The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by vmnauki, 2021-11-26 02:48:46

В мире науки 2019-12

В мире науки 2019-12

Сельское хозяйство

2

Для возрождения былого разнообразия сортов риса нужно
ежегодно высевать более 1 тыс. вариантов растений, уха-
живать за ними, собирать и хранить урожай. Фотогра-
фии, сделанные на ферме Basudha, изображают местных
фермеров, высаживающих ростки риса на покрытых во-
дой полях (1) и осуществляющих другие работы (2).

За прошедшие с тех давних пор годы я, можно видам почв и микроклимата и удовлетворяющих
сказать, сроднился с миром природных разновид- культурные, пищевые и медицинские запросы на-
ностей риса во всем его разнообразии, представи- селения.
тели которого обладают многими полезными ка-
чествами. Одни успешно противостоят наводне- По данным пионера в исследовании биораз-
ниям, другие — засухам, третьи — засоленности нообразия риса Радхелала Харелала Риххарии
почвы, четвертые — вредителям культурных рас- (R.Н. Riсhhariа), на полях Индии с 1970-х гг. выра-
тений. Есть сорта, богатые витаминами и мине- щивают 140 тыс. местных сортов риса. Если ис-
ралами, есть — обладающие необычными вкусом ключить синонимы (на разных территориях оди-
и запахом, благодаря чему их используют во время наковые разновидности называют по-разному),
религиозных церемоний. Поиск, сбор, возвраще- то эта цифра снизится до 110 тыс. Впрочем, по ре-
ние таких экзотических сортов стали делом моей зультатам моих литературных изысканий, со вре-
жизни. мен «зеленой революции» генетическое разнообра-
зие индийского риса постепенно снижается.
Утраченное сокровище
В конце 1960-х гг. Международный институт
Азиатский культурный рис (Оryzа sativa) — про- по изучению риса (IRRI ) представил правитель-
дукт многовековой селекции и межвидового скре- ству Индии несколько высокопродуктивных раз-
щивания диких разновидностей, того, что Чарлз новидностей риса (high-yielding varieties, HYV ), даю-
Дарвин назвал искусственным отбором, плод тру- щих высокий урожай при наличии в достаточном
да людей раннего неолита. Археологические и ге- количестве воды, опылителей и пестицидов. Вслед
нетические изыскания позволяют предположить, за международными агентствами IRRI иницииро-
что индийские разновидности азиатского риса вал замену традиционных сортов риса на всех по-
(почти весь культурный рис, экспортируемый лях этой чудодейственной разновидностью. Не-
из Индии, относится к этой группе) произрастали смотря на противодействие жителей, новый сорт
7–9 тыс. лет назад в предгорьях Гималаев. В после- риса быстро вытеснил местные традиционные
дующие тысячелетия культивирования крестья- виды.
не создали настоящую сокровищницу местных
сортов, прекрасно адаптированных к различным На рубеже 1970–1980-х гг. IRRI составил список
из 5556 местных сортов риса Западной Бенгалии
и собрал 3,5 тыс. из них. В 1994 г., не найдя ни-
каких документов о культивируемых разновид-
ностях в этом штате, я предпринял собственные
поиски. Ко времени окончания работы в 2006 г.
обнаружилось, что 90% задокументированных
разновидностей исчезли с полей. Это означа-
ло, что на всей территории Индии произрастает
не более 6 тыс. традиционных сортов. ­Аналогично

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 49

Сельское хозяйство

Россыпь драгоценных рисовых зерен

Когда-то фермеры Южной Азии могли различить тысячи разновидностей риса, Ость
основываясь на 50 с лишним признаках. Одни признаки имели временной ха-
рактер — период цветения или созревания, другие были физического свой- Шелуха
ства — размер и окраска метелки; угол наклона флагового листа; высота, Отруби
диаметр и цвет стебля; размер, форма и цвет зерен; цвет узловой части Зародыш
и пр. Такой опыт, по большей части утраченный, позволял фермерам
тщательно отбирать те сорта, которые наилучшим образом соответ- Сердцевина
ствовали местным условиям: наклону участка, вероятности наводне- зерна

ния, особенностям почвы, культурным традициям.

Наружная
цветковая

чешуя

Флаговый лист Стебель Зерна риса различаются
Узел по длине остей, цвету шелухи,
Метелка размеру, цвету, форме, запаху
Устойчивая к наводнению зерна и другим признакам.
разновидность либо хорошо У редких разновидностей в од-
переносит длительное — до двух ной обвертке содержатся два
недель — пребывание под водой, или даже три зерна. Местные
либо обладает удивительной фермеры часто предпочитают
способностью тянуться вверх сорта с длинными острыми
согласованно с подъемом воды, остями, отпугивающими скот,
в результате чего метелки все или ароматические виды,
время остаются сухими. Эти при- которые используют в кули-
знаки детерминируются специфи- нарии и во время различных
ческими генами — SUBI (первый церемоний.
пример) и SNORKEL 1 и SNORKEL 2
(второй пример).

Стадии развития

Фермеры обращают внимание и на такие признаки, ко-
торые свойственны только растениям на определенной
стадии развития: цвет и отсутствие волосков на листьях
на поздней стадии вегетации; время образования мете-
лок; угол наклона флагового листа на стадии репродук-
ции; угол наклона метелок; цвет ости и др.

Обвертка базального листа Illustration by Rebecca Konte
Корни

Стадия Стадия Взрослое
вегетации репродукции растение

50 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Сельское хозяйство

в ­Бангладеш в период с 1979 г. по 1981 г. задоку- А­ фрики используют посевной материал из дру-
ментировано 12 479 разновидностей, но мои иссле- гих стран и необходимость в сохранении чисто-
дования показывают, что по всей стране культиви- ты местных семян отпадает. Когда местные сорта
руется не более 720 местных сортов. выходят из употребления, знания об их агроно-
мических и культурных особенностях стирают-
Утрата биоразнообразия по всему субконтиненту ся из памяти фермеров. Выработанные столетия-
шокировала меня как биолога и просто как граж- ми стратегии использования биоразнообразия для
данина. Меня удивило, почему власти не озаботи- противостояния насекомым-вредителям и болез-
лись вопросом генетической эрозии наиболее важ- ням уступили место рекомендациям производите-
ной для данного региона сельскохозяйственной лей пестицидов.
культуры. Ведь всем известны ужасные послед-
ствия утраты биоразнообразия во время Велико- «Зеленая революция» и — более широко — мо-
го голода в Ирландии (1845–1849). Все «разнообра- дернизация сельского хозяйства тоже имели со-
зие» картофеля, выращиваемого в то время в Ир- циальные и экономические последствия. Увели-
ландии, ограничивалось единственным ­сортом, чение расходов на покупку семян, опылителей,
не обладавшим наследственной устойчивостью пестицидов и горючего для поливальных машин
к Phytophthora infestans, микроорганизму, который заставляет фермеров брать кредиты, часто у не-
вызывает увядание листьев без гниения. В 1846 г. государственных компаний под большие процен-
заражение этим патогеном привело к утрате трех ты. Вместе со снижением цен на выращенные про-
четвертей урожая с катастрофическими послед- дукты это приводит к разорению мелких хозяйств
ствиями для посевного материала и демографии: и росту числа самоубийств среди фермеров. Имея
от голода и болезней умерло примерно 1,5 млн че- дело с фермерами, которые все еще выращивают
ловек, а за десять лет из страны в Австралию и Се- рис местных сортов на своих небольших фермах,
верную Америку эмигрировало примерно 1,3 млн я не столкнулся ни с одним случаем самоубийства
жителей. Незабываемый урок для всех, имеющих по причине разорения.
отношение к сельскому хозяйству: отсутствие раз-
новидностей зерновых может привести к беспреце- В 1996 г., располагая семенами 152 местных раз-
дентной чувствительности монокультуры к вреди- новидностей риса, я обратился в администрацию
телям и иметь долговременные катастрофические центра, занимающегося исследованиями по куль-
последствия. С приходом «зеленой революции» та- тивированию риса, находящегося в Западной
кие вредители, как бурая цикадка, раньше не соз- Бенгалии. Здесь, как я полагал, хранятся все бес-
дававшие особых проблем, опустошили рисовые ценные образцы рисовой зародышевой плазмы.
поля некоторых азиатских стран. Директор не только отказался принять мою кол-
лекцию, но и обвинил меня в преследовании «анти-
Экспансия монокультур привела к процвета- научной цели возрождения давно забытых сортов».
нию некоторых насекомых-вредителей. Их пыта- Настаивая на их выращивании, я, по его словам,
лись уничтожить с помощью пестицидов, что при- призываю к «возвращению к пещерному образу
вело к гибели природных врагов этих насекомых. жизни» и обрекаю крестьян на полуголодное су-
Результат — увеличение разнообразия и числен- ществование. Когда я возразил ему, сказав, что ни
ности насекомых-вредителей. Генетическое еди- один из высокопродуктивных сортов не выживет
нообразие зерновых, в особенности продуктов «зе- без орошения или на засоленных почвах вблизи
леной революции», отобранных по единственному берегов моря, он ответил, что скоро сюда придут
признаку — урожайности, означает также исчез- трансгенные растения, так что я должен оставить
новение растений со свойствами, благодаря кото- свои бредовые идеи и изучить труды современных
рым они могли бы противостоять неблагоприят- экспертов.
ным погодным условиям — отсутствию дождей,
сезонным наводнениям, штормовым ветрам. Это Живые семена
бьет прежде всего по бедным фермерам, у которых
нет средств, скажем, на откачивание воды с полей Будучи экологом, специалистом по структуре
или полив. и функциям экосистем, я работал в восточном
офисе Всемирного фонда по изучению природы
Исчезновение местных сортов сопряжено с утра- Индии. В то время эта и другие организации зани-
той навыков их распознавания и культивирова- мались в первую очередь спасением таких круп-
ния. Так, раньше фермеры могли различать сорта, ных харизматичных животных, как тигры, и по-
ориентируясь на время их цветения, окраску об- скольку сельскохозяйственные культуры не от-
вертки базального листа, угол наклона флагового носились к «дикой природе», они находились
листа, длину метелки, цвет, размер и форму зерен. на периферии интересов данных учреждений. На-
Используя подобные признаки, они исключали все учно-исследовательские институты тоже не про-
атипичные растения, чтобы поддержать генети- являли никакого интереса к проблеме, поскольку
ческую чистоту местных сортов. Сегодня, одна- работы по сохранению местных сортов растений
ко, подавляющее большинство ­фермеров Южной не финансировались.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 51

Сельское хозяйство

1

Мне оставалось одно: работать в одиночку. Дебал Деб и его неизменный ассистент Дебдулал
В 1996 г. я уволился с работы и поселился в одной Бхаттачарья отбирают зерна (1) и идентифицируют их
из деревень Западной Бенгалии с намерением ос- признаки (2)
новать банк семян риса местных сортов и центр
по обмену посевным материалом между фермера- дуют сильные ветра. На следующий год он полу-
ми. В 1997 г. я придумал название для своего цен- чил богатый урожай — причем один из циклонов
тра — Vrihi, что в переводе с санскрита означа- опустошил поля соседних хозяйств. Он навестил
ет «сеять рис». Первое время я получал поддерж- меня, чтобы поблагодарить за ценный подарок.
ку от базирующейся в Нью-Дели некоммерческой К несчастью, на следующий год департамент ре-
организации Navdanya и собирал семена редких гиона вынудил его отказаться от Agni-sаl и заме-
разновидностей риса в разных частях страны, нить его HYV‑продуктом. Так Agni-sal исчез из по-
безвозмездно раздавая их фермерам. Однако на- лей региона. Я отправился в Латагури, чтобы со-
чиная с 2000 г. меня спонсировали в основном дру- брать новую коллекцию семян у того же фермера,
зья и немногочисленные коллеги. что и в первый раз, но оказалось, что он уже год
как покинул родные места, а его сын не продол-
В 1999 г., отправившись в Северную Бенгалию, жил дело отца. Как мне кажется, Agni-sal исчез
чтобы по просьбе властей штата исследовать био- с лица земли.
разнообразие лесных массивов региона, я вос-
пользовался возможностью осмотреть поля этих Примерно в то же время произошло событие,
мест. В один из дней, после семичасовой тряски убедившее меня в том, что недостаточно про-
в автобусе и пешей прогулки до глухой деревни сто собрать семена какого-либо уникального со-
под названием Латагури, я собрал семена почти рта и раздать его фермерам. По традиции фер-
исчезнувшего сорта риса Agni («огонь»), прочный меры, чьи угодья располагаются в низинах,
стебель которого не ломался даже при штормовом культивируют два сорта риса, устойчивых к на-
ветре. К следующему посевному сезону я дал се- воднениям. У одного из них ствол тянется вверх
мена одному из фермеров, который как раз хотел в унисон с подъемом воды. За такой признак отве-
найти подходящий сорт для своей расположен- чают гены SNORKEL 1 и SNORKEL 2, расположен-
ной в гористой местности фермы, где временами ные на хромосоме 12; ими о­ бладают т­ радиционные

52 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Сельское хозяйство

сорта Lakshmi dighal, Jabrah, Pantаrа и Rani kajal. ­исключительные права на выращивание одного
Растения второго вида, устойчивого к наводне- из местных сортов риса, гибридной разновидности
нию, могут долгое время находиться под водой. басмати, чьи предки росли в Южной Азии и име-
Один из генов, детерминирующих этот признак, лись в коллекции IRRI. Институт получил в 2014 г.
SUB1, обнаружен у нескольких местных бенгаль- патент на работу с повышающим урожайность ге-
ских сортов риса. ном SPIKE, обнаруженным в геноме индонезийско-
го местного сорта Daringhan.
В июне 1999 г. один из южных регионов Запад-
ной Бенгалии подвергся мощнейшему наводне- Мало того что банки семян ех situ физически не-
нию. Все растения риса погибли. В то время я доступны для фермеров, хранящиеся в них семена
не располагал семенами разновидностей, кото- еще и утрачивают свою полноценность вследствие
рые могли бы долгое время находиться под водой, длительной изоляции. Их высушивают и содер-
но мне было известно, что они имелись в Между- жат при –20° C с сохранением жизнеспособности
народном институте по изучению риса и у Нацио­ до 35 лет, а их «родственники» все это время эволю-
нального бюро генетических ресурсов растений ционируют. И когда замороженные семена возвра-
в Нью-Дели. Я написал в обе организации, пола- щают к жизни, обнаруживается, что они утрати-
гая, что они могли бы прислать мне 10–20 г семян, ли природную устойчивость к патогенам, которые
но не получил никакого ответа. Если образован- также эволюционировали. В отличие от этого бан-
ный человек, пишущий на одном из европейских ки in situ в силу недостаточности финансирова-
языков, имеющий ученую степень и занимающий- ния вынуждены каждый год расходовать все свои
ся наукой, не удостоился внимания национально- запасы — в противном случае б льшая часть се-
го и международных банков генов, на что может мян не прорастет. В результате семена, хранящи-
надеяться какой-нибудь бедный фермер из Кении еся на фермах, эволюционируют в унисон с пато­
или Бангладеш? По моим сведениям, никто из по- генами.
страдавших жителей этих и других стран не до-
ждался помощи от банков генов, хотя свои кол- Итогом всех моих размышлений стало реше-
лекции они составили из материала, полученного ние создать собственное хранилище, с тем чтобы
от местных жителей. поддерживать небольшие коллекции семян мест-
ных сортов. Я израсходовал все свои сбережения,
А между тем такую помощь банки обязаны ока- оставшиеся от аспирантуры в Калифорнийском
зывать; они должны также предоставлять семе- университете в Беркли, чтобы основать ферму

на компаниям в рамках программы по гибриди- Basudha. Шел 2001 г. Самый круп-
зации. Согласно оценкам Международного ис- ный на сегодня в Южной Азии банк
следовательского института продовольственной
политики, к 1996 г. примерно три четверти ри- 2 генов риса — Vrihi. 1420 сортов это-
совых плантаций в США были засажены про-
дуктами из коллекции IRRI. А в 1997 г. Патент- го растения ежегодно выращива-
ное бюро США выдало компании RiceTec, базиру- ют на ферме Basudha на юге штата
ющейся в Техасе, патент, который предоставляет ­Одиша (ранее Орисса).

На 0,7 га имеющейся в нашем рас-
поряжении земли мы должны были
вырастить по 64 растения каждо-
го сорта. (Минимальное число рас-
тений, необходимое для поддержа-
ния всех генетических вариантов
данного сорта, равно 50.) Посколь-
ку мы не могли следовать междуна-
родным нормам, согласно которым
расстояние между растениями раз-
ных сортов должно составлять не ме-
нее 110 м, чтобы предотвратить пе-
рекрестное опыление, мы рассадили
наши саженцы так, чтобы они цве-
ли в разное время. Более того, мы
удаляли нетипичные растения в каждой популя-
ции на разных стадиях вегетации, для чего нам
пришлось наблюдать за 56 разными признаками
в соответствии с Международным руководством
по поддержанию биоразнообразия. В результате
все собранные семена были генетически идентич-
ными на 100%, если не считать небольшого числа
неидентифицированных мутаций.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 53

Сельское хозяйство

На ферме Basudha все местные сорта риса вы- Рог изобилия

ращивают в соответствии с агроэкологическим Выращивание традиционных сортов риса — един-

принципом «никаких внешних факторов» — вне- ственный доступный для небогатых фермеров

сения химикатов, отвода грунтовых вод и т.д. Ис- способ избежать разорения в результате засухи

точником питательных веществ служат листья или наводнения. 22-летний опыт работы с таки-

и соломенная мульга, бобовые (чьи корни богаты ми местными сортами, как Kelas, Rangi, Gadaba,

азотфиксирующими бактериями), растительный Кауа и Velchi, убедил меня в том, что в условиях

компост и навоз, почвенные микроорганизмы. Мы засухи они дают более высокий урожай, чем лю-

боролись с сельскохозяйственными вредителя- бой из HYV-сортов. Сортам Lakshmi dighal, Rani

ми, высаживая «сорняки» и кустарники, где сели- kajal и Jabra не страшны наводнения — их стебель

лись такие хищники, как пауки, муравьи, репти- с метелками всегда остается выше уровня воды,

лии и паразиты, которые иначе могли бы выбрать даже когда он достигает 4 м. Matla, Getu, Talmugur

местом своего обитания наши растения. Дру- и Kallurundai могут расти на засоленных почвах

гая стратегия заключалась и землях, подтапливаемых

в образовании луж воды, во время приливов. Все вме-
сте эти сорта обеспечива-
В связи с проваломгде могли бы размножаться
водные насекомые и лягуш- современной ют небывалую адаптивную
ки, которые охотятся на на- сельскохозяйственной пластичность такой важ-
секомых-вредителей. Ино- науки в обеспечении ной для Азии культуры, как
гда мы использовали ре- рис.
пелленты, отпугивающие
Более того, при опти-

вредителей: табак, чеснок, многочисленных мальной засоленности по-
базилик. Болезни зерновых небольших ферм чвы на неорошаемых зем-
никогда не были пробле- новыми сортами лях существенная часть
мой для нашей фермы: био- традиционных разновид-
разнообразие неоднократно ностей риса — в частности

упоминалось в документа- риса создание Bahurupi, Bourani, Kerala
ции как лучшая стратегия обширной коллекции sundari и Nagra — превосхо-
против пато­генов. традиционных дят по урожайности совре-
менные HYV-сорта. Очень
Мы храним некоторое ко- редко встречающиеся вы-
личество семян собран-

ного урожая в глиняных сортов, хорошо сокоурожайные виды со-
горшках, где они защище- приспособленных держат не одно, а два-три
ны от патогенов и грызунов к разным условиям, зерна в одной обвертке; по-
и в то же время «дышат». видимому, это результат
Остальные семена раздаем мутаций в структурных ге-

фермерам в обмен на гор- становится нашим нах цветков. Один такой
стку семян другого мест- приоритетом трехзерновой вид, Sateen,
ного сорта. Такая система имеется только в репозито-
есть не что иное, как вос- рии фермы Basudha.

создание древнего обычая Несколько традиционных

обмена семенами, который когда-то способство- сортов обладают также устойчивостью к насеко-

вал распространению всех сортов риса по странам мым-вредителям и патогенам. Среди первых —

и континентам. Kalo пиniа, Kalanamak, Каrtik-sal и Tulsi manjari,

Мы с коллегами помогли создать более 20 банков Bishnubhog и Rani kajal устойчивы к бактериаль-

семян в разных регионах Индии, так что местным ным инфекциям, а Kataribhog — к вирусным. Gour-

фермерам не надо отправляться во Vrihi за нуж- Nitai, Jashua и Shatia, по-видимому, резистентны

ным посевным материалом. Мы также органи- к огневкам, Кhudi khasa — к стеблевым рисовым

зовали систему обмена семенами между ферме- сверлильщикам. Раздача семян этих сортов при-

рами. Она охватывает более 7,8 тыс. фермерских вела к уменьшению гибели риса от насекомых-вре-

хозяйств в пяти штатах Индии. Более того, мы дителей и болезней на тысячах ферм за последние

описали признаки и свойства каждой разновид- 25 лет.

ности риса и присвоили местным сортам имена Скрещивание современных сортов направлено

фермеров, предваряя их патентование в будущем. в основном на повышение урожайности, но семена

Таким способом за фермерами закрепляется экс- многих традиционных разновидностей содержат

клюзивное право на распоряжение собственным ценные микроэлементы, отсутствующие у гибри-

посевным материалом и обеспечивается долговре- дов. В ходе наших недавних исследований иден-

менная защита их финансовых интересов. тифицировано почти 80 традиционных ­видов,

54 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Сельское хозяйство

которые содержат более 20 миллиграммов желе- очень важен как источник экзотических призна-
за на килограмм зерен; среди них — рекордсме- ков, которые со временем могут пригодиться. От-
ны Harin kajli, Dudh bolta и Jhuli с 131–140 мг/кг. метим еще один момент: хорошо, если на рисовых
Сравните это с 9,8 мг/кг очень дорогого трансген- полях растут такие деревья, как ним (Azadirachta
ного сорта IR68I44-2В-2-2-З, созданного Междуна- indica), чьи листья — природный пестицид.
родным институтом по изучению риса специаль-
но для выработки повышенных количеств железа. Спасти фермеров

Некоторые традиционные разновидности риса В связи с провалом современной сельскохозяй-
применяются в медицине. Аюрведа, система на- ственной науки в обеспечении многочисленных
родной индийской медицины, рекомендует сорт небольших ферм новыми сортами риса создание
Nуаvara из штата Керала при одном из неврологи- обширной коллекции традиционных сортов, хо-
ческих заболеваний. Мы определили химический рошо приспособленных к разным условиям, ста-
состав его зерен и намереваемся исследовать их новится нашим приоритетом. Будучи уверенны-
эффективность как биологической добавки. Дру- ми в неизменно высокой урожайности местных
гой сорт риса, Garibsаl, применяют в традицион- сортов, более 2 тыс. фермеров в штатах Одиша,
ной медицине для борьбы с кишечными инфек- Андхра-Прадеш, Западная Бенгалия, Карната-
циями. В статье, опубликованной в 2017 г. в жур- ка, Керала и Махараштра приобретают их во Vrihi
нале ACS Sustainable Chemistry and Engineering, и отказываются от выращивания HYV.
мы с коллегами сообщили о содержании серебра
в семенах этого copтa в концентрации 15 частей В мае 2009 г. на побережье Западной Бенга-
на миллион. Частицы серебра уничтожают пато- лии обрушился циклон «Айла». Погибли 350 чело-
генные микроорганизмы (в 2017 г. статья об этом век, были разрушены дома более 1 млн жителей.
вышла в журнале Chemistry Letters), что позволяет Океанская вода затопила рисовые поля и засо-
применять этот рис при заболеваниях желудочно- лила почву. Это обрекло местных жителей на го-
кишечного тракта. лод и смерть. Мы снабдили их из банка Vrihi не-
большим количеством семян традиционных со-
Фермеры культивируют те или иные сорта риса ртов, устойчивых к избытку соли, — Lal Getu, Nona
исходя также из эстетических соображений: у не- Bokra и Talmugur. Это единственные сорта, давшие
которых сортов желтоватая кожица зерна испещ- устойчиво высокий урожай на засоленных почвах
рена золотистыми, пурпурными и черными поло- в тот сезон. В 1999 г. несколько традиционных со-
сками, кончики бывают красными, а ости — чер- ртов спасли фермеров на юге Бенгалии от разо-
ными и т.д. У многих произрастающих на востоке рения после разлива реки Хугли. В 2010 г. анало-
страны местных сортов наружная цветовая че- гичным образом избежали катастрофы ферме-
шуя похожа на распахнутые крылья, что прида- ры западных регионов округа Пурулия, где долго
ет растениям живописный вид. Есть и ароматиче- не наступал сезон муссонных дождей и началась
ские сорта, используемые во время религиозных засуха.
церемоний и праздников. Если подобные расте-
ния исчезнут, вместе с ними из жизни людей уйдут Подобные бедствия раз за разом показывали, что
и многочисленные кулинарные деликатесы. В кол- спасение для фермеров заключается в возрожде-
лекции фермы Basudha — 195 ароматических со- нии традиционного способа выращивания риса,
ртов риса, что способствует сохранению местных основанного на биоразнообразии и использовании
культурных традиций. всего спектра сортов сельскохозяйственных куль-
тур, которые пережили натиск промышленного
Многообразие экологических связей отразилось земледелия.
и на других признаках местных сортов. Владель-
цы небольших ферм Западной Бенгалии предпо- Перевод: Н.Н. Шафрановская
читают разновидности с длинными прочными
шиповидными отростками на концах оболочки ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
зерна, которые отпугивают пасущихся коз и коров,
а также сорта с торчащими флаговыми листьями, Beyond Developmentality: Constructing Inclusive Freedom and
которые защищают метелки от зерноядных птиц.
Sustatainability. Debal Deb. Earthscan, 2009.
Любопытно, что некоторые фермеры штата Оди-
ша выращивают сорта как с длинными остя- Rice: Origin, Antiquity and History. Edited bу S.D. Sharma. CRC
ми, так и вообще без остей — не ориентируясь
ни на какие их преимущества. Без всякой связи Press, 2010.
с практической стороной дела иногда также куль-
тивируют разновидности культурных сортов, The Imperial Roots of Hunger. Madhusree Mukerjee in Himal
например Вunо dhan (Огуzа rufipogon) и Uri dhan
(Hygroryza asiatica), используя их при исполнении Southasian. Vol. 26, No. 2, pages 12-25; Аргil 2013.
местных обрядов. Такой обширный генный пул
А Ргоfilе of Heavy Metals in Rice (Oryza sativa ssp. indica) Land-

races. Debal Deb et al. in Current Science, Vоl. 109, No. 3, pages

407–409; August 10, 2015.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 55

Физика

Алмазы внутри ячейки
с алмазными наковальнями
(окрашена в черный цвет)
сжимают материалы
до экстремальных
давлений, чтобы получить
сверхпроводник.
Серебряные детали
устройства криостата
(слева) поддерживают
низкую температуру.

56 В мире науkи | [12] декабрь 2019

ФИЗИКА

МАТЕРИАЛ
МЕЧТЫ

Photographs by Spencer Lowell Приведут ли наконец новые успехи в теоретической физике
и вычислительной технике к созданию сверхпроводника
при комнатной температуре?

Боб Хендерсон

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 57

Физика

ОБ АВТОРЕ

Боб Хендерсон (Bob Henderson) — независимый автор, проживающий
на севере штата Нью-Йорк. Защитил диссертацию в области теоретиче-
ской физики высоких энергий в Университете Рочестера. В разные годы
работал фотожурналистом, инженером-электриком, а также анализиро-
вал деривативы и торговал ими на финансовом рынке.

аддури Сомаязулу (Maddury Somayazulu), физик-эксперимен-
татор, по происхождению зулус, мог только надеяться на то,
что заветная цель близка. В заставленной оборудованием Ар-
гоннской национальной лаборатории в штате Иллинойс они
с постдоком Закари Гебалле (Zachary Geballe) возились с ци-
линдрическим устройством размером со сливу, называемым
ячейкой с алмазными наковальнями. Внутри — образец из редкоземельного метал-
ла лантана не больше пылинки и немного газообразного водорода, которые, соглас-
но теоретическим предсказаниям, при огромном давлении в 2,1 млн атмосфер, воз-
можно, обретут новую структуру. Это больше половины величины давления в цен-
тре Земли и на тот июньский день в 2017 г. было пределом возможности ячейки
сжать ее содержимое между двумя размером с гальку алмазами — одним из самых
твердых материалов из существующих в природе.

Когда ученые закрутили болты ячейки до давле- и ­водородом. Снаружи, за раздвижными металли-
ния 1,7 млн атмосфер, они почувствовали, как те ческими дверьми, которые защищают их от рент-
напряглись. Алмазы, уже деформированные дав- геновских лучей, ученые всматривались в экран
лением, могли разрушиться. «Окей, достаточно. компьютера, показывающего график рентгенов-
Дальше увеличивать нельзя, — сказал Сомаязу- ского излучения, прошедшего через микроскопи-
лу. — Давай попробуем синтезировать при этом ческую структуру их смеси. Кривая быстро при-
давлении и посмотрим, что получится». обрела желаемую форму. Они успешно спрессова-
ли и спекли элементы в гидрид лантана, или LaH10.
Ученые окружили ячейку с наковальнями чем- «Мы были потрясены, — вспоминает Сомаязулу. —
то вроде высокотехнологической расстрельной Нам даже не потребовалось сильно нагревать об-
команды: две длинные трубки для бомбардиров- разец, соединение образовалось и так», — и не про-
ки ее рентгеновскими лучами, система линз и зер- сто какое-то химическое соединение.
кал для облучения лазером и видеокамера для
того, чтобы запечатлеть акт насилия над образ- Теория и моделирование на компьютерах дава-
цом. Они надеялись, что лазерное излучение по- ли основание предполагать, что LaH10 может стать
служит катализатором реакции между лантаном сверхпроводником, материалом со сверхъестест­

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Мечта ученых — создание сверхпроводника (материала, который способен проводить электричество, не оказывая
сопротивления), работающего при комнатной температуре. На сегодня все сверхпроводники требуют низкой темпе-
ратуры и порой высокого давления.

Исторически ученые открывали новые сверхпроводники методом проб и ошибок, однако недавний прорыв случил-
ся благодаря теоретическим алгоритмам, которые используют новые инструменты, такие как машинное обучение,
чтобы предсказать новые сверхпроводящие материалы.

Физики надеются, что усовершенствование теории и накопление экспериментальных данных смогут помочь им от-
крыть более полезные с точки зрения практики сверхпроводники, которые расширят сферу применения технологии
возобновляемой энергии, улучшат работу энергосетей и позволят создать батареи, не теряющие заряд.

58 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Физика

начальник в то время, Рассел Хем-

ли (Russell Hemley), называет LaH10
«прекрасным примером намерен-

но полученного материала». Хемли

руководил группой, которая созда-

ла этот материал, а также теоре-

тической группой, которая пред-

сказала его существование и свой-

ства. «Сначала мы создали этот

материал на компьютере, и резуль-

таты вычислений подсказали нам,

где его искать».

В этом и заключалась настоя-

щая новизна LaH10. Ученые зани-
мались поисками высокотемпера-

турных сверхпроводников более

100 лет, но почти каждый новый

прорыв возникал в результате ком-

бинации интуитивных догадок —

Новая форма сверхпроводников внутри ячейки с алмазными наковальнями по сути, испытывалось множество
удерживается внутри центрального круглого окошка этого охлаждающего различных компонентов и процес-
криостата в Аргоннской национальной лаборатории сов в надежде добиться успеха —
и удачи. До того только однажды

венной способностью проводить электричество компьютерная программа напророчила высоко-

без потери энергии, которая так все портит в обыч- температурный сверхпроводник — H3S, еще одно
ных проводах. Эта способность дает возможность соединение, полученное под высоким давлением

огромному току течь по проводнику небольшого в 2014 г., которое также попадает в водородосодер-

сечения и циркулировать в нем вечно, наподобие жащий класс «гидридов», — но даже в этом случае

вечного двигателя. Но, что еще важнее, как ожи- его создатели фактически пытались получить не-

дается, LaH10 обладает этим чудесным свойством что другое. Давление, при котором разрушаются
при температуре около 7° C (280° К), температуре даже алмазы, необходимое, чтобы сохранить в це-

намного более высокой, чем была достигнута в лю- лости гидриды, делает маловероятным их практи-

бом из известных сверхпроводников, и соблазни- ческое использование, но алгоритмы, с помощью

тельно близкой к комнатной температуре — долго- которых они были предсказаны, наряду с другими

жданной цели. Глубокий холод, необходимый су- достижениями в вычислительной технике облада-

ществующим сверхпроводникам, ограничивает их ют потенциалом, позволяющим сделать поиски бо-

использование в таких узких областях, как магни- лее практичных сверхпроводников более система-

торезонансная томография и ускорители элемен- тизированными и, возможно, более плодотворны-

тарных частиц. А вот сверхпроводники, работа- ми, чем когда-либо ранее.

ющие при комнатной температуре, возможно, об- Теория сверхпроводимости
ретут намного более широкую сферу применения,

включая передачу солнечной энергии и энергии «LaH10 воистину был послан нам богом», — говорит
ветра на б льшие расстояния, чем практически Сомаязулу, рассказывая о годах работы, которая

оправдано сегодня, увеличение пропускной спо- привела к открытию этого материала. Чувству-

собности работающих на пределе энергетических ется, что он возбужден, когда вспоминает минув-

систем, создание батарей, которые не теряют сво- шие события, словно все еще не верит, что сделал

его заряда, и бесчисленное множество других при- открытие. По его словам, он так и остался бы в ту-

ложений в компьютерах и в медицине. пике, «потерянным» и блуждающим в потемках,

Проведенный Сомаязулу и Гебалле рентгено- с «приблизительными представлениями» и «знани-

структурный анализ показал, что образцы LaH10, ем химии на уровне средней школы», если бы не но-
которые они получили, демонстрируют в точности вые алгоритмы и их предсказания.

такую микроструктуру, которая была предсказа- Но даже теперь, когда, словно по волшебству, был

на теоретиками. «Это сразило нас наповал, — ска- выкован LaH10, его следующая задача — придумать,
зал мне Сомаязулу во время моего недавнего по- как проверить его на сверхпроводимость. С тех са-

сещения Аргоннской лаборатории, где он работа- мых пор, когда в 1911 г. это явление было откры-

ет с мая 2019 г. Когда он с коллегами синтезировал то — когда голландский физик Хейке Камерлинг-

LaH10, он еще работал в Геофизической лаборато- Оннес наблюдал, как электрическое сопротивление
рии Института науки Карнеги в Вашингтоне. Его ртутной проволоки, погруженной в жидкий гелий,

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 59

Физика

н­ еожиданно исчезает при 4,2° К, — обнаружение Маддури Сомаязулу несколько десятков лет пытался
новых сверхпроводящих материалов обычно пред- создать сверхпроводники, которые смогут работать
шествовало созданию теорий, которые этот эффект при комнатной температуре
объясняли. Хотя сверхпроводимость оказалась
на удивление широко распространенным явлени- поиска новых сверхпроводников с высокой кри-
ем и было показано, что многие другие элементы тической температурой. Кстати, самым успеш-
становятся сверхпроводящими (все при темпера- ным охотником за сверхпроводниками в истории
туре ниже 10° К), никто не мог найти ему объясне- был экспериментатор по имени Бернд Маттиас
ние до тех пор, пока в 1920-х гг. не была разрабо- (Bernd Matthias), который сам считал, что теория
тана квантовая механика. Объяснение построено БКШ не имеет никакого отношения к его поискам.
на том, что электроны, ответственные за электри- В 1950–1970-е гг. Маттиас открыл сотни сверхпро-
ческий ток, ведут себя одновременно как локальные водников (многие из которых были сплавами ме-
частицы и как бегущие волны, — так, по утвержде- таллов), проводя в своей лаборатории исследова-
нию квантовой механики, ведут себя и все другие ния огромного количества различных материалов
субатомные частицы. На этой основе ученые Джон и руководствуясь главным образом пятью эмпири-
Бардин, Леон Купер и Джон Шриффер создали те- ческими правилами, относящимися к свойствам
орию, получившую название БКШ (по их иници- материалов (например, «высокая степень симме-
алам), чтобы описать физику сверхпроводников, трии — это плюс»), и одним универсальным прин-
и опубликовали ее в 1957 г. ципом: «Держись подальше от теоретиков».

Эта теория построена на фундаментальном по- Но несмотря на множество побед Маттиаса, са-
нимании учеными природы тока: внутри метал- мая высокая критическая температура, наблюда-
ла атомы (точнее, ядра атомов плюс несколько свя- емая у сверхпроводников, с 1955 по 1973 г. вырос-
занных электронов, образующих положительно ла совсем ненамного, с 17 до 23° К. И таковой она
заряженные ионы) создают кристаллическую ре- оставалась вплоть до 1986 г., когда Георг Беднорц
шетку — структуру с регулярными расстояниями и Алекс Мюллер, два ученых компании IBM из Цю-
между ионами — плюс море свободных электронов, риха, обнаружили сверхпроводимость в одном
которые при приложении электрического потен- из классов сложной многослойной керамики, назы-
циала текут сквозь решетку, образуя электриче- ваемой купратами (семейства сложных соединений
ский ток. В обычных проводниках дефекты решет- меди. — Примеч. пер.). Эти материалы до сих пор
ки и ее тепловые колебания препятствуют этому держат рекорд температуры при нормальном дав-
течению и вызывают сопротивление. В то же вре- лении, который они установили в 1993 г.: 135° К.
мя, согласно БКШ-теории, электроны могут избе- В отличие от Маттиаса Беднорц и Мюллер «имели
жать этого трения с помощью квантового айки-
до (яп. «путь слияния жизненной энергии». — При‑
меч. пер.), которое превращает колебания решетки
из противника в помощника. Во-первых, при дви-
жении электронов вдоль кристаллической решет-
ки они немного сдвигают атомы решетки в на-
правлении своего течения (из-за притяжения меж-
ду их отрицательным зарядом и положительным
зарядом решетки). Этот сдвиг группирует положи-
тельные заряды вместе, и в результате концентра-
ции положительного заряда сюда же вслед за пер-
вым притягивается и второй электрон — происхо-
дит связывание двух электронов в так называемые
куперовские пары. Во-вторых, эти пары, теперь
ведущие себя скорее как волны, а не частицы, ча-
стично перекрывают друг друга, синхронизуются
и сливаются в одну большую волну, называемую
конденсатом Бозе — Эйнштейна, которая слишком
велика, чтобы испытывать сопротивление решет-
ки, и поэтому течет сквозь нее, не ощущая ни ма-
лейшего сопротивления.

Теория БКШ привела ко многим успешным пред-
сказаниям, включая так называемые критиче-
ские температуры, выше которых сверхпрово-
дники теряют свою сверхспособность. Тем не ме-
нее она, как правило, оказывается бесполезна для

60 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Физика

очень отчетливые теоретические представления Основы теории
о том, что они искали, — рассказывает физик Пи- сверхпроводников
тер Литтлвуд (Peter Littlewood) из Чикагского уни-
верситета. — Сегодня те идеи, вероятно, неверны». Внутри сверхпроводника сложные квантово-механи-
ческие эффекты позволяют электричеству течь без
Неверны, потому что они основывались на тео- сопротивления. Теория, получившая название БКШ
рии БКШ, а также из-за того, каким образом эта (по инициалам трех авторов открытия), описывает фун-
теория рассматривает роль колебаний атомов кри- даментальную картину происходящего, хотя физики по-
сталлической решетки, или фононов, в формиро- лагают, что детали явления во многих сверхпроводящих
вании куперовских пар. Хотя считается, что та- материалах более сложны. Согласно теории БКШ, про-
кие пары и конденсат Бозе — Эйнштейна, который цессы происходят примерно следующим образом:
они образуют, лежат в основе сверхпроводимости
купратов, многие специалисты сегодня полагают, 1 Когда от-
что куперовские связи в купратах связаны с неко- рицательно
ей формой прямого электромагнитного взаимодей- заряженный
ствия между электронами, а не с фононами, или, электрон Ион Электрон
по крайней мере, в дополнение к ним. Увы, эти не- проходит
посредственные взаимодействия настолько слож- через решетку
но математически моделировать, что более чем три положительно
десятилетия интенсивных исследований не приве- заряженных
ли к построению для купратов теории, эквивалент- ионов, ионы
ной БКШ, и даже к единой точке зрения на детали притягива-
механизма спаривания электронов. Ученые свали- ются к нему,
вают купраты в смешанную категорию с несколь- деформируя
кими другими классами сверхпроводников, свой- решетку.
ства которых, по-видимому, зависят от различных
типов непосредственного электрон-электронного 2 Возникшая
взаимодействия. Эти материалы называются нео- в результате
бычными сверхпроводниками, чтобы отличать их локальная
от обычных, с фононным механизмом образования концентрация
куперовских пар, описанным теорией БКШ. положитель-
ного заряда
Так что Беднорц и Мюллер нашли именно то, притягива-
что и искали, но это работало совсем не так, как, ет другой
по их представлениям, должно было работать. электрон
Однако это пример обнаружения сверхпроводи- к первому.
мости в силу благоприятных случайных обсто-
ятельств. Так в 2006 г. ученые случайно наткну- 3 Два электрона
лись на сверхпроводники на основе железа (дру- образуют
гой необычный класс сверхпроводников, для связь, которая
которых не существует теории, описывающей или объединяет
предсказывающей их свойства), проводя исследо- их в одну Куперовская
вания с целью усовершенствовать плоские экра- сущность, пара
ны. «Практически всегда, когда обнаруживают-
ся какие-то новые материалы со странными свой- называемую
ствами, — объясняет Литтлвуд, — это раскрывает куперовской
нам новый механизм [спаривания электронов], парой.
о котором мы и не догадывались».
4 Большое число
Температурный барьер куперовских пар
синхронизиру-
Сверхпроводимость любит холод, говорит Майкл ются и объеди-
Норман (Michael Norman), материаловед из Аргонн- няются в гигант-
ской лаборатории, потому что «температура про- скую волну,
сто вредна» для поддержания волновых квантовых получившую
свойств в макроскопических масштабах, что необ- название «кон-
ходимо для их практического использования. Те- денсат Бозе —
Illustration by Jen Christiansen пловая энергия стремится разорвать связи купе- Эйнштейна»; она
ровских пар и разрушить согласованное квантовое настолько вели-
состояние обладающего волновыми свойствами ка, что свободно
конденсата. проходит сквозь
решетку.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 61

Физика

Гидрид лантана Ячейка с алмазными наковальнями Структура гидрида лантана

Гвиыдсроикдотлеамнптеарнаа,тиурлиныLйaHи10з, исзавмеысйтных Экстремальное Атомы водорода
давление Атом лантана

сверхпроводников, может работать Алмаз

при удивительно высокой температуре Сальник

–8,3° С, а возможно и выше, хотя и при
убийственно высоком давлении. Ученые
получи лси аLлaмHа10з,ниысмпиолньазкуоявтаалкьнняамзыив, ачетомбуыю
ячейку Лантан Источник
сжать водород и лантан. Получившийся водорода

в результате материал представляет
собой решетку, в которой атомы водорода
окружают один атом лантана (розовый)
в структуре, напоминающей клетку, что,
по-видимому, в наибольшей степени
способствует сверхпроводимости. Электрический Изолятор
контакт (Не в масштабе)

Число пар в конденсате и сила связей, удержи- ­современных мостов, чтобы те сохраняли проч- SOURCE: “SYNTHESIS AND STABILITY OF LANTHANUM SUPERHYDRIDES,” BY ZACHARY M. GEBALLE ET AL., IN ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL
вающих электроны вместе, служат барьером те- ность, несмотря на изгибы под действием ветра. EDITION, VOL. 57, NO. 3; JANUARY 15, 2018 (lanthanum hydride structure); Illustration by Jen Christiansen
пловому разрушению. Критическая температу-
ра сверхпроводника представляет собой высоту Поэтому сверхпроводники, работающие при ком-
этого барьера — выше этой точки он уже не может натной температуре, если они существуют, вне вся-
противостоять теплу. (Например, высокие темпе- кого сомнения, редки. Однако надежда произрас-
ратурные барьеры купратов, как полагают, — ре- тает из необъятности поля для поисков: приблизи-
зультат того, что непосредственное взаимодей- тельно 100 стабильных элементов Периодической
ствие «электрон — электрон» в них образует более системы позволяют построить 4950 комбинаций
сильные связи куперовских пар, чем те, что возни- из двух видов атомов, 161 700 — из трех и т.д. А если
кают в результате механизма непрямого взаимо- еще принять во внимание различия в стехиоме-
действия посредством фононов.) трии (соотношении элементов в химическом соеди-
нении) и в структуре решетки, то возможности про-
И все же Норман утверждает: «Я не думаю, что сто бесконечны. Так как же ученым найти этот ис-
кто-нибудь сейчас сомневается, что существует ключительный материал в химическом стоге сена?
возможность получения сверхпроводника при ком-
натной температуре и нормальном давлении», — Сверхпроводниковая мечта
отчасти потому, что новые сверхпроводники и но-
вые механизмы спаривания неуклонно множатся. Как-то утром в ноябре 2017 г. Сомаязулу ехал
Даже для обычных сверхпроводников не существу- на машине на работу и ломал голову. Тест с це-
ет «фундаментального предела» критической тем- лью подтвердить сверхпроводимость LaH10 никак
пературы, говорит физик Военно-морской научной не удавался. Требовалась замена металлической
лаборатории в Вашингтоне Игорь Мазин (Игорь прокладки в ячейке с алмазными наковальнями
на изолирующий материал, чтобы при измерении
Ильич Мазин — выпускник Московского института сопротивления не происходило короткое замыка-
ние. Но уже несколько месяцев из каждой из кон-
стали и сплавов 1977 г., с 1977 г. по 1990 г. работал струкций, которые они опробовали, газообразный
водород улетучивался наружу. «Каждый день мы
в Физическом институте им. П. Лебедева АН СССР, собирались вместе и обсуждали, и пробовали сно-
ва, — рассказывает Сомаязулу. — Все это вызыва-
лауреат премии Ленинского комсомола 1988 г. — ло глубокое разочарование».
Примеч. пер.). Вместо этого, продолжает он, су-
ществует «нечто вроде статистического предела», И вот, когда он торчал в пробке, у него родилась
то есть просто вероятность существования таких идея: «А почему бы не использовать твердый ис-
материалов меньше. Спаривание, обусловлен- точник водорода?» Сомаязулу подумал, что бора-
ное фононами, как правило, сильнее в более под- зан, или боран аммиака, богатое водородом веще-
верженных колебаниям атомных решетках (иде- ство, о котором он знал из прошлых исследований,
ально жесткая решетка не может обладать обыч- вероятно, выделяет водород именно так, как тре-
ной сверхпроводимостью, потому что необходимо, буется. После нескольких месяцев отладки схема
чтобы атомы решетки притягивались к электро- заработала. Он увидел, как сопротивление LaH10
ну). Следовательно, исключительно устойчивое стремительно падает при 265° К. Он быстро за-
спаривание, необходимое для обычной высоко- снял картинку с помощью своего мобильника,
температурной сверхпроводимости, по-видимому, и тут же программа рабочего компьютера упала
требует особого типа кристаллической структу- и алмазы в ячейке рассыпались. Фотография —
ры, схожей с той, что искусные инженеры-кон-
структоры используют при ­проектировании

62 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Физика

­единственное, что осталось от минуты их торже- идей Эшкрофта предсказать, что гидрид кальция
ства. Потребуется еще шесть месяцев, прежде чем (CaH6), возможно, удастся получить при давлени-
они смогут все это повторить. ях, создаваемых в ячейках с алмазными наковаль-
нями, и что он останется сверхпроводником при
Сомаязулу потратил почти четверть века, пыта- высокой температуре. Хемли и его группа вскоре
ясь под давлением закачать водород в сверхпрово- после этого занялись легированием водорода каль-
дник. Это была мечта, которую Хемли преследовал цием, и они не были одиноки.
несколько десятилетий, уверовав в предсказания,
первое из которых сделал физик Нил Эшкрофт (Neil В 2014 г. в Германии ученые научной группы, воз-
Ashcroft) из Корнеллского университета в 1968 г. главляемой Михаилом Еремцом (Михаил Иванович
Чтобы получить такой материал, возможно, по-
требуется давление в 10 млн атм., признался Эш- Еремец — выпускник МИФИ, в 1978 г. защитил док‑
крофт в 1983 г., но, по его расчетам, второй эле-
мент, добавленный в водород, вероятно, позволит торскую диссертацию в Институте общей физи‑
снизить такие жесткие требования и, действуя
как клин, расщепит молекулу H2, которую водород ки и до 1991 г. работал в Институте физики вы‑
стремится образовать. Высвобожденные таким об-
разом атомы водорода могли бы колебаться имен- соких давлений в Троицке. С 2001 г. ведет исследо‑
но так, как необходимо для высокотемпературной
сверхпроводимости: гибкие связи между ними бу- вания в Химическом институте Общества Макса
дут способствовать сильной фононной связи между Планка в Майнце. — Примеч. пер.), проводя иссле-
электронами, а их маленькая атомная масса будет дования в русле другого предсказания Ма — что
побуждать фононы, которые колеблются с необы- сероводород (H2S), ядовитый газ, который испуска-
чайно высокой частотой (а значит, обладают высо- ют гниющие яйца, перейдет в сверхпроводящее со-
кой энергией), что заставит большое число электро- стояние при 80° K под достаточно сильным давле-
нов перейти в конденсат Бозе — Эйнштейна. нием, — сжали вонючий газ в ячейке с алмазными
наковальнями и увидели к своему удивлению, что
В течение нескольких лет после переезда из Ин- он остается сверхпроводником даже при 203° К.
дии в 1994 г., чтобы работать с Хемли в качестве Еремец случайно наткнулся на другое сверхпро-
научного сотрудника в Институте науки Карнеги, водящее соединение, H3S, державшее рекорд высо-
Сомаязулу послушно измельчал и разогревал не- котемпературной сверхпроводимости до того, как
сметное число водородных смесей самыми различ- был синтезирован LaH10.
ными способами, обнаружив множество интерес-
ных физических явлений, но никакой сверхпрово- Научный поиск Хемли превратился в гонку пре-
димости. «Я систематически пытаюсь легировать следования. В 2017 г. с помощью постдока Ханьюя
водород всем, чем возможно, — рассказывает он. — Лю (Hanyu Liu) из группы Ма он использовал алго-
Я подвергаю его все большему и большему давле- ритм поиска структуры, чтобы предсказать LaH10,
нию, и ничего не происходит, и мне на ум приходит и отдал своей группе приказ о выступлении, что
что-то вроде: "А не ошибался ли Эшкрофт?"» привело к синтезу этого химического соединения.
Еремец вскоре проделал это тоже; он подтвердил
Как оказалось, Эшкрофт оказался прав, но, что- характерное падение сопротивления и совсем не-
бы доказать это, потребовалась помощь нового давно с помощью всеобъемлющего набора всевоз-
класса компьютерных программ «поиска струк- можных тестов подтвердил его согласованность
туры». Эти программы ищут подходящие химиче- с теорией БКШ. Экзамен сдан.
ские соединения, перемещая атомы в виртуаль-
ном мире в поисках стабильной кристаллической Эти открытия сочетают в себе элементы предвиде-
структуры, которая, в соответствии со вторым за- ния и случайности. Например, LaH10 вырос из пред-
коном термодинамики, обладает наименьшей спо- ложения Хемли Лю сфокусировать свое внимание
собностью терять энергию в виде тепла. Некоторые на химических соединениях с максимально воз-
программы используют подход эволюционного по- можным содержанием водорода с целью наилуч-
иска, который начинается с группы кристалли- шим образом приблизиться к первоначальной идее
ческих структур, сминает их, выбирает наиболее Эшкрофта. С другой стороны, считается, что LaH10
подходящие для размножения, а затем повторяет приобретает свои свойства высокотемпературной
этот процесс до тех пор, пока не находит лучший сверхпроводимости отчасти благодаря колебатель-
вариант из лучших. Затем ученые используют ме- ным модам его особой кларатной структуры, когда
тод БКШ, чтобы оценить потенциал этой структу- атомы водорода окружают атом лантана «как тигра
ры с точки зрения сверхпроводимости и для оцен- в клетке» — конфигурация, о которой теоретики «ни-
ки критической температуры. когда бы не догадались», — говорит Эва Зурек (Eva
Zurek), химик, ведущая структурный анализ в Уни-
В 2012 г. в Китае научная группа под руковод- верситете Буффало. Но, то ли это так и было заду-
ством Яньмина Ма (Yanming Ma) использова- мано, то ли стало приятным сюрпризом, новые про-
ла одну из подобных программ, чтобы в русле граммы неожиданно возвели теоретиков, таких как
Ма или Зурек, на пьедестал и сделали их работы бо-
лее актуальными для поиска сверхпроводников. «Я
полагаю, экспериментаторы воспринимают нас бо-
лее серьезно, нежели в прошлом», — говорит Зурек.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 63

Физика

Принципы конструирования определенные кристаллические структуры обла-
дают преимуществом. По мере того как появляют-
То, что теоретики облегчили открытие H3S и LaH10, ся новые классы сверхпроводников, размышляет
обычных сверхпроводников, к которым примени- он, должны появиться новые принципы констру-
ма теория БКШ, — это одно дело. Но более удиви- ирования. Но даже сейчас, когда занесено в ката-
тельно то, что они смогли проделать то же самое логи и подробно описано более 12 тыс. известных
и в случае необычных сверхпроводников, в отно- сверхпроводящих материалов, имеет смысл выяс-
шении которых у физиков нет никакой рабочей те- нить, существуют ли полезные, но еще не откры-
ории. тые принципы конструирования, прячущиеся
в уже полученных данных.
Открытие LaH10, вообще говоря, было не един-
ственным большим событием в мире сверхпрово- Алгоритмы машинного обучения — это компью-
дников в 2018 г. Другим стало открытие этого яв- терные программы, которые изменяют сами себя,
ления в двухслойном графене с повернутыми сло- когда получают дополнительные данные. В 2018 г.
ями. Графен — это лист атомов углерода толщиной один из таких алгоритмов, настроенный на обра-
в один атом, которые упакованы в гексагональ- ботку базы данных тысяч химических соедине-
ную решетку. Двухслойный графен с повернуты- ний, выработал способность находить сверхпро-
ми слоями состоит из двух таких листов, располо- водники (обычные и необычные) в других наборах
женных один над другим так, что их решетки по- данных с точностью 92% и оценивать их крити-
вернуты относительно друг друга на некоторый ческие температуры. Более того, он проделал это,
угол. Несмотря на низкую критическую температу- используя простые свойства элементов, такие как
ру (1,7° К), этот материал обладает необычно силь- атомный вес и температура плавления. Но «совсем
ными связями своих куперовских пар. Его простая не факт, что алгоритмы машинного обучения спо-
структура, построенная из одного элемента, поро- собны это делать, — говорит ведущий автор иссле-
дила надежду, что его можно изучить теоретически дования Валентин Станев (Valentin Stanev) из Уни-
и что он, возможно, позволит пролить свет на нео- верситета Мэриленда. — Интересно посмотреть,
бычную сверхпроводимость в целом. Это открытие как он это делает. На самом деле нужно понять, ка-
находится на стыке между интуитивной прозорли- кие именно переменные использует машина [для
востью и компьютерным предсказанием — «поло- предсказания]»
вина на половину», говорит Пабло Харийо-Эрреро
(Pablo Jarillo-Herrero), руководитель группы Масса- Станев отмечает, что самый главный принцип
чусетского технологического института, которой конструирования, который алгоритм нашел для
принадлежит это открытие. Материал становится критической температуры купратов, — это один
сверхпроводником только при особом «волшебном» из параметров (относящийся к числу электронов
угле поворота в 1,1 градуса, величине, которая сна- на внешних орбитах атомов химического соеди-
чала выскочила из компьютерной модели. Все же, нения), на который, насколько ему известно, ни-
хотя теоретики верно предсказали, что этот угол кто ранее не обращал внимания. Он надеется, что
вызывает резкий скачок во взаимодействиях «элек- по мере того, как будут выявлены такие дополни-
трон — электрон», они не догадывались, что это тельные переменные для предсказания, их можно
приведет к сверхпроводимости. Это неожиданное будет использовать совместно, чтобы ускорить по-
открытие было сделано в лаборатории. иски новых и лучших сверхпроводников.

Тем не менее это открытие проливает свет на по- Вместо того чтобы надеяться на удачу в лабора-
тенциал того, что Норман называет принципа- торных исследованиях, замечает соавтор Стане-
ми конструирования: поддающиеся вычисле- ва, материаловед из Дюкского университета Сте-
нию свойства, которые могут помочь предсказать фано Куртароло (Stefano Curtarolo), «в результате
сверхпроводимость даже в отсутствие всеобъ- машинного обучения будет выявлено подмноже-
емлющей теории. Первые пять правил Маттиаса ство соединений для дальнейших исследований.
были именно такими принципами, но исключе- Экспериментаторы вместо того, чтобы изучать де-
ния из каждого из них в конечном счете возника- сять химических соединений и потратить на это
ют при работе с необычными сверхпроводника- год работы в лаборатории, проверят 10 тыс. соеди-
ми. Однако Норман в своей статье 2016 г. показал, нений на компьютере, и это займет всего несколь-
что даже необычные сверхпроводники различных ко недель».
классов демонстрируют наводящие на определен-
ные мысли аналогии, включая многие характери- Черная магия
стики их фазовых диаграмм — графиков, которые
показывают, как их свойства зависят от перемен- Хотя теоретики начали предсказывать новые
ных, таких как давление и температура. Он также и интересные [с точки зрения сверхпроводимо-
отметил, что слоистые квазидвумерные структу- сти] химические соединения, они все еще далеки
ры, такие как купраты, по всей видимости, поддер- от того, чтобы выработать пошаговые инструк-
живают высокие критические температуры и что ции, как получать их в лаборатории. «Вы делае-
те что-то, что работает, — объясняет ­Сомаязулу,

64 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Физика

описывая ­процесс синтеза материала. — И вы про- что они получили достаточное количество уроков,
сто продолжаете делать ровно то же самое, что- чтобы создать «материал-аналог», способный под-
бы заставить это работать, и у вас нет ни малей- держивать высокотемпературную потенцию сверх-
шего представления, почему вы все это делае- проводимости при нормальном давлении. Литтл­
те». Например, ему потребовалось шесть месяцев, вуд не видит причины, по которой это было бы не-
чтобы повторить измерение сверхпроводимости возможно. Хотя другие настроены скептически
LaH10, поскольку ученые все еще устраняли ошиб- из-за наблюдаемой пока что ключевой роли в ха-
ки методики создания этого соединения. Но они рактеристиках сверхпроводников высокого дав-
по крайней мере сумели синтезировать LaH10, что ления. «Вы можете позволить себе получить силь-
не удалось сделать в случае с CaH6 — соединением, ную электрон-фононную связь, не разрушая кри-
[высокотемпературную сверхпроводимость] кото- сталл, — говорит Мазин, — благодаря тому, что его
рого предсказали исследования Ма в 2012 г., но ко- целостность поддерживается внешним давлением».
торое все еще неуловимо, несмотря на все попытки
его синтезировать. А иттрий? Сомаязулу еще даже Если такой аналог и возможен, то он, вероятно,
не приступал к иттрию. Гидрид иттрия (YH10), как состоит по крайней мере из трех химических эле-
предполагают, — сверхпроводник при еще более ментов, говорит Зурек, и, по мнению Мазина, име-
высокой температуре, чем LaH10, но поведение его ет сложную кристаллическую структуру. В более
в экспериментах Сомаязулу было просто ужас- общем смысле дуга высокотемпературных сверх-
ным. Например, его фокус с боразаном в случае проводников, по-видимому, изгибается в сторо-
гидрида иттрия не проходит — как не прошел он ну более сложных материалов. Одноэлементные
и с селеном при высоком давлении, хотя при низ- сверхпроводники с критическими температурами
ком все получалось. А вспомните, как Еремец слу- от 0° K до 9° K были повержены металлическими
чайно вышел на H3S, когда охотился на H2S. Ясно сплавами Маттиаса, которые в свою очередь были
одно: синтез материалов все еще остается во мно- превзойдены материалами с б льшим числом хи-
гом черной магией. мических элементов и более сложными кристалли-
ческими структурами. Если, как считают многие
Исследованиям структуры, в свою очередь, при- эксперты, главная надежда высокотемпературной
сущи свои собственные трудности. «Чтобы ис- мечты — еще неизвестный на сегодня класс сверх-
пользовать алгоритмы, достаточно нажать кла- проводников, то они, вероятно, расположены где-
вишу, — замечает Зурек. — Но сам анализ может то глубоко на бесконечных рубежах периодической
потребовать разного рода хитростей, и я не хоте- таблицы.
ла бы, чтобы это выполнял не эксперт», — добав-
ляет она с усмешкой. Чтобы выполнить поиск для Сомаязулу, например, рад тому, что вместе
данных стехиометрии и давления, в среднем тре- с Маттиасом освободился от предубеждений в от-
буется примерно неделя расчетов на суперкомпью- ношении теоретиков. В Аргоннской лаборатории
тере, и для данной пары элементов интересными он вдохновенно рассказывает о неудачных по-
могут быть многие из таких комбинаций. Боль- пытках получить CaH6: трудностях при попыт-
шой объем вычислений, а также хитрости анали- ке его создать и дискуссиях с теоретиками, кото-
за ограничивают большинство исследований сое- рые он параллельно вел. Иногда теоретики учат
динениями, состоящими всего из двух элементов, чему-нибудь экспериментаторов. Иногда все нао-
при не слишком большом числе атомов в элемен- борот. Для Сомаязулу самым важным уроком ра-
тарной ячейке — фундаментальном строительном боты с гидридами стала эта новая «петля обратной
блоке кристалла. «Мы пока еще не можем надеж- связи» между экспериментов и теорией. «Каждый
но предсказывать систему, которая содержит три раз, когда ребята-теоретики делают предсказание,
химических элемента и 50 атомов в элементарной шансы 50 на 50, что это будет работать, — говорит
ячейке», — объясняет Зурек. он. — Но, по крайней мере, сейчас у нас этот пяти-
десятипроцентный шанс существует».
Программы машинного обучения, с другой сто-
роны, не требуют слишком больших вычислитель- Перевод: А.П. Кузнецов
ных систем. Станев гоняет свою программу на но-
утбуке. Их существенное ограничение, как и огра- ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ничение принципа конструирования в целом,
заключается в том, что они могут только исполь- Будько С., Кенфилд П. Низкотемпературная сверхпроводи-
зовать данные, полученные при изучении извест-
ных сверхпроводников, что делает маловероятным мость становится теплее // ВМН, № 7, 2005.
открытие ими совершенно нового класса.
Мойер М. Сверхпроводимость при комнатной температуре
Что же касается LaH10 и других гидридов, их воз-
можное значение зависит от того, кого именно вы (12 событий, которые могут изменить мир) // ВМН, № 8–9, 2010.
спросите. Хемли, который недавно перебрался
в Университет штата Иллинойс в Чикаго, н­ адеется, Superconductivity at 250 K in Lanthanum Hydride under High

Pressures. A.P. Drozdov et al. in Nature, Vol. 569, pages 528–531;

May 23, 2019.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 65

ПРОЧНЕЕ,ФИЗИКА
В физическом корпусе Томского
политехнического университета всегда
царит оживление. После занятий никто
не уходит домой, студенты обсуждают
лекции, дискутируют друг с другом
и с преподавателями. Здесь создана
атмосфера, в которой зарождаются
новые идеи.
О том, что это за идеи и как удается
их осуществлять, — наш разговор
с Романом Анатольевичем
Сурменевым, директором Научно-
исследовательского центра «Физическое
материаловедение и композитные
материалы» Томского политехнического
университета.

66 В мире науkи | [12] декабрь 2019

ЧЕМ КОСТЬ
— Роман Анатольевич, на входе в ваш — Мы посетили вашу производственную
корпус висит доска, гласящая о том, что базу, находящуюся в подвале этого корпу-
здесь учился в аспирантуре будущий но- са, увидели удивительные установки. Мо-
белевский лауреат по физике Н.Н. Семе- жете пояснить, что это за кладовая чудес?
нов. Это накладывает какой-то отпеча-
ток на вашу жизнь и работу? — Мы занимаемся получением металли-
ческих и полимерных материалов, а также
— Да, конечно. Это дополнительная ответ- композитов на основании полимерных ма-
ственность для нас и свидетельство того, териалов с различными неорганическими
каким важным направлением мы занима- включениями. В одной из наших лаборато-
емся. Сложно проводить соответствующие рий находятся приборы и установки для по-
нобелевскому уровню исследования, но мы лучения полимерных композитов на основе
стараемся. полимерных материалов. В другой лабора-
тории есть оборудование для модифициро-
— А какие исследования нобелевского вания поверхностных свойств различных
уровня вы стараетесь проводить? материалов с использованием низкотем-
пературной ионно-плазменной обработки.
— Наш центр занимается разработками Это означает, что мы можем в широких пре-
в нескольких направлениях. Это биомеди- делах контролировать поверхностную то-
цинское материаловедение, а также моди- пографию, смачиваемость, физикохимию
фицирование материалов для биомедицин- поверхности — те ключевые свойства, ко-
ского применения. В сотрудничестве с на- торые как раз определяют поведение мате-
шими коллегами мы ведем исследования риала. Естественно, наша цель — создать
по разработке новых материалов с исполь- такую поверхность или такой материал,
зованием, в частности, аддитивных техно- который приживался бы в организме и вы-
логий. Это технологии, которые позволяют, полнял свою функцию в течение заданно-
если мы говорим о медицинских импланта- го времени, что способствовало бы сокра-
тах, получать изделие для каждого конкрет- щению сроков лечения и определяло его эф-
ного клинического случая. В данном случае фективность.
мы можем говорить о персонифицирован-
ной медицине.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 67

Физика

Кандидат физико-математических
наук Р.А. Сурменев

— Это ваша собственная разработка? ­работы делается именно на получение ги-
— Эта разработка нашего центра, кото- бридных материалов на основе аддитивных
рая начиналась довольно давно, а сейчас способов. Или, говоря простым языком, —
мы продолжаем это направление, стараем- на использование в работе технологии трех-
ся его развивать. мерной печати.
— А как все начиналось? Кому эта идея
пришла в голову? — Есть какой-то заказ на вашу работу?
— Моему учителю, профессору В.Ф. Пи- — Мы очень активно взаимодействуем
чугину, который в свое время стал зани- с зарубежными коллегами. Все исследова-
маться биомедицинским направлением ния, которые мы проводим, — фундамен-
в ТПУ, в частности получением биоактив- тальные с перспективой практического ис-
ных покрытий на основе гидроксиапатита пользования. Наша основная цель — вне-
с использованием метода высокочастотно- дрение наших разработок. Но мы ученые,
го магнетронного распыления. До него ни- в нашей команде нет маркетологов, кото-
кто в нашей стране не осуществлял такие рые могли бы продвигать наши разработ-
разработки этим способом. Тогда я еще был ки на рынок. Естественно, мы открыты для
студентом, потом аспирантом. Начал зани- сотрудничества. И на базе нашего универ-
маться научной работой, увлекся. Позже это ситета есть необходимые структурные под-
стало темой моей кандидатской диссерта- разделения. Надеемся, что с их помощью
ции. А сейчас уже готова к представлению наши фундаментальные исследования най-
в совет докторская диссертация по дан- дут практическое применение. У нас дина-
ной тематике. Вообще, в ТПУ в рамках од- мичное сотрудничество с учеными Сибир-
ного направления есть несколько научных ского государственного медицинского уни-
групп, которые занимаются близкими ма- верситета и учеными из других российских
териалами, но каждый работает в своей об- городов, в частности Саратова, Москвы.
ласти, занимается чем-то новым. — Но уже получается что-то внедрять?
— Чем же занимаетесь конкретно вы? Или пока это только мечты?
— Наш интерес в первую очередь направ- — Я бы не сказал, что это мечты. Если го-
лен на пьезополимерные композиты, а так- ворить о биомедицинском направлении, мы
же на металлические материалы, получен- активно работаем с медиками, биологами.
ные аддитивными способами. Как я уже Провели довольно широкую серию экспе-
сказал, аддитивные способы позволяют по- риментов на различных материалах с кле-
лучать материалы с заранее заданными точными линиями, а также эксперименты
свойствами и формой по изначально спро- с животными. Можно сказать, что доклини-
ектированной компьютерной модели или ческую часть исследований мы прошли.
с использованием компьютерной томогра- — С какими животными вы работаете?
фии. За этими материалами будущее, по- — Мы работаем с крысами. Используем
этому основной акцент нашей ­научной две модели. Первая — модель подкожной
имплантации, вторая — модель костная.

68 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Физика

Соответственно, если мы говорим о костной предназначены для людей с серьезными по-
имплантации, то наши имплантаты долж- вреждениями. Хотя в наших планах — при-
ны выдерживать нагрузки, а если подразу- менение наших разработок и для раневых
меваем подкожную имплантацию, то тести- повязок. В данном случае мы сможем иссле-
руем общую биосовместимость. Для этого довать их и на себе.
мы имплантируем животному какие-либо
биологические материалы и смотрим, как — Раневые повязки при ожогах, поре-
наши материалы ведут себя в организме зах, язвах?
или как организм реагирует на вживление
этих материалов. — Совершенно верно. Повязки должны
способствовать образованию нового кожно-
— И как он реагирует? го покрова. Особенно это актуально при по-
— Пока все идет хорошо. Наша основ- вреждении большой площади.
ная задача — выбрать те материалы, кото-
рые максимально стимулируют, если речь — Мы находимся в стенах учебного за-
о сломанной кости, механизмы костеобра- ведения, поэтому у вас много молоде-
зования. То есть эти материалы должны за- жи. Я видела, что и студенты, и аспиран-
пускать остеоинтеграционные процессы ты работают у вас очень воодушевленно,
между материалом и костью. В идеале наши глаза у ребят горят. Мне не показалось?
материалы в конце концов должны резор-
бироваться, растворяться и стимулировать Наши материалы — это
образование на месте этого материала кост- полимерные образцы
ной ткани. с различными включениями
— Собственной костной ткани? биоактивных неорганических
— Именно. Материалы выступают в роли наночастиц — стимуляторов
так называемых скаффолдов. Это скаф- остеогенеза. Они имеют
фолд-технологии, которые очень активно пористую структуру для
развиваются как на Западе, так и в России. врастания костной ткани или
— Как себя чувствуют крысы? миграции и инфильтрации
— С ними все в порядке. Доклинические клеток
эксперименты показали перспективу этих
разработок. Поэтому следующий этап — уже — Нет. Я бы сказал, что аспиранты и сту-
проведение клинических исследований. денты — двигатель прогресса. Без них мы
— При каких заболеваниях это может бы всего этого не добились. Я считаю, что
быть применено у людей? наш центр — один из ведущих в Томске. По-
— У людей это может использоваться для этому студентам и аспирантам я отвожу
устранения последствий травм костной си- существенную роль. Они выполняют клю-
стемы или утраты костной ткани в резуль- чевые задачи и делают это успешно. На-
тате различных несчастных случаев, ослож- пример, у нас была аспирантка Светлана
нений онкологических заболеваний. В идеа- Шкарина. Она защитила диссертацию. Ее
ле наши материалы должны быть временной работа была посвящена как раз гибридным
помощью, но при этом стимулировать фор- пористым пьезоматериалам, которые содер-
мирование у пациента собственной ткани. жат неорганические включения, например
— Что представляют собой ваши мате- кремний и стронций. Вы спрашивали о вне-
риалы? дрении в практику. Так вот, эта работа за-
— Наши материалы — это полимерные вершилась таким внедрением в сотрудни-
образцы с различными включениями био- честве с нашими коллегами из Института
активных неорганических наночастиц — теоретической и экспериментальной биофи-
стимуляторов остеогенеза. Они имеют по- зики в Пущине. Другие наши ­талантливые
ристую структуру для врастания костной аспирантки, Ирина Грубова и Анна Ивано-
ткани или миграции и инфильтрации кле- ва, успешно защитили диссертации с од-
ток, а также образования кровеносных со- новременным присвоением кандидатской
судов — ангиогенеза. степени и PhD. К сожалению, не могу всех
— Знаю, что ученые любят проводить перечислить, но еще приведу два примера —
опыты на себе, не раз наблюдала такое. Екатерина Чудинова и Роман Чернозем.
Как с этим у вас? Скажите по секрету.
— В себя мы пока еще ничего не имплан-
тировали. Слава богу, не было такой не-
обходимости. Все-таки наши разработки

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 69

Физика

Небольшая часть коллектива Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение
и ­композитные материалы» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ

Наша цель — практической реализации. Конечно, они
не просто заниматься проходят на конкурсной основе, но они есть.
Нужно участвовать в конкурсах, выигры-
фундаментальными вать, не только генерировать идеи, но и по-
исследованиями, а понимать, нимать, как их реализовать. Наша цель —
не просто заниматься фундаментальными
где наша разработка может исследованиями, а понимать, где наша раз-
быть использована работка может быть использована. То есть
мы начинаем с конца.
Екатерина развивает аддитивные техноло-
гии, Роман — пьезополимерные материалы. — А это правильно? Ведь многие ученые
Оба стали стипендиатами президента для говорят, что фундаментальная наука са-
обучения за рубежом, стипендиатами раз- моценна, и только потом из исследова-
личных конкурсов, участниками и победи- ний, возможно, что-то получится, но мо-
телями грантовых программ. жет быть и нет.

А что касается других студентов и аспи- — Наука состоит из различных областей.
рантов — у нас их немало, в том числе Если мы говорим о практическом использо-
из Китая и Индии. Молодежь перспектив- вании конкретных материалов, то все-таки
на. И молодежь, должен отметить, в науке должны сначала прийти к врачу и спросить,
может себя реализовать в большей степе- что ему нужно, а не рассказать о миллионах
ни, чем это было раньше. Это означает, что способов синтеза каких-то материалов, на-
наше государство и политика нашей иссле- ходящихся в нашей лаборатории. Врач вас
довательской школы химических и биоме- послушает и скажет, что ему это не надо.
дицинских технологий (директор — про- В нашем случае это в первую очередь при-
фессор М.С. Юсубов, заместитель дирек- кладная задача. А дальше мы, понимая эту
тора — профессор М.Е. Трусова) и всего задачу, должны подобрать конкретный ма-
университета в целом стимулируют при- териал или конкретный состав различных
влечение талантливой молодежи, мотиви- материалов и на основе этого провести те-
руют молодых заниматься наукой. Поэтому стирование. Наша работа — междисципли-
я вижу здесь мощный задел для успешного нарная. Конечный успех зависит от всей
будущего России. И очень важно наличие группы осуществляющих ее физиков, био-
большого количества грантов, программ- логов, химиков или медиков. Это комплекс-
стипендий не только для проведения фун- ная работа, где каждый выполняет свою
даментальных исследований, но и для их важную функцию, а результат — общий
на всех.

Беседовала Наталия Лескова

70 В мире науkи | [12] декабрь 2019



Химия

72 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Химия

«УПОНСАРСЕНДЕСТТВХИМИЕЯ ННОСТЕЙ»

Чем химическая школа Томского политехнического
отличается от остальных школ, почему молодому
ученому в России во многом легче реализовать
себя, чем за границей, и чем может удивить сегодня
химическая наука — обо всем этом наш разговор
с кандидатом химических наук Павлом Сергеевичем
Постниковым, доцентом Исследовательской школы
химических и биомедицинских технологий Томского
политехнического университета.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 73

Химия

Кандидат химических
наук П.С. Постников

— Павел Сергеевич, ваша химическая практическое использование. С этого вся
лаборатория полна студентами, жизнь история началась, и сейчас мы добились
в ней кипит. Так происходит всегда? действительно больших успехов в прило-
жениях методов органической химии в аб-
— Всегда. В нашей исследовательской солютно новой для нас области.
школе проводятся важные исследования
в области как органической химии, так В частности, мы занимаемся сенсори-
и химии поверхностей. Студенты — наше кой — создаем сенсоры для особо опасных
все. Мы исследовательская школа, и каж- веществ. Это классические экотоксикан-
дый из этих студентов — будущий про- ты, тяжелые металлы, пестициды в мак-
фессиональный ученый. Мы занимаемся симально экспрессном исполнении. Мы
здесь не только научными исследовани- занимаемся материалами с контролиру-
ями, но и подготовкой новых кадров для емой смачиваемостью. Это очень нужное
инновационной России, в том числе для для техники свойство, когда мы можем
нацпроекта «Наука». Наша цель — инте- управлять каплей жидкости на поверхно-
грированная магистерская и аспирант- сти. И третий аспект, некоторая конъюги-
ская программа, когда мы доводим сту- рующая область, куда вошли как химия
дентов до кандидатской диссертации. По- материалов, так и классическая органиче-
этому все эти студенты работают здесь ская химия, — так называемый плазмон-
каждый день. Вы верно подметили — это ный катализ. Эта тематика, наверное, сей-
очень живая лаборатория, очень молодая. час самая трендовая в нашей лаборатории,
Мы можем с уверенностью утверждать, что она требует специфического методическо-
в этом плане лидируем в Томске. го аппарата, и мы уже добились в этом не-
которых успехов.
— Расскажите, чем конкретно вы зани-
маетесь. — Давайте остановимся на химии по-
верхности. Расскажите, что в этой обла-
— Наше традиционное направление — сти делается для того, чтобы получить
химия соединений гипервалентного результат.
иода. Его родоначальник в Томске — ди-
ректор нашей исследовательской шко- — Это представители широкого клас-
лы М.С. Юсубов. Здесь очень активно про- са диазониевых солей, которые обладают
водятся работы по химии материалов, очень интересной способностью. При кон-
в том числе поверхностной химии. Инте- такте с поверхностями они начинают са-
ресно, что в мир поверхностной химии мопроизвольно разлагаться, и в результа-
мы пришли из химии органической. Мы те у нас органическая молекула напрямую
посчитали, что как органики мы сможем пришивается к поверхности. Мы получа-
привнести нечто новое и в химию новых ем некий гибрид — материал, который со-
материалов, и в методы их создания, и в их храняет свои физические свойства. Но мы

74 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Химия

можем управлять именно поверхностны- — Золото создает аналитический сигнал
ми свойствами этого материала в широ- на основе эффекта поверхностного плаз-
ких пределах. В итоге мы получаем дей- монного резонанса. Это явление позволя-
ствительно уникальный — как с прак- ет добиваться высоких пределов обнаруже-
тической, так и с теоретической точек ния опасных веществ.
зрения — материал, обладающий новы-
ми свойствами, и мы используем эти свой- — Для того чтобы произвести такой
ства. Важно, что для этого не нужно ника- анализ, нужно, чтобы эти вещества по-
ких сложных дорогостоящих установок — пали в вашу лабораторию? Или вы, на-
только вещество и обычный стеклянный оборот, можете выехать на место и про-
стаканчик. вести анализ?

— Это уже находит свое применение? — Нам даже ехать никуда не нужно.
— Потенциальное — определенно. Сей- Наша квалификация не нужна. Такой ана-
час в большей степени наша задача — про- лиз может сделать практически любой че-
ведение фундаментальных исследований. ловек. Это совершенно открытая информа-
Если действительно найдутся люди, кото- ция, которой в принципе может восполь-
рые захотят это применить, мы, конечно зоваться каждый. Никаких секретов мы
же, поможем. не делаем.
— Давайте пофантазируем, что вы за-
кончили работу. Где конкретно вы види- — Но они у вас все же есть?
те такое применение?
— Даже без фантазии — это, напри- Внутри исследовательской
мер, анализ воды. Сейчас проблема за- школы у нас не существует
ключается в использовании достаточ- структурных ­подразделений,
но громоздкого оборудования. Это рожда- каких-то рамок и искусственных
ет новые проблемы — отбор, консервация, преград. Внутри школы
транспорт проб, где должен работать вы- есть научные лидеры, тесно
сококвалифицированный профессионал, взаимодействующие между
проведение анализа на заключительном собой. Уже есть совместные
этапе. Наши сенсоры работают на основа- публикации, и мы понимаем,
нии других принципов, и для анализа до- насколько удобнее нам стало
статочно капли воды, отобранной непо- работать
средственно на месте. Это действительно
большое достижение, которое может ре- — Наверное, наш главный секрет — соз-
шить все перечисленные проблемы разом. дание специфических исследовательских
Именно за эти технологии в прошлом году школ, благодаря чему все и стало возмож-
наш коллектив получил премию журнала ным. Это был эксперимент, который сей-
«Сноб» «Сделано в России». Подобные сенсо- час можно считать абсолютно состояв-
ры мы разрабатываем для определения пе- шимся. У нас в университете была созда-
стицидов в почве или продуктах питания, на точка научного роста. В нашей школе
а также для анализа биологически актив- на бюджетном финансировании находят-
ных веществ, лекарственных препаратов ся всего 15 человек, и они в науке дела-
на предмет фальсификации. Мы можем та- ют столь много, что наши научные ре-
ким же методом определять, например, се- зультаты весьма значимы. А произошло
росодержащие соединения в топливе, что это по одной простой причине — был соз-
тоже косвенно говорит о фальсификации. дан новый формат работ. Наш дирек-
И это тоже очень большая проблема. Сей- тор М.С. Юсубов довольно долгое время
час наши работы на указанные темы нахо- работал за рубежом, и для него стало ин-
дятся на стадии опубликования. тересным, как можно переместить за-
— Как выглядят эти сенсоры? рубежную организационную модель на-
— Маленькая пластинка, буквально уки в условия России. Мы считаем, ему
1 × 2 см, обычное стеклышко, покрытое это удалось. Внутри исследовательской
тонким слоем золота. школы у нас не существует структурных
— Золота?
— Слой золота там всего 25 нм, так что
ювелирного интереса они не представ­
ляют.
— Но для чего оно там нужно?

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 75

Химия

Упаривание органических растворителей на подходе. Совсем недавно моя аспи-
на роторном испарителе рантка успешно защитила кандидатскую
диссертацию, а неделей раньше получи-
п­ одразделений, каких-то ла и степень PhD в пражском Химико-тех-
рамок и искусственных пре- нологическом университете. Вторая клю-
град. Внутри школы есть на- чевая сторона этого процесса — активная
учные лидеры, которые очень тес- включенность в мировую научную среду.
но взаимодействуют между собой. Приме- Практически все преуспевающие маги-
ры подобного взаимодействия мы видим. странты и аспиранты в обязательном по-
Уже есть совместные публикации, и мы по- рядке должны пройти стажировку за ру-
нимаем, насколько удобнее нам стало ра- бежом.
ботать. Именно такая модель способству-
ет развитию междисциплинарных иссле- — Почему это важно? Разве здесь им
дований, и это крайне важно. Наш вуз нечему научиться?
в данном случае стал междисциплинар-
ной платформой, где основная задача — — Почти все эксперименты, особенно
научная и образовательная деятельность. с точки зрения органической химии, мож-
Формат исследовательской школы позво- но проводить и здесь, но погружение в дру-
ляет внедрить абсолютно новую концеп- гой стиль работы, другие концепции, дру-
цию. Мы начинаем готовить исследовате- гую организационную модель крайне важ-
лей с первого курса магистратуры. но. Поэтому на выходе у нас — не просто
опытный специалист, а ученый, который
— И уже есть выпускники? уже многое видел и способен, по сути, на-
— Мы еще не успели выпустить наших чинать организацию своей маленькой на-
профессиональных ученых, но они уже учной группы. Собственно говоря, в нашей
практике такие примеры действитель-

но есть и они реализуются. Недавний
наш аспирант, который защи-
тился в начале лета, уже сей-
час формирует свое собствен-
ное научное направление
в не менее интересной те-
матике — химии стабиль-
ных радикалов, в органи-
ческой химии. Сейчас мы
с уверенностью можем
утверждать, что такая
структурная модель, кото-
рая в свое время была рево-
люционной и, возможно, изна-
чально порождала некое оттор-
жение, действительно работает.

— Скажите честно: нужны ли мы
в этих зарубежных лабораториях?

— Да, мы там очень востребованы.
У меня еще не было прецедента, чтобы
мои зарубежные коллеги, к которым при-
езжают студенты, хоть сколько-нибудь
были недовольны качеством образования
Томского политехнического университе-
та. Это практика, важная как для самих
ребят, так и для принимающей стороны.
Сейчас мы тесно сотрудничаем с четырь-
мя лабораториями во Франции, двумя —
в Германии и двумя — в Чехии. Поддержи-
ваем отношения также с Испанией, Англи-
ей, Италией и Америкой.

— Все ли возвращаются?
— Нет, не все, но это нормально. Об-
ратно приезжает примерно половина.

76 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Химия

Доцент П.С. Постников со студентами и аспирантами лаборатории

И ­ничего в этом страшного нет. Я счи- Мир науки — это мир
таю, что человек после окончания аспи- мобильности. Сегодня нельзя
рантуры и успешной защиты кандидат- делать работу в рамках
ской диссертации должен два года про- одного узкого коллектива.
вести вне стен альма-матер. Это очень Это неправильно, это
важно для его развития как будущего спе- чревато вырождением,
циалиста. А к вопросу невозвращения я застоем, болотом, когда идеи
отношусь абсолютно спокойно. Ведь что не поступают извне
делают эти люди в стенах других уни-
верситетов? Они начинают организовать м­ олодого человека, еще не умеющего пла-
российскую науку, российское образова- вать, в воду. Наоборот, мы стараемся его
ние. И можем ли мы говорить, что это пло- вырастить, чтобы он как можно быстрее
хо? Я думаю, нет. создал собственную научную группу.

Мир науки — это мир мобильности. Се- — А тем, кто уехал, это сделать нель-
годня нельзя делать работу в рамках одно- зя?
го узкого коллектива. Это неправильно, это
чревато вырождением, застоем, болотом, — У них обычно другие приоритеты —
когда идеи не поступают извне. Ни к чему например, знакомство с другими куль-
хорошему это никогда не приводило. турами. Очевидно, что сейчас на Запа-
де построить научную карьеру сложнее,
— Не можем ли мы сказать, что луч- чем в России, потому что западный ры-
шие уехали, а здесь остались посред- нок весьма перенасыщен и получить по-
ственности? стоянную позицию в западном универси-
тете практически невозможно (но все-таки
— Нет. У нас нет посредственностей. можно). А у нас — вполне. Поэтому, отвечая
Среди наших ребят очень много ярких на ваш вопрос, могу сказать: да, лучшие
представителей науки. С теми, кто ­уехал, уезжают — но и остаются лучшие. Мы рас-
мы продолжаем оставаться в близких тим большое дерево, которое разветвляет-
дружеских отношениях. Остаются те, кто ся во все стороны, дает множество побе-
в большей степени нацелен на построение гов и приносит свои плоды. Надеюсь, будет
карьеры как таковой. Потому что здесь, приносить и впредь.
в России, проще получить постоянную
позицию. В нашей стране, особенно в на- Беседовала Наталия Лескова
шей демократической исследовательской
школе, очень просто начинать свое ис-
следование, формирование собственных
групп.

— Почему так?
— Потому что мы это поддерживаем. При-
чем это не говорит о том, что мы кидаем

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 77

Образование

78 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Образование

УМНЫЙОБРАЗОВАНИЕ
СТАРТ

Дети, посещающие детские сады, в которых поощряются
речевые игры и задания, связанные с концентрацией внимания,

добиваются бóльших успехов в школе и в дальнейшей жизни
Лиза Гернси

Illustration by Alison Seiffer

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 79

Образование

ОБ АВТОРЕ

Лиза Гернси (Lisa Guernsey) — директор программы «Обучение и технологии»
и старший советник программы «Политика в области дошкольного и младше-
го школьного образования» научного центра «Новая Америка» в Вашингтоне,
округ Колумбия.

он Брэдли (Dawn Bradley), педагог дошкольного образования,
провела достаточно времени с детьми возрастом от трех
до пяти лет, чтобы понять, что зачастую они не получают
того признания, которого заслуживают. Дон рассказывает:
«Детям просто говорят, чтобы они выполняли указания или
отвечали только на вопросы "да" и "нет"». Но в течение пяти
лет преподавания в школе Libertas в Мемфисе, штат Теннес-
си, Брэдли постоянно наблюдала, как дети пытаются ре-
шить математические задачки до тех пор, пока не получат
правильный ответ, учатся вести себя вежливо, если случай-
но столкнутся с другом, и задают умные вопросы о частях тела насекомых или осо-
бенностях протекающей поблизости реки Миссисипи.

В США во многих дошкольных учреждениях детей такие способности, могут получать более высокие
просят лишь определить форму предмета или на- оценки по сравнению с теми, кто не имел такой
звать буквы и сидеть тихо на ковриках, когда им подготовки.
рассказывают сказки и истории. Однако данные
все большего количества исследований перевора- Политики регулярно обещают дать больше денег
чивают представления о том, каким может быть на дошкольное образование, но теперь на сцене по-
раннее образование. Исследования подтвержда- явился новый участник, особенно заинтересован-
ют то, что наблюдает Брэдли в своей работе: ког- ный в новом подходе. Около года назад Джефф Бе­
да дети обучаются определенным навыкам, таким зос, один из богатейших людей в мире, дал обяза-
как способность концентрировать внимание, — тельство пожертвовать по меньшей мере $1 млрд
навыкам, развивающимся, если учителя исполь- на создание сети детских садов, доступных для
зуют игры и беседы, побуждающие детей думать детей из малообеспеченных семей. На это Безо-
о том, что они делают, — впоследствии они добива- са вдохновила программа Монтессори, по которой
ются большего успеха и в учебе, и в повседневной он, когда был маленьким, занимался в Альбукерке,
жизни. Результаты опубликованного в 2018 г. ис- штат Нью-Мексико. Во многих программах Мон-
следования, в котором прослеживали судьбу детей тессори основной акцент делается на такого рода
в течение десяти лет, начиная с детского сада, сви- игровую активность и принятие решений. Ини-
детельствуют о том, что малыши, занимавшиеся циатива Безоса пока еще прорабатывается, и не
с учителями, специально обученными ­развивать сообщалось, сколько денег будет потрачено. Но,
по мнению специалистов, для того чтобы п­ ринести

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Во многих детских садах детей учат буквам и цифрам, но новые исследования демонстрируют, что в раннем
о­ бразовании должны быть другие приоритеты.

Речевые навыки, приобретаемые в ходе бесед и направляемой игры, формируют серьезную основу для будущих
достижений в учебе.

Способность сосредоточиваться и контролировать импульсы, которую можно развивать с помощью игр, где
­требуется делать выбор, также оказывает положительное влияние в течение долгого времени.

80 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Образование

платье с аккуратно заплетенными ту-

гими косичками держала в руке свежий

гранат и смотрела на пустую стеклян-

ную миску, поставленную ее педагогом

Мариссой Хаусер (Marissa Howser) ря-

дом с другими предметами, подобран-

ными для тщательно продуманных ва-

риантов занятий, которые дети могут

выбрать. Каждое из таких занятий на-

правлено на формирование новых на-

выков, таких как выполнение задания

без помощи взрослых и развитие мел-

кой моторики и координации движе-

ний.

Занятие с гранатом давало стимул —

возможность перекусить, поэтому де-

вочка с нетерпением приступила к вы-

полнению задачи: отделению глянце-

вых красных зерен от белой мякоти.

Крошечными пальчиками она вытал-

Освобождая фруктовые зерна от шелухи, малыш из государственного кивала и вытягивала зерна, лицо сосре-
детского сада Монтессори, развлекаясь, развивает способность доточенное. «О, вот одно!» — вдруг вос-
сосредоточиваться и учиться кликнула девочка и, бросив зернышко
в миску, стала дальше отделять зерна,

пользу детям, любая программа должна сосредо- действуя по меньшей мере в течение 20 минут без

точиться по крайней мере на двух основных навы- вмешательства или инструкций со стороны педа-

ках: управлении поведением (управляющих функ- гога.

циях) и устной речи. Может показаться, что такое занятие — осво-

Управляющие функции включают комплекс ког- бождение фрукта от зерен, стоя около столика, —

нитивных навыков, таких как способность за- вряд ли похоже на очевидный первый шаг на пути

поминать и удерживать в памяти определенную к успеху в школе и жизни. Однако несколько деся-

идею, а затем вспомнить о ней через короткое вре- тилетий назад когнитивисты и исследователи по-

мя (рабочая память), способность контролировать ведения начали изучать, как и когда у детей раз-

импульсы и эмоции и гибкость в переключении вивается способность к «саморегуляции» — зна-

внимания с одной задачи на другую. Навыки уст- ние о том, когда контролировать эмоции и как

ной речи означают не просто говорение, а исполь- доводить дело до конца, даже если оно может быть

зование звуков и слов в связном разговоре с посте- трудным. Настойчивое стремление девочки отде-

пенным усложнением структуры предложений. лить скользкие зерна граната продемонстрирова-

«Это основы, определяющие успех в будущем, — ло такого рода доведение дела до конца. (Термины

говорит Роберт Пьянта (Robert C. Pianta), декан «саморегуляция» и «управляющая функция» иногда

Школы образования и развития человека им. Джа- используются как синонимы.)

беза Ламара Монро Карри Виргинского универси- Клэнси Блэр (Clancy Blair), профессор психоло-

тета. — И чем больше мы о них узнаем, тем больше гии развития в Нью-Йоркском университете, был

понимаем, что находится в основе учебных навы- одним из первых исследователей, разработавших

ков, которые ценятся». Преимущества в долгосроч- эксперименты для того, чтобы понять, как работа-

ной перспективе имеют огромное значение для де- ют управляющие функции у маленьких детей. «Я

тей из семей с низким доходом. Именно на них рас- начал с рассмотрения того, что влияет на развитие

считаны многие государственные дошкольные управляющих функций, — говорит Блэр. — Можно

программы, а исследования показывают, что та- ли это культивировать? Можно ли это развивать?»

кие дети, идущие в первый класс, чаще отстают В некоторых экспериментах, проведенных Блэ-

от своих сверстников в том, что касается грамот- ром и другими исследователями, детей проси-

ности и навыков решения математических задач. ли играть в игры, в которых от них требовалось

BREAKTHROUGH MONTESSORI Фактор внимания запомнить правила и сопротивляться побужде-

нию сделать что-то иное. Например, в одной игре

Чуть ранее в этом году в 10:00 утра около деревян- использовалось постукивание палочкой: ког-

ного столика в вашингтонской государственной да исследователь постучал один раз, дети долж-

чартерной школе «Прорыв по Монтессори» стояла ны были постучать дважды, и наоборот. В 2005 г.

девочка трех с половиной лет. Малышка в розовом Блэр сообщил, что стресс серьезно воздействует

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 81

Образование

на ­выполнение такой задачи. Исследователь опре- одна из причин — акцент на независимом выборе,
делял концентрацию гормона стресса — корти- который делается в таких детских садах.
зола — в слюне участников игры. Когда концен-
трация гормона резко повышалась, а затем па- Еще один исследуемый подход — это Tools of the
дала — признак того, что уровень стресса тоже Mind («Инструменты разума»), в котором для обуче-
снижался, — дети лучше запоминали правила ния используется сочетание активности, связан-
игры. Успешность выполнения задачи зависела ной с решением математических задачек и выпол-
не только от повторения, но и от снижения уров- нением заданий на грамотность, и сюжетно-ро-
ня стресса во время осуществления деятельности. левых игр с костюмами и реквизитом; кроме того,
детям выделено время, чтобы они могли расска-
Кроме создания условий, позволяющих малень- зать о своих планах. Дебора Леонг (Deborah Leong),
ким детям оставаться достаточно спокойными, почетный профессор Университета Метрополитен
чтобы они могли сосредоточиться, им также не- в Денвере, разработавшая программу совместно
обходимо иметь возможность попрактиковаться с психологом — специалистом по развитию детей
в такого рода концентрации. Меган Макклелланд Еленой Бодровой, сказала, что они хотели стиму-
(Megan McClelland), исследовательница из Орегон- лировать процесс обучения, но при этом сделать
ского университета, занимающаяся вопросами школу «более демократичной и обойтись без зу-
развития детей, вместе с коллегой Шоной Томи- брежки и натаскивания».
ни (Shauna Tominey) разработали комплект из ше-
сти игр под названием «Красный свет, фиолето- В одном из вариантов для подготовительных
вый свет», чтобы посмотреть, смогут ли они по- классов используется серия книг «Волшебный
мочь детям. Одна из игр похожа на игру «Саймон дом на дереве» о приключениях двух детей, Джека
говорит»: по правилам вы не должны делать что- и Энни, которые путешествуют во времени и по­
то, пока не получите соответствующее указание. падают в разные эпохи, страны и природные ланд-
В другой игре детей просят танцевать, пока музы- шафты по всему миру. Ученики могут представить
ка играет, и замереть, как только она останавли- себя в роли Джека и Энни, исследующих дождевой
вается. В 2015 г. Сара Шмитт (Sara Schmitt) из Уни- лес. Надевая костюмы и закрепляя рюкзаки, дети
верситета Пердью вместе с коллегами, в том чис- говорят о своих планах, будущих приключениях
ле и Меган Макклелланд, провели исследования и распределяют роли. Метод Tools of the Mind также
с участием 276 детей из Head Start — финансиру- используется и на более ранних этапах дошколь-
емой из федерального бюджета программы для до- ного образования, но в данном случае он основан
школьников из малообеспеченных семей. Выяс- не на книгах. Детей просят сыграть роли в знако-
нилось, что у детей, игравших в эти игры дважды мых условиях, например управлять рестораном
в неделю, наблюдалось более развитое управление в их общине или отправить письма на почте, при
поведением по сравнению с контрольной группой. этом педагог ненавязчиво их направляет, но реше-
Исследователи также обнаружили значимую вза- ния о том, как выполнить задачу, они принимают
имосвязь между более высокой оценкой управля- сами. «В классе Tools of the Mind степень вовлечен-
ющих функций и более высокими баллами по ма- ности невероятна, — говорит педагог дошкольно-
тематике среди испаноязычных учеников, изуча- го образования начальной школы Gillett в Вискон-
ющих английский язык. сине Лесли Пекарек (Leslie Pekarek), применяющая
этот метод уже четыре года. — Когда дети участву-
Возможность проявить независимость и само- ют в планировании игры, она нравится им гораздо
стоятельность также может быть важным компо- больше. Кажется, будто это их собственная идея».
нентом. В исследовании, опубликованном в 2018 г.
в Journal of Applied Developmental Psychology, про- Адель Даймонд (Adele Diamond), специалист
слеживается взаимосвязь между улучшением по когнитивному развитию, нейробиолог из Уни-
управляющих функций у детей и тем, насколько верситета Британской Колумбии, — одна из не-
взрослые предоставляют им самостоятельность. скольких исследователей, занимающихся изуче-
Эти результаты поддерживают интерес к модели нием результатов применения метода Tools of the
Монтессори, в которой детям дают возможность Mind. В 2007 г. в журнале Science была опубли-
выбрать игры, демонстрирующие, на что они спо- кована статья об исследовании, в котором Дай-
собны, будь это сопоставление предметов одина- монд с соавторами сравнили 147 детей возрастом
кового цвета или подготовка перекуса для группы. в среднем около пяти лет. Все дети были из одних
Результаты нескольких исследований, в которых и тех же районов города и занимались с педаго-
занимающихся по программе Монтессори детей гами, имеющими одинаковые ресурсы и уровень
из малообеспеченных семей сравнивали с други- подготовки. Но в одной группе педагоги исполь-
ми детьми из бедных семей, показали, что зани- зовали метод Tools of the Mind, а в другой груп-
мающиеся по программе Монтессори набирали бо- пе дети проходили более традиционный, ориен-
лее высокие баллы в тестах по оценке управляю- тированный на повышение грамотности курс об-
щих функций. Исследователи предположили, что учения. После года обучения ребята из классов
Tools of the Mind показали лучшие результаты при

82 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Образование

Ф­ лорида, говорит, что крайне важно

развивать эти ­навыки с самого ранне-

го возраста, потому что в дальнейшем

от них будет зависеть более сложный

подход к языку и обучению. Соня добав-

ляет, что если становление начинается

медленно, то трудно сократить отстава-

ние и пробелы станут еще больше: «От-

стающие не стремятся нагнать».

Представления об устной речи и гра-

мотности берут начало в более ранних

исследованиях, посвященных тому,

как помочь детям научиться читать.

Начавшиеся в конце 1980‑х гг. иссле-

дования показали, что простое чтение

книг с картинками маленьким детям

не так эффективно, как чтение с пауза-

ми для вовлечения ребенка в диалог —

«диалогическое» чтение. Диалог о кни-

ге помогал детям выучить новые слова

Учебные игры «Красный свет, фиолетовый свет», в которых и понять значение истории. Часто упо-
используется и танец, помогают детям научиться управлять минаемое исследование 2002 г. проде-
импульсами и эмоциями монстрировало, что различия в том, как
педагог разговаривает на занятиях —

в­ ыполнении задач, связанных с управляющими читая книгу или в другие моменты, — может по-

функциями, по сравнению с детьми из «группы влиять на то, как дети в подготовительном классе

грамотности». С тех пор программа Tools of the Mind учатся языку. В исследовании, в котором приняли

была переработана, чтобы учителям было про- участие более 300 детей со всего Чикаго из семей

ще ее использовать и модифицировать. Исследо- с разным социальным и экономическим положе-

вание результатов применения обновленной вер- нием, выяснилось, что дети, занимавшиеся с пе-

сии программы, проведенное в 2014 г. Клэнси Блэ- дагогами, использовавшими в речи сложнопод-

ром и его коллегой из Нью-Йоркского университета чиненные предложения, сами значительно чаще

Сибел Рэйвер (C. Cybele Raver), показало, что дети стали употреблять сложные предложения через

из группы Tools of the Mind в 29 школах также при- год обучения. У тех же, кто занимался с педагога-

обрели учебные навыки. ми, чья речь была проще (например, намного реже

Предмет обсуждения употреблялись сложноподчиненные предложения
с несколькими придаточными), таких результатов

В программе Tools of the Mind или при сходном не наблюдалось.

подходе дети не просто учатся планировать и ис- Сегодня все больше данных свидетельствуют:

полнять роли. Они также развивают речевые на- более частое использование диалогов со сложны-

выки — второй комплекс базовых способностей, ми предложениями в разговорах с детьми помога-

на котором акцентированы исследования. Педаго- ет им в обретении навыков устной речи и закла-

ги и учителя замечают эти навыки, когда раздра- дывает основу для чтения и письма. Например,

женные дети прекращают истерику или по край- в исследовании с участием 417 детей из подгото-

ней мере снижают ее накал и начинают «поль- вительных классов (статья о котором опублико-

зоваться своими словами». Такая способность вана в этом году в Early Education and Development)

не только упрощает жизнь взрослым, но и дает де- Кэйбелл с коллегами изучали, как в разных райо-

тям возможность разговаривать со своими свер- нах США педагоги читают книги. Выяснилось, что

стниками и слушать их таким образом, что по- «экстратекстуальная» беседа — моменты, когда пе-

могает установить дружеские отношения. Кро- дагог делает паузу, чтобы акцентировать внима-

ме того, дети могут задать педагогам или другим ние детей на каких-то местах в рассказе и задать

взрослым вопросы обо всем новом, что они видят несколько неформальных вопросов об этом, — име-

OREGON STATE UNIVERSITY в книгах или на видео. Когда дети переходят в под- ет большое значение для формирования общей

готовительный и первый класс, такие речевые на- грамотности и речевых навыков детей. Некоторые

выки связаны с их способностью читать и пони- ученые в настоящее время применяют такие дан-

мать тексты. ные о стилях речи педагогов в экспериментах, на-

Соня Кэйбелл (Sonia Q. Cabell), исследователь правленных на поиск методов помощи детям с за-

проблем грамотности из Университета штата держками развития.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 83

Образование

Сьюзен Левайн (Susan C. Levine), профессор пси- Уравнивание возможностей
хологии Чикагского университета, — одна из уче-
ных, проводивших в 2002 г. исследование, посвя- Долгосрочные эффекты демонстрируют, насколько
щенное влиянию на учеников сложности речи пе- прискорбно то, что большинство детей из малообе-
дагога на занятиях. Сьюзен также изучает, как спеченных семей не имеют доступа к хорошим про-
влияет на развитие способности детей опериро- граммам для дошкольников. В нескольких штатах
вать числами то, каким образом взрослые, родите- (Оклахоме, Западной Виргинии и в Вашингтоне,
ли или учителя, говорят о математике. Для иссле- округ Колумбия) внедрили бесплатные дошколь-
дования 2006 г. Сьюзен часами проводила мони- ные программы для всех жителей, желающих за-
торинг взаимодействий «педагог — дошкольник». писать в них своих детей, но в большинстве шта-
Через год выяснилось, что чем больше педагог ис- тов доступ к программам ограничен, а в некото-
пользовал слова, связанные с математикой, — рых штатах вообще нет дошкольного образования.
фразы, наподобие «разделим поровну» и «все трое По данным Национальной ассоциации Head Start,
можете мне помочь», — тем более высокие баллы в настоящее время программа Head Start, предна-
набирали ученики в математических тестах. значенная для детей из бедных и приемных семей,
бездомных детей и детей с ограниченными воз-
Стратегии, поощряющие ведение диалога, так- можностями, доступна лишь 31% имеющего на это
же представляют собой часть программы Tools of право населения. Национальный исследователь-
the Mind. Леонг говорит, что программа разрабаты- ский институт начального образования при Рут-
валась таким образом, чтобы дети «сначала гово- герском университете, отслеживающий уровень
рили друг с другом, и лишь потом к ним обращал- подготовки учителей, так же как и другие пока-
ся педагог. Так у них больше практики». Дети учат- затели качества дошкольных программ, финан-
ся не только выражать свои мысли и пользоваться сируемых государством, выявил, что всего 9% до-
новыми словами, но и слушать друг друга. «Таким школьников по всей стране посещают государ-
образом, — отмечает Леонг, — в аудитории все рав- ственные программы, имеющие высокие баллы
ны и создается сообщество учеников, где дети це- по всем или почти всем показателям качества.
нят мнение друг друга».
Такой недостаток имеет долговременные по-
Для того чтобы способствовать такого рода бесе- следствия. Исследование результатов обучения
дам, педагоги должны заранее планировать и под- маленьких детей показывает, что чем выше ка-
готавливать занятия, обеспечивающие ощущение чество программы, тем б льших успехов дети до-
справедливости и упорядоченности в аудитории. Из- стигают к концу обучения в средней школе и во
учая экстратекстуальные беседы, Кэйбелл с колле- взрослой жизни. Недавно проведенный анализ
гами установили, что только в случае высокооргани- эффективности 21 государственной дошкольной
зованных сеансов чтения беседа о содержании кни- программы, опубликованный в этом году неком-
ги влияет на то, насколько хорошо дети заучивают мерческим Институтом учебной политики, пока-
новые слова. Когда занятия имели более хаотичный зал, что программы высокого качества «помогают
характер, педагогам реже удавалось вовлечь детей сократить разрыв между теми, кто воспитывался
в диалог, который стимулирует развитие их речи. в малообеспеченных семьях, и их более богатыми
сверстниками в том, что касается успеваемости
Меган Макклелланд полагает, что, независи- в школе и результатов в дальнейшей жизни». К та-
мо от того, какой именно метод используется, воз- ким результатам относятся более высокая вероят-
можно, многие подобные стратегии, направленные ность окончить среднюю школу и получить работу
на развитие устной речи и управляющих функций, и меньшая вероятность оказаться в тюрьме.
действуют совместно и взаимосвязаны. Педагоги,
предоставляющие детям возможность сделать вы- В настоящее время имеются свидетельства того,
бор, способствуют развитию навыков управления что хорошая дошкольная программа может ока-
поведением, которые потом помогают детям кон- зать влияние на целые поколения. В новом ис-
центрировать внимание и держать под контролем следовании нобелевского лауреата экономиста
свои эмоции. Такие навыки в свою очередь могут Джеймса Хекмана (James J. Heckman) из Чикаг-
пригодиться детям при решении математических ского университета и экономиста Ганеша Карапа-
задачек и приводят к тому, что дети стараются ис- кулы (Ganesh Karapakula) из Йельского универси-
пользовать новые слова и сложные предложения, тета прослеживали эффект программы «Дошколь-
а это помогает им учиться читать и влияет на успе- ный проект Перри» (Perry Preschool Project), начатой
ваемость в школе. Все вышеперечисленное спо- в Мичигане в 1960-х гг. В этом проекте исполь-
собствует снижению стрессовой нагрузки, и дети зовалась образовательная программа HighScope
больше способны регулировать свое поведение. Ве- («Большой размах»), которая и сейчас реализует-
роятно, именно из-за тесных взаимосвязей между ся в некоторых детских садах и в которой так же,
указанными комплексами навыков они так важны как в программе Монтессори и Tools of the Mind,
на протяжении всей жизни. «Все это развивается особое внимание уделяется развитию управля-
вместе», — говорит Макклелланд. ющей функции и речи. Хекман и ­Карапакула

84 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Образование

о­ бнаружили, что дети тех, кто сам в детском воз- ­используют для оценки обстановки в классе по од-
расте посещал занятия по программе Перри, луч- ной из существующих количественных шкал.
ше учились в школе, имели меньше проблем с дис- Одна из подобных шкал, теперь обязательная
циплиной и законом, а некоторые даже отлича- в программе Head Start, — балльная система оцен-
лись более крепким здоровьем в сопоставлении ки классов, разработанная исследователями Вир-
с детьми из группы сравнения. гинского университета, по которой оценивает-
ся взаимодействие педагога с детьми, в том числе
Обучение учителей в форме дискуссий.

Как показывает исследование, для дошкольных Программы подготовки педагогов также все
программ такого качества требуются квалифици- чаще начинают использовать как средство для
рованные педагоги. Следовательно, если прави- поддержки учителей с учетом специфики их клас-
тельства когда-нибудь доведут дело до конца и бу- сов. Инструкторы получают данные оценок обста-
дут вкладывать больше средств в дошкольные про- новки и отправляются в класс, чтобы на деле про-
граммы и если будет создана сеть детских садов демонстрировать новые методы. «Если взрослый
Безоса, руководителям придется уделять столь- рассеян и делает десять разных дел одновремен-
ко же внимания подготовке педагогов, сколь- но, [вероятно] так же будет поступать и ребенок», —
ко и обучению детей. «Развитие навыков устной рассказывает Элизабет Слэйд (Elizabeth Slade), ве-
речи и управления поведением явно должно быть дущий инструктор Национального центра по при-
частью программы занятий в классе, а не иметь менению программ Монтессори в государственных
случайный характер, — говорит Роберт Пьянта учреждениях. Но когда все внимание педагога со-
из Виргинского университета. — Это не просто средоточено на ребенке, один на один, тогда, как
вдалбливание букв или подход "пусть играют"». говорит Элизабет, учитель демонстрирует: «Вот
что значит обращать внимание».
Ученые выявили эффект подготовки педаго-
га в ходе исследований, начавшихся в середи- Возможно, именно такая модель поведения объяс-
не 2000‑х гг. Исследователи прослеживали успе- няет, почему маленькая девочка смогла столь ста-
хи сотен детей в дошкольных учреждениях Чика- рательно освобождать зерна граната от мякоти так
го, в которых используется программа Head Start. долго. Тем утром ее педагог несколько раз беседо-
Половина детей занимались с педагогами, обучен- вала один на один с другими детьми, позволив ма-
ными методам, способствующим развитию управ- лышке возрастом три с половиной года занимать-
ляющих функций, а педагоги другой половины де- ся фруктом самостоятельно. Ко времени утреннего
тей такой подготовки не имели. Педагогов учили, перекуса у девочки была уже полная миска вкусных
как поддерживать детей в управлении их эмоци- сладких зерен граната, которые можно было пред-
ями и как организовать аудиторию, но при этом ложить ребятам из группы. Поставив миску перед
не быть диктатором. Тестируя детей до окончания мальчиком, сидевшим около полки с кубиками, она
подготовительного класса и по окончании, иссле- громко выговорила только что выученное новое
дователи, возглавляемые Сибел Рэйвер из Нью- слово: «Гранат. Тебе нравится?».
Йоркского университета, обнаружили, что дети,
занимавшиеся с подготовленными педагогами, Перевод: С.М. Левензон
обладали более развитыми навыками учебы и са-
морегуляции по сравнению с другими детьми. Де- ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
сять лет спустя ученые продолжили исследование
с участием этих же детей, теперь уже тинейдже- Closing the Achievement Gap through Modification of Neurocogni-
ров, чтобы выяснить, сохранился ли наблюдав-
шийся ранее эффект. Результат был опубликован tive and Neuroendocrine Function: Results from a Cluster Random-
в 2018 г. в PLOS ONE. Оказалось, что эффект сохра-
нился: эти ученики имели более высокие оценки. ized Controlled Trial of an Innovative Approach to the Education of

Другие способы подготовки учителей связа- Children in Kindergarten. Clancy Blair and C. Cybele Raver in PLOS
ны с использованием методов, которые застав-
ляют взрослых размышлять над тем, что именно ONE, Vol. 9, No. 11, Article e112393; November 12, 2014.
они делают каждый день в процессе взаимодей-
ствия с детьми. Наблюдатели сидят на задних ря- Montessori Preschool Elevates and Equalizes Child Outcomes:
дах в классной комнате и делают заметки о способ-
ности учителя подробно останавливаться на ком- A Longitudinal Study. Angeline S. Lillard et al. in Frontiers in Psy-
ментариях детей с одновременным введением
новых слов, перенаправлять внимание учеников, chology, Vol. 8, Article 1783; October 2017.
когда они отвлекаются, признавать их индивиду-
альные нужды, внимательно реагировать на их The Chicago School Readiness Project: Examining the LongTerm
вопросы или жалобы и т.д. Затем такие ­заметки
Impacts of an Early Childhood Intervention. Tyler W. Watts et al. in

PLOS ONE, Vol. 13, No. 7, Article e0200144; July 12, 2018.

Prekindergarten Interactive Book Reading Quality and Children’s

Language and Literacy Development: Classroom Organization as a

Moderator. Sonia Q. Cabell et al. in Early Education and Develop-

ment, Vol. 30, No. 1, pages 1–18; January 2019.

The Serious Need for Play. Melinda Wenner; Scientific American

Mind, February 2009.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 85

Питание

П ИТАН И Е

мозг Ожирениеи

86 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Питание

При потреблении ультрапереработанных продуктов
в мозг поступают сигналы, заставляющие нас хотеть

все больше и больше калорий, тогда как обычная
пища такого эффекта не дает
Эллен Руппел Шелл

Photography by Jamie Chung

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 87

Питание

ОБ АВТОРЕ

Эллен Руппел Шелл (Ellen Ruppel Shell) — профессор научной журналистики
в Бостонском университете и автор книги «Профессия: работа и ее будущее
в эпоху радикальных перемен» (The Job: Work and Its Future in a Time of Radical
Change, 2012). Она часто пишет на медицинские темы, в частности, ее перу при-
надлежит книга «Голодный ген» (издана на русском в 2004 г.).

сследователь питания Кевин Холл (Kevin Hall) старается
быть беспристрастным. Его удивляет, как в такой противо-
речивой области, которой он занимается, ученые склонны
«цепляться за свои теории, несмотря на большое количе-
ство доказательств их ошибочности». Хитро улыбаясь, он
поведал мне, что некоторые специалисты «обладают восхи-
тительной способностью логично объяснять, почему экспе-
риментальные данные не совпадают с их взглядами».

К числу таких взглядов относится и идея, ч­ исло других ученых считают, что такие
что в опасной эпидемии ожирения винова- ультрапереработанные продукты искажа-
ты определенные питательные вещества, ют передачу сигналов, которые в норме со-
например жиры или углеводы. (По дан- общают о насыщении, и это приводит к пе-
ным Всемирной организации здравоох- рееданию.
ранения, в период с 1975 г. по 2016 г. рас-
пространенность ожирения в мире уве- Холл выполнил два небольших, но тща-
личилась почти в три раза. С ожирением тельных исследования, результаты кото-
связаны такие угрозы для здоровья, как рых противоречат общепринятому мне-
заболевания сердца и диабет.) Однако нию о вреде жиров или углеводов. В обоих
Холл, который руководит Отделением ин- экспериментах он поместил участников
тегративной физиологии в Национальном в больницу на несколько недель и тщатель-
институте диабета и заболеваний пище- но контролировал их рацион. Холл хотел
варительной системы и почек, провел экс- избежать типичного недостатка большин-
перименты, которые указывают на суще- ства исследований питания, когда ученые
ствование других причин. По данным его полагаются на самоотчет участников, ко-
исследований, в первую очередь пробле- торый редко соответствует тому, что люди
мы обусловлены радикальным изменени- действительно едят. Холл, имеющий уче-
ем способа приготовления пищи — разде- ную степень по физике, предпочел точ-
лением ингредиентов, а затем объедине- ность измерений, свойственную данной
нием их в виде замороженных пирожных дисциплине. В первом исследовании он по-
и других готовых к употреблению блюд казал, что вопреки большинству прогнозов
из морозильника. Холл и все большее диета с пониженным количеством угле-
водов на самом деле замедляет скорость

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ PROP STYLING BY AMY HENRY

Многие диетологи связывают повсеместное распространение ожирения с чрезмерным потреблением жиров
и у­ глеводов.

Однако новые исследования указывают в качестве причины преобладание в современных рационах ультрапере­
работанных продуктов, таких как куриные наггетсы и супы быстрого приготовления.

По-видимому, при потреблении этих продуктов изменяется передача сигналов о насыщении, идущих от кишеч-
ника к мозгу, и поэтому люди переедают.

88 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Питание

SOURCE FOR PHOTOGRAPHS ON PAGES 41, 43 AND 44: “NOVA. THE STAR SHINES BRIGHT,” Ультрапереработанные продукты и напитки производятся уже готовыми к употреблению,
BY CARLOS A. MONTEIRO AT AL., IN WORLD NUTRITION, VOL. 7, NO. 1; JANUARY–MARCH 2016 с многочисленными добавками, в том числе жирами, усилителями цвета и вкуса, не содержащими сахар
подсластителями, веществами, придающими объем и плотность. (Не показана связь ожирения с каким-
то конкретным брендом.)

п­ отери жиров в организме. Во втором ис- занимающийся вопросами диеты и ожи-
следовании, опубликованном в этом году, рения. — Холл был первым, кто доказал
обнаружилась новая причина увеличения не только то, что ультрапереработанные
веса. Выяснилось, что если людям пред- продукты очень притягательны, но и то,
ложить съесть столько пищи, сколько им что люди еще и склонны есть их в большем
хочется, то при питании ультраперерабо- количестве». Работа получила признание,
танными продуктами они съедают больше хотя тщательно контролируемый экспери-
на сотни калорий. Участники, питавшиеся мент и не отражает того, как в повседнев-
такой пищей, набрали примерно 900 г все- ной жизни люди беспорядочно смешивают
го за две недели. разные типы продуктов.

«У Холла получилось выдающееся иссле- Автор исследования говорит, что не за-
дование, — говорит Барри Попкин (Barry махивается на изменение пищевых привы-
Popkin), профессор диетологии универси- чек американцев. Холл признает, что лю-
тета Северной Каролины в Чапел-Хилле, бовь его четырехлетнего сына к ­куриным

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 89

Питание

н­ аггетсам и пицце остается непоколеби- в отличие от жиров наблюдается очень
мой, да и ему самому, вероятно, тоже сле- сильное изменение уровня инсулина», —
довало бы питаться правильнее. Тем не ме- рассказывает Холл. Он ожидал, что при
нее, по его мнению, исследование убеди- низкоуглеводной диете снизится актив-
тельно доказывает, что не конкретный тип ность инсулина. «Но, к нашему удивлению,
питательных веществ, а именно способ мы не увидели, чтобы резкое снижение
приготовления играет главную роль в об- уровня инсулина значительно повлияло
щемировом увеличении размера талии. на скорость сжигания калорий или на жи-
Он утверждает, что не ввязывается в спо- ровые отложения». Обычно пониженный
ры о диетах, а просто смотрит на доказа- уровень инсулина влияет на сжигание ка-
тельства. «Как только вы попали в один лорий в жировых клетках. Однако, по сло-
из лагерей и окружили себя избранными вам Холла, ученые «обнаружили, что дие-
предубеждениями, характерными для это- та с пониженным содержанием углеводов
го лагеря, оттуда становится сложно вы- немного замедлила потерю жира в орга-
браться», — говорит Холл. Его лаборатория низме». При этом слегка возросла потеря
и исследования финансируются его инсти- мышечной массы. Год спустя Холл с кол-
тутом вне зависимости от того, что он об- легами провели похожий эксперимент в те-
наружит, поэтому Холл поясняет: «Я свобо- чение более длительного, восьминедель-
ден менять свое мнение. В сущности, я могу ного периода. На этот раз они сократили
позволить себе соглашаться с имеющимися потребление углеводов до очень низкого
доказательствами». уровня. В итоге они не нашли существен-
ной разницы в потере жировых отложе-
Углеводный тест ний или расходовании калорий между пе-
риодом очень низкоуглеводной диеты и ба-
Раньше Холл с большой симпатией отно- зовым с большим количеством углеводов.
сился к теории, что определенные пита- Первые результаты ученые опубликовали
тельные вещества, в частности углево- в 2015 г. в журнале Cell Metabolism, а следу-
ды, виноваты в излишнем весе. «Я знал, ющие в 2016 г. в American Journal of Clinical
что при потреблении углеводов повыша- Nutrition.
ется уровень инсулина в крови, а уровень
инсулина влияет на откладывание жира Если не углеводы, то что вызывает гло-
и на жировые клетки, — рассказывает бальную проблему ожирения? Конечно,
Холл. — Поэтому казалось вероятным, что порции в наше время больше, еда изобилу-
потребление углеводов в отличие от дру- ет и многие из нас потребляют больше ка-
гих веществ может вредно влиять на мас- лорий, чем было несколько десятилетий
су тела. Но "правдоподобно" еще не значит, назад. При таком множестве соблазнов пе-
что это действительно так, поэтому я ре- реедать могут почти все американцы, од-
шил это проверить». нако многие этого не делают. Холл решил,
что это настоящая загадка. Какие факто-
В проведенном Холлом углеводном иссле- ры влияют на людей, нарушая врожден-
довании страдавших от ожирения десяте- ные механизмы восприятия насыщения,
рых мужчин и девять женщин поместили которые должны не позволять нам перее-
в больничную палату Национальных ин- дать?
ститутов здоровья и в течение двух недель
кормили пищей с высоким содержанием Обработанные калории
углеводов и низким — жиров. Затем пациен-
ты ненадолго ушли, а потом вернулись еще Холл любит сравнивать людей с автомоби-
на две недели. В каждый из периодов в тече- лями, говоря, что и те и другие могут ис-
ние первых пяти дней в их питании поддер- пользовать разные источники энергии.
живали баланс: 50% углеводов, 35% жиров В зависимости от марки и модели автомо-
и 15% белков, причем потребление калорий биля он может потреблять дизельное то-
соответствовало расходу энергии, опреде- пливо, высокооктановый бензин или элек-
ляемому с помощью специально сконстру- тричество. Так же и люди могут прекрасно
ированной метаболической камеры, чтобы себя чувствовать на разных диетах, ко-
гарантировать, что они не набирали и не торые зависят от культурных норм и до-
теряли вес. В последующие шесть дней каж- ступности продуктов. Например, тради-
дого из периодов в их диете число калорий ционная диета с высоким содержанием
сократили на 30% за счет углеводов. жиров и низким углеводов хорошо подхо-
дит для инуитов в Арктике, а с низким со-
«Мы не удивились, обнаружив, что при держанием жиров и высоким углеводов —
манипулировании с уровнем углеводов

90 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Питание

Переработанные продукты — это натуральные продукты с немногочисленными добавками, такими
как сахар, жир, соль, для улучшения хранения или усиления вкуса. К этой категории относятся
консервированные овощи и рыба, соленое и консервированное мясо, сыры и ферментированные напитки,
такие как вино и пиво.

для японцев. Но хотя в процессе эволюции в городах и не выращивают пищу, а поку-
люди приспосабливались к большому раз- пают ее, причем все чаще в готовом виде.
нообразию пищевых условий, в последние Приблизительно 58% потребляемых нами
десятилетия питание изменилось таким калорий и 90% углеводов мы получаем
образом, что у наших генов и мозга было из продуктов промышленного производ-
слишком мало времени на адаптацию. ства, которые в основном или даже полно-
И неудивительно, что каждый из нас по- стью состоят из компонентов, будь то пи-
своему реагирует на эту проблему. щевые волокна или химические добавки,
которые в такой форме или комбинации
В конце XIX в. большинство американцев не встречаются в природе. Это ультрапе-
жили в сельской местности и примерно по- реработанные продукты — весь спектр,
ловина из них зарабатывали на жизнь тру- начиная с нездоровой пищи вроде чип-
дом на фермах, где обычно пища была све- сов, сладких хлопьев для завтрака, леден-
жая или лишь слегка переработанная. цов, газировки и кондитерских изделий
Сейчас большинство американцев живут

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 91

Питание

Непереработанные продукты — это съедобные части растений (например, семена, корни или листья)
и животных (мясо или яйца). Основные способы обработки продуктов такого типа — замораживание,
сушка или пастеризация для продления срока хранения. Соль, сахар или масло не добавляются.

и ­заканчивая тем, что кажется безвред- р­ астительное масло, сливки — могут да-
ным или даже полезным, — хлебом, мясо- вать такой же или даже больший вклад.
продуктами, ароматизированными йогур- Поэтому Холл хотел выяснить, есть ли
тами и энергетическими батончиками. в такой ультрапереработке что-то, что спо-
собствует увеличению веса. «В сущности,
Ультрапереработанные продукты, как мы задумались, действительно ли люди
правило, содержат довольно много саха- потребляют больше калорий, если калории
ра, жира и соли. С их помощью амери- поступают из ультрапереработанных про-
канцы стали потреблять дополнитель- дуктов», — рассказывает Холл.
но более 600 калорий в день по сравнению
с 1970 г. Однако хотя увеличение числа та- Ответить на этот вопрос непросто. Как
ких продуктов коррелирует с ростом мас- уже говорилось, типичные исследова-
сы тела, эта корреляция не обязательно ния питания опираются на самоотче-
означает наличие причинно-следствен- ты участников, ведущих дневники пита-
ной связи. Многие вкусные менее перера- ния или заполняющих анкету по памяти.
ботанные продукты — сыры, жирное мясо, Но Холл знал, что при изучении влияния

92 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Питание

­ультрапереработанных продуктов та- рисовый плов, кускус и макароны, а на за-
кой подход не даст убедительных доказа- втрак предлагали орехи, омлет с обжа-
тельств. Во-первых, к сожалению, извест- ренными в масле овощами, картофельные
но, что участники исследований питания оладьи на сливочном масле и йогурт нор-
лукавят при заполнении анкет — утверж- мальной жирности.
дают, что ели больше брокколи и мень-
ше печенья, чем на самом деле, или «за- Многие из нас очень любят ростбиф,
бывают» о третьем стакане пива, выпи- макароны и яичницу, и было бы неуди-
том с друзьями. Кроме того, в питании вительно, если бы люди их ели больше,
американцев ультрапереработанные про- чем, например, консервированную вет-
дукты встречаются настолько часто, что чину. Но этого не произошло. Как показа-
для сравнения было бы сложно подобрать ли результаты, опубликованные Холлом
группу людей с сильно отличающимся ра- в этом году в журнале Cell Metabolism, пи-
ционом. таясь ультрапереработанными продукта-
ми, люди потребляли ежедневно пример-
Для того чтобы избежать этих и подоб- но на 500 калорий больше, чем при упо-
ных проблем, в 2018 г. Холл снова исполь- треблении непереработанных продуктов,
зовал больничную палату и набрал 20 до- что привело к увеличению массы тела
бровольцев, случайным образом разделив примерно на 900 г за две недели. «Удиви-
их на две группы, одну из которых в тече- тельно, как много дополнительных кало-
ние двух недель кормили ультраперерабо- рий, по данным Холла, потребляют люди,
танными продуктами, а другую неперера- столкнувшись с ультрапереработанной
ботанными. Затем люди менялись и в те- пищей», — говорит Карлуш Аугушту Мон-
чение следующих двух недель получали тейру (Carlos Augusto Monteiro), врач и про-
такие же продукты, которыми ранее кор- фессор диетологии и здравоохранения
мили другую группу. Понятно, что 20 че- Школы здравоохранения Университета
ловек — это недостаточно большой объем Сан-Паулу.
выборки, чтобы полученные данные мож-
но было применять к человечеству в целом, Нарушение связи
но это было задумано как пилотный экспе- между кишечником и мозгом
римент, на основе которого можно будет
планировать дальнейшие, более масштаб- Почему большинство из нас скорее будет
ные исследования. Холл говорит, что «было злоупотреблять заменителями яиц и коп-
бы неэтично» на этом предварительном ченой индейкой, чем настоящими яйца-
этапе использовать строгую эксперимен- ми и картофелем, пожаренном на настоя-
тальную диету для большего количества щем сливочном масле? Дана Смолл (Dana
людей. Диетологи тщательно подбирали Small), нейробиолог и профессор психи-
ультрапереработанные и просто перерабо- атрии Йельского университета, считает,
танные продукты по калорийности, энер- что нашла ключ к разгадке. Смолл изуча-
гетической ценности, жирам, углеводам, ет влияние современной пищевой среды
натрию и клетчатке. Кроме того, они про- на нервные связи. Она рассказывает, что
верили, что участники не имеют предпо- нервные клетки в кишечнике посылают
чтения какой-то одной категории продук- сигналы в мозг по большому проводу, ко-
тов. В обеих группах участники могли есть торый называется блуждающим нервом.
столько еды, сколько хочется. Эти сигналы содержат информацию о ко-
личестве энергии (калорий), поступающей
Прошлой весной в своем кабинете Холл в желудок и кишечник. Если информация
показал мне цветные фотографии всех неточна, это может привести к перееда-
блюд и закусок. Среди ультраперера- нию. Смолл говорит: «Если мозг не получа-
ботанных продуктов были консервиро- ет должного сигнала от кишечника, то он
ванные равиоли, хот-доги, гамбургеры даже не знает о том, что там вообще есть
с плавленым сыром, белый хлеб, марга- пища».
рин и пачки печенья. На завтрак из этой
категории предлагали копченую индейку, Исследования с нейровизуализацией,
сладкие хлопья, заменитель яйца, карто- проведенные Смолл и другими учеными,
фельные шарики, напитки с фруктовым показывают, что характерные для высоко-
ароматом (как правило, с искусствен- калорийных продуктов сенсорные сигна-
ным подсластителем) и консервирован- лы, такие как запах, цвет и текстура, ак-
ную ветчину. Ужины из непереработан- тивируют стриатум — область мозга, уча-
ных продуктов включали в себя ростбиф, ствующую в принятии решений, в том
числе касающихся потребления пищи.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 93

Питание

По словам Смолл, именно на этом этапе встречаются вместе. Мы создали все эти
ультрапереработанные продукты создают супервкусные продукты, набитые жира-
проблему. Количество энергии, получен- ми, сахаром, солью и добавками, и мы явно
ной организмом после употребления такой предпочитаем именно такую пищу. Но эти
пищи, не соответствует количеству ощу- продукты не обязательно вызывают чув-
щаемой энергии. В результате мозг запу- ство сытости. По-видимому, они пробуж-
тывается, что способствует перееданию. дают аппетит».
Например, натуральные подсластители,
такие как мед, кленовый сироп и сахар, со- Смолл и другие ученые предполагают,
держат определенное количество калорий, что ультрапереработанные продукты в не-
и сладкий вкус сигнализирует организму котором смысле похожи на наркотики, вы-
ожидать получения этих калорий. Однако зывающие привыкание, поскольку их упо-
искусственные подсластители вроде саха- требление приводит не к удовлетворению,
рина дают сладкий вкус и предвкушение, а к желанию получить еще. Нейробиолог
но не дают энергии. Мозг, ожидавший ка- Энн Грейбил (Ann Graybiel) из Массачусет-
лорий, и теперь ощущающий их неполуче- ского технологического института, при-
ние, побуждает нас есть больше. знанный эксперт по формированию при-
выкания, говорит, что внешние сигналы,
Еще больше ситуацию усложняет то, что такие как просто вид шоколадного батон-
ультрапереработанная пища часто содер- чика, могут вызывать рефлекторный от-
жит сочетание натуральных и искусствен- вет, заставляя мозг поощрять поведение
ных подсластителей. По словам Смолл, почти автоматически. Она объясняет, что
это дает неожиданные метаболические происходит, когда сформировалась при-
последствия и особенно мощный эффект вычка: «Вы выучиваете последователь-
подкрепления. То есть употребление та- ность поведения, и ваш мозг упаковывает
ких продуктов заставляет нас хотеть еще всю последовательность, включая сигна-
такой еды. «Ясно, что энергетическая цен- лы для начала и окончания поведения так,
ность продуктов питания и напитков, со- что в дальнейшем выполняет это не заду-
держащих одновременно и натуральные, мываясь». (Некоторые нейроны в стри-
и искусственные подсластители, сообща- атуме отвечают за группировку поведе-
ется в мозг неточно, — поясняет Смолл. — ния в единую привычную последователь-
Ясно также, что Холл получил доказатель- ность.)
ства того, что люди едят больше, когда им
дают сильно переработанную пищу. Я по- Употребление большого количества уль-
лагаю, что, когда мы едим ультраперера- трапереработанных продуктов может
ботанные продукты, мы не получаем тот на самом деле изменять нервные связи
метаболический сигнал, который полу- так, что повышается чувствительность
чили бы от менее переработанной пищи, к пищевым сигналам, поясняет Кент Бер-
и мозг просто не определяет общую кало- ридж (Kent Berridge), профессор психоло-
рийную нагрузку и продолжает требовать гии и нейробиологии Мичиганского уни-
еще». верситета. Он показал этот эффект на гры-
зунах: «Когда крыс кормили нездоровой
По словам Смолл, исследования на жи- пищей, некоторые набирали вес, а другие
вотных подтверждают теорию о том, что нет. У потолстевших животных менялась
ультрапереработанные продукты искажа- дофаминовая система, они становились
ют передачу сигналов между кишечником сверхчувствительными к пищевым сигна-
и мозгом, влияющих на восприятие пищи лам, они становились сверхсфокусирован-
как подкрепления и на потребление в це- ными на этом единственном подкрепле-
лом. «Мы неосмотрительно привыкли счи- нии. Они не демонстрировали больше удо-
тать, что калория — это калория, но у мно- вольствия, но проявляли больше желания,
гих продуктов есть дополнительные свой- и это желание увеличивало активность,
ства, — рассказывает она. — Например, то есть они интенсивнее искали пищу».
в натуральных продуктах питательные
углеводы практически всегда поставля- Однако Берридж подчеркивает, что та-
ются в сочетании с клетчаткой, тогда как кое наблюдалось не у всех, и он не дума-
в ультрапереработанной пище клетчатки ет, что это окажется единственной причи-
либо нет вообще, либо она другая. И ред- ной переедания. «Вероятно, что изменение
ко можно встретить в природе много угле- продуктов питания (с помощью ультрапе-
водов и жиров в одном продукте, но в уль- реработки) вызовет такую реакцию у не-
трапереработанной пище они часто которых из нас, но я не думаю, что это вли-
яет на всех одинаково. Я предполагаю, что

94 В мире науkи | [12] декабрь 2019

Питание

в случае ожирения мы обнаружим под- нам что-то с этим делать. Когда я спросила
группы: в зависимости от генов могут быть Холла, он был против строгих мер, таких
различные причины ожирения». как введение налога на эти продукты. «По-
скольку 60% наших калорий мы получаем
Спор вокруг еды из ультрапереработанных продуктов, я бо-
юсь, что введение налога может нарушить
Не все исследователи согласны с тем, что продовольственную безопасность некото-
показанный Холлом путь — употребле- рых людей, — говорит он. — Мы обнаружи-
ние ультрапереработанных продуктов — ли связь между ультрапереработанными
это главный путь к ожирению. По словам продуктами и перееданием, есть много ги-
Рика Маттеса (Rick Mattes), профессора потез о возможных причинно-следствен-
диетологии в Университете Пердью и гла- ных механизмах. Но пока вы не достиг-
вы Американского общества питания, вы- ли полного их понимания, вмешиваться
зывает беспокойство то, что Холл обвиня- слишком рано. Может быть, влияют до-
ет большую категорию пищевых продук- бавки и искусственные ароматизаторы,
тов без достаточных на то оснований. «Он или в ультрапереработанных продуктах
говорит, что ультрапереработанные про- не хватает микроэлементов, организм это
дукты способствуют перееданию, но нет чувствует и реагирует перееданием. Мо-
[достаточно большого] массива данных, гут быть и другие факторы. Мы пока про-
подтверждающих это утверждение. Я ду- сто не знаем».
маю, что причиной нашей реакции на по-
добную пищу может быть не способ обра- В то же время он считает, что имеющих-
ботки продуктов, а содержание в них пи- ся данных про ультрапереработанные про-
тательных веществ». дукты достаточно, чтобы начать беспоко-
иться: «Мы можем поменять наш рацион,
Холл отмечает, что учитывал содержа- чтобы минимизировать вред. И я думаю,
ние питательных веществ в рационах, что сейчас именно это должно стать на-
но у Маттеса есть и несколько дополни- шей целью». Пищевая промышленность
тельных возражений. Вероятно, наиболее могла бы производить менее переработан-
серьезное из них заключается в том, что ные продукты, но для этого люди долж-
участникам предлагали только ультра- ны показать, что хотят такую еду, поку-
переработанные или непереработанные пая ее больше. «Я не проповедник, — уве-
продукты на каждом из этапов исследова- ряет Холл, — но я действительно думаю,
ния. «В реальном мире люди будут их сме- что общественный спрос влияет на продо-
шивать, — написал он по электронной по- вольственную систему сильнее, чем любое
чте. — Это не ошибка исследования, но это государственное регулирование». Он гово-
становится серьезной проблемой, если пы- рит, что его вклад заключается в том, что-
таться экстраполировать полученные ре- бы качественно проводить научные иссле-
зультаты на людей, ведущих обычный об- дования.
раз жизни».
Перевод: М.С. Багоцкая
Другая возможная причина переедания
при питании ультрапереработанными ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
продуктами — это то, что их едят быстро,
поэтому люди успевают съесть много, пре- Кенни П. Пищезависимость // ВМН, № 11, 2013.
жде чем сработают механизмы насыщения
и затормозят процесс. Ультрапереработан- Calorie for Calorie, Dietary Fat Restriction Results in More Body Fat Loss
ные продукты обычно обладают высокой
энергетической плотностью и содержат Than Carbohydrate Restriction in People with Obesity. Kevin D. Hall et al. in
много калорий в относительно небольшом
объеме. Это тоже может способствовать Cell Metabolism, Vol. 22, No. 3, pages 427– 436; September 1, 2015.
быстрому потреблению без срабатывания
механизмов насыщения. Тем не менее бы- Energy Expenditure and Body Composition Changes after an Isocaloric Ke-
строе поедание не объясняет, почему люди
продолжают есть больше ультраперера- togenic Diet in Overweight and Obese Men. Kevin D. Hall et al. in American
ботанных продуктов во время следующе-
го приема пищи, когда теоретически они Journal of Clinical Nutrition, Vol. 104, No. 2, pages 324–333; August 2016.
должны были бы быть менее голодными.
Processed Foods and Food Reward. Dana M. Small and Alexandra G. DiFel-
Если ультрапереработанные продукты
действительно представляют собой боль- iceantonio in Science, Vol. 363, pages 346–347; January 25, 2019.
шую проблему, возникает вопрос, надо ли
Ultra-Processed Diets Cause Excess Calorie Intake and Weight Gain: An In-

patient Randomized Controlled Trial of Ad Libitum Food Intake. Kevin D. Hall

et al. in Cell Metabolism, Vol. 30, No. 1, pages 67–77 and e1–e3; July 2, 2019.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 95

Статистика

96 В мире науkи | [12] декабрь 2019

ОБ АВТОРЕ СОСТОЯНИЕ

Лидия Дэнуорт (Lydia Denworth) — пишущий ре- МИРОВОЙ НАУКИ —
дактор Scientific American, автор книги «Дружба:
эволюция, биология и невероятная сила осно- 2019
вополагающей связи жизни» (Friendship: The
Evolution, Biology, and Extraordinary Power of Life’s
Fundamental Bond, в печати).

Illustration by Mark Allen Miller СТАТИСТИ КА ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Значимая Почти вековое ис-
проблема пользование p-уровня
для определения стати-
Стандартные научные методы стической значимости
служат мишенью для нападок. экспериментальных ре-
Изменится ли что-нибудь? зультатов привело к воз-
никновению иллюзии
Лидия Дэнуорт достоверности и кризи-
су воспроизводимости
В 1925 г. британский генетик и статистик Ро- результатов во многих
областях науки.
нальд Фишер опубликовал книгу «Статистические
методы для исследователей». По заголовку книгу Все больше растет
не отнесешь к бестселлерам, но она имела огром- решимость реформи-
ный успех, и Фишера стали называть отцом совре- ровать статистический
менной статистики. В своей работе Рональд Фишер анализ, но между ис-
взялся за решение следующего вопроса: как иссле- следователями нет со-
дователи могут применить статистические кри- гласия в том, должна
терии к числовым данным, чтобы сделать выводы ли это быть просто кор-
о том, что они обнаружили, и определить, следует ректировка или капи-
ли принимать во внимание эти результаты? Фишер тальная перестройка.
дает ссылку на статистический критерий, обобща- Некоторые предлагают
ющий согласованность данных с предложенной мо- изменить статистиче-
делью, и представляет p‑уровень значимости. Фи- ские методы, а другие —
шер предполагает, что исследователи могут рас- ликвидировать порог
сматривать p‑уровень, равный 0,05, как удобный для определения «зна-
руководящий принцип: «Представляется удобным чимых» результатов.
взять это значение в качестве критерия для суж-
дений о существенности или несущественности В конечном счете
данного отклонения». Рассматривайте ­результаты p-уровень значимости
играет на руку человече-
ской потребности в уве-
ренности. Поэтому, воз-
можно, и для ученых,
и для общества наста-
ло время принять дис-
комфорт неопределен-
ности.

w w w.sci-ru.org [12] декабрь 2019 | В мире науkи 97

Статистика

с p-уровнем ниже этого порога, советует Фишер, Статистическая значимость
и не тратьте время на результаты c p-уровнем
выше. Так родилась идея о том, что значение кри- Представьте, что вы выращиваете тыкву в своем саду.
терия p менее 0,05 равноценно тому, что называ- Повлияет ли использование удобрения на размер плодов?
ется статистической значимостью, — математиче- Исходя из своего опыта без применения удобрений вы зна-
скому определению «значимых» результатов. ете, насколько различается вес тыкв и что в среднем масса
тыквы составляет 10 фунтов (4,54 кг). Вы решаете вырастить
Почти столетие спустя во многих областях науки 25 тыкв (это ваша выборка), применяя удобрение. Средняя
значение p‑критерия менее 0,05 рассматривается масса этих 25 тыкв оказалась равна 13,2 фунта (5,99 кг). Как
как золотой стандарт для определения достоинств определить, стало ли увеличение средней массы на 3,2 фунта
эксперимента. Он открывает двери к важнейшим (1,45 кг) по сравнению с прежним весом — гипотетическим
составляющим научного мира — финансирова- «нулевым» уровнем — случайным или при применении удо-
нию и публикациям — и таким образом подкре- брения действительно вырастают более крупные тыквы?
пляет большинство опубликованных научных вы-
водов. И тем не менее даже Фишер понимал, что Предложенное статистиком Рональдом Фишером ре-
концепция статистической значимости и подкре- шение этой загадки связано с выполнением мысленного
пляющего ее значения p-уровня имеет существен- эксперимента: представьте, что вы собрались вырастить
ные ограничения. Наличие подобных ограниче- по 25 тыкв много раз. Каждый раз вы получите разную сред-
ний признавали в течение десятилетий. «Чрез- нюю массу из-за случайной изменчивости отдельной тыквы.
мерная опора на проверку значимости, — писал Затем вы строите кривую распределения этих средних и рас-
психолог Пол Мил (Paul Meehl) в 1978 г., — плохой сматриваете вероятность (p‑уровень) того, что полученные
способ заниматься наукой». P-уровни значимости вами данные были бы возможны, если бы удобрение не ока-
постоянно неверно истолковывают, а статисти- зывало влияния. По договоренности p-уровень, равный 0,05,
ческая и практическая значимость — это не одно стал порогом для определения значимых результатов: в дан-
и то же. Более того, методологические решения, не- ном случае таких, на основе которых исследователь сдела-
обходимые в любом исследовании, позволяют экс- ет вывод о том, что удобрение не имеет эффекта. Здесь мы
периментатору сознательно или неосознанно по- рассмотрим некоторые концепции, лежащие в основе мыс-
вышать или понижать p-уровень. «Как говорится, ленного эксперимента для определения статистической зна-
с помощью статистики можно доказать что угод- чимости.
но», — говорит статистик и эпидемиолог Сандер
Гринленд (Sander Greenland), почетный профессор РАЗМЕР ЭФФЕКТА
Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе,
один из ведущих ученых, выступающих за рефор- Размер эффекта — это различия между средним результатом,
му. Исследования, в которых полагаются только полученным, когда применяется воздействие, по сравнению
на достижение статистической значимости или со средним значением, когда воздействие не применяется.
доказательство ее отсутствия, постоянно приво- Концепцию можно использовать для сравнения средних в вы-
дят к ошибочным утверждениям: в них доказыва- борках или «истинных» средних для всех распределений.
ется истинность ложных вещей и ложность насто- Размер эффекта может выражаться в тех же единицах (на-
ящих фактов. После того как Фишер вышел в от- пример, в случае с массой тыкв — в фунтах/килограммах), что
ставку (на тот момент он работал в Австралии), и результат. Но для многих результатов, таких как ответы на во-
ему задали вопрос, было ли что-нибудь за его дол- просы в опросниках по физиологии, не существует натураль-
гую карьеру, о чем он сожалеет. Говорят, он отре- ных единиц измерения. В этом случае исследователь может
зал: «Что вообще упомянул о 0,05». использовать относительные размеры эффекта. Один из спо-
собов измерения относительного размера эффекта основан
В последнее десятилетие спор о статистической на перекрывании кривых контрольного и экспериментального
значимости вспыхнул с необычной силой. В од- распределения.
ной публикации непрочную основу статистиче-
ского анализа назвали «самым грязным секретом Размер эффекта = разнице средних значений
науки». В другой упоминали о «ряде серьезных не-
достатков» в определении значимости. Экспери- Среднее значение Среднее значение
ментальная экономика, биомедицинские исследо- совокупности данных 1 совокупности данных 2
вания и особенно психология охвачены вызываю- Совокупность данных 1
щим споры кризисом повторяемости результатов: Совокупность данных 2
обнаружилось, что существенная часть опубли- (контроль) (воздействие)
кованных данных о новых открытиях невоспро-
изводима. Один из самых известных примеров — Бол́ ьшая площадь перекрывания указывает на меньший Graphic by Amanda Montañez (graphs) and Heather Krause
идея о властных позах. Утверждение о том, что относительный размер эффекта
агрессивный язык тела меняет не только ваше от- Размер эффекта
ношение, но и уровень гормонов, базировалось
на статье, от которой с тех пор отрекся один из ее Меньшая площадь перекрывания указывает на больший
относительный размер эффекта

98 В мире науkи | [12] декабрь 2019


Click to View FlipBook Version
Previous Book
อันดับ 1-3 นโยบายที่ 1
Next Book
SUMBER ENERGI