британским ученым разнообразные нелепые изыскания?) Однако все инсинуации в адрес общества ней-трализовались тем фактом, что его члены много занимались архиважными для морского могущества Англии вопросами картографии и астрономии.

Если в Англии проблемы Королевского общества не выходили за рамки временных финансовых трудностей и отдельных выступлений против него, то отношения Фран-цузской академии с народом и государством развивались драматически и даже трагически, когда во Франции нача-лась Великая революция. Французская академия, осно-ванная Людовиком XIV в 1666 году по предложению Жана Батиста Кольбера, переживала в XVIII веке период своего расцвета. Ее члены пользовались почетом и уважением в просвещенных слоях общества и были хорошо обеспечены материально. Однако деятельность некоторых членов ака-демии, причем далеко не последних по значению, вызывала в народных массах противоречивые чувства. Некоторые академики занимались наряду с наукой еще и предпри-нимательством. Так, Антуан Лавуазье был и гениальным химиком, и генеральным откупщиком. Малопочтенное ремесло откупщика состояло в том, чтобы, внеся в казну оговоренную сумму налогов, собирать затем средства с населения, оставаясь при этом в прибыли. Помимо за-кона сохранения вещества, Лавуазье придумал обнести Париж забором, чтобы никто из торговцев не мог попадать в столицу, не уплатив положенной подати. Ненависть к Лавуазье простой народ был склонен переносить и на воз-главляемую им Академию наук. К тому же мелкие буржуа и пролетарии-санкюлоты вовсе не испытывали пиетета к учености и ученым занятиям, а, напротив, относились к ним с недоверием и подозрительностью.

Вскоре после начала революционных выступлений в 1789 году, пробудивших широкие народные массы к политической деятельности, астроном и первый мэр революционного Па-рижа Жан Сильвен Байи с огорчением писал в дневнике: «Я должен заметить, что обнаружил в собрании избирателей весьма сильную антипатию к литераторам и академикам». Академия сначала стала подвергаться нападкам за попытку соблюдать нейтралитет в развернувшихся политических дис-куссиях, а в 1793 году и вовсе была закрыта как «последнее прибежище аристократии» (слова художника Жака Луи Да-вида). Большую роль в разгроме академии сыграл лидеров якобинцев Жан Поль Марат, имевший к ней личные счеты. Этот человек, обуреваемый с молодых лет жаждой славы, долгое время донимал академию своими трактатами о сущ-ности огня, электричества и других открытиях. Хотя многие ученые находили труды Марата интересными, а однажды ему даже предложили должность президента Мадридской акаде-мии, подлинные научные светила того времени — физики Жак Шарль (изобретатель шарльёра – аэростата, наполненного водородом) и Алессандро Вольта, математик Д’Аламбер, уже упоминавшийся химик Лавуазье — отзывались о них пренебрежительно.

Когда началась революция, Марат стал искать признания в политике и быстро продвинулся на этом поприще. После ожесточенной травли академии в прессе, в которой Марат принял деятельное участие своим памфлетом «Современные шарлатаны, или Письма об академическом шарлатанстве», именно он добился от революционного Конвента постанов-ления о роспуске академии. Вскоре в стране под началом якобинцев была установлена революционная диктатура, а 8 мая 1794 года «мадам Гильотина» отсекла голову обви-ненному во взяточничестве и присвоении государственных средств Лавуазье, некогда заклятому врагу Марата. Говорят, что на эшафоте Лавуазье провел свой последний опыт: пы-таясь найти ответ на вопрос, что управляет нашим телом, он попросил учеников наблюдать, сможет ли моргнуть глазами на отрубленной голове. Большинство же академиков отныне искали только одного — забвения своего имени.

Благорасположение государства к ученым вернулось с приходом к власти Наполеона, но как официальная органи-зация Французская академия была восстановлена только в 1816 году, в царствование Людовика XVIII, очевидно, в русле политики реставрации старинной монархии и ее учреждений. Впрочем, Конвент, ликвидировав академию, создал универ-ситеты нового типа — Политехническую школу и Высшую нормальную школу, которые должны были готовить военные и инженерные кадры сначала для республики, а потом для империи. Что они исправно и делают с тех пор.

Мы видим, что пренебрежение общественным мнением может вылиться для ученых в серьезные неприятности. Судя по тому, как многочисленны обвинения в малой эффективно-сти РАН и в непрозрачности ее деятельности, здесь у нашей ведущей научной организации есть явные недоработки. Ду-мается, для академических институтов нет ничего зазорного в том, чтобы использовать опыт зарубежных коллег в части отношений с общественностью и хотя бы завести в каждом институте нормально работающую пресс-службу.

В странах Западной Европы, например, кроме огромно-го количества красочно оформленных научно-популярных журналов для всех возрастов, которые входят в ассортимент товаров любого газетного киоска, выпускается множество интереснейших телепередач о творчестве ученых и об акту-альных научных проблемах. Во многих европейских городах с большим количеством научных учреждений ежегодно органи-зуются дни (а кое-где и ночи — для молодежи так интереснее) открытых дверей. В том же французском НЦНИ деятельность ученых оценивается и по такому критерию, как усилия по по-пуляризации науки, а в институтах, как правило, есть группа сотрудников, координирующих эту работу. Конечно, все это стоит дополнительных расходов и усилий, но, как показывает опыт, это совершенно необходимо для того, чтобы не возни-кало отчуждение между обществом и учеными.


46

развитой сигнализации: осязательной, зрительной, звуковой и химической.

Полосатые гиены водятся в Северной, Западной и Вос-точной Африке. Они объединяются в маленькие группы из одной-двух взрослых самок и одного или нескольких самцов. Хотя животные одной группы тесно соседствуют, отдыхать, перемещаться и кормиться они предпочитают поодиночке, поэтому редко контактируют друг с другом непосредственно. Об их коммуникативном поведении известно очень мало, еще меньше наблюдений сделано в естественных условиях, но у полосатых гиен, похоже, хорошо развита вокальная сигнали-зация ближнего действия: репертуар звуков у них богатейший. Химическую сигнализацию они, скорее всего, используют при размножении и разметке территории.

Несмотря на столь разный образ жизни, пятнистые и по-лосатые гиены метят территорию одним и тем же способом. Специальные железы под хвостом вырабатывают густой паху-

хозяина, но они на него, безусловно, влияют, в частности расширяют коммуникативные возможности. Животные обме-ниваются информацией с помощью химических сигналов, и микробное сообщество тоже вырабатывает пахучие вещества, которые разнообразят и дополняют запах млекопитающих.

Химическая сигнализация — одна из самых древних и рас-пространена очень широко. С ее помощью животные метят территорию, привлекают партнеров, сообщают о состоянии своего здоровья. Синтез и выделение пахучих веществ проис-ходят в особых железах, расположенных в покровных тканях. Обычно там тепло, влажно, анаэробно и много питательных веществ. Другими словами, это просто рай для симбиотических бактерий, которые потребляют белки и липиды и производят разнообразные летучие жирные кислоты (ЛЖК). А кислоты эти пахучие.

В середине 1970-х годов сразу несколько исследователей предположили, что млекопитающие используют для химиче-ской сигнализации летучие вещества, которые синтезируют бактерии — обитатели пахучих желез. Разнообразие химиче-ских сигналов млекопитающих возникает во многом благодаря сложному видовому составу микроорганизмов, населяющих эти железы. Таким образом, бактерии-симбионты делают си-стему химических сигналов более сложной и информативной.

Гипотеза кажется убедительной, но до недавнего времени проверить ее не удавалось. Для этого нужно было доказать, что выделения желез действительно содержат бактерий, производящих пахучие вещества, причем состав бактерий меняется одновременно с изменением запаха. Разнообразие микробов-симбионтов и летучих веществ, которые они синте-зируют, должно быть таким, чтобы можно было узнать по запаху отдельное животное, определить его пол и репродуктивное состояние. Только современные методы секвенирования по-зволяют с достаточной точностью выполнять подобные задачи.

За проверку гипотезы о микробной природе запахов взялись специалисты из Университета штата Мичиган, причем особый энтузиазм проявил постдок Кевин Тайс («Proceedings of the National Academy of Sciences», 2013, 110, 49, 19832—19837, doi: 10.1073/pnas.1306477110). Исследователю вообще трудно работать без энтузиазма и любви к объекту исследования, а в данном случае обойтись без этих качеств почти невозможно, поскольку объектами были гиены: пятнистая Crocuta crocuta и полосатая Hyaena hyaena. Ученые проанализировали состав микробных сообществ, населяющих пахучие железы гиен, и сопоставили его со спектром пахучих веществ, которые эти железы выделяют.

Образ жизни пятнистой и полосатой гиен сильно отличается. Пятнистые гиены, обитающие к югу от Сахары, живут большими иерархическими группами, кланами, по 40—80 особей в каж-дом. В состав клана входит несколько самцов и самки разных поколений, все взрослые особи участвуют в размножении и сообща защищают территорию от посягательств соседних кланов. Социальные отношения внутри группы довольно слож-ны, и пятнистые гиены поддерживают их с помощью хорошо

Пахучие железы гиен просто забиты микробами: а и б – палочковидные бактерии и кокки из пасты пятнистой гиены (стрелки указывают на делящиеся бактерии, которые синтезируют летучие вещества, а звездочки обозначают липидные капли); в — скопление капель пахучих жирных кислот

рганизм млекопитающего — поле деятель-ности для его симбионтов. Нельзя сказать, что бактерии управляют поведением своего

сб

а

Гиена пахнет микробами

Кевин Тайс с объектом исследования

О


47

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

надлежащих к разным кланам, а внутри клана определять пол животного и репродуктивный статус самки. Из нескольких сотен видов, составляющих микробное сообщество пахучей железы, 54 вида встречаются исключительно в пасте кормящих самок, а 46 в пасте беременных. У полосатых гиен запахи не столь дифференцированы, как у пятнистых, но по ним можно отличить животных, принадлежащих к разным кланам, то есть понять, свой оставил метку или чужой.

Ясно, почему члены одной группы пахнут одинаково: они живут рядом, постоянно оставляют и нюхают свои метки и ин-фицируют друг друга, поэтому у них сходный состав микрофло-ры. Интересно, что у пятнистых гиен химическая сигнализация развита лучше, чем у полосатых. Возможно, дело объясняется образом жизни животных. Пятнистые гиены живут большими группами, и особи часто взаимодействуют друг с другом по раз-ным поводам, для чего необходима довольно сложная система сигналов. А полосатые гиены по большей части одиночки, им достаточно отличать членов своего клана от всех остальных.

Эффективная система коммуникации чрезвычайно важна для животных, и микробы-симбионты принимают в ее создании живейшее участие, делая сигналы более разнообразными. Эмоциональное и физиологическое состояние хозяина влияет на сообщество его микробных симбионтов и, в свою очередь, на запах.

Исследователи полагают, что доказали участие симбиотиче-ских бактерий в формировании пахучих сигналов млекопитаю-щих. Однако они не считают работу оконченной. Им хотелось бы убедиться, что бактерии, обнаруженные в пасте гиен, синте-зируют соответствующие летучие вещества и в лабораторных условиях. Ученые собираются найти в геноме бактерий после-довательности, которые кодируют ферменты, необходимые для синтеза ЛЖК. Кроме того, если ЛЖК, обнаруженные в пасте, действительно обладают сигнальными свойствами, гиены должны различать и синтетические композиции этих веществ, и это придется проверять.

По-видимому, микрофлора участвует в формировании за-паха не только у гиен. Так, у людей, которые регулярно моются, изменения подмышечной микрофлоры и запаха в этой области происходят синхронно. Аналогичным образом меняется состав бактерий и летучих веществ в пахучей моче, которой метят подстилку лабораторные мыши Mus domesticus. Возможно, тот же механизм участвует в образовании запаха летучих мышей: бурого кожана Eptesicus fuscus и длинноухой ночницы Myotis bechsteinii, а также европейского барсука Meles meles. Не ис-ключено, что микрофлора участвует в формировании запахов и у других видов. Это не обязательно должны быть бактерии, теоретически пахучие вещества могут синтезировать грибки и археи, а в создании запаха, вероятно, участвуют длинноце-почечные жирные кислоты и их эфиры. Суть не в этом, а в той роли, которую играет микрофлора хозяина в его жизни, — это закономерный результат шестисот миллионов лет совместной эволюции млекопитающих и микроорганизмов.

чий секрет, именуемый пастой. Этой пастой, в состав которой входят летучие жирные кислоты, эфиры, углеводороды, спир-ты и альдегиды, гиены мажут стебли травы, которые другие животные нюхают и считывают информацию. Известно, что по запаху пасты пятнистые гиены определяют, к какому клану принадлежит животное, оставившее метку, какого оно пола, а если женского, то в каком репродуктивном состоянии нахо-дится. Свойства метки полосатой гиены еще не исследовали.

Ученые взяли образцы пасты прямо из пахучих желез обездвиженных гиен, живущих в разных районах Кении. Из пасты они выделили бактерии и определили последователь-ности генов 16S рибосомной РНК в ДНК микроорганизмов. Эти последовательности обычно используют для определения видовой принадлежности бактерий. В пасте пятнистых гиен исследователи насчитали более трехсот видов микроорганиз-мов, в пахучей субстанции полосатых гиен — больше сотни. Микробные сообщества у обоих видов представлены в основ-ном анаэробными бактериями порядка Clostridiales, которые расщепляют белки и липиды пахучих желез и выделяют летучие вещества. При этом видовой состав бактерий у пятнистой и полосатой гиен разный. Почти все симбионты полосатых гиен относятся к малоизученным родам, в то время как микробы пятнистой гиены хорошо известны. Причину такого различия ученым еще предстоит выяснить.

Два вида гиен отличаются не только составом микрофлоры пахучих желез, но и спектром ЛЖК. То есть набор летучих ЛЖК всегда одинаков, у пятнистой гиены он такой же, как у по-лосатой, но соотношение компонентов различно. Запах, как и предсказывает гипотеза, меняется в зависимости от состава микробного сообщества.

Разнообразие бактерий и их ЛЖК в пасте пятнистых гиен таково, что позволяет по запаху различить животных, при-

Н. Анина

ДНевНик НАблюДеНий

Пятнистые гиены оставляют на траве пахучие метки и с большим интересом расшифровывают химические сигналы

48

А.Ю.Пульвер

Что побуждает людей заниматься кол-лекционированием? Много слов сказано на эту тему, особенно психологами, но ко мне они не имеют отношения. А тут все просто. Несколько лет, пока позволяло здоровье, я работал видеоэндоскопи-ческим (лапароскопическим) хирургом и делал операции по удалению желчных пузырей. (Ну, как сказать, «делал»… Их «делают» обычно втроем.) А в удаля-емых пузырях были — конкременты, в просторечии «камни». Часто больные после операций забирали их на память, но многие оставались валяться, пока не оказывались в помойке после очеред-ной уборки. По слухам, где-то в каком-то хирургическом отделении, подобном нашему, из не забранных пациентами камней некие остроумцы повадились клеить миниатюрные башенки и замки. Но сам я до таких высот не дорос. Почти сразу я обратил внимание на красоту этих камней, сопоставимую с красотой птичьих яиц, янтаря, жемчуга, малахита, опала. И как-то жалко стало обрекать их на уничтожение. Столько боли и страда-ний, связанных с каждой горстью или даже с единичным камешком... Сколько врачебных усилий, связанных с их вы-явлением и последующим извлечением. Они, как любой противник, все-таки за-служивают некоего уважения.

Больше всего желчные камни напо-минают мне жемчуг — это ведь тоже объекты, формирующиеся в организме из продуктов жизнедеятельности. В Ви-

кипедии жемчуг называют «минералом класса органических соединений», что, если вдуматься, звучит странновато. Правда, на этом сходство кончается.

Жемчужины образуются в раковинах моллюсков, если туда попало инородное тело. Вокруг него откладывается тонки-ми пленками перламутр, образующий концентрические слои. Это отдаленно похоже на то, как изолируются соедини-тельнотканной капсулой инородные тела, попавшие в ткани человека.

А желчные камни (конкременты) об-разуются из-за нарушения соотношения компонентов желчи, в результате чего ее соли выпадают в желчном пузыре, реже — в печеночных желчных протоках. И, вопреки распространенному мнению, они — не причина желчнокаменной бо-лезни, они ее следствие.

Конкременты в желчном пузыре и в желчных протоках известны с глубокой древности. Гален, величайший врач времен Античности, во множестве на-ходил их при вскрытиях. Также описания желчнокаменной болезни встречаются в трудах Фолиньо (Gentile da Foligno, 1348) и Везалия (Andrea Vesalius, 1546).

Первую классификацию типов желчных камней предложил в XVII веке Альбрехт Галлер, швейцарский анатом, физиолог и ботаник, в своих знаменитых трудах «Opuscula pathologica» («Патологические брошюры») и «Elementa physiologiae corporis humani» («Элементы естествен-ного развития человеческого тела») (1757—1766). Подразделял он их на крупные яйцеобразные камни из «без-вкусного желтоватого вещества, которое плавится при подогревании, как сургуч, и способно гореть», и темноокрашенные. Безвкусно-желтоватые — это явно были либо холестериновые, либо смешанные камни по современной классификации. Насчет вкуса «темноокрашенных» — не знаю, но, по логике вещей, должен был быть горьким, потому как это явно чер-ные пигментные.

Также Галлер показал, что желчные конкременты встречаются не только у людей, но и у лошадей, свиней, коров, сурков, обезьян и других животных. Хорошо, что ему верблюд не попался! У него (так же, как и у большинства гры-зунов и китообразных) желчный пузырь отсутствует.

Современная классификация со вре-мен Галлера усложнилась не намного. Различают конкременты по количеству, размерам, составу и форме.

Количество, форма, размерыОдиночные камни увеличиваются со временем и, «полируясь» о стенки желч-ного пузыря, приобретают овоидную (яйцевидную) форму. При недостатке свободного пространства множествен-ные конкременты, а они встречаются чаще всего, образуют фасеточную структуру (медики почему-то упорно говорят «фасетчатую») с плоскими гра-нями — результат трения друг о друга во время движений хозяина. Иногда камни могут срастаться между собой и приобретать неправильную форму, вплоть до кактусовидной. Относитель-но крупные камни, локализующиеся в шейке пузыря, вытягиваются и стано-вятся похожими на цилиндры, а редкие камни, формирующиеся в печеночных протоках, могут быть даже ветвистыми, подобно почечным камням.

Трудно представить, что количество камней в желчном пузыре одного па-циента может доходить до нескольких тысяч. Зарегистрированный рекорд — аж 7802 штуки.

Самые крупные желчные камни могут занимать весь объем желчного пузыря — 10—15 сантиметров в длину. Но даже более 5—6 сантиметров — уже редкость.

Опаснее всего, как ни странно, мел-кие конкременты, особенно диаметром 2—3 миллиметра. Камни поменьше, размером с песчинку, как правило, мо-гут свободно выходить в полость две-надцатиперстной кишки и выводиться из организма. Более крупные камни иногда перегораживают общий желч-ный проток (холедох), нарушая отток желчи и вызывая тем самым механи-ческую желтуху. Однако самая опасная ситуация — когда камень умудряется протиснуться сквозь общий желчный проток в двенадцатиперстную кишку, но по пути процарапать холедох. В резуль-тате после заживления на месте раны возникает рубцовая стриктура, которая сужает проток и затрудняет эвакуацию желчи. Это повод для серьезной сложной операции — гепатикоеюностомии, когда петлю тонкой кишки подшивают к месту сужения желчных протоков. Правда, в по-следние годы развиваются микрохирур-

Камни боли


49

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

коллекционера, и пропорционально боль-ше проблем — для их хозяина.

Вообще, формирование всех типов желчных конкрементов начинается с таких вот холестериновых комочков, которые постепенно сливаются между собой и дают приют на своей поверх-ности разнообразным веществам, осаждающимся из желчи. Чаще всего они образуются в желчном пузыре из-за повышенной концентрации холестери-на, нарушенного соотношения желчных кислот и недостатка лецитина. В ре-зультате холестерин выпадает в осадок в виде кристаллов, которые любят со-единяться друг с другом, обволакиваясь слизью, которую выделяет слизистая оболочка желчного пузыря.

Хотя «затравкой» для образования желчного камня может стать буквально что угодно! Начиная от мельчайших кристалликов разных солей кальция, вы-падающих из застойной желчи, мертвых клеток, слущенных с пузырной слизи-стой, и заканчивая глистами, в недобрый час заползших куда не надо и сдохших

гические методики, восстанавливающие проходимость холедоха — но тоже долго, сложно и трудно.

Обратите внимание на примечательный образец, представленный в моей коллек-ции черных пигментных камней (рис. 2). Это ужас гепатолога. К сожалению, в кол-лекцию попала только небольшая часть этого образца, да и подвыцвел он за годы. А на момент извлечения наша реакция была: «Не понял!..» Свежеизвлеченные камни были черные, блестящие, легко спутать с черной икрой. Тысячи потенци-альных источников опасности для жизни.

Именно поэтому литотрипсия (дробле-ние ультразвуком или лазером) желчных камней – это почти вредительство: она порождает или застревающие в желчных путях осколки с последующей механиче-ской желтухой, или — самое худшее — потенциальные холедохоцарапательные осколки с острыми краями.

Внутри«Холестериновые», «черные пигмент-ные», «коричневые пигментные» и «сме-шанные», а еще и «кальциевые камни», которые я не выделял бы в отдельный под-вид, — вся эта классификация довольно условна. Чистых «сферических желчных конкрементов такого-то типа в вакууме» в природе практически не существует. Ино-гда можно спорить до судорог: «Холесте-риновый!.. Нет, коричневый пигментный! Смешанный!.. Нет, черный пигментный!» Все камни, за редчайшим исключением, можно смело обозвать смешанными. А если взять и расковырять эти редчайшие исключения, то наверняка их сердцевина покажет свое истинное смешанное нутро!

Холестериновые камни встречаются наиболее часто, состоят в основном из кристаллов холестерина (до 95%) и меньшего количества билирубината кальция (рис. 1).

Кстати, само открытие холестерина связано как раз с холестериновыми желчными камнями. В 1769 году Пулетье де ла Саль получил из желчных камней так называемый жировоск — горючее плотное белое вещество. В 1808 году Антуан де Фуркруа доказал, что этот жи-ровоск — основной компонент желчных камней. А название свое холестерин об-рел в 1815 году благодаря французскому химику-органику Мишелю Шеврёлю: «холе» — желчь, «стерин» — жирный.

Большая часть холестериновых камней в мою коллекцию не попадала, поскольку свежеобразовавшиеся (вовремя выяв-ленные и удаленные) конкременты до-вольно непримечательны — желтые мяг-кие комки диаметром 3—5 мм в форме тутовой ягоды. Я просто взял себе четыре штуки из одного образца — чтобы было. Со временем они высохли и стали похожи на хрупкие кусочки хозяйственного мыла, которые, впрочем, не мылятся.

А вот если такие мелкомягкие конкре-менты не удалять, то, не выводясь из желч-ного пузыря из-за сниженной функции выброса желчи, они потихоньку начинают расти. Со скоростью где-то 1—3 миллиме-тра в год... И чем дальше, тем больше их эстетическая ценность для ненормального

2Черные пигментные камни, похожие на кусочки угля, черную гальку или даже агаты и состоящие в основном из соли полимеризованного билирубина-та кальция и продуктов его распада, карбоната и фосфата кальция, тоже извлекают из пациентов. Россыпь камней, похожих на крупную дробь, вмещал в себя один желчный пузырь. Когда их вынимали из пузыря, они походили на черную икру. Потом желчь на поверхности подсохла, и цвет изменился. (На рисунке показана формула билирубина)

1Вот такие холестериновые камни размером от двух-трех миллиметров до двух-трех сантиметров извлечены в разное время из желчных пузырей пациентов. Похожие на мелкие яйца, гальку или тутовую ягоду, все они на 95% состоят из холестерина, чья формула показана рисунке

КоллеКции

50

там в ознаменование своей глупости.К факторам риска образования желч-

ных камней относят избыточный вес, женский пол (женщины страдают жел-чнокаменной болезнью в два раза чаще), возраст свыше сорока лет, диабет II типа (инсулинонезависимый), множествен-ные беременности, особенно много-плодные, наследственную предрас-положенность, применение некоторых лекарственных средств, парентеральное питание и так далее. Даже увлечение диетами для похудания тоже может при-вести к образованию конкрементов при быстром сбросе веса.

Самая низкая заболеваемость жел-чнокаменной болезнью (менее 1%) отмечена у народов Африки. Однако мне представляется, что дело тут не в расовой принадлежности, а в том, что белые зажрались и обленились. Ну, не то чтобы именно белые — по статисти-ческим данным, в США самая высокая заболеваемость у латиноамериканцев…

Черные пигментные камни — на вто-ром месте по частоте встречаемости. Из всех видов камней в них наименьшее со-держание холестерина, основную часть составляют соли полимеризованного билирубината кальция и продукты его распада, карбоната и фосфата кальция. Чаще всего они образуются у людей по-жилого возраста (рис. 2).

Желто-красный ядовитый пигмент билирубин (продукт распада гемогло-бина крови, точнее, гема — небелковой его части) после смерти эритроцитов попадает в кровь. Он нерастворим в

самую различную, вплоть до шиповидных отростков, или даже напоминать кри-сталлическую друзу. Кальциевые камни считают ближайшим аналогом жемчуга (рис. 5).

Вообще, во всех типах желчных конкре-ментов, как и в перламутре жемчужин, в том или ином количестве присутствуют соли кальция. Только не арагонит в виде шестигранных пластинок карбоната (CaCO

3), а обычный карбонат, фосфат и

тот же билирубинат кальция. В кальциевых камнях мы не найдем параллельных слоев органической матрицы, как в перламутре. Просто-напросто кальция в этих камнях больше, чем в остальных типах. Ну, по крайней мере, на поверхности. Так что, повторюсь, можно рассматривать каль-циевые камни как светлую разновидность смешанных. Некоторые экземпляры при ярком свете сверкают, переливаясь огонь-ками, подобно снегу, инею или елочным игрушкам. Жаль, что на фотографиях это отразить невозможно.

И все же с эстетической точки зрения жемчуг с его мерцанием, вызванным ин-терференцией на волнистой поверхности слоев перламутра, для неискушенного взгляда привлекательней. Хотя есть у меня в коллекции один экземпляр (ну как «один» — хозяин у них был один, а так камней с полгорсти будет), до боли похожий на речной жемчуг (рис. 6). Это группа камней смешанного типа, первоначально возникших как черные пигментные, а потом на них некоторое время оседали соли кальция, и вот что получилось. Если бы при извлечении не раскололись некоторые камешки, то так бы и сказал сразу: ух какие кальциевые! Ан нет — на разломе у них сердцевина черно-коричневая. Явно черные пиг-ментные. Ну чем не жемчуг?!

воде, поэтому почками из организма не выводится. Но растворим в жире, отчего норовит пролезть сквозь мембраны кле-ток прямо в цитоплазму, нарушая синтез белка, а также в митохондрии, нарушая окислительное фосфорилирование. Кро-ме того, он устраивает хаос в транспорте калия через мембраны клетки и органелл и легко проникает сквозь гематоэнцефа-лический барьер — прямо в мозг!

Но хитрый организм приспособился давить билирубин прямо на корню. В крови его ловит альбумин и передает на расправу гепатоцитам, основным клеткам печени. Они соединяют его с глюкуроновой кислотой, делая водо-растворимым. А чтобы долго не воз-иться с почками, сразу выделяют его в желчь, 60—80% в виде диглюкуронида и 20—40% моноглюкуронида билиру-бината — в таком виде он способен послужить на благо пищеварения... В отместку он норовит при любом удобном случае стать причиной об-разования черных желчных камней. Перенасыщение желчи свободным би-лирубинатом, повышение кислотности из-за воспаления в желчных путях или пузыре — и здравствуйте, начинается полимеризация и осаждение билиру-бината кальция. В решетку, образуемую полимерами билирубината и продукта-ми его распада, встраиваются мукопо-лисахариды, гликопротеиды и прочие высокомолекулярные компоненты желчи, а также соли кальция.

Помимо пожилого возраста, фактор риска появления именно черных пиг-ментных конкрементов — заболевания, сопровождающиеся повышенным раз-рушением эритроцитов в крови.

Коричневые пигментные камни содер-жат больше холестерина, чем черные (примерно 30%), а также пальмитат, стеарат и билирубинат кальция. Послед-ний полимеризован в меньшей степени, чем в черных пигментных камнях. По частоте возникновения они на третьем месте (рис. 3).

Образование этого типа камней связы-вают с инфекционными заболеваниями. Попадая в желчь, бактерии отщепляют глюкуроновую кислоту от билирубината, и он осаждается. А дальше все идет по стандартному сценарию.

Смешанные камни — конечный этап развития всех видов желчных конкре-ментов. Они образуются, когда кон-кременты, заматерев, накапливают на своей поверхности большое количество различных солей кальция. Цвет камней тоже может быть разным, от белого до темно-коричневого. (рис. 4)

А дальше уже идет совсем экзотика — кальциевые камни. Они встречаются редко, и все покрыты снаружи мощным слоем солей кальция, преимущественно карбоната и фосфата. Форму могут иметь

3Над созданием этих коричневых пигментных камней потрудились бактерии. Такой вот побочный эффект инфекционного заболевания

4Рано или поздно все желчные камни осаждают на своей поверхности соли кальция и превращаются в камни смешанного типа — разного цвета, от белого до темно-коричневого


51

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

ПользаИз желчных камней от большого ума можно делать ювелирные украшения, вставляя в оправы. И будет, на мой взгляд, ничуть не хуже всякой бирюзы, малахита, нефрита с жадеитом и даже, в некоторых случаях, опалов. Жалко только, что они крайне хрупки (особен-но черные пигментные), со временем выцветают и крошатся от недостатка влажности... Короче, имеют те же недо-статки, что и натуральный жемчуг, только в десятки раз бóльшие.

То, что желчные камни красивы, не-сведущий человек чаще всего предста-вить не способен. Да и признав красоту, некоторые брезгуют: «Ты бы еще кало-вые камни собирал».

Другие некоторые, впрочем, интере-совались, а чего это я выбрал именно желчные конкременты из всего богатого спектра гадостей, предусмотренных че-ловеческим организмом для собствен-ной погибели?

Вот, казалось бы, почечные камни. Тоже красивые, но — пахнут. Неистреби-мым «запахом конской мочи». И потом, я не уролог, доступа к источнику материала у меня не было, а после удаления их ме-тодом литотрипсии не остается ничего, кроме мелких осколков.

Каловые камни? Да это и не камни во-все. Так, уплотненные каловые массы. В лучшем случае — безоары. Хотя... Каловые — не каловые, а будь я пале-онтологом, копролиты (окаменелые ископаемые экскременты животных), может быть, и собирал бы. От ископае-мых селахий (акул, скатов и химер) иных останков и вовсе не остается — костей нет, одни хрящи. А вот копролиты ихтио-завров иногда на шлифованной поверх-ности имеют красивый рисунок, потому в Англии служат для изготовления мелких декоративно-художественных изделий.

В 1954 году ее синтезировали в группе японских исследователей во главе с Тей-чи Каназава (Kanazawa Teiichi). Уже через три года был зарегистрирован первый препарат УДХК под торговым наимено-ванием URSO, и понеслось!..

Эта наименее агрессивная, водорас-творимая желчная кислота — естествен-ный компонент желчи человека (1—5% от общего количества желчных кислот). В самом деле, при применении она ока-зывает желчегонное действие, умень-шает синтез холестерина в печени и концентрацию его в желчи, повышает его растворимость, тем самым снижая ли-тогенность желчи, положительно влияет на иммунологические реакции в печени и служит довольно сильным антиокси-дантом. В некоторых случаях препараты с УДХК можно использовать для раство-рения или хотя бы уменьшения размеров некоторых типов желчных камней. Хотя это довольно долго (от полугода до двух лет), мучительно и не предотвращает возможности их повторного появления.

Так что увлечение желчными камнями принесло-таки пользу науке. Образно говоря, желчные камни (фактически уже не желчные — УДХК и хенодезок-сихолевую кислоты давно синтезируют промышленно, не трогая бедных мед-ведиков) используют для избавления от желчных же камней.

Тем не менее коллекционирование этих конкрементов для любого человека, не име-ющего медицинской профессиональной деформации, ассоциируется с серьезной психической патологией. Хорошо, что среди врачей и прочих представителей естествен-но-научного направления довольно много фриков — то коллекцию детских черепов организуют, то заспиртованных уродцев и сиамских близнецов, то еще какую кунстка-меру. И все это под эгидой науки — музей-ные экспозиции и все такое.

Потому и собралась у меня постепенно небольшая коллекция, где-то около сотни экспонатов, которая пылится теперь без толку на специальных полках. Полок мно-го, экспонатов мало… Толку тоже мало. Однако недавно компетентные товари-щи мне тонко намекнули, чего сидишь со своими булыжниками, как собака на сене, давай хотя бы покажи людям, на-пиши. Вот и написал.

Желчные камни люди не ценят и стара-ются от них избавиться. Ценят их разве что в Азии, преимущественно из-за суе-верий, полагая, что они чудесным обра-зом укрепляют мужскую силу. Народная медицина — штука по преимуществу хорошая. Покуда рак лечить не пытает-ся или еще что-то подобное. И всякие крестовники с окопниками советовать, после которых потом именно рак лечить и приходится, если только пациент ими не потравится до смерти.

Китайцы с древних времен особо интересовались афродизиаками. Рога носорожьи стругали, так что бедные животные аж в Красную книгу попали (и до сих пор это не прекращается — до сих пор браконьеров по всей Африке гоняют), морских коньков, вон, до сих пор сушат, как таранку... Да и не только в Китае, во всей Азии почему-то афро-дизиаками считаются желчные камни крупного рогатого скота. Причем стоят они, в пересчете на вес, чуть-чуть дороже золота, и при мясокомбинатах там развит целый нелегальный бизнес.

Впрочем, сушеную желчь бурого медведя в Китае с древних времен ис-пользовали вполне по делу и вполне успешно — для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. На это обратил внимание шведский исследова-тель О. Хаммерсон. В 1902 году он описал желчную кислоту полярного медведя и впервые ввел термин «урсохолевая кис-лота» (от ursus, лат. «медведь»). С этого времени высушенную желчь с полным основанием стали использовать в ме-

5Кальциевые камни из желчных пузырей людей пото-му и получили свое название, что в них много солей кальция, во всяком случае — на поверхности. Это роднит их с жемчугом

6Эта горсть светлых камней, извлеченных из одного желчного пузыря, относится к смешанному типу. Хотя на первый взгляд можно было бы смело на-звать их кальциевыми, однако нутро у них темное, выдающее черное пигментное прошлое

дицине. Позднее удалось выяснить, что лечебным эффектом обладает урсоде-зоксихолевая кислота (УДХК).

КоллеКции

52

Перед вами очередная за-метка из серии «Как это сделано?». Раньше мы рассказывали о хемилюми-несцирующих игрушках (1998, № 11), о жидкокристаллическом термометре (2005, № 2) и экране для рисования с магнитным «ластиком» (там же), о бру-ске для разжигания костра (2009, № 3) и других химических объектах. На этот раз речь пойдет об известных многим «перевертышах», один из которых — на фотографии. Внутри прозрачного пластмассового сосуда, разделенного продольной прозрачной перегородкой, находится прозрачная жидкость, а на дне каждого из отсеков также — красная и синяя. Если устройство перевернуть (оно может устойчиво стоять в любом из двух положений), снизу вверх побегут пузырьки воздуха, а им навстречу — кап-ли окрашенных жидкостей. Известны и другие разновидности этой игрушки, например в которых падающие капли зачем-то вертят колесико. Как все это работает, понятно, а что внутри, какие вещества?

Прозрачная жидкость имела запах ке-росина, плотность при 20оС 0,756 (опре-делена с помощью пикнометра на 1,5 мл), показатель преломления n

D 1,4420.

Спектр поглощения чистого растворите-ля показал, что он прозрачен в видимой области (ну, это и без спектрофотоме-

Что в«перевертыше»?

Расследование

тра было очевидно), а в ультрафиолете начинает сильно поглощать в области короче 340 нм. В спектре растворителя, десятикратно разбавленного гептаном, фиксируется полоса с максимумом при 265 нм и минимумом при 245 нм.

А что у керосина? Это смесь предель-ных (20—60%), нафтеновых (20—50%) и бициклических ароматических углеводо-родов (5—25%), содержащая в основном соединения с числом атомов углерода от С

9 до С

16. Предельные неразветвлен-

ные алканы близки по свойствам. Их плотность закономерно увеличивается от 0,718 для нонана (С

9) до 0,77 для

гексадекана (С16

), а коэффициент пре-ломления соответственно от 1,4054 до 1,4330. Никаких максимумов в рассма-триваемой спектральной области у них нет. То же можно сказать и для типичного нафтена — транс-декалина (декаги-дронафталина); его плотность 0,8697, показатель преломления 1,4693, мак-симумы в области 265 нм отсутствуют. А вот простейший ароматический бицикл (нафталин) имеет сильное оптическое поглощение в области 240—300 нм с характерными максимумами при 266 и 275 нм и минимумом при 235 нм.

Но это все для высокочистых веществ. Понятно, что для игрушки брали не химические реактивы, а, скорее все-го, очищенный керосин. Измеренные характеристики прозрачной жидкости (плотность, показатель преломления, УФ-спектр) керосину как раз соответ-ствуют.

Окрашенные жидкости содержали два водорастворимых красителя. И среди таковых надо было искать наиболее рас-пространенные и дешевые. Однако это непростая задача: спектры в видимой области, как правило, намного менее информативны, чем инфракрасные спектры. Соединения разных типов мо-гут иметь сходные спектры. Кроме того, могли быть использованы не химически чистые, а технические красители, со-держащие примеси других соединений.

Спектры разбавленных водных рас-творов двух красителей приведены на рисунке. Водный раствор синего красителя дает три пика: интенсивный при 630 нм, в 8,4 раза более слабый при 409 нм и примерно такой же ин-тенсивности в УФ-области при 307,5 нм (поглощение в ультрафиолете никак не сказывается на цвете и на рисунке не показано). Близкий спектр характерен для распространенного красителя ниль-ский голубой (он же нильский синий А сульфат), в водном растворе которого регистрируется очень интенсивная по-лоса, максимум которой приходится на 635 нм, в этаноле — на 627,5 нм; моляр-ный коэффициент поглощения равен 76800 л/(моль см). Нильский голубой относится к основным оксазиновым красителям, является смесью трех веществ и используется в гистохими-ческих исследованиях для окрашивания тканей. Сходное поглощение имеют также некоторые трифенилметановые красители.

В спектре красного красителя — ос-новной пик при 565 нм, плечо на нем при 530 нм (его видно на спектре) и бо-лее слабый (в 18 раз) пик при 252,5 нм. Возможно, это один из родаминов или какой-нибудь другой распространенный краситель. Если среди читателей есть специалисты по химии и спектральным характеристикам красителей, было бы интересно их мнение.

Автор благодарит Светлану Юрьевну Ляш-кевич и Владимира Леонидовича Иванова за возможность снятия спектров растворов

и.а.леенсон

400 550

длина волны, нм

700


53

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Cтраница мероприятия Вконтакте: http://vk.com/chemcamp.

E-mail: [email protected].

Адрес: гор. Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 3, комната 168 Б.

Телефон: +7 (495) 939 46 50

22 — 28 апреляС 22 по 28 апреля 2014 года

в МГУ им. М.В.Ломоносова проводится Международный студенческий форум –

ChemCamp (http://chemcamp.ru). В рамках форума пройдут:

Регистрируйтесь, побеждайте, получайте ценные призы!

ОлимпиадаТурнирЯрмарка вакансий

Решение бизнес-кейсов

52

МятаМята — продукт внесезонный. Летом ее едят свежей, зимой сушеной и замороженной. А мятные масло и эссенцию добавляют в кондитерские изделия и напитки, которые потребляют круглый год.

Что за трава мята. Мята — многолетнее растение семейства яснотковые, они же губоцветные. У многих представителей этого семейства стебли и листья покрыты многоклеточными волосками с желёзками на концах. Эти желёзки выделяют эфирные масла, и среди губоцветных много душистых трав: майоран и розмарин, базилик и душица, лаванда, тимьян и, конечно, мята.

Мята — название собирательное, объединяющее несколько видов. Самый резкий, ментоловый, вкус у мяты перечной Mentha piperica. Это естественный гибрид дикорастущих мяты водной M. aquatica и мяты колосистой M. spicata. Впервые растение обнаружили в Англии в 1669 году, поэтому второе название вида — мята английская. Межвидовой гибрид почти не образует жизнеспособных семян, и его размножают кусочками корневища. А до плодов мяты дело вообще не доходит — в на-ших широтах они не вызревают.

Помимо перечной, люди широко используют и другие виды мяты, в том числе колосистую и водную, кудрявую, полевую, зеленую, японскую и канадскую (она растет не только в Северной Америке, но и в Сибири, на Дальнем Востоке, в Северном Китае и в Японии), а также имбирную мяту M. gracilis — гибрид мяты луговой и мяты колосистой.

Как используют мяту. Не витамины и не микроэлементы делают мяту столь привлекательной, а приятный запах и освежающий вкус, возникающий благодаря эфирному маслу, которым насыщены стебли, листья и бутоны. Когда мята отцветет, ее аромат пропадает, поэтому собирать ее нужно до цветения. Растение едят в свежем виде, добавляя в салаты и чай, настаивают на мятных листьях квас и вино, варят медовые напитки. На зиму мяту сушат, а потом используют как приправу к мясу, рыбе, кашам и супам, в чистом виде или в сочетании с другими душистыми травами семейства яснотковых, иногда к пряной смеси добавляют толченые ягоды можжевельника. Мятой также ароматизируют кондитерские изделия, напитки (чай, кофе, вина, шербеты), уксус и даже сыр. Почти все пробовали мятные конфеты, пряники и чай с мятой. А на Востоке пучок травы заваривают кипятком и называют это мятным чаем, хотя чайных листьев в него вовсе не добавляют. Известны и мятные ликеры, самый знаменитый из которых — сладкий зеленый Crème de Menthe («Мятный крем»), любимый алкоголь-ный напиток Эркюля Пуаро.

Различные виды мяты используют по-разному, это зависит от содержания ментола в эфирном масле. Мята перечная — одна из самых ментоловых. Из-за ярко выраженного вкуса ее надо применять с осторожностью; если переборщить с количеством, блюдо получится горьким. Некоторых людей подстерегает еще одна неприятность — аллергия. Встречается она редко, но протекает болезненно, с головной болью, заложенным носом, спазмами в животе и расстройством кишечника. Причину аллергии точно не установили, возможно, ее вызывают присутствующие в мяте салицилаты, рас-тительный спирт линалоол или какие-то растительные белки. Таким людям не позавидуешь, потому что мятное масло часто входит в состав фармацевтической продукции: шампуней, мыла, зубных паст.

У других видов мяты гораздо более мягкий вкус. В кулинарии часто используют мяту колосистую. Именно она входит в классический рецепт самого популярного мятного напитка мохито, коктейля из пяти ингредиентов: белого рома, сока сахарного тростника, сока лайма, газированной воды и мяты. Листья мяты разминают, чтобы напиток был ароматнее, но не рвут. Родина мохито — Куба, Хемингуэй его очень любил. Существует безалкогольный вариант мохито, под названием нохито. А еще есть мятный джулеп, в состав которого помимо листьев мяты колосистой входят виски бурбон, сахар и вода.

Часто в блюдо добавляют не листья, сушеные или свежие, а мятную эссенцию. С ней проще за-мешивать тесто и мороженое. Натуральную эссенцию получают из растений методом дистилляции, однако некоторые люди, не имея перегонного аппарата, заменяют эссенцию водочной настойкой на мелко порезанных листьях.

Два быстрых рецепта. Если зимой хочется свежести, нужно очистить и крупно порезать четыре банана, оборвать листочки с трех веточек мяты и растереть их в кашицу, а потом взбить ее в блендере


53 «Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

3,№

1, w

ww

.hij.

ru

Н.Ручкина

Что Мы еДиМ

Худ

ож

ни

к Н

.Ко

лп

ако

ва

вместе с бананами и столовой ложкой меда. Полученную массу разложите по стаканам и долейте минеральной водой без газа.

А чтобы согреться и взбодриться, выпейте кофе с мятой. Достаточно положить в чашку листок-другой. Если свежей мяты нет под рукой, можно приготовить мятный настой, залив кипятком сушеные листья на два-три часа, а потом на этой воде сварить кофе.

о составе мятных масел. Эфирное мятное масло содержит ментол и ментиловые эфиры, горький терпеноид ментон, ментофуран и 1,8-цинеол, а также небольшое коли-чество других терпеноидов: лимонена, пулегона, кариофиллена и пинена. Соотношение компонентов варьирует в зависимости от вида мяты. Главный среди них, конечно, мен-тол, в масле из разных сортов мяты перечной его содержание достигает 50%, а в масле мяты полевой (японской) M. arvensis — 80%. Ментол активирует холодовые рецепторы на коже и слизистой оболочке, поэтому мы ощущаем холодок, когда жуем мятный листочек, рассасываем леденец или чистим зубы пастой со вкусом мяты. Недаром мяту перечную называют еще холодной, или холоднянкой.

Остальные виды мяты не столь ментольны, а листья мяты колосистой содержат ми-нимальное количество ментола и ментона. Главный компонент ее масла — ароматный терпеноид R(-)-карвон. (Другой изомер этого вещества, S(+)-карвон, пахнет тмином и укропом и в состав мяты колосистой не входит.) Именно поэтому колосистая мята так по-пулярна и кулинаров.

Чем полезна мята? Лекарственные свойства мяты известны с незапамятных времен. Чаще всего медики используют богатую ментолом мяту перечную.

Ее принимают при спазмах желудочно-кишечного тракта, тошноте и рвоте, вздутии живота. Благодаря большому количеству полифенолов эфирное мятное масло обладает желчегонными свойствами. Ментол расширяет сосуды сердца и головного мозга, по-этому эффективен при стенокардии и спазмах мозговых сосудов. В нашей стране очень популярен ментолосодержащий препарат валокордин.

Ментол — обезболивающее, дезинфицирующее и бактерицидное средство, снимает воспаление дыхательных путей и помогает при насморке. Плиний Старший считал, что мята стимулирует умственную деятельность, поэтому постоянно ходил в венке из мяты и своим ученикам советовал поступать так же. Мы, по суровости российского климата, не можем исполнять совет Плиния буквально, но иметь флакон с мятным маслом в наших силах.

Мята перечная входит в состав многих сборов, чаи и ванны с ней успокаивают. А вот чай из мяты колосистой, по некоторым сведениям, снижает уровень тестостерона в крови и потому полезен женщинам, страдающим гирсутизмом (ростом волос на лице).

Несколько слов о лимонной мяте. Мята лимонная, строго говоря, и не мята вовсе, это на-родное название мелиссы лекарственной Melissa officinalis, которая, как и мята, относится к семейству яснотковых. Ее листья и побеги богаты аскорбиновой кислотой и каротином и пахнут лимоном. Зелень мелиссы используют как пряность для салатов, супов, вторых блюд и солений и в качестве ароматизатора чаев и спиртных напитков.

Эфирное масло мелиссы содержит более 200 соединений, но ментола в нем практически нет. За характерный лимонный запах растения отвечают монотерпены нераль и гераниаль.

А что такое кошачья мята? Кошачья мята (котовник кошачий) Nepeta cataria — еще одно эфиромасличное растение семейства яснотковых. Это пряность с лимонным запахом, из-за которого котовник иногда путают с мелиссой. Ею ароматизируют кондитерские изделия, а также используют ее в парфюмерной промышленности. Однако природа лимонного запаха котовника иная, нежели в M. officinalis. Главный компонент эфирного масла кошачьей мяты — монотерпеноидное соединение непеталактон. В его состав входят также аскорбиновая кислота, дубильные вещества, гликозиды и горечи.

Кошачья мята получила свое название за то, что приводит в буйный восторг пред-ставителей семейства кошачьих — даже львы возбуждаются от запаха непеталактона. Животные громко мурлычут и катаются по земле. Экстаз продолжается минут десять. А людям народная медицина рекомендует котовник как средство от истерии и меланхолии.

56

Худ

ож

ни

к В

.Ка

ма

ев


57

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

фантастиКа

Божественные звуки Пятой сонаты наполняют комнату и, вырываясь в открытое окно, плывут над безбрежной темной водой. Кресло-качалка поскрипывает, внося слабый диссо-нанс в музыку Бетховена. Но это не страшно. Я уже привык и менять ничего не собираюсь. Ни Бетховена, ни кресло, ни холод от «бенелли» двенадцатого калибра в правой руке. Охотничье ружье, заряженное патронами с картечью, удобно лежит на подлокотнике и качается вместе со мной.

Вверх-вниз.Вверх-вниз.Прокравшийся в комнату ветер теребит занавески, и они

шевелятся в такт музыке, словно паруса. И мне кажется, что старая девятиэтажка — это корабль, плывущий по вечному морю, чьи волны поднимают и опускают крепкую палубу.

Вверх-вниз.Вверх-вниз.Я закрываю глаза, прислушиваясь к посторонним звукам,

прорывающимся сквозь музыку. Я их не слышу — скорее, чувствую. Или представляю.

«Топ-топ-топ» — это шлепает широкими, вечно мокрыми лапами, спускаясь по лестнице, Пингвин. И как только его Бледная Пакость пропускает? Сожрет ведь когда-нибудь.

«Шур-шур-шур» — скребется, поднимаясь из воды по старой кирпичной кладке, длинное щупальце. Я — на седьмом. Уровень воды — между пятым и шестым этажами. Щупальцу ползти совсем недалеко, оно справляется со своей задачей и заглядывает в окно. Присоски на утолщении прислушиваются к дыханию теплой добычи. Ко мне то есть. Тварь, сидящая под водой на другом конце щупальца, еще не знает, что такое па-троны с картечью. Спасибо за «бенелли» хозяину квартиры на девятом. Жаль, что не могу лично поблагодарить.

Давай-давай, подползай, хватит уж осторожно подкрады-ваться. Время поджимает.

Пингвин открывает дверь и появляется на пороге.— И-и-и-и! — кричит он. — И-и-и-и!Щупальце замирает в секундном замешательстве — кто это?

что делать? — а затем, выпустив электрический разряд куда-то вверх, как натянутая резина щелкает обратно к окну — бежать, спасаться. Я стреляю вслед. Часть картечи уходит в изреше-ченную стену, часть — в окно. Но основной заряд попадает в щупальце, разрывая студенистую плоть. Мне кажется, что где-то глубоко-глубоко под домом кричит от боли неизвестный мне водяной зверь. Утолщение с присосками падает на пол, заливая покореженный паркет голубой кровью.

— И-и-и-и! — радуется Пингвин, в предчувствии сытного обеда хлопая себя по лоснящимся бокам и переминаясь с ноги на ногу.

— Ну, что ты наделал? — спрашиваю я, разглядывая чер-ное пятно на потолке. — Чуть добычу не упустили. Ай-ай-ай!

Пристыженный Пингвин опускает голову, но я вижу по его хитрым глазам — нет, не раскаивается, в следующий раз опять без спросу притопает. Это он за меня переживает. Ему почему-то кажется, что я обязательно промахнусь и стану обедом для одного из тех. Из глубины которые.

Какой же из меня обед? Правильно — невкусный. Жили-стый. Но Пингвина не разубедишь...

Я аккуратно вырезаю из остатков щупальца электрическую железу. Стоит только неосторожно ее сжать, как из кольчатой трубки на конце ударит молния. Бережно опускаю железу в трехлитровую банку с соляным раствором — и пойду теперь наверх заряжать аккумуляторы. Хочется же еще Бетховена послушать. Да и новости узнать не помешает. Вот и охочусь. На некоторых.

— Ешь, — кидаю я Пингвину все, что осталось.Пингвин хватает мясо прямо на лету и тут же проглатывает,

громко щелкая зубастым клювом.— Эх ты, плод моего воображения, — говорю я Пингвину,

дружески хлопая его по плечу, — вкусно небось? Да, это тебе не бычки в томате. Ладно, пошли радио слушать.

— И-и-и! — соглашается Пингвин, осматривая пол: вдруг где-то затерялся вкусный кусочек.

Я закидываю «бенелли» за спину, беру под мышку старый магнитофон, сую в руки Пингвина банку, и мы выходим на лестничную площадку. Пингвин, переваливаясь с ноги на ногу, впереди. Я — сзади.

Стены покрыты потоками сырости. Плесень расползлась по штукатурке витиеватыми узорами — радостью психоа-налитика. Был у нас такой тип при лаборатории. Вызовет тебя в кабинет, откроет журнал и спрашивает: «На что, Се-режа Павлович, это похоже? А это? Вот сюда посмотрите». А там — кляксы разные, которые обязательно что-то напо-минать должны. Ну да, напоминали, прямо как эти разводы на стенах. Вон тот, например, на зубастую пасть похож…

— Стой, Пингвин! — кричу я. — Я ж про Бледную Пакость из-за тебя забыл!

Возвращаюсь обратно в квартиру и сердито ищу, что бы такого отдать на этот раз. Взгляд падает на подписку старых литературных журналов за две тысячи двенадцатый год. С одной стороны — жалко. А с другой — что делать?

— Посторонись, — говорю, — Сусанин ты лапчатый, а не Пингвин.

Пингвин тяжело вздыхает.Размахиваюсь и запускаю журналы в сторону лестницы.

Связывающая их тонкая бечевка рвется, и журналы, шеле-стя листами, опускаются на лестницу шестого, сползают по ступенькам, шлепаются в воду пятого.

Туда, где обитает Бледная Пакость.Никогда не могу заметить момента атаки — лишь в воз-

духе повисает водяная взвесь, да перед глазами — бледная размытая пелена. Пакость передвигается так быстро, что

надежд разбитых грузВладимир Венгловский

…В душе моей, как в океане,Надежд разбитых груз лежит.Кто может, океан угрюмый,Твои изведать тайны? КтоТолпе мои расскажет думы?Я — или Бог — или никто!

М.Ю. Лермонтов

58

увидеть ее никак не получается. На лестнице не остается ни одного журнала — все схватила, до каждого листочка. Сидит сейчас, разбирается — съедобно или нет.

— Пошли, — говорю Пингвину, — наверх побыстрее.Хотя знаю, что можно и не торопиться. Пока Пакость пой-

мет, что схватила что-то несъедобное, проходит минут пять. После чего снова начинает подстерегать. Тугодум какой-то.

Мы поднимаемся выше. Пингвин, чувствуя за собой вину, грустно шлепает позади.

— Пойдем сегодня к Старушке? И радио сюда прине-сем? — спрашиваю я, кивая на потрескавшуюся дере-вянную дверь на восьмом.

Дверь распухла от сырости и, если на нее надавить, от-кроется с неприятным скребущим звуком. Квартира про-пахла старыми газетами, керосином и ветошью. Все стены, начиная с короткого темного коридора, обклеены черно-бе-лыми фотографиями. Портреты, портреты... Улыбающиеся мальчики и девочки в нарядных костюмах, взрослые, так же дарящие ослепительные улыбки. Вся история многочислен-ного рода перед глазами. А Старушка жила одна. Одинокая узкая кровать у стены. Пропахшая сыростью деревянная грузная мебель. Запасы крупы, сахара и соли. Керосиновая лампа на столе. Вот за запасливость — огромное Старушке спасибо. Это тебе не бычки в томате с девятого.

— Нет, — говорю я Пингвину, закрывая дверь. — К Ста-рушке не пойдем. Пойдем к Охотнику. Там слушать будем.

Пингвин радостно кивает, приоткрывая длинный клюв.— И-и-и-и, — шлепает он руками по лоснящимся бо-

кам. — И-и-и-и.В квартире Охотника Пингвину очень нравится разгляды-

вать оленьи рога, висящие на стене.Дверь к Охотнику бронированная, металлическая, такую

не открыть топором, как дверь Старушки, — пришлось пробивать стену от соседей. Сейчас замки можно не за-крывать — гостей не предвидится. На весь дом только я и Пингвин, если не считать надежно засевшую между пятым и шестым Бледную Пакость.

Прямо в прихожей скалится и глядит с пола пластико-выми глазами шкура бурого медведя. Роскошная мебель расставлена в безумном сочетании классики и хай-тека. В гостиной — шкаф со стеклянными дверцами, заполненный призами и фотографиями. Фотографии разнообразием сю-жетов не отличаются. Охотник с медведем и товарищами. Медведь — мертвый. Товарищи — живые и улыбающиеся. Охотник с двумя грустными убитыми кабанами, третий сле-ва. Охотник где-то в Африке на сафари, львов, наверное, выслеживает.

Я смотрю на простреленный потолок и вспоминаю, как едва не снес Пингвину голову.

— Пингвин, — киваю я на следы картечи на потолке, — помнишь?

Пингвин не помнит. Пингвин, приоткрыв клюв, смотрит на рога, висящие возле шкафа. Он очень занят. Кажется, не дышит даже. Я забираю банку из рук Пингвина, ставлю на стол и опускаю в нее контакт аккумулятора. Второй кидаю на батарею отопления. Вскоре аккумулятор зарядится и можно будет услышать последние новости.

Выхожу на балкон и вдыхаю прохладную свежесть. До самого горизонта — вода, переходящая в голубое небо. Над торчащими остовами домов — тишина и огромное яркое солнце. Белые облака с розовой корочкой проплывают по небу и отражаются в водной глади. Говорят, что, оставшись один, человек может довольно быстро сойти с ума. Но я же не один — у меня есть Пингвин.

«Топ-топ-топ» — Пингвин тоже выходит на балкон. Снятые со стены рога он гордо держит в руках перед собой.

Пингвин подходит к перилам и сбрасывает рога вниз.— Ну ты даешь! — говорю я.— И-и-и, — соглашается Пингвин, тяжело вздыхая.В это мгновение радио в комнате на столе кашляет и на-

чинает вещать голосом диктора: «Кх-х-х. Уровень воды за последнюю неделю не изменился. Пятнадцатиметровая водяная стена замерла на расстоянии ста двадцати кило-метров от эпицентра трагедии в городе... Кх-х-х... Зато-плено... Кх-х-х... Эвакуация продолжается. За последний месяц аномалия расширилась в диаметре на тридцать километров. Причины трагедии, приведшей к массовой гибели людей, до сих пор неизвестны. Ученые продолжают спорить о факторах, вызвавших необъяснимое стихийное бедствие. Почему вода замерла в огромном цунами, словно за невидимой стеной, и не разливается дальше, а пере-двигается скачкообразно? Откуда взялось такое количество воды посреди суши? Сегодня в студии профессор... К-х-х... Поддерживающий теорию о внеземном происхождении...»

Я схватился за голову. Больно. Очень больно. Боль набе-гает, словно морские волны. Пингвин испуганно смотрит и беззвучно раскрывает клюв.

— Слышишь, Пингвин внеземного происхождения, — сквозь боль улыбаюсь я. — Помоги до кровати добраться.

Сильные руки Пингвина бережно подхватывают меня под мышки и опускают в кровать.

— Больше никогда меня не буди, — говорю я, чувствую на лбу его холодную ладонь и проваливаюсь в сон.

У озера, отливающего на солнце изумрудами, растут дома. Именно — растут, словно мангровые заросли, окуная в при-брежную илистую воду толстые извилистые корни. В городе кипит жизнь. Маленькие шустрые обитатели напоминают древесных квакш, но только многоногих и с пучком щупалец у головы. Они бегают, открывая круглые дверки и выглядывая в окна. Среди города поднимаются огромные белые цветы, растущие из верхушек домов. Посреди лепестков сидят большие толстые жабы, важно и глупо глазея по сторонам.

— Кар-р-ра! — вдруг кричит одна, широко раскрыв рот и пузырями надувая щеки. — Кар-р-ра!

Тут же по лестнице взбираются несколько квакш, перека-тывают жабу на носилки, бегут к воде и спешно бултыхают туда толстушку.

— На нерест пошла, — комментирует невидимый Пингвин.— И в этом мире разум, — говорю я. — Вы что — сговори-

лись все? Почему не попадается ни одного пустого мира?— А они есть, пустые миры? — вместо ответа спрашивает

Пингвин.— Мне еще не встречались. А ты не признаешься. Поро-

сенок ты, а не Пингвин. Там «и-и-и» да «и-и-и», а как в мои сны пролезаешь, так болтаешь слишком много, только всё не по теме. Вообще — тебя кто сюда звал?

— Никто. Я сам пришел. Тебе помогаю. И надеюсь, что ты найдешь мой мир.

— А вот и нет никакого твоего мира, — говорю я. — И тебя нет. Ты только плод моего воображения. А я потихоньку схожу с ума от боли и одиночества.

— Думай как хочешь, — вздыхает Пингвин.— Слушай, — говорю я, чувствуя далекую подкрадываю-

щуюся боль, — ответь на вопрос наконец, это ты портал в мой мир открыл?

Но Пингвин, как обычно, не отвечает. А боль настигает меня во сне, набегает незримой огромной волной и за-полняет водой так, что голова готова разорваться в любую минуту. Падаю на колени. Стоит только не противиться напору, выпустить воду наружу, как она сметет этот мир. И я вижу…


59

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru


Вода вливается сквозь открывшийся портал, разрушая мангровый город. Она ломает цветы, и белые лепестки мечутся с волны на волну. В соленых водоворотах исчезают толстые жабы. Погибают, пытаясь спастись, быстрые квак-ши, раздавленные напором воды.

Нет! Назад! Я не могу! Это неправда!Я не могу погубить чей-то мир. Даже спасая собственный.

Не имею права.Нет больше сил сдерживать воду, и она уходит вместе

с болью там, где-то далеко, на моей Земле. Я покидаю сон с его счастливыми, оставшимися жить мохнатыми обитателями.

Открываю глаза и чувствую тошноту. После снов-путешествий — вечное похмелье.

— Дай чего-нибудь поесть, — прошу Пингвина.Его не видно, но я знаю, что плод моего воображения

бродит где-то неподалеку. Ага — а вот и он, несет банку бычков в томате.

— Нет чтобы что-то другое предложить, — бурчу я. — Омаров, например.

Пингвин пожимает плечами, копируя мой жест, и вскры-вает банку с помощью консервного ножа. По комнате рас-пространяется ненавистный запах. За разнообразное меню тоже надо Охотнику спасибо сказать. Это в его квартире я нашел с полсотни таких банок. К потопу он, что ли, готовил-ся? Или просто бычки в томате обожает?

— Ну, поехали, — говорю я и втыкаю вилку в жирные рыбьи куски.

А электрических студенистых тварей пусть Пингвин жрет. Может, они для людей ядовитые. Моя жизнь в данной ситуа-ции очень ценна. Беречь надо Сергея Павловича и лелеять.

Радио опять оживает — это Пингвин ненароком его вклю-чил, неуклюже повернувшись.

«Кх-х-х... Экстренное сообщение. В аномальной зоне новый резкий скачок. Уровень воды поднялся на полметра, а стена переместилась на пять километров. По предвари-тельным данным, жертв нет, люди из зоны риска были забла-говременно эвакуированы. Подобный скачок наблюдался неделю назад, когда радиус зоны затопления увеличился сразу на десять километров. Что может остановить насту-пающую воду? Сегодня у нас в гостях известный физик... Кх-х-х... Его речь вы прослушаете сразу после обращения к народу митрополита... Кх-х-х».

— Эге, — говорю я, — слышал, как уровень поднялся? Так и Бледная Пакость скоро свою добычу получит. Уже недолго осталось, — поднимаюсь я из-за стола, отталкивая наполо-вину опустевшую консервную банку. — Надо воды набрать. Кажется, ночью шел дождь?

Пингвин не отвечает. Он разглядывает место, где висели рога, и тяжело вздыхает.

Я достаю из-под стола пустую пластиковую бутылку и вы-хожу на лестничную площадку. Слева от квартиры Охотника новая дверь китайского производства из тонкого металла, надави пальцем и прогнется. Здесь жили Молодожены. Справа — старая дверь, обшитая ободранным дерматином с торчащими из-под него кусками грязного утеплителя, — за ней обиталище Скряги. Эти квартиры мне не нравятся — недостаточно пропитались жизнью. Молодожены только въехали, а Скряга не оставил после себя следа, словно и не жил никогда.

Гремя металлическими ступенями, поднимаюсь на чердак. Оттуда — на крышу. Так я гораздо ближе к небу с белыми облаками. Чувствую, что скоро придется сюда переселить-ся, если уровень воды поднимется еще выше. На широкой крыше в тени кирпичной вытяжки стоит ванна, куда собира-

ется питьевая вода во время дождя. Разгоняю плавающих личинок комаров — «чертиков», наполняю бутылку и подхожу к низкому ограждению на краю крыши.

Слышу: «Бум-бум-бум». О! Пингвин топает. Соскучился.— И-и-и, — появляется в чердачном люке его черная

физиономия.— Заходи, — говорю, — гостем будешь. Полюбуйся жи-

вописными видами. Хотя кругом одно и то же, как ты пони-маешь. Суши не видно.

Пингвин хмурится. Вспоминает, наверное, тот день, когда сюда попал.

Страшные тогда были волны! Похлеще цунами. Вода, появившаяся из портала посреди города, неслась стреми-тельными потоками, сметая все на своем пути. Как я спасся? Не знаю. Хватался за плывущую мебель, выныривал, падал в воду и снова плыл. Видел ли я портал? Нет, наверное. Не до того было. Достаточно, что я его чувствовал. Я ведь сам такие открывать умею.

Но страшным был не только напор воды. Вместе с пото-ками сквозь портал прошли чужие существа.

Пингвина я встретил, когда до этой девятиэтажки доплыл. Как сейчас помню: открывается навстречу дверь, и появля-ется черное существо с меня ростом, улыбаясь зубастым клювом. Хорошо, что я тогда еще «бенелли» не нашел.

— И-и, — вдруг, непривычно волнуясь, говорит Пинг-вин. — И-и.

В небо показывает. Смотрю — вдалеке вертолет неболь-шой летает. Как я его стрекот не услышал? Задумался, на-верное. Не угомонились еще, выходит, эвакуаторы. Или... У меня возникло нехорошее предчувствие. Неужели ищут меня? Ну, кажется, манией преследования я еще не страдал.

— Пойдем, — говорю Пингвину, — нам ведь не надо быть спасенными.

— И-и-и, — соглашается Пингвин.Прежде чем нырнуть в темноту чердака, оглядываюсь.

Не нравится мне этот вертолет. Очень не нравится. Как бы нас не заметили.

Почему я вновь чувствую приближающуюся боль? Так быстро. Совсем же недавно в сон погружался.

— Помоги, — падаю я на скользкую пингвинью спину.Пингвин подхватывает меня сильными руками. Я вижу, как

внизу перемещаются по железным ступеням его красные гусиные ноги — шлеп-бум, шлеп-бум. Боль накатывает в такт шагам и пульсирует в висках острыми иглами. Я про-валиваюсь в спасительный сон прямо на холодной пингви-ньей спине.

Редкие снежинки медленно опускаются на пожелтевшую тра-ву. Ветер теребит травинки и гонит по полю сухие коробочки с семенами. Плывут свинцовые тучи, едва не задевая шпили башен, соединяющих землю и небо. Башни испещрены от-верстиями-выходами. Крылатые создания, словно летучие мыши, носятся туда-сюда, изображая хаотичное движение.

Устало опускаюсь на промерзшую землю.— Не повезло, — говорю невидимому Пингвину.— Не повезло, — соглашается Пингвин.

60

Летучие мыши одеты в пестрые одежки. Они живут, рожа-ют детей, создают предметы искусства и, наверное, пишут книги. Во всяком случае, они разумны — с этим фактом трудно поспорить.

Стоит мне захотеть, и вода ворвется сквозь открытый портал, повалит башни, крылатые создания будут, жалобно крича, носиться над бурными потоками, чтобы в конце кон-цов свалиться от усталости в воду, смирившись с гибелью собственного мира.

Я кто — бог или дьявол? Какова цена спасения моей Земли?

— А твой мир какой? — спрашиваю я у Пингвина. — На что он похож?

— Он — красивый, — тихо отвечает Пингвин.— Ну что ж, — говорю я, — пора просыпаться. Пойдем.Иду по холодному полю, давя воображаемыми подошвами

хрупающие твердые снежинки. С каждым шагом чувствую, как вода в моем городе продвигается все дальше, а у меня нет сил ее сдержать. Но открыть портал и выпустить воду в мир высоких башен я тоже не могу.

Позади радостно пищат летуны, не подозревая, что были на краю гибели.

Откуда-то издалека, может быть, совсем из другого мира, сквозь появившуюся боль доносится стрекотание летающе-го механического чудовища.

Открываю глаза и вижу перед собой человеческое лицо в черных очках. Все-таки заметили нас гости-с-вертолета. Двигателя не слышно, неужели сумели сесть на крыше?

— Здравствуйте, агент Смит, — говорю я.— Какой я вам Смит? — удивляется мой новый гость.Из-за его спины появляется второй человек, похожий на

первого, как родной брат. Оба в строгих деловых костю-мах. От плотных фигур веет непоколебимой уверенностью людей, никогда не сомневающихся в правильности своего выбора.

— Вы — Григорьев Сергей Павлович? — задает вопрос Второй.

— А вы — Джеймс Бонд? — спрашиваю я в ответ.— Не совсем. Скажем так, работаем в схожем ведом-

стве, — с улыбкой отвечает Первый.Он снимает очки, дышит на стекла и протирает их но-

совым платком. Его голубые глаза кажутся немного рас-терянными.

Гости выглядят довольными, как слоны после купания.— Уважаемые довольные слоны, — говорю я, — что ж вы

вырядились киношными героями? Вы же должны быть в толпе серыми и неприметными.

— По-разному, — говорит Первый, пряча очки в нагруд-ный карман. — Да и толпы тут нет. Но вы не ответили на наш вопрос. Хотя не надо. Не считая появившейся седины, вы очень похожи на свои фотографии. Ну, здравствуйте, Сергей Павлович.

— Привет, — пожимаю его крепкую жилистую руку. — Вы Пингвина не видели?

— Кого? — удивляется Второй.— Пингвина. Такой, знаете ли, черный, почти с меня ро-

стом, с белой манишкой и клювом. — Я показываю, какой длины клюв у моего воображаемого друга.

— Нет, не видели, — пожимает плечами Первый.— Так я и думал, — расстраиваюсь я.— Собирайтесь, поднимаемся к вертолету, — говорит

Второй.— Зачем? — спрашиваю я. — Мне и здесь неплохо. Спо-

койно, не мешает никто. Морской воздух для здоровья очень полезен. Могу бычками в томате угостить — у меня их много.

А как вы вертолет сумели на крышу посадить, лопасти ан-теннами не повредили, случайно?

«Бенелли» лежит далеко — не достать. Да и не смогу я в скорости с новоявленными суперменами из спецслужб соревноваться.

— У нас приказ, — говорит Первый, — найти Григорьева Эс Пэ и доставить в Управление. Но у меня к вам еще и личный вопрос. — Его глаза больше не кажутся растерянными, они словно две ледышки. — Зачем вы активировали Систему?

— Систему? — удивляюсь я. — Какую Систему?— Не корчите из себя дурачка, — говорит Второй.— Почему обязательно корчу? — возмущаюсь я. — Я ж до ла-

боратории в психушке находился. Мне, так сказать, по службе положено корчить этого самого, вашего. Или по призванию.

— Урод! — приближает ко мне лицо Второй. «Сам урод, — думаю я, — хоть бы очки снял — глаз не видно. Трудно так с человеком разговаривать». — Ты активировал Систему, разработанную в Четвертой лаборатории, и открыл портал в другой мир, откуда хлынула вода. Ты, сволочь, вызвал новый потоп! Отвечай, как отключить Систему? Где она теперь? Почему еще работает, если лаборатория разрушена?

— Коля, перестань, — останавливает его Первый. — Ты не знаешь всей информации. Ведь наш уважаемый Сергей Павлович и есть Система.

— Разрешите представиться, — говорю я. — Система. Очень приятно.

Такое прозвище мне дали в Четвертой лаборатории, куда меня вытащили из городского психоневрологического дис-пансера, где я лежал с диагнозом «шизофрения». У пациента Григорьева Сергея Павловича наблюдались устойчивые бредовые идеи. Ему казалось, что во снах он попадает в другие миры, и часто он, то есть я, не мог отличить сон от реальности.

Четвертая лаборатория занималась исследованиями парапсихических способностей человека. Меня многому там научили.

— Ладно, — быстро приходит в себя Коля, который Вто-рой. — Мне не интересно, как ты там это делаешь — паль-цами щелкаешь или копытами стучишь, распространяя серную вонь. В Управлении разберутся. Я спрашиваю: зачем? Зачем ты решил погубить наш мир? Моя сестра, мразь, умерла во время потопа.

— Дело в том, что я не открывал портал, — говорю я, раз-думывая, куда же это Пингвин подевался. Наверное, сквозь дыру в стене отправился в квартиру к Молодоженам.

— А тогда кто?— Не знаю. Кто-то извне. Из другого мира. Может быть,

наши эксперименты ослабили связи и этот кто-то восполь-зовался слабиной, чтобы слить лишнюю воду? Или же он просто искал воду для своего мира?

— Не верю! — кипятится Второй.— Коля, подожди, — говорит Первый. — Если ты утверж-

даешь, — обращается он ко мне, — что портал открыт не тобой, так закрой его!

— Я многое теперь могу! — отвечаю я. — Могу открывать порталы. Могу заглядывать во сне в другие миры. Могу сдерживать воду. Вот так. — Сжимаю пальцы в кулак. — Но не могу закрыть чужой портал, точно так же, как вы не можете его разрушить. Он не материален. Это только не-зримый проход.

— Тогда открой новый портал, — спокойно говорит Пер-вый. — Пускай вода уйдет в другой мир.

— Там жизнь! Разум! Я ищу пустышку в каждом сне. Я про-дираюсь сквозь миры, но не могу их погубить.

Устало опускаюсь на кровать. Сквозь дыру в стене появ-ляется голова Пингвина.


61

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

— И-и-и-и, — раскрывает он клюв и глядит на гостей.— Ну ни хр… Кто это?! — кричит Первый.Второй выхватывает пистолет. Пингвин прячется.— О! Вы тоже его видите? — радуюсь я. — Понятия не

имею, кто это. Но откликается на Пингвина.Второй делает два шага к пробитой стене.— Отставить, — командует Первый. — Черт с ним. Тут пол-

но подобной гадости завелось. Берем Систему и на крышу.Он протягивает ко мне руки.— Я не могу! — пытаюсь отползти от него подальше. — Вы

не поняли. Если я отсюда уйду, то не смогу контролировать воду. Я же ее держу! Вот! Вот! — Я свел ладони вместе. — Вы меня заберете — и все погибнет! Поверьте! Я должен остаться здесь!

Вижу, что Первый колеблется.— У нас приказ, — холодно говорит он. — Что я думаю —

не имеет значения. Нам надо доставить тебя в Управление. Пошли. Там разберутся.

Обреченно встаю. Не спастись. Все было напрасно.— Дайте мне хотя бы забрать лабораторные записи. Они

там — у Старушки.— Где-где? — поднимает вверх брови Первый.— В квартире под нами. Я мигом.— Пошли, Николай, — указывает на дверь Первый. — Про-

ведем Сергея Павловича.Мы следуем друг за другом — впереди Первый, в се-

редине — обреченный пленник, замыкает строй Второй, который так и не снял темные очки. Проходим мимо разво-дов на стенах — радости психоаналитика. Я бы ему сейчас рассказал, что вот это пятно похоже на Первого, а вот это напоминает Второго. Третье раскрывает зубастую пасть. Уровень воды поднялся. Интересно, где сейчас рубеж, за который нельзя заходить?

Пингвин появляется из квартиры Молодоженов, когда мы уже спускаемся по лестнице. Он поднимает руки, в которых зажата электрическая железа подводной твари. Соленая вода сбегает по черным пальцам моего друга и капает на бетонный пол.

Второй оборачивается и выхватывает пистолет. Пингвин сдавливает ладони.

— И-и-и-и!В темноте лестничных пролетов электрическая вспышка

кажется ослепительно яркой. Второй валится на ступени. Черные очки оплавленным комком летят в воду. Первый толкает меня в сторону, вытягивает руку с пистолетом и делает шаг ниже по лестнице.

Выстрел!Но шаг сделан. Вот она — граница охотничьих угодий

Бледной Пакости. Я никогда не мог увидеть момент на-падения. Лишь в воздухе остается водяная пыль, сейчас обильно подкрашенная красным цветом. Первый не успел даже вскрикнуть.

— Пингвин! — Я бросаюсь к своему другу, лежащему на лестничной площадке.

Его остекленевшие глаза смотрят в потолок. На груди, там, где у человека должно быть сердце, рана от пистолетной пули. Противно пахнет горелой плотью. После вспышки режет глаза, и на них наворачиваются слезы.

Я сижу посреди пустой крыши, как мальчишка качаясь на двух ножках стула. Где-то на подступах к чердаку плещется вода. Электрические твари прут напролом, чувствуя близкую добычу. В «бенелли» осталось всего четыре заряда. Корабль идет ко дну, но его капитан все еще твердо стоит на палубе, раскачиваясь вместе с ней.

Вверх-вниз.Вверх-вниз.

Четыре заряда — это же еще очень много. Продержимся. Главное, чтобы твари не подобрались во время сна, который больше некому охранять. Я положил мертвого Пингвина в кабину вертолета и, сумев с четвертой попытки завести двигатель, опрокинул вниз. Теперь мне больше не с кем говорить в своих снах.

Боль. Она приходит все чаще раз за разом. Вот и сейчас она хватает виски, и я проваливаюсь в очередной мир.

Растрескавшаяся земля, сухая пыль под ногами. Я стою на краю пропасти и вижу перед собой дно высохшего океана, в котором нет ни капли воды. Рядом лежит на боку остов давно погибшего парусного корабля. Его мачты сломаны. По трухлявому днищу, вяло перебирая лапками, ползет сонный краб.

Еще дальше на древнем берегу — черная фигура с длин-ным клювом.

— Пингвин!Я бросаюсь к Пингвину и останавливаюсь. Это не он.

Просто очень похож. Пингвин смотрит сквозь меня в сухую бесконечность. Он не может меня видеть. Меня здесь нет. Я там, в кресле, раскачиваюсь и держу «бенелли» с четырьмя последними патронами. А здесь я — только плод собствен-ного воображения.

Вон сидит еще один Пингвин. Еще и еще. Они смотрят и ждут, словно высохшие древние мумии. Они не знают, что их посланник больше никогда не вернется и не приведет с собой воду.

Я ничего не обещал тебе, Пингвин. Но я сдержу слово, которое никогда не давал.

Мне не надо щелкать пальцами или стучать копытами. Все происходит совсем не так. Я — Система. И я умею от-крывать порталы. Это моя работа. Это то, чему меня обучили в лаборатории. Я зажмуриваюсь прямо здесь, во сне, и чувствую бурлящий поток воды, проходящий меж пальцев. Вода устремляется сквозь новый проход из другого мира, в котором одинокая спящая фигура раскачивается на стуле.

Вверх-вниз.Вверх-вниз.И сейчас сухая земля тоже качается под ногами. На-

верное, я просто устал. Я опускаюсь на колени, открываю глаза и вижу, как на землю падает первая капля. А потом слышу рев океана, наполняющего соленой холодной водой мертвую впадину.

— И-и-и! И-и-и! — кричат прыгающие от счастья Пингвины.— И-и-и!А где-то совсем в другом мире другой человек, который

тоже я, уже проснулся. Он стоит на краю крыши, смотрит на стремительно понижающийся уровень воды. И нельзя понять — плачет он или смеется от радости.


62

Пишут,что...

Фраза «время — деньги» порой имеет буквальный смысл: время выдержки делает некоторые материалы безумно дорогими. И таких материалов немало, взять хоть древесину, которая десятилетиями вылеживается на складе и составляет золотой запас фабрик, произ-водящих качественные музыкальные инструменты. А вот физикам приглянулся древний свинец.

Две тысячи лет тому назад римский корабль, взяв на борт груз свинца, добытый в шахтах близ Нового Карфагена (ныне испанская Картахена), отплыл на родину. Но не дошел, потерпев крушение у берегов Сардинии. И более сотни отливок общим весом 33 тонны лежали на дне морском, пока оснащенные современной техникой искатели сокровищ не подняли их на поверхность двадцать лет назад. Находку поместили в археологический музей Кальяри.

А в мае 2011 года итальянские физики из Национальной лаборато-рии в Гран Сассо уговорили сотрудников музея продать им свинец, поскольку именно для физиков он дороже любых сундуков с золотом. Дело вот в чем. Они ловят нейтрино, которые очень слабо взаимо-действуют с веществом. Поэтому любой лишний всплеск излучения в детекторе для них как нож острый. Детектор помещают на дне шахте и заворачивают в свинец, но он и сам радиоактивен — из-за изотопа Pb210. Так вот, за 2000 лет из-за череды распадов его количество упало в сто тысяч раз! Сейчас именно с этим свинцом проходят опыты в Криогенной подземной обсерватории редких событий.

Прослышав от коллеги об этом успехе, физики из группы CDMS (Криогенный поиск темной материи), чей детектор стоял под кам-пусом Стэнфордского университета, а теперь расположен в одной из шахт в Миннесоте, стали искать свой древний свинец. И нашли-таки ныряльщиков, поднявших груз с затонувшего в XVIII веке француз-ского корабля. На сей раз случились неприятности: французская таможня, грудью вставшая на защиту культурного наследия, при-влекла ныряльщиков к ответственности. Ведь древние отливки — не материал, но памятник технологического развития. Теперь в печати идет дискуссия, что важнее: сохранение наследия или прогресс науки («Rosetta» 2013, 5, 40—46). Вообще-то в Конвенции ООН по морско-му праву записано, что найденные в море древности должны быть «сохранены или отчуждены для пользы всего человечества». Но вот у нас появилось две пользы. Какая из них максимальная?

...в десятку «людей года» журнала «Nature» во-шел В.И.Гроховский из Уральского федераль-ного университета в Екатеринбурге, вместе с коллегами обнаруживший и исследовавший обломки Чебаркульского метеорита («Nature», 2013, 504, 7480, 357—365)...

...по мнению И.Г.Митрофанова из Института космических исследований РАН, участвую-щего в подготовке российского лунного зонда «Луна-Глоб», посадка китайской миссии на лунную поверхность станет «началом эпохи постоянного пребывания человека на Луне» («New Scientist», 2013, 2948, 6—7)...

...на сельскохозяйственных землях, забро-шенных после распада СССР, можно было бы выращивать до 90 млн. т зерновых еже-годно; в 1990—2009 годы растительность на пустующих землях западной части России и Украины связала 470 млн. т углерода, что соответствует одной трети всей эмиссии СО2 в США за 2012 год («Global Biogeochemical Cycles», онлайн-публикация 3 декабря 2013 года, doi: 10.1002/2013GB004654, «Nature», 2013, 504, 7480, 342)...

...во время новолуний и полнолуний в горной сейсмически активной местности появляются всплески интенсивности нейтронов как ре-зультат воздействия на Землю Луны и Солнца («Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия», 2013, 3, 84—86)..,

...сравнение митохондриальных геномов 18 древних видов семейства собачьих с геномами современных собак, волков и койотов показа-ло, что собаки были одомашнены в Европе 18 800—32 100 лет назад и происходят от линии волков, которые в настоящее время вымерли («Science» 2013, 342, 6160, 785—786, 871—874)...

...тестостерон может стимулировать роди-тельское поведение у самцов грызунов, но этот эффект проявляется в результате аро-матизации тестостерона и превращения его в женский половой гормон эстрадиол в области гипоталамуса, отвечающей за активацию роди-тельского поведения («Известия РАН. Серия биологическая», 2013, 5, 583—591)...

...с возрастом снижается точность воспро-изведения последовательности движений ведущей руки из-за уменьшения роли левого полушария в работе системы кратковременной рабочей памяти, что, в свою очередь, связано с уменьшением межполушарной асимметрии («Журнал высшей нервной деятельности», 2013, 63, 5, 565—570)...С.Анофелес

Худ

ож

ни

к А

нд

ре

ас

Мю

лл

ер

О пользе древних запасов

КОрОтКие зАМетКи


63

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Пишут,что... Пишут, что...

...при постройке Запретного Города в XV— XVI веках китайцы перетаскивали многотонные камни по льду, преодолевая таким образом многие десятки километров («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2013, 110, 50, 20023-20027)

...свиной грипп H1N1, а также вакцина «Pandemrix» против него, более не применяемая, в редких случаях могли вызывать нарколепсию — хроническую болезнь аутоиммунной приро-ды, сопровождающуюся сонливостью («Science Translational Medicine», 2013, 5, 216, 216ra176)...

...улучшению качества сна и его продолжитель-ности способствует вечернее прослушивание «музыки мозга» — записанной во время разных фаз сна пациента и переложенной на музыку ЭЭГ пациента («Успехи физиологических наук», 2013, 44, 4, 35—50)...

...пчелы-сборщицы опознают пчелу-танцовщи-цу, несущую информацию о местонахождении источника корма, по электрическому полю, которое возникает благодаря накоплению на теле танцовщицы электростатического заряда, примерно в два раза превышающего заряд у пассивных пчел («Биофизика», 2013, 58, 6, 1051—1064)...

...железоокисляющие ацидофильные микро-организмы успешно справляются с биорегене-рацией железа в растворе, образующемся после химического выщелачивания шлака для полу-чения меди и цинка («Прикладная биохимия и микробиология», 2013, 49, 6, 561—569)...

...водные экстракты ревеня и дуба обладают выраженными нейтрализующими свойствами в отношении гемолизина, который вырабатывают большинство штаммов холерного вибриона Vibrio cholerae eltor («Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии», 2013, 4, 10—16)...

...широкомасштабное исследование различных линий огурца выявило ген, не дающий плодам становиться горькими, а также естественные генные вариации, которые можно использовать для выведения плодов с повышенным содержа-нием бета-каротина («Nature Genetics», 2013, 45, 12, 1510—1515)...

...медианное время жизни шоколадной конфеты в коробке, к которой имеет свободный доступ персонал английской больницы, составляет 51 минуту («British Medical Journal», онлайн-публикация 14 декабря 2013 года, doi: 10.1136/bmj.f7198)...

КОрОтКие зАМетКи

А.Мотыляев

Логика выражения «что охраняешь, то и имеешь» вполне применима к тестовой системе оценки знаний. В самом деле, коль скоро качество образования оценивают по количеству ответов в тесте, нужно учить отвечать на тесты. При этом можно придумать специальные методы, которые сделают ученика эффективно отвечающим: именно так поступают многие американские школы. Но, оказывается, умение отвечать на тесты не коррелирует со способностью понимать суть вещей — думать быстро, решать абстрактные задачи, иметь большой объем памяти. В этом убедились исследователи из Массачусетского технологического института во главе с профессором Джоном Га-бриэле («Psychological Science», 11 декабря 2013 года). Они изучали результаты тестов 1400 восьмиклассников из разных школ Бостона. Заинтересованность ученых понятна — им потом работать с продуктом системы среднего образования, выбирая людей, способных к научному творчеству. Эту мысль в мягкой форме профессор Габриэле выражает так: «Мы задались вопросом: если школа помогает детям из семей с низким социоэкономическим статусом заработать хорошие оценки при выполнении теста, чтобы повысить шанс поступить в колледж, сопровождается ли это развитием умственных способностей? Доста-точно ли учить только то, что дают, и быть прилежным учеником?»

Как оказалось, некоторые школы сильно преуспели в подготовке к тестам. Разброс в оценках от школы к школе достаточно велик: на 23% в тестах по английскому языку и на 34% — по математике. А вот разброс в оценках, полученных за решение абстрактных задач, у уче-ников разных школ — менее 3%. Задача может быть, например, такая: выбрать, какую из шести картинок нужно добавить к пазлу, чтобы закончить сборку. Получаются, что тесты тестами, а думать детей научить забыли, каждый выезжал за счет собственных способностей. Этот же эффект проявился, когда 200 детей сдавали экзамены на до-полнительный набор в переполненные бостонские школы. Те взяли, естественно, набравших лучшие баллы по тестам, однако способности к абстрактному мышлению у них не отличались от потерпевших не-удачу. Исследователи намереваются в ближайшие два года проследить за участниками эксперимента, чтобы понять, как сложится у них в дальнейшем и с жизнью, и с логикой.

Об отличниках и умниках

Худ

ож

ни

к Я

н Х

руб

ы

64

Лнобелевская лекция, которая по идее должна быть предназначена для не-профессионалов. А что могли донести до широкой публики журналисты, отсидевшие на лекции, если они услышали, например, такое: «Давление пара равно lnP = E

O/RT + E

S/RT + lnM3/2T5/2 - c /RT + const, где c — теплота

испарения лишенного колебаний твердого состояния в неподвижный газ при абсолютном нуле»? Зато на церемонии награждения председатель Нобелевского комитета по химии профессор Вальтер Пальмер сказал, что открытие Юри «серьезным образом нарушает безмятежное разви-тие химии, которое наблюдается уже длительное время. Потому что оно создает для химиков серьезные трудности».

Гарольд Клейтон Юри родился 29 апреля 1893 года в маленьком городке Уолкертоне (штат Индиана), в котором и сейчас проживает чуть больше двух тысяч жителей. Его отец был школьным учителем и одновременно проповедником в Церкви братьев, Гарольд же был атеистом. Отец умер от туберкулеза, когда Гарольду исполнилось шесть лет. Сначала он учился в деревенской школе, а после ее окончания три года преподавал в про-винциальных школах. Высшее образование получил в университете штата Монтана, став бакалавром наук по зоологии. Несколько лет Юри работал химиком-исследователем и преподавателем химии. В 1923 году под руко-водством знаменитого Гилберта Льюиса в Калифорнийском университете получил докторскую степень по химии. Следующий год он провел в Ко-пенгагене, в Институте теоретической физики Нильса Бора. Вернувшись в США, Юри преподавал в университете Джонса Хопкинса и в Колумбийском университете, где в 1934 году стал профессором. После войны работал в Чикагском, Оксфордском и Калифорнийском университетах.

Какие же трудности создало его открытие химикам? В 1927 году Фрэнсис Астон очень точно для того времени измерил отношение масс атомов водо-рода и кислорода-16; у него получилось 1,00778 : 16,0000, в прекрасном соответствии с результатами, полученными химиками: 1,00777 : 16,0000. Однако вскоре оказалось, что природный кислород — плохой эталон, ибо это смесь изотопов. Точные измерения соотношения 18O : 16O = 1 : 630 изменили все прежние данные об атомных массах. Пришлось отказаться от «химической» шкалы атомных масс и перейти на «физическую» шкалу, основанную на кислороде-16. Пересчет данных химических анализов дал отношение масс Н : 16О = 1,00799 : 16,0000, что заметно отличалось от измерений Астона.

В 1931 году Раймонд Бёрдж и Дональд Менцель предположили, что причина расхождения — наличие в обычном водороде тяжелого изото-па, в соотношении 1Н : 2H = 5000 : 1. Но чувствительность приборов того времени не позволяла обнаружить в водороде такую малую примесь, нужно было сконцентрировать тяжелый водород. В 1931 году Юри и его сотрудники подвергли фракционной перегонке 4 л жидкого водорода, получив в остатке 1 мл, который испарили. Талантливый спектроскопист, он заметил на спектрограмме обогащенного водорода новые очень сла-бые линии. Но Юри с сотрудниками не удавалось надежно установить, принадлежат ли новые линии изотопу, который они искали, или же это были так называемые дýхи — ложные спектральные линии, появляю-щиеся из-за несовершенства прибора. В то время, как вспоминал Юри, «число выкуриваемых нами сигарет возросло в десять раз, и мы стали совершенно невыносимы в общении с коллегами и даже с миссис Юри, которая на некоторое время была совершенно мною забыта». Наконец исследователи поняли, что использовали плохой источник водорода — при электролизе быстрее выделяется легкий изотоп, то есть их образец был сначала обеднен тяжелым водородом, а затем снова обогащался им.

Эдвард Уошбёрн предложил разделять изотопы водорода электроли-зом: остаток обогащался тяжелым изотопом (Юри назвал его дейтери-ем). Этот метод оказался эффективным. Статья Уошбёрна и Юри была опубликована в 1932 году, и оба были номинированы на Нобелевскую

ауреат Нобелевской премии по химии за 1934 год «за открытие тяжелого водорода» Гарольд Клейтон Юри не так известен, как Мария Кюри или Эрнест Резерфорд. Одна из причин — неудачная

Гарольд Юри: дейтерий, Луна

и жизнь на Земле

В.А.СИМАКОВОЙ, Москва: Уралкидные смолы — то же, что алкидно-уретановые смолы, то есть модифицированные алкидные смолы.

Л.Н.ВИНТЕР, Новосибирск: Синяя рабочая поверхность записываемого компакт-диска, скорее всего, содержит металлизированный азо-краситель, а бледно-бирюзовая — цианин; синий краситель фталоцианин, как ни парадоксально, придает дискам золотистый цвет.

Д.Б.ИВАНОВУ, Екатеринбург: Трансферное золото — это сусальное золото, помещенное под давлением на папиросную бумагу; применяется для золочения ровных поверхностей.

С.К.ТАЛЫЗИНОЙ, Мытищи: Русский сплав (в приведенном вами контексте) — это галлий 61%, индий 25%, олово 13%, цинк 1%; темпе-ратура плавления 3оС, при более высоких тем-пературах может быть перепутан со ртутью.

Н.В.ШИЛОВУ, г.Пушкино: Капустная пальма, упомянутая О.Генри в «Королях и капусте», — это, вероятнее всего, пальмы рода Euterpe, среди которых особенно широко известна Euterpe oleracea, или асаи; из ее молодых листьев гото-вят салат, но чаще используются сочные плоды.

Д.Д.САРУХАНОВУ, Санкт-Петербург: Клеящая лента под названием «скотч» не была изобретена ни шотландцем, ни в Шотландии; первые образцы лен-ты были смазаны клеем только по краям, что ассо-циировалось с легендарной шотландской скупостью.

М.И.МОИСЕЕВОЙ, Королев: Чтобы пряники или печенье дольше оставались мягкими, в коробку, где они хранятся, можно положить яблоко или апель-син — способ эффективный и экологически чистый.

ЕВГЕНИю: Мы не беремся предложить сред-ство, которое, будучи распыленным в воздухе, взаимодействовало бы с табачным дымом и давало бы отвратительный запах, так как не видим варианта, безопасного для здоровья.

ТЕМ, КТО ЧИТАЕТ ЖУРНАЛ БЕСПЛАТНО И ХОТЕЛ БЫ ПОМОЧЬ РЕДАКЦИИ: Внести свою лепту в поддержку издания журнала вы мо-жете на нашем сайте www.hij.ru


http://www.hij.ru/buy_subscribe/kiosk_onpayvznos.php

«Хи

ми

я и

жи

знь»

, 201

4, №

1, w

ww

.hij.

ru

Худ

ож

ни

к Е

.Ста

ни

кова

премию. Но Уошбёрн неожиданно скончался, а по положению о Нобелевских премиях их вручают только прижизненно. Юри не смог выступить с традиционной речью на церемонии на-граждения в Стокгольме: именно в этот день у него родилась третья дочь. Кстати, из четырех детей Юри (три дочери и один сын) трое стали докторами наук.

Получив премию, Юри использовал ее для своих исследо-ваний. Помимо этого на средства Юри в том же Колумбийском университете Исидор Раби начал свои работы по атомным и молекулярным пучкам, за которые в 1944 году он получил Нобелевскую премию по физике. А сам Юри занялся химией радионуклидов и вскоре стал ведущим специалистом в этой области. В военные годы он применил свой опыт в работах, связанных с созданием атомной бомбы. А 6 декабря 1941 года,

В 1953 году вместе с аспирантом Стэнли Миллером Юри по-ставил эксперимент по синтезу аминокислот из неорганических веществ, моделируя древнюю атмосферу Земли. Он убеждал руководителей космических полетов проводить больше иссле-дований. Юри предполагал, что Луна — древнейший космиче-ский объект, захваченный когда-то Землей и не изменившийся с момента образования Солнечной системы. Проверить это можно было, только изучив образцы лунного грунта. И он убедил руководителей американской космической программы, что из-учение Луны даст наиболее ценную информацию по сравнению с другими космическими проектами. В июле 1969 года, накануне первой высадки на Луне, 76-летний ученый сказал в интервью: «О, как бы я хотел попасть на Луну! Я бы набрал там вместе с нашими астронавтами образцы минералов... Думаю, я бы по-летел, даже если бы знал, что никогда не вернусь».

Результаты анализа его разочаровали: соотношение 16О : 18О на Луне и Земле одинаково, в отличие от всех известных ме-теоритов. Значит, Луна и Земля образовались одновременно? Юри умер 5 января 1981 года, на 88-м году жизни, так и не узнав ответа. Но он не горевал. «Нужно ведь что-то нам оставить мо-лодым исследователям, — писал он. — Было бы просто ужасно, если бы мое поколение решило все научные проблемы». Сейчас наиболее распространена теория, согласно которой Луна была выбита из Земли на ранней стадии ее развития в результате столкновения с гипотетической планетой Тейей.

Юри был уверен в возможности существования жизни на дру-гих планетах. И говаривал, что люди вряд ли самые разумные существа во Вселенной.

И.А.Леенсон

ПроГуЛкИ По ИСторИИ ХИмИИ

за день до атаки на Пирл-Харбор, Юри был назначен начальни-ком Программы по разделению изотопов урана методом газовой диффузии в научно-исследовательском управлении ВВС, но девять лет спустя вышел из состава Комиссии по атомной энер-гии США и стал критиком гонки ядерных вооружений. Все его дальнейшие исследования преследовали мирные цели. Так, он придумал, как узнавать о климатических изменениях в прошлом Земли по измерению соотношении 16O : 18О в окаменелостях. В одной из поездок в Канаду он прочитал в поезде книгу известного исследователя планет Ральфа Болдуина «The Face of the Moon» (в русском переводе «Что мы знаем о Луне?»). Эта проблема так его заинтересовала, что по возвращении Юри собрал все доступные фотографии Луны и развесил их на стенах своего кабинета. За-нявшись химией планет, он стал признанным авторитетом в этой области; термин «космохимия» — его изобретение. В 1952 году Юри опубликовал книгу «Планеты: их происхождение и развитие».

Химия и жизнь №01 2014

Documents