Химия и жизнь 2019 №02

Химия и жизнь Если будешь сам колоть дрова,

Ежемесячный то согреешься ими дважды.
научно-популярный
журнал Генри Форд

2 2019 Содержание

Зарегистрирован Хемофилия
в Комитете РФ по печати с.н.калмыков: химик – это штучный товар................................................... 2
19 ноября 2003 года, рег. ЭЛ № 77-8479
Хемоскоп
НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ: сверхпрочная керамика для авиации. новый тип химической связи.
Главный редактор в гибели пчел виноват фипронил. А.И. Курамшин............................................ 8
Л.Н.Стрельникова
Заместитель главного редактора Проблемы и методы науки
Е.В.Клещенко космическая погода. С.А. Богачев.....................................................................10
Главный художник
А.В.Астрин Гипотезы
есть ли жизнь на марсе? Н.И.Василевич............................................................16
Редакторы и обозреватели
Л.А.Ашкинази, Мемуары Игнобеля
В.В.Благутина, ребус чистой воды. С.М.Комаров...................................................................... 23
Ю.И.Зварич,
С.М.Комаров, Технология и природа
В.В.Лебедев, осмотические стрельбы. С.Анофелес.............................................................. 25
Н.Л.Резник,
О.В.Рындина Сто химических мифов
страшные трансжиры. И.А. Леенсон................................................................. 26
Подписано в печать 7.2.2019
Размышления
Типография «Офсет Принт М», 123001, пыльца. Б.В.Поленов............................................................................................ 28
Москва, 1-й Красногвардейский пр-д, д. 1
Болезни и лекарства
Адрес редакции LTP– белки аллергии. Татьяна Цедилина..............................................................31
119991, Москва, Ленинский просп., 29, стр. 8
Адрес для переписки В море и на суше
119071, Москва, а/я 57 подземная жизнь орхидей. Т.Н.Виноградова.................................................. 34
Телефон для справок:
8 (495) 722-09-46 Научный комментатор
e-mail: [email protected] мудрость и долголетие попугаев. Н.Л.Резник.................................................37
http://www.hij.ru
Нанофантастика
При перепечатке материалов ссылка наследник. Андрей Вознин.................................................................................. 40
на «Химию и жизнь » обязательна.
Музей
На журнал можно подписаться в музей истории вычислительной техники. Дмитрий Златопольский............. 42
агенствах«Роспечать» — каталог «Роспечать»,
индексы 72231 и 72232 Панацейка
«Арзи» — Объединенный каталог рододендрон, продлевающий жизнь. Н. Ручкина......................................... 46
«Пресса России», индексы — 88763 и 88764
(рассылка — «Арзи», тел. 443-61-60) Фантастика
«МАП» — каталог «Почта России», индексы время выбирать. Марина Шурухина.................................................................... 48
99644 и 99645.
«Информсистема» — (495) 127-91-47 жизнь замечательных цитат. Константин Душенко............................................. 54
«Урал-Пресс» — (495) 789-86-36
Мемуары
На Украине: «Информационная служба мира» — не все люди враги... М.Б.Черненко..................................................................... 56
38 (440) 559-24-93
Информация 17,64,65 короткие заметки 62
© АНО Центр «НаукаПресс» книги 45 пишут, что... 62

Генеральный спонсор журнала
компания «Биоамид»

На обложке — рисунок А.Кука

На второй странице обложки —
работа художника Марио Вагнера.
Погода в космосе не похожа на земную,
но все-таки это своеобразная жизнь, и
знать ее надо. Подробности в статье
«Космическая погода.
На четвертой странице обложки —
плакат А.Кука, посвященный
Международному году Периодической
таблицы химических элементов

Химик — хемофилия
это штучный
товар Химию не любят — ни в школе, ни в магазине, ни на улице. Вас, как
человека, влюбленного в эту науку, хемофобия не задевает?
Напоминаем, дорогие читатели, что 2019 год — Меж-
дународный год Периодической таблицы химических Предубеждение к химии и хемофобия в обществе, конечно,
элементов, то есть «химический год». Самое время есть. Хорошо это или плохо? Трудно сказать. Наверное, это
поговорить с умными и неравнодушными людьми о нормально. Химия действительно связана и с ядовитыми, и
современной химии, о ее проблемах и перспективах, с отравляющими, и с радиоактивными веществами — то есть
о ее прошлом и будущем, о хемофобии и хемофилии, с тем, что потенциально может быть опасно для человека.
о тех, кто влюблен в эту науку и готов служить ей без Это вызывает неприязнь к химии и страх. Ведь человеком
остатка. Сегодня гость рубрики «Хемофилия» — член- движет в том числе и врожденный инстинкт самосохранения,
корреспондент РАН Степан Николаевич Калмыков, побуждающий избегать опасности. Поэтому хемофобию мы
заведующий кафедрой радиохимии на Химическом победить не сможем. Но мне представляется чрезвычайно
факультете МГУ имени М.В. Ломоносова и с недавних важным с точки зрения поддержания общей культуры и про-
пор декан факультета. С гостем беседует главный ре- свещенности общества разъяснять, что все материальное, с
дактор журнала Любовь Николаевна Стрельникова. чем мы имеем дело, это химия, природная или рукотворная.
Что благодаря химии у нас есть возможность не просто ком-
фортно жить, но и лечить социально значимые заболевания,
в том числе онкологические, которые так пугают людей. Что
современные подходы к обращению с ядовитыми и радио-
активными веществами очень сильно отличаются от таковых
в середине XX века, когда создавалось химическое и ядерное
оружие. Это совершенно несоизмеримые вещи. Мне кажет-
ся, что современный, культурный и образованный человек
должен это хорошо понимать.

Почему вы поступили на Химфак?

Как многие химики, я — несостоявшийся биолог. Ведь я хотел
поступать на биологический факультет, потому что мечтал
заниматься биохимией, изучать, как функционирует живая
клетка. Но меня разубедили и сказали, что на Химфаке есть

2

по меньшей мере две кафедры, которые целиком этому по- посвящена коллоидным частицам, содержащим плутоний. «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
священы, а поступить на Химфак проще. Так я стал студентом Это один из самых интересных элементов в Периодической
химического факультета в 1991 году. таблице. Чисто синтетический элемент, которого практически
не было в доядерную эпоху в природе, может существовать в
И в результате выбрали своей специальностью радиохимию — то степенях окисления от III до VII. Ни у какого другого элемента
есть «опасность в квадрате», с точки зрения обывателя: и радио- химические свойства не проявляют такого разнообразия. Так,
активность, и химия… разница в растворимости плутония (V) и плутония (IV) — бо-
лее восьми порядков! Просто фантастика! Сейчас плутоний
В радиохимии я оказался случайно, но это была счастливая активно используют для смешанного оксидного топлива
для меня случайность. На втором курсе я пришел делать для атомных электростанций, для реакторов на быстрых
курсовую работу на кафедру аналитической химии. Встретил нейтронах. Разрабатывают новые типы топлив, содержащих
там своего научного руководителя Игоря Петровича Ефимо- плутоний, в том числе нитридные.
ва, его, к сожалению, уже нет. И он привел меня на кафедру
радиохимии к Юрию Александровичу Сапожникову, с которым Но ваш выбор оказался дальновидным — сегодня радиохимия
мы до сих пор работаем вместе. Юрий Александрович сразу переживает ренессанс и крайне востребована. Верно?
же взял меня в летнюю экспедицию по Черному морю, где мы
отбирали пробы воды и донных осадков, чтобы исследовать Совершенно верно. Радиохимия сейчас действительно вос-
последствия Чернобыльской аварии. Это было настоящее требована, и востребована чрезвычайно. Во-первых, она
приключение и прекрасное времяпрепровождение. Лето, необходима для ядерной медицины, на которую возлагают
жара. Судно останавливается в открытом море, глушат большие надежды и которая их уже оправдывает. С помощью
моторы и по громкой связи объявляют: «Температура воз- эмиссионной томографии (позитрон-эмиссионной томо-
духа 29 градусов, температура воды 24 градуса, глубина 2,5 графии, ПЭТ, и однофотонной эмиссионной компьютерной
километра. Желающие купаться могут пройти на ют». И мы томографии, ОФЭКТ) сегодня выявляют социально значимые
ныряем за борт в чистейшую воду, берегов не видно, только заболевания (рак, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсо-
море, солнце и чайки. Красота! Романтика! Но эта романти- на, болезни сердца и сосудов) на самых ранних стадиях. Роль
ка — в промежутке между работами. Я отобрал много проб, радиохимии здесь ключевая — она обеспечивает медицину
в лаборатории в Москве их исследовал и опубликовал мою низкодозовыми препаратами на основе короткоживущих
первую научную статью, за что, кстати, получил Соросовскую медицинских радионуклидов, например фтора-18, технеция-
стипендию. И так, шаг за шагом, я втягивался в свою нынеш- 99m и других. Благодаря инъекции этого безвредного для
нюю профессию. В общем, жизнь стала налаживаться. К слову человека препарата он накапливается в различных патоло-
сказать, никакой угрозы для Черного моря и населения мы гиях, например новообразованиях, и делает их видимыми
не обнаружили. Впрочем, это был попутный результат, ведь для томографов. Этот метод используют не только для диа-
мы занимались фундаментальными исследованиями — ис- гностики, но и для послеоперационного контроля.
пользовали чернобыльские радионуклиды, чтобы исследо-
вать процессы перемешивания водных масс и определить Другое применение ядерной медицины — это лечение
скорость накопления донных осадков. онкологических заболеваний с помощью локальной лучевой
терапии. Мы вводим в организм биологические молекулы, со-
Вас так покорила черноморская экспедиция, что вы махнули рукой держащие радионуклид. Эти молекулы способны точно рас-
на биохимию и двинулись в радиохимию? познать новообразования и накапливаться в них, в межкле-
точном пространстве или внутри клеток. А дальше происходит
Увлечение какой-то областью науки начинается, как правило, радиоактивный распад нуклида, прямо на месте, который
с увлечения конкретным человеком. Для меня это был Юрий уничтожает патологические группы клеток и не затрагивает
Александрович. Его мягкость, интеллигентность и влюблен- здоровые. Причем поражающим фактором в данном случае
ность в науку меня покорили. Я захотел быть таким же. И это при могут быть как альфа-частицы, так и электроны (бета-частицы
том, что на первом курсе я чуть не вылетел — я слушал лекции или электроны Оже), выделяющиеся при распаде нуклида.
и думал: «Господи, да что я здесь делаю?» А на втором курсе я Это своего рода троянский конь, пробравшийся в опухоль.
познакомился с Юрием Александровичем, и моя судьба стала У альфа-частиц пробег измеряется десятками микрон, это
складываться как будто сама собой. Хотя теперь понимаешь, что несколько клеточных размеров. А у электронов Оже — и
наши судьбы во многом вершат наши учителя. К третьему курсу того меньше, единицы-десятки нанометров. Поэтому воз-
я осознал, что все не так уж и плохо. Кроме того, меня, совсем действию подвергается не весь орган, не целый организм, а
еще молодого и неопытного, допустили к исследованиям чрез- только отдельные органеллы клеток, скажем, ядро.
вычайной важности для общества — к изучению последствий
Чернобыльской катастрофы, которая произошла совсем не- Здесь исследования и разработки идут в мире просто стре-
давно, несколько лет назад, но градус этой темы не снижался. мительными темпами. И в ближайшее десятилетие можно
Я почувствовал себя очень востребованным, значительным, моя ожидать больших успехов на этом фронте.
самооценка подскочила, и я, будучи студентом, не вылезал из
лаборатории на кафедре радиохимии. Иными словами, никакие облучающие установки для лечения рака
не будут нужны — достаточно просто инъекции радиофармпрепа-
Кстати, в экспедиции на Черном море я побывал еще не рата. А у нас такие препараты есть?
раз. Я ездил в Одессу для испытания новых сорбентов, когда
делал дипломную работу «Концентрирование стронция-90 с Сейчас в мире зарегистрирован всего один терапевтический
помощью природных сорбентов». Сорбентами служила сухая альфа-излучающий препарат на основе радия-223, который
биомасса, оставшаяся от водорослей, из которых извлекли компания «Байер» купила у компании «Альджета». По сути,
альгинаты, но не полностью. Оставалось еще изрядно этих это хлорид радия, самая примитивная ионная форма радия,
прекрасных полезных веществ, которые много где используют, который успешно используют для уничтожения костных мета-
в том числе для изготовления пастилы, и которые проявляют стазов. Опухолевые клетки поглощают много кальция и много
прекрасные адсорбционные свойства. Отходы выбрасывают, радия, который они путают с кальцием. В результате препарат
а мы решили делать из них сорбенты для извлечения радио- быстро и селективно накапливается именно в метастазах, где
нуклидов из морской воды и модельных растворов. начинает свою подрывную работу изнутри. У нас сейчас идет
регистрация этого препарата.
Моя кандидатская диссертация связана совсем с другой
темой — с захоронением радиоактивных отходов и миграцией Но в целом и у нас, и в мире в ближайшее десятилетие
радионуклидов через геохимические барьеры. А докторская может появиться с десяток препаратов. В США и Германии
препарат с висмутом-213 проходит клинические испытания.

3

Причем испытания на безнадежных опухолях мозга, которые правительство. Последствия этого решения будут крайне не-
мы пока не умеем лечить. В Германии испытания на добро- приятными для страны. Здесь надо понимать, что доля атомной
вольцах оказались очень успешными, врачи наблюдали даже энергетики в Германии в 2011 году была около 25%, сейчас
случаи полного излечения. В России мы разрабатываем такие около 12%. Закрытие всех станций приведет к тому, что себе-
препараты на основе актиния, висмута и радия. стоимость электроэнергии в Германии значительно увеличится.
Это означает, что промышленная продукция, произведенная
Российские исследования и разработки в этой области радиохи- в Германии, будет неконкурентоспособной. На самом деле,
мии лидируют в мире, задают тон? Или плывут в русле мирового это — большие глобальные экономические войны, преследу-
течения, прокладываемого западной наукой? ющие цель ослабить те или иные государства. В то же время
в соседней Франции доля атомной энергетики — 80%. Аварий
В ядерной медицине научная и инженерная составляющая у нас не было, и станции закрывать не собираются. Фактически это
на очень хорошем уровне, не уступающем мировому. Что каса- обеспечивает Франции государственный суверенитет в плане
ется применения, то здесь, конечно, говорить, к сожалению, не энергоносителей.
о чем.ВРоссии медицинского молибдена-99, необходимого для
получения технеция-99m для ранней диагностики, потребляют Германия пытается убедить всех, что справится с проблемами с
в год столько же, сколько в США — за один день! В США это 20 помощью альтернативной энергетики.
миллионов диагностических процедур в год. Если вы приходите
в страховую компанию, то сначала вам назначат полный цикл об- Альтернативная энергетика — это, конечно, хорошо, ее нужно
следований, обязательно включающий либо ПЭТ, либо ОФЭКТ. развивать. Но одно дело — обеспечить энергией домохозяй-
ство, другое дело — крупное промышленное предприятие.
В России есть спрос на такую диагностику у населения. Ветряк не окупается, точнее — «окупается», если он построен
Но он неплатежеспособный. Одна процедура на ПЭТ — это на государственные деньги. В этом смысле гораздо более
около 50 тысяч рублей. Много ли людей в состоянии за- привлекательна солнечная энергетика. Кстати, это тоже химия,
платить такую сумму? Второй сдерживающий фактор, но в новые материалы для солнечных элементов. Вот она действи-
существенно меньшей степени — это радиофобия. Почему тельно дешевеет, причем неуклонно. Если пять — семь лет
ядерный магнитный резонанс (ЯМР) переименовали в маг- назад срок окупаемости источников на солнечных батареях
нитно-резонансную томографию (МРТ)? Потому что слово был чуть ли не тридцать лет, то теперь — уже меньше десяти.
«ядерный» у людей ассоциируется с радиацией, хотя ни к Для домохозяйств это, конечно, хорошее решение. Но вопрос
излучениям, ни к радиохимии ЯМР не имеет отношения. Но в том, как обеспечить крупные предприятия энергией, как за-
пациенты отказывались от ЯМР. пасать энергию. Ядерная энергетика хороша тем, что энергию
можно непрерывно запасать. Можно непрерывно уменьшать и
Третий важный фактор — небольшое количество диагности- увеличивать мощности в зависимости от потребления в сетях.
ческих центров. По рекомендациям Всемирной организации А в случае солнца и ветра это невозможно. Точнее, возможно,
здравоохранения, на полмиллиона человек должен при- но это сложно и пока дорого. Так что здесь единственным
ходиться один диагностический ПЭТ-центр. А у нас по всей реально зеленым источником энергии остается ядерная энер-
стране их штук пятнадцать. Их число, правда, увеличивается, гетика. И многие страны идут по этому пути. Даже те страны,
есть госпрограмма на этот счет, но речь идет по большей где нефти много, Саудовская Аравия например.
части о крупных городах. Впрочем, медики в провинции за-
частую даже такого слова, как «ПЭТ», не слышали. И это еще Как вы думаете, эти радиохимические задачи могут вдохновить
одна болезненная тема в ядерной медицине — подготовка молодежь, студентов Химфака?
кадров. Так что по использованию современных техноло-
гий ядерной медицины мы отстаем очень сильно — именно Несомненно, и тому есть подтверждение. В 1991 году, когда
по использованию. Виноваты не химики, не инженеры, не я поступал на Химфак, радиохимия была в числе самых непо-
Росатом. Это целый комплекс проблем, и первая из них — пулярных кафедр. А в прошлом году у нас на кафедре учились
неплатежеспособный спрос. 33 аспиранта и поступили еще 13 аспирантов. Когда я учился,
хорошо, если один аспирант отыскивался. Это в лучшем
Но, полагаю, по части исследований и разработок в ядерной энер- случае, а бывало и так, что один аспирант в несколько лет.
гетике мы — мировые лидеры? Все-таки первая атомная электро- Это я не к тому, что я такой великий заведующий кафедрой,
станция в мире была построена в Обнинске. а к тому, что запросы общества и цивилизационные тренды
сделали радиохимию привлекательной и востребованной
Да, здесь мы лидеры, и мы точно впереди США. Это без пре- для молодых ученых и специалистов. Интересные исследо-
увеличения. Дело в том, в начале 80-х президент США Джеймс вательские задачи и проекты притягивают молодежь. У меня
Картер подписал Декларацию, запрещающую любые мани- на кафедре внебюджетных средств существенно больше,
пуляции и переработку топлива и облученных материалов, чем бюджетного финансирования. Значит, мы востребованы.
кроме как для военных нужд. Соответственно, у них вообще Кроме того, у нас действительно интересно. И наконец, у на-
не развивались радиохимические технологии. В отличие от ших выпускников нет проблем с трудоустройством — можешь
Франции и Великобритании. Поэтому США сильно отстали в идти в науку, можешь найти хорошую работу и в России, на-
этих вопросах. Мы в области радиохимических технологий пример в Росатоме, и за рубежом.
ядерного топливного цикла на передовых позициях.
Но вы теперь не только заведующий кафедрой, но и декан Хими-
Доля атомной энергетики будет наращиваться в мире. Это ческого факультета. И вам приходится думать обо всех студентах.
происходит на наших глазах, и Химфак имеет к этому непо- Можем ли мы вдохновить их тем, что химия стоит в центре есте-
средственное отношение. Мы готовим кадры для отрасли, мы ственных наук?
ведем научно-исследовательские работы по заказу отрасли.
Здесь очень много интересных научных и инженерных задач, Это справедливо. Химия действительно одна из централь-
которые зашиты в программе «Прорыв» Росатома. Это новые ных наук, и не только естественных. Ее взаимодействие с
виды топлив, это новые технологии, это малое количество от- биологией и физикой понятно, здесь границы стремительно
ходов, это глубокое фракционирование отходов, это разные размываются. Но химия связана и с социогуманитарными
пути обращения с ними. науками. С одной стороны — психология, с другой — хими-
ческие процессы с участием гормонов, нейромедиаторов,
И тем не менее в Германии отказываются от атомных электростан- рецепторов, определяющих поведение. Химия дофамина и
ций. Что вы думаете по этому поводу? его производных — чисто химическая задача и в то же время
ключ к пониманию когнитивных функций мозга. Или возьмем
Германия объявила, что к 2022 году закроет все атомные
электростанции по требованию партии зеленых. Это было
одно из условий партии при ее вхождении в коалиционное

4

социогуманитарные исследования, связанные с различными хемофилия «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
артефактами. Установление подлинности культурных ценно-
стей — это химическая задача, решаемая с помощью спектро- Химия меняется? Что отличает сегодняшнюю химию от вчераш-
метрических методов. Контроль нелегального перемещения ней, пятидесятилетней давности? Что выходит на передний план?
культурных ценностей — тоже, здесь в ход могут идти, на-
пример, флуоресцентные метки. Вывезли скрипку одну, а Прогресс в науке определяется развитием инструментов ис-
вернули совершенно другую — это химики определят легко. следования. И в этом смысле сегодняшняя химия разитель-
но отличается от той, что была вчера. Сегодня мы можем
Археология, датирование, химия климата. Это то, что раз- смотреть за поведением не то что отдельных молекул, но и
вивается и двигается вперед семимильными шагами, к со- отдельных атомов. Мы можем in situ рассматривать внутри
жалению, — не так интенсивно у нас в стране. клетки молекулы, их конформации. И если мы раньше могли
лишь косвенно судить о процессах по кинетике реакции, по
Уже из перечисленного вами видно, что химия — наука приклад- изменению каких-то внешних макропараметров, теперь мы
ная. Каково, на ваш взгляд, соотношение фундаментального и при- можем смотреть, как это в реальности происходит, онлайн.
кладного в химии? Мы можем контролировать процесс на молекулярном уровне,
делать сборки молекул с атомарной точностью. Следить за
Мне близка позиция академика Анатолия Петровича Алек- процессами позволяет микроскопия высокого разрешения,
сандрова, бывшего в свое время президентом Академии наук в том числе криомикроскопия, которая дает возможность
СССР. Он говорил, что плохо различает фундаментальную и исследовать живые системы, рентгеновская спектрометрия.
прикладную науки, но хорошо различает плохую и хорошую. На
самом деле различие, конечно, есть, просто границы размыты. Полтора года назад в Гамбурге была запущена международ-
Взять ту же мою родную тему, связанную с радиоактивностью. ная Мегаустановка XFEL— европейский рентгеновский лазер
Вернадский еще в 1912 году в заочном споре с Резерфордом на свободных электронах. Доля России в строительстве этой
говорил о том, что в ближайшие десятилетия огромная энер- уникальной установки — 27%. У рентгеновского излучения
гия, заложенная в ядре и выделяемая при его распаде, будет очень короткая длина волны, поэтому с его помощью можно
востребована человеком. Через десять лет, в 1922 году, когда рассматривать объекты с атомной точностью. Кроме того,
еще не было искусственной радиоактивности и даже намеков невероятно высокая скорость чередования рентгеновских
на атомное оружие, Вернадский уже рассуждал о том, а сможет вспышек позволит наблюдать сверхбыстрые процессы, на-
ли человек использовать эту энергию во благо, либо направит пример — образование межатомных связей во время химиче-
на саморазрушение? Резерфорд же говорил, что это — исклю- ской реакции. И все это будет записано покадрово, как кино. В
чительно фундаментальная вещь и до использования ядерных экстремальных условиях этих рентгеновских вспышек можно
излучений должны пройти сотни лет. А сегодня мы видим, как создавать и изучать новые вещества и материалы.
фундаментальное открытие радиоактивности определило об-
лик ХХ века — ядерное оружие, ядерная энергетика, ядерная Химфак тесно сотрудничает с Европейским центром син-
медицина. На самом деле я с трудом могу назвать чисто фунда- хротронного излучения в Гренобле (Франция), где в 1994
ментальные исследования, которые не вели бы к какому-нибудь году был запущен самый мощный источник синхротронного
практическому ответвлению. излучения в Европе (ESFR). Это тоже международный проект,
в котором участвуют 18 стран. Доля России — 6%. Установка
К примеру — синтез новых элементов, сверхтяжелых и короткожи- ESFR также позволяет заглянуть в материю на беспрецедент-
вущих. ную глубину. Здесь постоянно работают наши совместные с
Центром аспиранты — проводят совместные исследования.
Сам по себе синтез новых элементов — да, это красивая Идешь по коридору — и только успевай здороваться с хим-
фундаментальная история. Но она была бы невозможна без факовцами, сотрудниками и выпускниками. Сейчас, правда,
ускорителей и мишеней, которые постоянно совершенству- установка закрыта на реконструкцию. Но через полтора года,
ются. А на этих ускорителях можно получать не только новые когда она откроется, это будет самый яркий по интенсивности
элементы, но и медицинские нуклиды. Либо изготавливать излучения рентгеновский источник в мире.
трековые мембраны для ультратонкой фильтрации. Син-
тез новых элементов — это развитие химии ультранизких Установки синхротронного излучения есть в Национальном
содержаний. Выпускник нашей кафедры Иво Иосифович исследовательском центре «Курчатовский институт», в Ново-
Звара, кстати, чех по национальности, который занимается сибирске, в Протвино на площадке Курчатовского института
химией единичных атомов, написал книгу про определение строится синхротрон нового поколения. Есть даже планы
ультранизких радиоактивностей, что нужно для контроля построить синхротрон на острове Русский. В Петербург-
пищевых продуктов, для медицины, для экологии. Казалось ском институте ядерной физики, который входит в состав
бы — где новые элементы и где экология. Но все в этом мире Курчатовского института, в ближайшее время будет запущен
тесно переплетено, и подходы из фундаментальной науки уникальный исследовательский реактор ПИК.
оказываются приложимыми в обычной жизни. Так что фунда-
ментальные работы по получению и изучению сверхтяжелых Эти новые инструментальные возможности, появившиеся
элементов — это драйвер для развития и техники, и химии, и в последние 20–25 лет, сильно продвинули науку вперед,
технологий, и материалов. позволили взяться за задачи, к которым невозможно было
подступиться раньше, и вернуться к исследованию, казалось
Любая крупная фундаментальная задача, любой вызов на- бы, уже исследованных объектов. Но не просто вернуться,
уке в конце концов всегда приносит пользу обществу. Подоб-
но тому, как многие технологии и материалы, разработанные 5
специально для космических исследовательских программ,
теперь работают на Земле на пользу людям. Наконец, разра-
батывая ту или иную фундаментальную задачу, мы добиваем-
ся понимания тех или иных процессов. А понимание — вещь
крайне полезная и практичная.

Я бы сказал, что химия сегодня актуальна, подвижна, эф-
фективна, она откликается на запросы человечества. Поэтому
химики хорошо востребованы на рынке. Это можно увидеть
по статистике трудоустройства наших выпускников и по ко-
личеству контрактов Химфака с компаниями.

а посмотреть на них с позиций новых инструментальных Вот почему мы начали проводить тотальный аудит всех лабо-
возможностей, переосмыслить и часто исправить ошибки раторий Химфака. Этого никогда не делали с момента основания
в наших прежних представлениях, например связанных с химфака, да и, наверное, других факультетов. Но мы намерены
действием лекарств, функцией отдельных молекул внутри теперь заниматься этим постоянно. Создали внутреннюю
клетки, образованием и свойствами новых наноматериалов комиссию по аудиту, я ее председатель. Собрали и системати-
и прочее. Это движение в химии действительно похоже на зировали информацию по всем лабораториям в соответствии
восходящее движение по спирали. с оценочными критериями, главные из которых — привлечение
внебюджетных средств, публикуемые статьи, студенты и аспи-
Что же касается переднего плана, или главного тренда, то ранты, работающие в лаборатории. А потом посмотрели, на
он очевиден — это формирование новой междисциплинарной какое количество людей и площадей это распределяется, то есть
исследовательской области «науки о живом». И здесь химия оценили эффективность использования ставок и помещений.
занимает свое, ничем не заменимое место.
Собственно, мы и раньше знали, что есть лаборатории,
Отвечает ли Химфак этому структурному тренду в химии? И как которые активно развиваются и которые популярны среди
вообще Химфаку за этими трендами угнаться, если они могут воз- студентов, но им уже не хватает помещений и ставок, чтобы
никать каждые десяток-другой лет? расширять коллектив и деятельность. При этом на этой же
кафедре есть лаборатория, которая давно уже фактически
Сегодня у нас на факультете две кафедры посвящены наукам не функционирует в той степени, в которой должна бы. С
о живом — энзимологии и химии природных соединений. Но этой точки зрения мы рассмотрели 71 лабораторию хими-
фактически на каждой кафедре есть лаборатории, которые ческого факультета, выстроили рейтинг. Для нас было важно
связаны с живым. На радиохимии это лаборатория ядерной определить не лидеров, а красную зону, в которую попали
медицины и адресной доставки лекарств. Соответствующие 10% лабораторий с самых разных кафедр. Теперь вместе с
лаборатории есть на кафедре физической химии, коллоидной заведующими кафедр мы решим, как будем эти лаборатории
химии, высокомолекулярных соединений, аналитической хи- реорганизовывать — расформируем, сменим заведующего
мии. Так что общий тренд под названием «науки о живом» на или присоединим к другой лаборатории. Надо понимать,
факультете представлен, думаю, пятнадцатью лабораториями что это не переаттестация сотрудников, а фактически пере-
из семидесяти одной. смотр основных научных тем и организационной структуры
факультета. И делаем мы этот аудит лабораторий не ради
Что же касается «как угнаться», то это крайне актуальный самого аудита, а в интересах химического факультета, его
вопрос. Исторически так сложилось, что многие кафедры на студентов и аспирантов.
факультете создавали под больших ученых, больших людей,
а уж лаборатории и подавно. Это происходило в 1950–1960-х Вообще, я вижу своей задачей усилить роль научных лабо-
годах. Когда крупный ученый уходил из жизни или отправ- раторий. Мне кажется, должна постепенно происходить не-
лялся на пенсию, тема постепенно теряла актуальность и кая девальвация кафедр в хорошем смысле этого слова. Как
некогда активная лаборатория начинала чахнуть. На самом структурное образование, призванное обеспечить учебный
деле это нормальный и естественный процесс. Но реалии процесс, кафедры должны на нем и сосредоточиться. Лабо-
сегодняшнего высшего образования и науки не дают нам ратории, которыми руководят конкретные лидеры в той или
возможности содержать лаборатории, живущие прошлыми иной области науки, должны формировать научную повестку.
воспоминаниями. Нужна реорганизация. А реорганизация А кафедры должны это интегрировать в учебный процесс.
требует основания, то есть научного подхода.

6

Иными словами, научная политика и научное содержание отраслевые институты и проектные организации. Сейчас «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
располагаются прежде всего в лабораториях, а все учебные что-то возрождается, но это крохи, несоизмеримые с тем,
вещи — программы, курсы — на кафедрах. что требуется системе. Сегодня у нас есть реальная наука,
академическая и университетская, и есть реальное произ-
Многие заведующие кафедрами со мной согласны, кто-то — водство. А между ними — пропасть! Мы говорим на разных
нет. Идет дискуссия, и это нормально. Хотя реализовать мой языках, а моста и переводчиков нет, вернее, их неадекватно
замысел не так-то просто, поскольку научные лаборатории как мало. В советское время непрерывный цикл от фундамен-
таковые отсутствуют в Уставе Химического факультета. Так что тальной идеи до технологии, работающей на производстве,
пока работаем с юристами, чтобы это исправить. был налажен. А развалить систему легко. Убрали среднее
звено — и все. Промышленность осталась без новых идей
Эта работа по оценке деятельности лабораторий, да и от- и технологий, которые сегодня называют модным словом
дельных научных сотрудников, находит большую поддержку «инновации», а наука осталась никому не нужной, лишилась
у нашего ректора Виктора Антоновича Садовничего. заказов от отраслей. Так что разрушать очень просто — до-
статочно вытащить один кирпичик из середины.
Когда вы говорите об усилении роли научных лабораторий в
университете, я сразу вспоминаю американскую науку, которая В США, кстати, нет академических и отраслевых институтов.
действительно живет преимущественно в университетах. У нас же,
в России, наука сосредоточена прежде всего в Академии наук — Да, но их роль играют исследовательские центры при крупных
так сложилось исторически. Надо ли менять российскую систему, компаниях. Тем не менее в США есть шестнадцать огромных
переделывать ее под американскую? национальных лабораторий, типа Лос-Аламосской и Ливер-
морской, которые решают научно-технологические задачи
Действительно, традиционно у нас была отдельно вузовская государственной важности, в том числе и вполне граждан-
наука, отдельно академическая наука, просто вторая появи- ские, и которые финансируются государством. По количеству
лась раньше, чем первая. Но давайте признаем состоявшийся топ-статей их работа соизмерима с тем, что делают универ-
факт — уменьшение роли Академии, которое произошло в ситеты США. Кстати, Курчатовский институт, объединяющий
последние двадцать лет. Роль Академии наук в жизни страны под одной крышей несколько институтов с отчетливым при-
сегодня значительно меньше той, что была в СССР, когда кладным вектором, — аналог американской национальной
любые крупные государственные проекты, будь то атомный лаборатории. На самом деле задача национальных лабо-
и космический проекты, государственная программа хими- раторий США — сохранять научные и инженерные кадры с
зации, были невозможны без Академии наук. Сейчас это, к уникальными профессиональными компетенциями. И они
сожалению, не так. Фактически Академия выведена за рамки ее успешно решают: всегда, независимо от загруженности
принятия фундаментальных стратегических решений в об- и результатов, государство хорошо их финансирует только
ласти технологического развития страны. Здесь в какой-то ради того, чтобы сохранить специалистов. Но как только
степени есть и вина самой Академии. Я очень надеюсь, что возникает важный государственный проект, специалистов
ситуация будет меняться, поскольку все это вопросы чрез- из этих лабораторий выдергивают и направляют в проектные
вычайной государственной важности и государственной группы. Это работало и работает сейчас.
безопасности. Здесь речь не об экспертной функции РАН.
Это только дай волю — завалят сверху бумагами ужасающе Есть еще мелкие технологические компании, которыми, как
низкого уровня, на которые придется без пользы тратить шубой, окружены университеты. Они заняты коммерциализа-
огромное время. цией университетских разработок и идей. Наш Химфак тоже
потихоньку обрастает маленькими технологическими ком-
Но мы, университетские, с Академией не просто дружны, паниями, но, конечно, не столь интенсивно. И не потому, что
мы переплетены и ветвями, и корнями. Я одновременно Химфак плохой. Дело в том, что инновационная атмосфера
сотрудник и университета, и академического института и, здесь и в Силиконовой долине очень различается.
кстати, Курчатовского института. В МГУ работают триста чле-
нов РАН, на химфаке — двенадцать академиков и столько же В шестидесятых годах химия была в моде: капроновые чулки,
членкоров. С большинством институтов нашего химического нейлоновые рубашки… Химия казалось волшебством, которое
отделения у нас подписаны договоры о сотрудничестве, и они исполнит все твои желания. Есть ли шанс вернуться на такой же
наполнены реальным содержимым — совместными грантами, уровень восторга?
стажировками наших аспирантов и студентов в институтах,
совместными конференциями и так далее. Такой же и не нужен. Химик как специалист — это не мас-
совая профессия и не массовая продукция. Если говорить
Я не стал бы говорить, что есть чисто академическая и уни- о химиках-исследователях, химиках-инженерах высокого
верситетская наука, во всяком случае с точки зрения МГУ. Наш класса, управленцах заводами, то это штучный товар. Нам не
университет — это, конечно, отдельный вуз, доля науки здесь нужны сотни и десятки тысяч химиков, они просто не будут
очень высока. Это не только ощущения, мы можем оценить это востребованы. Здесь рынок расставляет все по местам —
и с помощью формальных критериев. На Химфаке профес- что нужно, что не нужно. На Химфаке так же, как и на многих
соров, доцентов и преподавателей триста человек, а научных других естественно-научных факультетах, конкурс стабиль-
сотрудников — вдвое больше. Если посмотреть по количеству ный, пусть и невысокий. То есть одно и то же число детей
научных статей, публикуемых МГУ и РАН, то у Академии их целенаправленно приходит к нам каждый год. Может быть,
больше, но порядок величины одинаков. Так что сегодня в Рос- эмоционально мы и хотели бы увеличить конкурс в два раза,
сии есть две лидирующие научные организации — институты но это не самоцель. Для нас гораздо важнее другое. Химфак
Академии наук и МГУ. Академия, конечно, на первом месте. Но набирает 90% абитуриентов в первой волне зачислений. По
у нас есть очень хорошее преимущество, которое мы активно этому показателю мы на первом месте среди факультетов в
используем и которого нет в Академии, — постоянный приток МГУ. Это говорит о том, что наши абитуриенты целенаправ-
свежих молодых сил, студентов и аспирантов. Поэтому у нас ленно принесли свои аттестаты к нам и собирались поступать
настоящая движуха, как скажет молодежь. В Академии ее за- именно к нам. Это те, кто любит химию и связывает с ней свое
метно меньше. будущее, кто хочет заниматься только химией и другого себе
и не мыслит. Ну что ж, они сделали отличный выбор, потому
Надо ли что-то менять в этом тандеме «академическая что на Химфаке — все такие.
наука — университетская наука»? На мой взгляд, проблема
несколько в другом — у нас разрушена система науки «от 7
фундаментальных идей до технологий». И разрушена она не
потому, что усиливается университетская наука, а потому, что
в девяностые годы было изъято и уничтожено среднее звено,

Сверхпрочная керамика Хемоскоп
для авиации

Ученые Дальневосточного федерально- Испытание нового керамического материала рамических материалов с 2013 года, эта
го университета (ДВФУ) и Российской работа развивается в сотрудничестве с
академии наук разработали новый вы- держащие SiC, это также подтверждает, институтами Российской академии наук.
сокопрочный керамический материал. что материал надежен и устойчив. Так, исходные материалы для композит-
Ему не страшно длительное воздей- ного керамического материала получили
ствие сверхзвукового потока воздуха Условия, в которых проводили ис- в московском Институте общей и неорга-
при температуре выше 2600°C («Russian пытания, имитировали те, в которых нической химии им.Н.С. Курнакова РАН.
Journal of Inorganic Chemistry», 2018, работают носовые обтекатели и крылья В Химическом институте Дальневосточ-
63, т.11, стр. 1484–1493; doi: 10.1134/ самолетов, — при движении со сверх- ного отделения РАН разработали инно-
S0036023618110177). Такие характери- звуковой скоростью из-за трения о вационный метод получения — спекание
стики позволят сделать из нового ма- воздух температура этих элементов кон- в плазме искрового разряда. В лабора-
териала носовые обтекатели и крылья струкции может подниматься до 2600°C. ториях ДВФУ образцы керамического
новейших самолетов. композита тщательно исследовали, в
Исследователи Дальневосточного частности проверили их механические
Столь прочную керамику получили из федерального университета работают характеристики и устойчивость.
диборида гафния (HfB2), смешанного с над созданием новых ультрапрочных ке-
нанокристаллическим карбидом крем- В Дальневосточном федеральном
ния (nc-SiC). Для получения нового университете уже несколько лет работает
материала использовали технологию Междисциплинарный центр коллективно-
золь-гель и методику спекания в плазме го пользования в области нанотехнологий
искрового разряда. Прочность кера- и новых функциональных материалов,
мического композитного материала объединяющий усилия физиков, химиков,
проверили, воздействуя на него сверх- биологов и материаловедов. Разработка
звуковым потоком воздуха. После 40 нового керамического композита — не
минут воздействия образец материала единственный успех этого центра. Ранее
не разрушился и его масса уменьши- исследователи из ДВФУ сообщили о
лась на 0,04%. При этом керамический разработке уникального жаропрочного
материал имел толщину всего 10–20 композитного материала, полученного из
микрометров. Что очень важно — в карбида и нитрида гафния. Его темпера-
материале не образовались участки, со- тура плавления выше 4200K.

Новый тип химической связи? Хемоскоп

В школьных и в вузовских учебниках Эффективное координационное число 12
описано три основных типа химической
связи — ковалентная, ионная и металли- Классические
ческая. Тем не менее не все согласны, что металлы
любой тип связи можно свести к одному
из этих трех. Для некоторых твердых ве- 8 Недосформировавшиеся
ществ предлагают выделить четвертый металлы
тип — метавалентную химическую связь. Ионные
твердые
Как утверждает Маттиас Вюттиг и его вещества
соавторы из Рейнско-Вестфальского тех- 6
нического университета Ахена, такой тип
связывания можно найти в соединениях, 4 Удельная электро-
в состав которых входят металлоиды и их проводность твердых
соседи по Периодической системе — на- Ковалентно связанные веществ с ковалент-
пример, в теллуридах германия, олова твердые вещества ными связями (красные
и свинца. Авторы утверждают, что со-
единения этого типа чем-то сходны с ме- 2 квадраты и ромбы),
таллами (например, у них приемлемые метавалентными (по
значения электропроводности), но при -8 -8 -8 -8 02 46 терминологии Вют-
этом в них наблюдается значительная Десятичный логарифм удельной электропроводности S см–1 тига) связями (зеленые
степень обобществления электронов, квадраты) и металли-
характерная для веществ с ковалентной ческими связями (круги)
связью. Вюттиг назвал такие соединения
«недосформировавшимися металлами» ковалентнымихимическимисвязями, вре- ности. Такое электронное строение не
— incipient metals — («Adv. Mater.», 2018; зультате чего каждый электрон в таком кри- подразумевает свободных электронов, и
doi: 10.1002/adma.201803777). сталле находится в спаренном состоянии. материал с таким электронным строением
На диаграмме зонной структуры, столь относится либо к диэлектрикам, либо к по-
В твердых веществах с атомной кристал- любимой специалистами по физике твер- лупроводникам. Полупроводники отлича-
лической решеткой, например в кристалле дого тела, такому типу связывания будут ются от диэлектриков меньшим по энергии
алмаза, атомы связаны друг с другом соответствовать содержащая электроны расстоянием между зонами валентности
валентная зона и располагающаяся выше и электропроводности, что позволяет
по энергии пустая зона электропровод- некоторым электронам, получившим до-

8

статочное количество тепловой энергии, переход между различными ковалентными Также все вещества, который Вюттиг
перемещаться в зону проводимости. структурами. По словам Вюттига, он и его отнес к «недосформировавшимся ме-
коллеги были уверены в том, что дело имен- таллам», отличаются умеренной электро-
В кристалле с металлической химиче- но в таком резонансном связывании, но за проводностью и высокой диэлектрической
ской связью в зоне электропроводности два года исследований это предположение проницаемостью. Как уверяет Вюттиг с со-
находятся подвижные электроны, которые так и не удалось подтвердить. авторами, ни свойства химических связей
и обеспечивают электропроводность ме- в этих соединениях, ни их макроскопиче-
талла. Чаще всего металлическую связь Есть еще одна особенность «недометал- ские характеристики не могут объясняться
изображают так: располагающиеся в узлах лов»: химические связи в них разрываются постепенным переходом от ковалентной к
кристаллической решетки катионы метал- не так, как это происходит в материалах металлической химической связью.
лов окружены электронным газом. с ковалентными связями. Это свойство
обнаружилась еще раньше, когда Вюттиг Специалист по химии материалов Джон
В «недометаллах» Вюттига существует с коллегами испарял лазером атомы с Бакеридж, работающий в Университет-
конкуренция двух типов связывания — поверхности игольчатых кристаллов «не- ском колледже Лондона, также считает,
ковалентного спаривания электронов и дометаллов», изучая поведение отдельных что подобные твердые вещества нельзя
полной делокализации, характерной для связей («Adv. Mater.», 2018, 30, 1706735; отнести ни к тем, в которых в чистом виде
металлов. По словам Вюттига, свойства doi: 10.1002/adma.201706735). Экспери- реализуется ковалентное связывание, ни
этих материалов не просто промежуточные менты показали, что химические связи, к материалам с металлической связью.
между металлическими проводниками и например, в теллуриде германия, отли- Тем не менее он не уверен в том, что для
полупроводниками, у них есть особенно- чаются некоторыми ключевыми чертами, описания свойств этих соединений нужно
сти. Во-первых, атомы в большей степени которые нельзя приписать ни металличе- вводить четвертый тип химической связи.
сближены друг с другом, чем обычные ским, ни ковалентным взаимодействием. Особенные свойства «недометаллов» мож-
партнеры по ковалентной связи, но в мень- Например, они отличаются ангармонич- но просто объяснить взаимодействием
шей степени, чем это предполагает плот- ностью колебаний. Также им свойственна неподеленной электронной пары одного
ная кристаллическая упаковка металлов. высокаяполяризуемость — электрические из участников связи и р-орбиталей другого
Первая попытка объяснить такое связы- поля легко способны смещать электрон- участника, не переписывая основы теории.
вание строилась на модели резонансного ную плотность в направлении одного из
связывания — подобное реализуется в атомов участников связи.
графите, в котором происходит быстрый

В гибели пчел виноват Хемоскоп
фипронил

Исследователи из Великобритании при- Фипронил уничтожить миллионы куриных яиц в «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
водят доказательства в пользу того, что Южной Корее — там компании, отвеча-
в массовой гибели медоносных пчел Оказалось, что, в отличие от имида- ющие за дезинфекцию, использовали
во Франции, наблюдавшейся в нача- клоприда, фипронил накапливается этот инсектицид на птицефермах для
ле 1990-х годов, виноват инсектицид в организмах пчел, и при длительном борьбы с клещами.
фипронил, а не имидаклоприд. Оба воздействии этот инсектицид становит-
пестицида появились на рынке в начале ся для них все опаснее. Большие дозы В Евросоюзе запретили использовать
1990-х годов. фипронила опасны и для людей — этот фипронил для обработки посевов еще в
В 1990-е годы, когда пчелы начали мас- пестицид действует на почки, печень и 2017 году, однако в большинстве стран
сово гибнуть, пчеловоды и защитники щитовидную железу. ЕС до 31 марта 2019 года этот пестицид
окружающей среды в первую очередь можно применять для обработки семян.
обвинили в этом имидаклоприд. Однако Холдер с коллегами предлагает Во многих странах мира фипронил
на самом деле в это же время начали людям, ответственным за принятие используют для борьбы с муравьями,
использовать два новых инсектицида. решения, применять ли инсектицид тараканами и термитами в помещениях,
В новой работе Филиппа Холдер и ее определенного строения, предвари- также в спреях от блох для кошек и со-
коллеги из Университета Эксетера, а тельно проверять его опасность с по- бак. В Российской Федерации фипро-
также специалисты частной компании мощью методов, аналогичных тем, что нил не запрещен, комбинированные
«Фера-Сайнс», предполагают, что глав- она использовала в своей работе. По пестициды, содержащие это вещество,
ным подозреваемым в деле о массовой ее мнению, это позволит различать ин- разрешается использовать и как ве-
гибели пчел должен быть фипронил. сектициды, без проблем выводящиеся теринарный препарат для обработки
Его повсеместно применяли в начале из организма полезных насекомых, и домашних животных, и для обработки
90-х годов для защиты подсолнухов те, что накапливаются в них. Понятно, пшеницы, ячменя и картофеля. В соот-
(«Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. », 2018; doi: что если препарат накапливается, то ветствии с «Едиными санитарно-эпи-
10.1073/pnas.1804934115). с каждым повторным применением он демиологическими и гигиеническими
становится все опаснее. требованиями к продукции (товарам),
Ученые определили опасные дозы обоих подлежащей санитарно-эпидемиоло-
инсектицидов для пчел и выяснили веро- Этот инсектицид замешан не только в гическому надзору (контролю)» Тамо-
ятность накопления этих препаратов в ор- скандале с гибелью пчел в 1990-х годах. женного союза содержание фипронила
ганизме этих насекомых (количественно Осенью 2018 года пчеловоды Южной в картофеле и зерне злаков не должно
определили биологическую активность). Африки также обвинили фипронил превышать 0,005 мг/кг.
Полученную информацию использовали в гибели миллиона пчел — до этого
для компьютерной симуляции — как виноделы около Кейптауна законно Выпуск подготовил
могли пчелы отреагировать на те концен- распылили фипронил для борьбы с кандидат химических наук
трации препаратов, которые попадали в муравьями на своих виноградниках.
окружающую среду при их применении. В 2017-м из-за фипронила пришлось А.И.Курамшин

9

Космическая погода

Доктор физико-математических наук среды и прежде всего атмосферы — температура, влажность,
давление, скорость и направление перемещения воздуха
С.А. Богачев (ветер). Причины изменений в атмосфере находятся в физике
самой Земли — в законах движения воздушных масс. И хотя
Мы все живем на дне воздушного океана и привыкли иногда приходится слышать теории вроде «что вот в этом
к его капризам  — заморозкам летом, новогодним году было жаркое лето, так, наверное, просто Солнце светило
праздниками без снега, октябрю с апрельской тем- сильнее», к реальности эти догадки не имеют отношения.
пературой. Мы относимся к этому философски, лишь
привычно поругивая синоптиков. И, словно устав Однако существует красивое выражение: «Земля находится
от нашего равнодушия, наука с недавних пор стала в объятиях Солнца». Стоит ли за этой фразой реальная физика
пугать нас новым чудом  — космической погодой. и если да, то какая? Нет ли в окружающей среде изменений,
Действительно ли в космосе есть погода? Что это причины которых находятся где-то далеко? Ответ на этот
вообще такое? вопрос положительный  — да, они есть. К космической по-
годе как раз и относят те процессы, которые происходят на
Влияет оттуда, проявляется здесь поверхности и в атмосфере Земли (с появлением спутников
сюда стали относить и ближнее космическое пространство),
Магнитные бури, радиационные пояса, озоновые дыры — эти но причина которых находится вне планеты.
слова входят в нашу жизнь, заставляя вздрагивать и огляды-
ваться вокруг в поисках новой невидимой силы, способной, При таком определении к космической погоде могут быть
если верить средствам массовой информации, выводить из отнесены, например, приливы и отливы. Объяснить их фи-
строя электростанции, сети связи, космические аппараты зикой самой Земли невозможно, и если вообразить себе
и конечно же влиять на здоровье людей. Связанные между вымышленное человечество, по какой-то причине не знаю-
собой явления в атмосфере Земли, в космическом про- щее о существовании Луны и Солнца, то попытки объяснить
странстве и на Солнце объединяют понятием «космическая приливные явления в этих условиях поставили бы их в тупик.
погода». В некоторых случаях они могут быть важны и для
жителей Земли, и для космонавтики. Земля в объятиях Солнца

Все эти процессы можно описать формулами и измерить В отличие от обычной метеорологии, проводящей измере-
с помощью физических инструментов. Понять, что это такое, ния на Земле (даже метеоспутники смотрят вниз на Землю),
проще всего, сравнивая с обычной погодой. Под последней, чтобы изучать космическую погоду, надо смотреть в космос.
как мы все знаем, понимается состояние окружающей нас Поэтому космическая погода молода — эта область не могла
развиться в полную силу до начала космической эры. Что
сегодня, кроме приливов, может быть отнесено к космиче-
ской погоде?

1. Полярные сияния. Изображение из сети Интернет

10

Прежде всего — полярные сияния. Причина — заряженные Проблемы и методы науки
частицы, вторгающиеся в атмосферу Земли после вспышек
на Солнце или вместе с солнечным ветром и проникающие десятков миллионов километров. В результате, если на пути
в плотные воздушные слои нашей планеты через полярные такого облака окажется небесное тело без атмосферы, то
каспы  — воронкообразные области магнитного поля. Вза- оно просто окутывает его (это следует учесть будущим по-
имодействуя с атомарным и молекулярным кислородом и корителям Луны). В случае же Земли, обладающей не только
азотом, солнечные частицы переводят их в возбужденное атмосферой, но и магнитным полем, солнечная плазма не
состояние, из которого атомы релаксируют с испусканием проникнет вниз, а будет отражена магнитосферой. Однако
фотонов разной энергии, в основном — в зеленой и красной так же, как после удара по нему палицей вибрирует щит, так и
частях спектра. земное магнитное поле, приняв на себя удар облака плазмы,
начинает испытывать колебания, которые добегают из космо-
Далее, магнитные бури — колебания напряженности зем- са до поверхности Земли и регистрируются приборами уже
ного магнитного поля после вспышек на Солнце, реже — в на поверхности. Кроме того, солнечный выброс насыщает
результате взаимодействия с солнечным ветром. Такие не- земную магнитосферу заряженными частицами и создает в
ожиданные (и как казалось на тот момент — беспричинные) ней избыточные токи, которые влияют на земное магнитное
изменения магнитного поля Земли были обнаружены еще в поле у поверхности. Развивается магнитная буря.
XIX веке, однако тогда они не могли быть объяснены никак,
кроме как процессами под земной поверхностью, может В любом замкнутом проводящем контуре при изменении
быть, даже в ядре, так как вспышки на Солнце тогда не были магнитного поля наводится ток — это школьный учебник. Та-
известны. Первую солнечную вспышку наблюдал 1 сентября кие контуры на Земле есть — это электрические сети и трубо-
1859 года британский астроном Ричард Кэррингтон, и со- проводы. Именно на эти системы наводятся в первую очередь
провождалась она одной из крупнейших зафиксированных дополнительные токи во время магнитных бурь. А от них они
геомагнитных бурь, среди последствий которой — массовый уже могут передаваться, например, на приборы, включенные
отказ телеграфных систем в Европе и Северной Америке. в сеть. Опасно ли это? Скорее нет, чем да. Магнитные бури —
Начавшиеся после этого поиски и исследования вспышек нередкое явление, и, если бы каждая из них что-то выбивала в
на Солнце показали космическое происхождение магнитных сети, это давно превратилось бы в общемировую проблему, а
бурь. Произошло это, надо полагать, к большому удоволь- этого нет. При желании такие замкнутые проводящие контуры
ствию синоптиков, которым уже в то время хватало проблем можно найти и в организме человека — например, нервная
с обычной погодой. система и система кровообращения. Конечно, их размеры на
многие порядки меньше размеров электросетей, и вдобавок
Хотя и магнитные бури, и полярные сияния вызываются сопротивление на многие порядки выше.
вспышками на Солнце, их природа различна. Полярные
сияния связаны с отдельными вспышечными частицами, Есть еще несколько каналов влияния. Например, Солнце
проникающими в магнитное поле Земли. Однако, помимо влияет на плотность верхней атмосферы и ионосферы и,
отдельных частиц, солнечные вспышки иногда выбрасывают следовательно, на движение спутников на низких орбитах, а
в космос целые облака плазмы  — так называемые выбро- также на радиосвязь. Важным аспектом является ультрафи-
сы массы. Такие выбросы, в частности, хорошо видны на олетовое излучение Солнца, проникающее до поверхности
снимках, которые делают спутники. В отличие от быстрых Земли и, в частности, вызывающее загар. Его уровень также
отдельных частиц, которые тратят на путь от Солнца к Земле зависит от солнечной активности. Наконец, важная часть
порой всего несколько часов, облака плазмы медлительны, космической погоды — радиационный фон в ближнем и
они неторопливо ползут к нам два-три дня (по земным мер- дальнем космосе. С развитием электроники и ее миниатю-
кам их скорости колоссальны — 1000 км/с и более). В ходе ризацией опасность выхода из строя космического аппарата
движения, как любое газовое тело, облака увеличивают свои при попадании в него заряженной частицы с каждым новым
размеры и при приближении к Земле могут вырастать до поколением спутников только возрастает. А в будущем мы
столкнемся с проблемой обеспечения безопасности человека
при дальних космических перелетах, например, при экспе- «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
диции на Марс. В этом случае возможность прогнозировать
вспышки на Солнце окажется принципиально важной. На
время всплесков космической радиации экипаж будет иметь
время укрыться в защищенных отсеках, а чувствительные
элементы электроники могут быть обесточены, что снижает
риск их необратимого повреждения.

2 Как прогнозируют космическую погоду
Солнечный выброс массы. Изображение получено коронографом LASCO
на спутнике SOHO 2 декабря 2003 года Легко определить текущее состояние обычной погоды  —
купить бытовую метеостанцию, а на крайний случай хватит
и термометра за окном. Однако, чтобы не просто измерить,

11

3 атмосферы и магнитного поля, но не знают, что произойдет
Космический аппарат GOES-R (художественное изображение). через день. Для того чтобы прогнозировать космическую по-
Источник — www.nasa.gov году, надо наблюдать источник ее изменений и иметь модель
явления. Таким источником для Земли является Солнце.
а сделать прогноз, необходимы уже существенно большие
усилия, с привлечением множества данных, собираемых Поэтому для изучения космической погоды нужны аппара-
метеостанциями по всему миру, а в наши дни еще и путем ты, осуществляющие наблюдение Солнца, а также одновре-
привлечения спутниковых наблюдений. Это относится и к менно измеряющие отклик на солнечные события в ближних
космической погоде. Проводить локальные измерения маг- космических окрестностях Земли. Солнечная вспышка может
нитного поля и выдавать сообщения о магнитных бурях — в длиться всего несколько минут, а ее следы с диска Солнца
целом задача несложная, хотя и требующая определенной могут исчезнуть уже через один-два часа. Если спутник ведет
квалификации. Есть большое число магнитных датчиков, наблюдения с большим шагом или периодически уходит в
многие из которых являются всепогодными, и единственное, тень Земли, он непригоден для работы в этой области. Кроме
что требуется,  — это обеспечить отсутствие помех со сто- того, он должен иметь возможность в любой момент передать
роны электрических приборов. Часто такие датчики просто данные на Землю. Если аппарат вращается вокруг Земли и
закапывают в землю. Сложнее изучать состояние верхней выйдет в зону видимости приемной станции только через не-
атмосферы и ионосферы, но с этим справляются метеозонды, сколько часов, часть вспышечных воздействий за это время
поднимающиеся до высот около 40 км, и ионозонды — на- может уже добраться до Земли.
земные радиолокаторы, зондирующие ионосферу. Однако
космическая погода потому и называется космической, что Эти требования выполнены, например, группировкой
без взгляда в космос не обойтись. Точно так же как термометр аппаратов GOES, которые работают в космосе в интересах
за окном способен сообщить о температуре сейчас, но ничего Национальной атмосферной и океанической администрации
не скажет о температуре завтра, так и магнитометры, метео- США (NOAA). Первый аппарат группировки был выведен на
зонды и ионозонды характеризуют лишь текущее состояние орбиту в октябре 1975 года, и с тех пор друг друга на орбите
сменили уже 17 космических аппаратов. Последний из них
был запущен в марте 2018 года, запуск следующих назначен
на 2020-й и 2024 год. «Сменили друг друга» — не совсем пра-
вильный термин, так как аппараты запускаются и работают с
перекрытием. Одновременно на орбите находятся два-три,
а иногда и больше, идентичных спутников, некоторые из них
ведут наблюдения в параллельном режиме, а один-два нахо-
дятся в холодном резерве и могут быть включены в любой мо-
мент. Наблюдения ведутся непрерывно, данные поступают на
Землю в режиме реального времени. Для этого все аппараты
выводятся на геостационарную орбиту, находясь на которой,
они фактически висят над одной и той же точкой Земли — в
данном случае над своей приемной станцией. От момента
получения данных в космосе до их появления на серверах

4
Изображение Солнца, полученное космическим аппаратом SDO.

Источник — www.nasa.gov

12

Проблемы и методы науки

5 Что происходит у нас «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
Схематическое изображение взаимодействия солнечного ветра и Земли.
Изображение из сети Интернет Космическая погода  — это серьезный научный контроль и
прогноз радиационного и плазменного состояния ближнего
NOAA и публичных ресурсах в Интернете проходит не более космоса, то есть области, где располагается подавляющая
одной-трех минут. Однако эти аппараты не определяют, где часть космических аппаратов, а также прогноз состояния
на солнечном диске произошла вспышка — напротив Земли, ионосферы и в целом верхней атмосферы Земли. Данные
когда ее влияние максимально, или на его краю. эти нужны для решения множества научных и технических
задач. Никто не отменял и задачи освоения Луны (какими
Эту задачу решает другой аппарат — SDO (Solar Dynamics бы фантастическими они ни казались сейчас), которые
Observatory), запущенный в 2010 году. Снимки он получает нельзя решить без информации о солнечной активности.
великолепные — от некоторых просто захватывает дух. Глав- Причем наблюдения Солнца и исследования космической
ной же для науки, впрочем, является не красота, а непрерыв- радиации — это область, где Россия в постсоветскую эпоху
ность работы SDO. Все это время он шлет на Землю снимки не только не утеряла, а даже расширила свои возможности.
Солнца в режиме реального времени каждые 12 секунд. За последние десять лет были созданы три космические об-
Работает аппарат на такой же геостационарной орбите, что серватории — «КОРОНАС-Фотон» в 2009, «Спектр-Р» в 2011 и
и спутники GOES. «Михайло Ломоносов» в 2016. Первая из них была полностью
предназначена для исследования Солнца и его радиацион-
Однако это еще не все — ни GOES, ни SDO не могут наблю- ных излучений. Вторая, «Спектр-Р», хотя и решает задачи
дать солнечный ветер. Этому мешает магнитное поле Земли, радиоастрономии, несет на борту еще и прибор «Плазма-Ф»
внутри которого работают оба спутника. Чтобы его наблюдать, для мониторинга солнечного ветра и межпланетной среды.
надо выводить аппараты очень далеко от Земли — на сотни Наконец, в последнем аппарате около половины научных
тысяч, а лучше миллионы километров. Эту задачу решает приборов предназначены для регистрации космических
космический аппарат ACE (Advanced Composition Explore), за-
пущенный в 1997 году. Аппарат располагается в точке Лагран- 6
жа L1 — находясь в ней, аппарат вращается вокруг Солнца с Космический аппарат «КОРОНАС-Фотон» — последняя на текущий момент
той же угловой скоростью, что и Земля, то есть он все время
находится между ними. Удалена эта точка от нашей планеты специализированная солнечная обсерватория РФ.
примерно на 1,5 млн км. Земного магнитного поля здесь нет, Изображение из сети Интернет
аппарат оказывается погруженным прямо в поток солнечного
ветра. Он измеряет состав солнечного ветра, энергию и кон- частиц, ультрафиолета и гамма-излучения. Иными словами,
центрацию частиц, исследует космические лучи, измеряет необходимые приборы разработаны, запущены, они летали
магнитное поле. С этого аппарата идет основной мировой и летают. Осталось лишь разобраться, действительно ли надо
поток данных по солнечному ветру. запускать в космос сразу три или четыре обсерватории или
решить эту задачу можно проще.
Но есть еще один прибор, без которого в космической
погоде не обойтись,  — коронограф, способный наблюдать Типовой спутник GOES — это огромный аппарат с массой
движения масс в окрестностях Солнца, измерять их скорости более 5 тонн, конкурировать с которым трудно  — аппарат
и предсказывать, как быстро они достигнут (и достигнут ли «Михайло Ломоносов» весит около полутонны. Однако на
вообще) Земли. Единственный мировой коронограф, нахо- солнечные приборы в спутнике GOES отдана относительно
дящийся тоже в точке L1, расположен сейчас на очень старом небольшая часть массы. Остальное составляют иные инстру-
европейском спутнике SOHO, выведенном на орбиту еще в менты, работающие по земным вопросам, а также служебные
1995 году. По сути, только из-за уникальности данного прибо- системы и системы резервирования. В спутнике SDO также
ра в настоящий момент поддерживается работоспособность
SOHO, у которого уже зарегистрирован отказ нескольких
служебных систем. Еще два коронографа расположены на ап-
паратах STEREO, которые, однако, удалены от Земли на сотни
миллионов километров и передают снимки раз в пять минут.

Таким образом, исследование космической погоды сейчас
ведется не одним, а сразу несколькими космическими аппа-
ратами, каждый со своими задачами, и, в некотором смысле,
собранными в единую группировку. Тем не менее даже такая
искусственно созданная группа смогла за последнее десяти-
летие очень сильно продвинуть теорию космической погоды,
пусть пока и не приблизив ее точность к обычной метеоро-
логии, но повысив качество прогноза как минимум в разы.

13

для задач космической погоды используются лишь два теле-
скопа из десяти находящихся на борту. Остальные работают
по задачам солнечной физики, для решения которых этот ап-
парат, собственно, и был выведен в космос. Из всего спутника
SOHO, как уже говорилось выше, интерес для космической
погоды представляет лишь коронограф. Что касается аппа-
рата ACE, то это небольшой аппарат с общим весом около
600 кг, в котором для мониторинга базовых характеристик
солнечного ветра задействована лишь часть приборов.
Остальные изучают тонкие вопросы вроде ионного состава
межпланетной плазмы, не имеющие прямого отношения к
космической погоде.

Если приборы для изучения космической погоды подбирать
не из того, что есть в наличии — как сложилось сейчас, — а
разрабатывать целенаправленно, то их можно разместить
единым комплексом на одном космическом аппарате средне-
го размера. Задача эта, с учетом того, что многие приборы
имеют прототипы на ранее выведенных российских аппа-
ратах, вполне подъемная и может быть решена в короткий
срок. Установка приборов на борту одного спутника облегчает
синхронизацию и сравнительный анализ результатов разных
приборов.

СОЛЯРИС смотрит на Солнце 7
Космический аппарат СОЛЯРИС — предварительный проектный облик
Заказ на такой проект, получивший название СОЛЯРИС, прямых измерений — возможность, которая отсутствует на
поступил в Российскую академию наук (РАН) в 2016 году от низких орбитах внутри магнитосферы. Насколько комфортно
ФГУП ЦНИИмаша — головного научно-исследовательского там будет другим приборам? Думается, что вполне неплохо.
института Государственной корпорации «Роскосмос». В По крайней мере, в этой же точке работает с 1995 года аппарат
качестве головной организации от РАН выступил Физиче- SOHO, приборы которого на настоящий момент прожили тут
ский институт Академии наук (ФИАН)  — один из ведущих уже 23 года. В схожих условиях, погруженными в солнечный
физических институтов нашей страны (альма-матер семи ветер, работают с 2006 года и космические аппараты STEREO.
лауреатов Нобелевской премии), являвшийся, помимо про- Помимо других достоинств, точка L1 обеспечит обсервато-
чего, разработчиком космических солнечных телескопов рии непрерывную видимость Солнца — на геостационарных
для космического аппарата «КОРОНАС-Фотон». В коопера- орбитах, где работают спутники GOES и SDO, два раза в год
ции с тремя ведущими организациями в области научного происходят перекрытия Солнца Землей (примерно по часу
космического приборостроения (ИКИ РАН, НИИЯФ МГУ и каждый день на протяжении одного-двух месяцев — весной
МИФИ) была предложена следующая концепция будущего и осенью). По-видимому, интересным такой запуск должен
российского аппарата. стать и для разработчиков средств выведения, так как в исто-

На борту спутника будут находиться четыре комплекса 8
инструментов, каждый из которых решает свою задачу. Пер- Точки Лагранжа в системе Солнце — Земля: гравитационное притяжение разме-
вый комплекс  — это набор телескопов, разрабатываемый
в ФИАНе. Этот блок должен в режиме реального времени щенного здесь тела уравновешивается центробежной силой.
производить фотографирование солнечного диска в области Изображение из сети Интернет
температур порядка миллиона кельвинов, где лежит основное
излучение солнечной короны и вспышек. По этим снимкам
затем можно будет определять, где именно произошла
вспышка на Солнце, а также вероятность ее воздействия на
Землю и на окружающее космическое пространство. В со-
став этого же блока включается коронограф для измерения
скоростей распространения выбросов солнечного вещества к
Земле. Второй комплекс, разрабатываемый в МИФИ, должен
регистрировать рентгеновское и гамма-излучение Солнца,
которые являются основными источниками воздействия
на верхнюю атмосферу и ионосферу Земли, влияя в числе
прочего на прохождение радиосигналов. Третий комплекс,
за создание которого готов взяться НИИЯФ МГУ (одна из
ведущих организаций разработчиков спутника «Михайло
Ломоносов»), будет измерять потоки частиц, летящих от
Солнца к Земле. Именно эти частицы бомбардируют кос-
мические аппараты и земную атмосферу после вспышек. И
наконец, ИКИ РАН взял на себя ответственность за создание
аппаратуры для регистрации характеристик солнечного ве-
тра, основываясь на опыте прибора «Плазма-Ф», созданного
ранее для аппарата «Спектр-Р».

Выведен аппарат должен быть в точку Лагранжа L1. Как уже
говорилось, такая орбита обеспечивает погружение аппарата
внутрь потока солнечного ветра и создает условия для его

14

Проблемы и методы науки

9 держиваемого институтом в инициативном порядке на основе «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
Космический аппарат АРКА (Россия). Предназначен для вывода в космос солнеч- зарубежных данных (в ситуации отсутствия своих). Ресурс
ных телескопов сверхвысокого разрешения. Срок запуска — 2027 год. расположен по адресу http://tesis.lebedev.ru/sun_pictures.
Изображение из сети Интернет html и посещается ежедневно от 10 до 20 тысячами чело-
век — огромная цифра для научного проекта. В дни высокой
рии отечественной космонавтики, в отличие от зарубежной, солнечной активности, например, во время рекордных сол-
запусков на эту орбиту не было. нечных вспышек, наблюдавшихся в сентябре 2017 года, про-
ект посещали до 60 тысяч уникальных посетителей в сутки,
Исследования космической погоды, помимо научных просматривавших в сумме до полумиллиона страниц. Конеч-
аспектов, привлекают своей открытостью и востребованно- но, это цифры говорят о готовности общества воспринимать
стью обществом. Российская научная космонавтика редко данные о космосе и вообще научные результаты, если они
представляет какие-то результаты на публичное обсуждение. изложены в понятном популярном виде. Нет сомнений, что
Исключение — проект «Спектр-Р», периодически готовящий с началом поступления данных от отечественного аппарата
довольно яркие пресс-релизы и сообщения. Но даже ему этот интерес должен только вырасти.
пока далеко до открытости тех же зарубежных обсерваторий
Hubble, Chandra, SDO, марсоходов Spirit и Curiosity и других, Остается лишь самый главный вопрос — с учетом экономи-
поддерживающих обширные галереи открытых данных. Найти ческой ситуации и значительного сокращения за последние
какие-то результаты работы по российским проектам — за- годы финансирования научного космоса, есть ли финансы
дача сложная даже для терпеливых людей. Иногда на такое для реализации проекта? В целом ситуация выглядит не
замечание возражают, что фундаментальная наука, по опре- очень благоприятной. В частности, по тематике физики Солн-
делению, вещь не для всех и ученые должны отчитываться ца вот уже около десяти лет не удается найти средства для
перед обществом не пресс-релизами, а статьями в научных начала создания в железе солнечной обсерватории «Интер-
журналах. Можно спорить, насколько это правильно, однако гелиозонд», которая должна была вывести комплекс научных
наблюдения космической погоды — явно та сфера, где это приборов на орбиту вокруг Солнца. За время, пока данный
оправдание не проходит. Аппарат, запущенный для непре- проект обсуждался и проходил лабораторные исследования,
рывного мониторинга состояния Солнца и космоса, конечно Европейское космическое агентство разработало и постро-
же должен демонстрировать результаты этого мониторинга в ило свой аналогичный спутник, Solar Orbiter, который готов
реальном режиме времени, а не путем публикации двух-трех к запуску. Если он будет запущен и нормально заработает,
научных статей в год. Такой подход здесь неизбежен, и нас возникнет вопрос о целесообразности запуска российского
он не пугает, а в некотором смысле вдохновляет. проекта. Существует риск заморозки и второго российского
солнечного проекта, АРКА, который должен был вывести на
Интересным аспектом таких программ является также их орбиту два рекордных по точности телескопа, детализация
возможная коммерциализация. Если первичные ряды данных которых превосходит детализацию телескопов SDO в шесть
(снимки Солнца, измерения потоков частиц и фотонов), в раз. Срок запуска этого аппарата сначала из-за отсутствия
соответствии с принятой мировой практикой, как правило, средств был сдвинут с 2021 года на 2024-й, потом на 2027-й,
открыты, то интеллектуальные продукты, получаемые в а сейчас под вопросом уже и эта дата, и так отдаленная от
результате обработки этих данных, опять же, как правило, настоящего момента почти на десять лет. Будут ли ждать на-
продаются. Таким продуктом может быть детальный прогноз шего запуска столько времени за рубежом?
радиационной обстановки, либо поправки в модели атмос-
феры, либо прогнозы по радиосвязи и прохождению радио- В этой ситуации вопрос, полетит ли СОЛЯРИС или оста-
волн, наконец, различные мобильные приложения. В наше нется еще одним проектом, демонстрирующим миру наши
время, когда финансовую отдачу пытаются спрашивать уже возможности лишь на бумаге, остается пока открытым. От
чуть ли не со специалистов по космологии, данная тематика организаций Роскосмоса возможности по созданию косми-
может частично снять остроту с этого вопроса в применении ческой платформы для данного проекта подтвердило уже АО
к астрофизике. «Информационные спутниковые системы» им.  академика
М.Ф.Решетнёва. Платформы, подходящие для реализации
Насколько интересна обществу данная тема, можно ча- проекта, имеет в своем листе и НПО им. С.А.Лавочкина —
стично судить по результатам работы центра космической организация, специализирующаяся на научном космосе.
погоды ФИАНа, созданного некоторое время назад и под- Остается лишь следить за финансовыми и техническими
планами корпорации Роскосмос.

15

Есть ли жизнь на Марсе?

Кандидат химических наук медицинской протеомики и профессор отдела медицинской
биохимии и биофизики Каролинского института в Швеции,
Н.И. Василевич уверен, что жизнь на Марсе в ее земном понимании вряд ли
могла возникнуть  — этому препятствует изотопный состав
Поисками жизни на Марсе астрофизики активно за- основных элементов жизни на Красной планете. Его сомнения
нимаются последние полвека. Сегодня к ним присо- опираются на модельные эксперименты с живыми система-
единились химики, которые, вполне возможно, уже ми и положения разрабатываемой им гипотезы изотопного
нашли ответ на вопрос – есть ли жизнь на Марсе? резонанса. Но прежде чем познакомиться с результатами
экспериментов и согласиться или не согласиться с выводами
«Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе — это науке ученого, необходимо совершить небольшой экскурс в исто-
неизвестно. Наука еще пока не в курсе дела». Так говорил рию открытия изотопов и создания спектрометрии.
лектор Никадилов в «Карнавальной ночи» (1956 г.). Но с тех
пор ситуация кардинально изменилась. Спустя девять лет Открытие стабильных изотопов
американский зонд Mariner сделал первые фотографии мар-
сианской поверхности с высоты почти 10 тысяч километров. А Стабильные изотопы нерадиоактивных элементов открыл в
в последующие 53 года с Земли к Марсу было отправлено 44 начале ХХ века английский физик и химик, член Лондонско-
миссии автоматических космических аппаратов разных стран. го королевского общества Фрэнсис Вильям Астон (Francis
Из них 16 миссий — успешные, семь — частично успешные, William Aston). В 1922 году за это открытие он был удостоен
21 миссия потерпела неудачу. Сейчас с орбиты планеты ведут Нобелевской премии.
исследования шесть земных космических аппаратов. А на са-
мой планете работают американские марсоходы Opportunity Двенадцатью годами раньше Фрэнсиса Астона пригла-
(с января 2004 года) и Curiosity (с августа 2012 года). В про- сил известный физик Джозеф Джон Томпсон в знаменитую
шлом 2018 году к ним добавился новый исследовательский Кавендишскую лабораторию в Кембридже. В тот момент в
модуль InSight НАСА, успешно приземлившийся на Марсе и лаборатории изучали, как ведут себя анодные лучи, то есть
начавший работать. поток положительно заряженных ионов, под действием пер-
пендикулярных электрического и магнитного полей. Астон
Красная планета давно будоражит исследователей, по- включился в работу. Пучок ионов, двигаясь в электрическом
скольку из всех планет Солнечной системы Марс наиболее поле, расщепляется на составляющие в соответствии с их
схож с Землей. В его атмосфере содержится кислород, пусть зарядом. А затем, попадая в магнитное поле, перпендику-
и немного. На самой планете есть вода, пусть и в твердом лярное направлению движения, ионы начинают кружиться по
виде — в ледяных полярных шапках. Так что вполне логично окружности, радиус которой пропорционален массе частицы.
искать жизнь на Марсе и рассматривать эту планету как наибо- Так, комбинируя электрическое и магнитное поля, можно раз-
лее подходящий вариант возможной колонизации в будущем. делять ионы, исходя из отношения их заряда к массе. Этот

К исследованию вопроса «Есть ли жизнь на Марсе?» под- На фото вверху: это отверстие диаметром 1,6 см марсоход «Кьюриосити»
ключились химики, решившие найти ответ в земных лабора- просверлил для забора проб марсианского грунта 20 мая 2018 года или на 2057
ториях. Роман Александрович Зубарев, специалист в области
день своего пребывания на Красной планете. Фото NASA
16

принцип лежал в основе большинства масс-спектрометров Гипотезы «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
до конца 1980-х годов. Современные же приборы используют
другие принципы разделения ионов. ней жить и размножаться. В то же время избыток дейтерия в
воде подавлял синтез белков и нуклеиновых кислот, снижал
Астон заметил, что ионы атомов одного элемента хотя и ферментную активность, нарушал механизм клеточного
имеют один и тот же заряд, но в магнитном поле расщепля- деления и клеточной морфологии. Чем больше была кон-
ются на несколько неравных по интенсивности составляющих. центрация тяжелой воды, тем значительнее становились
Причиной этого могло быть только существование изотопов — изменения. Млекопитающие оказались более чувствитель-
атомов одного и того же элемента, которые обладают разными ными к действию тяжелой воды, причем собаки значительно
массами. Сегодня мы знаем, что различия в массе изотопов чувствительнее, чем мыши.
связаны с разным числом нейтронов в их ядре. Для изучения
этого явления в 1919 году Астон работал на изобретенном в О влиянии других стабильных изотопов на живой организм
1912 году, но затем усовершенствованном масс-спектрографе известно гораздо меньше. До 1960-х годов таких исследований
с высоким разрешением, в котором легкие изотопы отклоня- почти не проводили, поскольку изотопов особо негде было
лись намного сильнее, чем их тяжелые родственники. взять, да и затем им уделяли значительно меньше внимания, чем
исследованию дейтерия. Тем не менее в 60—70-х годах удалось
Анализируя результаты своих экспериментов, Астон воз- выяснить, что изотопы углерода, кислорода и азота незначи-
родил правило целых чисел, изобретенное В. Праутом в тельно замедляют рост и скорость протекания метаболических
1815 году, но затем забытое, согласно которому массы изо- реакций. Бактерии E.coli выживали и размножались в среде, на
топов всегда выражаются целыми числами. Этот феномен 80% обогащенной кислородом-18. Даже высшие организмы,
легко объясним: массы протона и нейтрона близки к одному такие как мыши, развивались в среде, содержащей 80% угле-
дальтону, а масса электрона в 2000 раз меньше. Однако ис- рода-13, на протяжении нескольких поколений. Так что изотопы
следования в начале тридцатых годов на более совершенных C, N и O, в отличие от дейтерия, считаются безопасными.
и более точных приборах показали, что правило нуждается
в корректировке. Астон измерил массу атомов более точно Белки и масс-спектрометрия
и обнаружил очень малые отклонения от правила целых
чисел. Эти отклонения, носящие название дефекта массы, Появление нового инструмента исследования  — всегда
он объяснил уменьшением атомной массы в результате ее событие в экспериментальной науке. Рождение масс-
превращения в энергию связывания между частицами внутри спектрометрии  — не исключение. Этот метод оказался
ядра. Чем больше дефект массы, тем сильнее ядерные силы, чрезвычайно востребованным в биохимии и прежде всего в
удерживающие нуклоны, а значит, тем устойчивее ядро атома. протеомике, где часто возникает задача определить состав
смеси различных белков. Белки — важнейшая составная часть
Астону удалось установить существование 212 стабиль- любой клетки, их содержание колеблется от 8 до 14%. Со-
ных природных изотопов различных элементов. Но он был вокупность всех белков клетки или ткани, или даже целого
не единственным открывателем изотопов. В 1929 году организма, называется протеомом, а область науки, его из-
американские химики В. Жако и Г.Л. Джонстон (W. Giauque, учающая, — протеомикой.
H.L.  Johnston) открыли стабильные изотопы кислорода с
массовыми числами 18 и 19, тогда же А.С. Кинг и Р.Т. Бирге Количество белков в одном протеоме может исчисляться
(A.S. King, R.T. Birge) опубликовали данные об углероде-13, а тысячами, поэтому традиционные подходы, требующие вы-
С.М. Науде (S.M. Naudé) — азоте-15. Дейтерий, тяжелый изо- делять и очищать каждый белок, в протеомике не работают.
топ водорода с атомной массой 2, открыл в конце 1931 года Вот здесь и приходит на помощь масс-спектрометрия, позво-
химик Гарольд Юри (H. Urey) с коллегами из Колумбийского ляющая за одну стадию получить информацию как минимум
университета. За это открытие в 1934 году ученому была при- о половине всех белков, присутствующих в протеоме.
суждена Нобелевская премия по химии.
Ключевое понятие в масс-спектрометрии — это «молеку-
Тяжелая вода и живое лярная масса», то есть сумма масс всех атомов, составляю-
щих молекулу белка. У каждого белка она, разумеется, своя.
Через год после открытия дейтерия известный американский Белки — это цепочки аминокислот. Большинство аминокислот
химик Г.Н. Льюис (G.N. Lewis) разработал способ обогащения состоит из четырех элементов, C, H, N и O, некоторые содер-
воды дейтерием и получил 0,3 мл чистой тяжелой воды, о чем жат еще и серу. Однако у каждого из этих элементов есть не-
сразу же опубликовал сообщение. Теперь, когда тяжелая вода сколько стабильных изотопов, поэтому молекулярная масса
стала доступной, можно было изучать, как она влияет на жи- белка выражается не одним числом, а целым набором чисел,
вое. Вот как писал об этом Льюис в «Журнале Американского которое называется ее изотопным распределением. Другими
химического общества» в 1933 году: «Еще до того, как мне словами, две молекулы, имеющие одинаковую химическую
удалось получить тяжелую воду, я предсказывал, что она не структуру, могут отличаться по своей молекулярной массе в
станет поддерживать жизнь и будет смертельна для высших зависимости от того, какие изотопы их составляют.
организмов. Как только нам удалось получить некоторое коли-
чество этого вещества, мы начали эксперименты по проверке Каждая молекулярная масса отражается на масс-спектре
этой идеи, для чего выбрали простой биологический экспери- белка в виде отдельного пика, высота которого связана с рас-
мент, требующий очень малых количеств воды». Льюис про- пространенностью изотопов элементов, образующих белок
ращивал семена табака в запаянных стеклянных капиллярах, (рис. 1). Пик с наименьшей массой соответствует белку, обра-
содержавших либо обычную, либо тяжелую воду, либо воду,
обогащенную дейтерием на 50%. Семена, находившиеся в 17
обычной воде и в 50%-ном растворе, проросли в одно и то же
время, а те, которые были в тяжелой воде, не проросли совсем.

Токсичность тяжелой воды стала модной научной темой:
между 1934 и 1939 годами было опубликовано 216 работ, в
которых оценивалась токсичность этого вещества. Иссле-
дования проводили на головастиках, аквариумных рыбках,
плоских червях и парамециях. Оказалось, что, если концен-
трация тяжелой воды не превышает 30%, животные могли в

Моноизотопная масса Изотопный раковой активностью. Спектр этих пептидов чрезвычайно
C=12,000 сдвиг велик и разнообразен, и все они интересны исследователям.
А вдруг среди них скрывается потенциальное лекарство для
N=14,00307439 человека? Но как разобраться в этой сложнейшей смеси?

Дефект 100 Средняя масса Исследователи смыли с кожи лягушек несколько сотен
массы 80 C=12,011 пептидов, которые надо было каким-то образом разбить
N=14,03 на группы в соответствии с их биологическими свойствами.
Р.А. Зубарев предложил использовать метод двумерного
60 картирования. Для этого были построены пузырьковые гра-
фики, где по оси Х откладывали дефект массы (NMD), а по
Номинальная 40 оси Y — изотопный сдвиг (NIS). Метод оказался эффективен:
масса 20 пептиды, относящиеся к одному и тому же семейству, ока-
зались сгруппированными в отдельные кластеры-пузырьки.
C=12
N=14 Этот же метод ученый применил при изучении пептидов,
полученных из намного более сложной протеомной смеси.
0 3455 3460 Она содержала уже не сотни, а тысячи (3600) пептидов, выде-
3450 ленных из почки мыши. Он ожидал получить более или менее
гомогенное распределение точек, быть может содержащее
1 Молеулярная масса отдельные кластеры. Однако картина его поразила: четкий
коридор, куда не попала ни одна точка, с интенсивной линией
Ключевые понятия масс-спектрометрии на примере спектра белка с общей посередине, рассекал, подобно ножу, все поле точек (рис. 2).
Этот коридор выглядел, по словам автора, как «запрещенная
формулой С153H224N42O50 зона посреди пептидной галактики с узкой линией в центре».
Сначала Зубарев решил, что виной какая-то ошибка в програм-
зованному самыми легкими изотопами 1Н, 12С, 16О и 14N. Такую ме обработки данных, но, повторив эксперимент несколько раз
массу называют моноизотопной. Среднее арифметическое на разных протеомных смесях, он понял, что это не ошибка, а
всех молекулярных масс определяемого белка с учетом их строгая закономерность.
распространенности в образце называется средней молеку-
лярной массой, а разница между средней и моноизотопной Интересно, что подобная картина возникает только при
молекулярной массой носит название изотопного сдвига. определенном изотопном составе, например таком, какой
характерен для Земли, то есть когда содержание 13С составляет
Другая важная характеристика молекулы — это величина 1,1%, 2Н — 0,015%, 18O — 0,2%, а 15N — 0,37%. Если взять любое
дефекта массы, являющейся суммой дефектов масс состав- произвольное соотношение изотопов, например, такое, как
ляющих ее атомов. Мы уже говорили, что понятие дефекта на Марсе или на Венере, и отложить на графике данные для
массы впервые ввел Астон, обнаруживший, что масса атома тех же самых пептидов, в подавляющем большинстве случаев
меньше, чем сумма масс образующих его нуклонов. В 1960-х мы увидим равномерно закрашенную область: никакого кори-
годах было решено заменить кислородную шкалу (16О = 16), дора с линией посередине не возникнет. Вместе с тем линия
взять за точку отсчета изотоп углерода-12 и считать, что де- на рисунке математически не идеальна: она имеет конечную
фект масс этого атома равен нулю, а точная масса углерода толщину. Сделать ее идеально тонкой можно, немного «под-
составляет 12,000(0) дальтонов. Относительно этого изотопа правив» значения распространенности тяжелых изотопов.
каждый атом имеет положительный или отрицательный, но При величинах 0,35% для 13C или же 0,03% для 2H линия ста-
строго определенный дефект массы, который зависит от новится математически точной, и эти значения ученый назвал
энергии связывания нуклонов в атоме. Дефект масс каждого резонансными. Другие резонансы возникают, если линия
элемента определяется как разница между его точной атом- становится горизонтальной, как, например, при 3,5% для 15N.
ной массой и номинальной массой, представляющей собой
сумму всех протонов и нейтронов. Дефект массы молекулы Анализируя, какие из пептидов попали на центральную
можно определить как разницу между ее моноизотопной мас- линию, Зубарев обнаружил, что это были молекулы, не со-
сой и номинальной массой. Понятие дефекта массы широко держащие серу, то есть без аминокислот метионина и цисте-
используется в масс-спектрометрии. ина. Состав этих пептидов удовлетворял простой формуле:
H  =  2C  –  N, при этом число атомов кислорода может быть
Два параметра, дефект масс и изотопный сдвиг, имеют любым. Этой же формуле подчиняются пептиды, содержащие
совершенно разные, не связанные между собой, значения. остатки аланина, аспарагина, глутамина, глицина, лейцина,
Дефект масс характеризует связь нуклонов в ядре и одинаков изолейцина, серина, треонина, валина, а также несколько
для всех атомов Вселенной, а изотопный сдвиг относится к аминокислот в свободной форме: аспарагиновую и глутами-
распространенности изотопов на Земле. На других планетах и новую кислоты, гистидин и пролин.
в других частях Вселенной изотопный сдвиг имеет совершенно
другие значения. Даже на Земле эту величину можно считать Интересно, что именно эти аминокислоты, попавшие на цен-
постоянной только условно: она может незначительно раз- тральную линию, возникли на Земле первыми. Согласно оценкам
личаться в разных регионах, а также изменяться со временем. многих ученых, содержание этих аминокислот на ранних стадиях
зарождения жизни на Земле составляло 70–80%. Да и сегодня
Все, о чем мы говорили до сих пор, — это лишь необходимая девять аминокислотных остатков, лежащих на центральной
историческая преамбула к тому, о чем пойдет речь сейчас. линии, составляют 57% от всех аминокислот, включенных в
белки. Иными словами, их распространенность на 23% выше,
Эксперимент с неожиданным результатом чем остальных аминокислотных остатков.

В начале 2000-х годов группу ученых из МГУ и лабораторию Случайно ли такое совпадение? Р.А. Зубарев утверждает,
Упсальского университета в Швеции, ведомую Р.А. Зуба- что вряд ли. Согласно его гипотезе изотопного резонанса,
ревым, заинтересовали пептиды  — короткие белки, кото- жизнь в таком виде, как мы ее знаем, могла зародиться го-
рые выделяются на кожных покровах лягушек при слабой раздо быстрее при соотношении изотопов близком к резо-
стимуляции электрическим током. Лягушки  — существа с нансному. Именно при таком соотношении изотопов кинетика
нежной кожей, но эта кожа надежно защищена невероятным всех реакций будет оптимальной, а значит, рост и развитие
количеством пептидов, которые она выделяет. Среди них всех микро- и макроорганизмов будет происходить с мак-
обнаружены соединения с противовоспалительной, противо-
микробной, противогрибковой, анальгетической и противо-

18

0,65Изотопный сдвиг 160
0,61 «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru120
0,57
80
40

0,53 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0 –0,005 0 0,005 0,01
0,4 –0,01

Изотопный дефект Гипотезы

2 что приводит к прогрессивно более медленным реакциям.
Вот такой неожиданный результат – пустой коридор на поле точек – получил Еще более удивительное с точки зрения модели кине-
Р.А.Зубарев при анализе сложной протеомной смеси, содержащей3600 пептидов.
Этот хорошо воспроизводимый результат лег в основу гипотезы изотопного тического изотопного эффекта подметил Зубарев: фер-
резонанса ментативное взаимодействие люциферина и люциферазы
замедлялось при концентрации дейтерия в воде 0,040% и
симальной скоростью. Соответственно и эволюция будет возвращалось к нормальной скорости при 0,060%.
быстрее. В отличие от соотношений изотопов, найденных на
Марсе и Венере, а тем более в отдаленных уголках Вселен- Таким образом, скорость ферментативных реакций при
ной, отклонение земных значений от резонансных невелики, повышении концентрации дейтерия меняется не монотонно,
поэтому жизнь зародилась на Земле, а не на этих планетах. но проходит через максимум или минимум при 0,03–0,04%,
после чего возвращается к значениям, наблюдаемым при
«Медленная» вода и «быстрая» вода земном содержании дейтерия.

Согласно гипотезе Зубарева, в воде, где содержание дей- Сходные закономерности, но уже на клеточном уровне на-
терия близко к резонансному, все биохимические процессы блюдал венгерский ученый Габор Сомлай (G. Somlyai), изучая
должны протекать со скоростью, оптимальной для роста и в 1993 году влияние дейтерия в воде на рост клеток. Для своих
развития организмов. Наибольшее число публикаций, опи- экспериментов ученый выбрал опухолевые клетки, а также фи-
сывающих влияние дейтерия на различные живые организ- бробласты — клетки соединительной ткани, играющие важную
мы, рассматривали случаи, когда достаточно большая доля роль в заживлении ран. Он обнаружил, что вода, обогащенная
1Н замещалась на дейтерий. В то же время для достижения дейтерием вплоть до 0,06%, подгоняет рост обоих типов клеток,
резонанса, предсказанного теорией Зубарева, достаточно а вода с пониженным содержанием дейтерия замедляет его.
повышения содержания дейтерия в воде всего в два-три Ученого заинтересовал последний эффект, и он продолжил свои
раза, от 0,015% до 0,03–0,06%. работы на мышах, кошках и собаках, больных раком.

Такое изменение концентрации в воде влечет за собой Оказалось, что вода с пониженным до 0,005% содержанием
повышение концентрации дейтерия в белковых молекулах. дейтерия, которую пили испытуемые, замедляла рост рако-
Ведь примерно половина всех атомов водорода в белках вых опухолей. Исследования, проведенные в Московском
легко обменивается на атомы водорода или дейтерия из научно-исследовательском онкологическом институте им.
водного раствора. Так, если белковые молекулы поместить П.А. Герцена и в НИИ канцерогенеза Российского онкологи-
на несколько дней в воду, содержащую 0,036% дейтерия, то ческого научного центра им. Н.Н. Блохина РАН подтвердили,
содержание дейтерия в них возрастет до 0,027% (по сравне- что «легкая» вода замедляет рост различных опухолей. Ока-
нию с исходными 0,015%). Если гипотеза верна, то именно залось, что в среде с низким содержанием дейтерия деление
при такой концентрации должна увеличиться скорость роста опухолевых клеток аденокарциномы молочных желез MCF-7
организмов, в то время как вода с большим содержанием начинается с задержкой на 5–10 часов, а у 60% мышей с
дейтерия будет подавлять их рост. Но поскольку рост и раз- подавленным иммунитетом и пересаженными грудными
витие организма связаны с одновременным протеканием человеческими опухолями MDA и MCF-7, которые пили «лег-
многочисленных реакций, причем каждая обратимая реакция кую» воду, происходил регресс опухоли. Сомлай предлагает
течет одновременно и в ту и другую сторону, часть всех био- использовать обедненную дейтерием воду в качестве допол-
химических реакций будет ускоряться, а часть — замедляться. нительного средства при лечении рака.

Некоторые наблюдения на сей счет были сделаны в 1930-х Гидроидные полипы Obelia geniculatain тоже чувствительны
годах американским ученым Барнсом (Barnes) из Йельского к содержанию дейтерия в морской воде, в которой они оби-
университета. А 1970-е годы эстафету подхватил российский тают. Эти многоклеточные организмы известны тем, что из
ученый Валентин Лобышев из МГУ имени М.В. Ломоносова. небольшого фрагмента тела они могут регенерировать целый
Изучая активность фермента Na,К-АТФазы, Лобышев и его организм. Лобышев выяснил, что при концентрации дейтерия
коллеги с удивлением обнаружили, что при содержании в воде 0,03–0,1% происходит ускоренная регенерация, если
дейтерия 0,040% активность фермента вырастает в полтора же концентрация больше, то процесс замедляется.
раза, а при дальнейшем повышении концентрации — снова
уменьшается. Эти наблюдения шли вразрез с общепринятой Все это необъяснимо с точки зрения классических пред-
моделью кинетического изотопного эффекта. Согласно этой ставлений, но прекрасно согласуется с зубаревской гипо-
модели, увеличение массы изотопа стабилизирует образуе- тезой изотопного резонанса. Когда содержание дейтерия
мые им химические связи, а значит, замедляет все химиче- в белковых молекулах приближается к резонансным значе-
ские реакции с участием этой связи. Поскольку легкие изо- ниям, скорость всех ферментативных реакций становится
топы легче участвуют в химических реакциях, относительное оптимальной с точки зрения развития организма в целом.
содержание тяжелых стабильных изотопов увеличивается,
Все эти факты, найденные в научной литературе, были
настолько убедительными, что Роман Александрович даже
предложил ввести новые понятия: «медленная вода» и «бы-

19

Нормальная концентрация способность потомства) изучала профессор Стокгольмского
университета Елена Горохова. Этих многоклеточных животных
150 ppm 300-400 ppm кормили зелеными водорослями с повышенным содержани-
ем 15N. Фиксируя измеряемые параметры, исследователь
Относительная скорость роста Нормальное обратила внимание, что на графиках точки с резонансной
соотношение концентрацией 3,5% постоянно выбивались из общей зако-
90-160 ppm номерности. При этом коловратки, получающие водоросли
с резонансным содержанием азота-15, были более приспо-
Медленная собленными, их продолжительность жизни была немного
вода меньше, но размер и жизнеспособность потомства — выше,
чем при любом другом содержании изотопа.
Быстрая вода
Есть ли жизнь на Марсе?
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
Изотопный состав атмосферы на ближайших к нам плане-
3 Концентрация дейтерия, ppm тах, Марсе и Венере, значительно отличается от земного,
Вот так выглядит зависимость скорости ферментативных реакций особенно это касается содержания дейтерия: на Марсе его
от содержания дейтерия в воде содержание в пять раз больше, на Венере — в сто. Как будет
влиять изотопная композиция этих планет на жизнедеятель-
страя вода» (рис. 3). Воду с содержанием дейтерия ниже ность организмов? Вопрос тем актуальнее, чем активнее
земного он назвал «медленной», поскольку в ней большин- разворачиваются исследования, связанные с возможной
ство реакций протекают медленнее обычного. Однако при колонизацией Марса, в частности реализацией проекта Mars
достижении 0,030–0,040% вода становится «быстрой», но One. Изотопный состав марсианского льда сильно меняется
дальнейшее обогащение дейтерием снова «замедляет» ее. с географией, и наибольшая концентрация дейтерия найдена
на полюсах — в противоположность Земле, где на полюсах
Воздействие тяжелых изотопов С, О и N находится вода, обедненная дейтерием. Поистине, Марс —
загадочная планета.
О влиянии других стабильных изотопов на живые организмы
почти ничего не известно. Считается, что токсичность их неве- Для изучения этого вопроса Р.А. Зубарев повторил экспери-
лика, а физико-химические свойства образуемых ими соеди- менты по выращиванию бактерий E.coli в минимальной среде.
нений идентичны. Масса дейтерия превышает массу водорода На этот раз он имитировал изотопный состав планет-соседей
1Н в два раза, в то время как масса углерода 13С отличается по содержанию дейтерия в питательной среде, оставляя
от массы 12С всего на 8%. Поэтому, согласно общепринятой изотопный состав всех остальных элементов таким же, как
модели кинетического изотопного эффекта, незначительное и на Земле. Ученый сравнивал рост бактерий в четырех раз-
обогащение биологических молекул тяжелыми изотопами личных средах: для двух из них (Венера и Марс) отличие от
углерода не должно сказаться на скорости реакций. контрольной среды (Земля) состояло только в концентрации
дейтерия, а еще в одной (Марс-N) содержание азота 15N также
Гипотеза изотопного резонанса говорит другое: скорости было приближено к марсианскому (см. таблицу).
биологически значимых процессов достигнут максимума при
резонансных значениях изотопов углерода, кислорода и азота Планета Доля тяжелого изотопа для каждого элемента
в реагирующих молекулах и будут уменьшаться — при удале-
нии от этих значений в любую сторону. Для доказательства Марс-N D 13C 15N 18O
Р.А. Зубарев решил исследовать, с какой скоростью растет Венера
колония бактерий E.coli при различных изотопных композици- Земля 0,084% 1,1% 0,588% 0,2%
ях атомов углерода, азота и кислорода в питательной среде. Марс
1,75% 1,1% 0,364% 0,2%
Ученый выращивал бактерии в минимальной среде, со-
держащей только воду, некоторые неорганические соли и 0,015% 1,1% 0,364% 0,2%
глюкозу как единственный источник углерода. Из этих со-
единений бактерия способна синтезировать молекулы белков 0,084% 1,1% 0,364% 0,2%
и нуклеиновых кислот. Понятно, что изотопный состав среды
неизбежно отразится на содержании изотопов в клеточных Как и ожидали исследователи, в «условиях» Марса,
белках. Чем быстрее протекают ферментативные процессы, Марса-N и Венеры плотность выросших колоний оказалась
тем быстрее должна расти колония. меньше, чем на Земле, причем на Венере — заметно меньше.

В своих экспериментах ученые изменяли изотопный состав От бактерий ученые перешли к более длительным экс-
питательной среды либо только для одного элемента, либо периментам на более сложных организмах — на креветках.
для нескольких элементов в различных комбинациях одно- Для исследователей было важно, что эти морские животные
временно. Оказалось, что как только изотопный состав любого способны выживать в замкнутой среде в течение многих лет.
из элементов приближался к резонансному, скорость роста Креветок помещали в специальные полугерметичные пласти-
колонии увеличивалась. Исследователи наблюдали и явный ковые контейнеры. В каждом контейнере содержалось 300 мл
синергетический эффект, когда концентрации всех трех эле- соленой воды желаемого изотопного состава, волокнистые
ментов достигли резонансной: 15N ~3,5% (по сравнению со палочки, пластиковые и керамические бусины, водоросли и
стандартным земным значением 0,37%), 13C ~ 0,35% (по срав- микробы. Сюда-то и поселяли двух креветок (рис. 4).
нению с 1,1%), 18O ~ 6,6% (по сравнению с 0,2%). В этом случае
скорость роста колонии бактерий увеличилась в среднем на 2%. Среди 25 контейнеров пять были с нормальным (земным)
Наблюдаемый ученым эффект достигался за шесть часов, при содержанием дейтерия (0,015%), пять — с низким (0,012%)
этом концентрация дейтерия оставалась «земной». Очевидно, и пятнадцать — с повышенным содержанием дейтерия (по
что, если дополнительно увеличить содержание дейтерия до пять — 0,03, 0,06 и 0,12%). Эксперимент проводили в течение
резонансных 0,03%, эффект будет еще значительнее. 20 месяцев, каждые две-три недели креветок пересчитывали
(когда креветка умирает, она разлагается и потребляется
Влияние резонансной концентрации азота-15 на коловраток микроорганизмами в течение нескольких дней).
Brachionus plicatil (продолжительность жизни, начало и про-
должительность репродуктивного периода, размер и жизне- Через 20 месяцев из 50 креветок выжило только 16, наи-
большие потери были в контейнерах с максимальным со-
держанием дейтерия, но и содержание 0,06% (в четыре раза
выше земного) негативно сказалось на выживаемости. Оче-
видно, что изотопный состав, приближенный к составу Марса,

20

Среднее количество 6 5-я Европейская
оставшихся креветок конференция
5
по неорганической химии «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
4
Москва,
3 24-28 июня 2019

2 Российское химическое общество им. Д.И.
Менделеева совместно с ИОНХ им. Н.С. Кур-
1 накова РАН, ИНЭОС им. А.Н. Несмеянова РАН
и ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН приглашает
0 Вас принять участие в 5-й Европейской кон-
ференции по неорганической химии (EICC-5).
120 150 300 600 1200 Конференция продолжает череду меропри-
Концентрация дейтерия, ppm ятий, регулярно проводимых Европейским
4 химическим обществом с 2011 года. Преды-
В таких полугерметичных контейнерах выращивали креветок в воде с разным дущие конференции проходили в Манчестере
содержанием дейтерия, в том числе и с «марсианским». Высокое (марсианское) (2011), Иерусалиме (2013), Вроцлаве (2015) и
содержание дейтерия креветки переносили плохо Копенгагене (2017).

даже за 20 месяцев приводит к частичному вымиранию кре- Программой конференции предусмотрены
веток. А эволюция происходит на протяжении миллионов лет! пленарные доклады ведущих российских
и зарубежных ученых, устные сообщения
Также оказалось, что выживаемость креветок при резонанс- и стендовые сессии. Данная конференция
ном содержании дейтерия 0,03% несущественно уменьши- включена в программу научных мероприятий
лась. Р.А. Зубарев объясняет этот факт более быстрым про- международного года Периодической табли-
теканием большинства биохимических процессов, что, в свою цы химических элементов и будет включать
очередь, может означать более короткий срок жизни. Однако круглый стол по этой теме.
данных для четкого ответа недостаточно — средняя продол-
жительность жизни креветок от года до шести лет, в то время Основные тематические
как продолжительность эксперимента — 20 месяцев. Основная направления конференции:
причина уменьшения выживаемости при 0,12% — токсичность
дейтерия, в то время как уменьшение выживаемости при 0,06% координационная и супрамолекулярная химия
может объясняться совокупностью обеих причин. катализ и металлорганическая химия
элементоорганическая химия
Но вернемся к вопросу о том, есть ли жизнь на Марсе. Одно- химия f-элементов
значного ответа на этот вопрос у ученых пока нет. Несмотря бионеорганическая и медицинская химия
на успешность некоторых экспериментов по выращиванию магнетохимия
самых неприхотливых лишайников и бактерий в суровых ус- фотохимия
ловиях, имитирующих марсианские, вероятность выживания неорганические материалы
многоклеточных организмов на Марсе чрезвычайно мала. Тем
не менее некоторые ученые считают, что много миллионов лет Место проведения:
назад жизнь на Марсе существовала, но затем погибла из- Президиум Российской академии наук,
за астероидной атаки или другой космической катастрофы. Москва, Ленинский проспект, 32а.

Гипотеза изотопного резонанса предсказывает, что это Подробная информация о конференции
маловероятно. Изотопный состав основных элементов жиз- и условиях участия — на сайте www.eicc5.ru.
ни  — углерода, водорода, кислорода и азота  — слишком
далек от резонансного для того, чтобы за время существова- 21
ния нашей Солнечной системы на Марсе смогла зародиться
жизнь, подобная нашей. Все биологические важные процессы
должны протекать там значительно медленнее, и даже при
самых благоприятных внешних условиях процесс эволюции
затянулся бы еще на много миллионов лет. Более того, плани-
руя будущие межпланетные перелеты и колонизацию Марса,
необходимо принимать во внимание не только большой пере-
пад температур, низкую гравитацию, отсутствие магнитного
поля, непригодную и разреженную атмосферу Марса, но и
различия в изотопной композиции основных элементов, со-
ставляющих жизнь на Земле.

Литература

Roman Zubarev et al. Early life relict feature in peptide mass distribution // Cent.
Eur. J. Biol., 2010, 5(2), 190—196; doi: 10.2478/s11535-009-0069-2

Roman A.Zubarev. Role of Stable Isotopes in Life—Testing Isotopic Resonance
Hypothesis // Genomics Proteomics Bioinformatics, 2011 Apr; 9 (1–2), 15–20;
doi: 10.1016/S1672-0229(11)60003-X

Xueshu Xie, Roman A. Zubarev. Isotopic resonance hypothesis: experimental
verification by Escherichia coli growth measurements // Scientific Reports , 2015,
5, 9215; doi: 10.1038/srep09215

Xueshu Xie, Roman A. Zubarev. On the Effect of Planetary Stable Isotope Compo-
sitions on Growth and Survival of Terrestrial Organisms // PLoS ONE, 2017, 12(1):
e0169296; doi: 10.1371/journal.pone.0169296

Sergey Rodin, Paola Rebellato, Arne Lundin, Roman A. Zubarev. Isotopic resonance
at 370 ppm deuterium negatively affects kinetics of luciferin oxidation by luciferase
// Scientific Reports , 2018, 8, 16249; doi: 10.1038/s41598-018-34704-0

Eivydas Andriukonis, Elena Gorokhova. Kinetic 15N-isotope effects on algal growth
// Scientific Reports, 2018, 7, 44181; doi: 10.1038/srep44181

Художник В.Камаев

Ребус чистой воды

Кандидат Подробности этой давней истории
физико-математических наук были опубликованы в британской га-
зете «Гардиан» 20 марта 2004 года после
C.М.Комаров того, как «Кока-Кола» в Великобритании
начала изготавливать из местной водо-
Поскольку человека можно в первом приближении рассматривать как проводной воды особую бутилирован-
коллоидный раствор жиров, белков и углеводов в воде, вопрос «что мы ную воду под торговой аркой «Дасани».
пьем?» выглядит совсем не праздно. И множество исследователей пыта- В рекламе было сказано, что ее очистили
ются не только ответить на него, но и найти способ сделать так, чтобы мы от всех вредных примесей по самой со-
пили то, что надо. То есть воду с оптимальным составом растворенных вершенной технологии, разработанной
в ней примесей. Однако порой на этом пути их поджидают ловушки. В в НАСА для обеспечения космических
одну из них попало британское отделение компании «Кока-Кола», и это полетов. Потратив семь миллионов
происшествие привлекло внимание членов Игнобелевского комитета; фунтов стерлингов на разъяснительную
они отметили компанию премией по химии 2004 года. Формулировка кампанию, руководство проекта было
комитета такова: «За использование передовой технологии превраще- уверено в его успехе, но не тут-то было.
ния обычной водопроводной воды в «Дасани», прозрачную форму воды,
которая из соображений безопасности была сделана непригодной для При очистке воды используется так на-
использования потребителями». зываемая технология обратного осмоса.
Суть ее такова. При обычном осмосе
чистая вода, влекомая химическим по-
тенциалом, проходит через мембрану и
разбавляет находящийся за мембраной
раствор чего-нибудь в воде. С точки зре-

22

ния физической химии явление объясня- Разгорелся жуткий скандал, допол- мемуары игнобеля «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
ется энтропией. В чистой воде у каждой нительную ярость придавали сведения
молекулы Н2О соседями оказываются о сверхприбылях компании. Как пишет ковой воды, расфасованной в бутылки,
такие же молекулы, а в растворе в числе журналист «Гардиан», вы только пред- показал, что в ней минералов совсем
соседей есть и молекулы растворенного ставьте: берешь воду из Темзы в районе мало — в среднем 6 мг/л кальция и 3 мг/л
вещества. То есть в чистой воде порядка фабрики, расположенной в Кенте. Пол- магния; то есть, выпив положенные в день
больше, а энтропия — меньше. Система литра такой воды обходится в 0,03 пенса. два литра такой воды, человек нисколько
стремится к росту энтропии – хочет уве- Пропускаешь через процесс очистки, не приблизится к выполнению дневной
личить степень беспорядка; молекулы досыпаешь две щепотки солей — и по- нормы; водопроводная американская
воды устремляются в сторону раствора, жалуйста, продаешь эти же пол-литра вода несколько лучше  — 42 и 10 мг/л
мечтая разрушить унылое однообразие за 95 пенсов! соответственно. Интересно, что в двух
своего окружения. Действие химпо- видах американской воды, на бутылках
тенциала подобно давлению, которое В результате воду «Дасани» в Вели- которых написано, что они родникового
перетаскивает воду в раствор. Поэтому кобритании и по сей день не рискуют происхождения, гавайской «Pure Hawai-
если приложить давление в противопо- делать и продавать. Зато в США, Канаде, ian» и калифорнийской «Sierra», анализ
ложном направлении, можно преодолеть странах Латинской Америки водопрово- вообще не зафиксировал присутствия ни
химпотенциал и заставить воду выходить дную воду исправно очищают, разливают кальция, ни магния, ни натрия («Journal
из раствора, оставляя содержащиеся в в бутылки и продают, обеспечивая на- of General Internal Medicine», 2001, 16,
ней вещества по эту сторону мембраны. селение чистой водой. На соответству- 168–175). При этом в Евросоюзе, где
Сделав такую мембрану, что сквозь нее ющем сайте компании написано, что обрабатывать воду перед упаковкой в
могут проходить только молекулы воды, воду сначала пропускают через угольный бутылки запрещено, таких удивительных
удается получить чистейшую Н2О, а все фильтр, затем обрабатывают обратным феноменов не встречается  — вся вода
соли, органика, вирусные частицы и про- осмосом, по ходу дела обеззараживают в бутылках содержит либо нормальное,
чее формируют концентрат. ультрафиолетом, а после реминера- либо высокое количество солей: даже в
лизации действительно озонируют. А в воде с низкой минерализацией это 54 и
Однако пить прошедшую эту про- данных химического анализа показано, 14 мг/л соответственно кальция и магния.
цедуру воду нельзя, это известно что «Дасани» по содержанию нормиро-
каждому школьнику: соли и минераль- ванных веществ лучше нормативов на Обратный осмос для изготовления
ные вещества, влекомые тем же химпо- чистую воду: вообще не содержит (ниже чистейшей воды из местной водо-
тенциалом, уйдут в такую воду из тканей порога определяемости) ни соединений проводной широко применяет не только
организма, что нехорошо. Кроме того, хлора, ни многочисленной вредной компания «Кока-Кола». Его часто исполь-
лишенная минералов вода еще и не- органики — антибиотиков, пестицидов, зуют как для очистки сточных вод, так и
вкусная  — горькая; приятный вкус она гербицидов и прочего, ни тяжелых ме- для опреснения. Причина популярности
приобретает лишь при наличии в ней таллов, ни пресловутого бромата. в низких затратах энергии — 1,8 кВт на ку-
в ощутимом количестве карбонатов и бометр воды. Однако есть проблема мем-
сульфатов кальция: эксперименты по- При этом, как показывают социо- браны, которая быстро выходит из строя.
казывают, что лучший вкус у той воды, логические исследования, падкая на В связи с тем, что чистой воды становится
где концентрация растворенных солей все новинки молодежь в тех же США все меньше, а грязной  — все больше,
составляет 180–350 мг/л. Поэтому предпочитают именно бутилированную потребность в водоочистке со временем
очищенную обратным осмосом воду водопроводную воду, а не ту, что течет только увеличивается. Соответственно,
минерализуют, например, британские из-под крана, мотивируя это тем, что вкус возрастает и научный интерес к созда-
специалисты американской компании первой гораздо лучше, да и получают ее нию более совершенных мембран: об
добавляли хлорид калия и сульфат в результате очистки использованной этом можно судить по взрывному росту
магния. Однако в своем стремлении к воды, то есть при этом наносится мень- числа публикаций, посвященных борьбе
чистоте они перестарались: зачем-то ре- ший вред окружающей среде. Более с загрязнением на мембранах обратного
шили воду после реминерализации еще того, установками обратного осмоса для осмоса. Так, за последние четверть века
и озонировать. Видимо, предположили, очистки воды многие оснащают свои было опубликовано более 3000 статей
что кашу маслом не испортишь: если коттеджи, а назойливые подрядчики на эту тему, причем если в 2016 году
какая-то дрянь попадет с этими самыми пытаются внедрять эту технологию для было 450 публикаций, то к 2022-му это
солями, то так ее точно удастся добить целых поселений вроде военных баз — об число должно вырасти до 900. О свежих
и компания не посрамит свою честь, вы- этом, например, печалятся индийские успехах в этом направлении можно со-
полнит обещание самой чистой и самой медики. Естественно, очищают воду под ставить представление, прочитав обзор
безопасной воды в мире. лозунгом заботы о здоровье, однако ее специалистов из Лондонского королев-
потребление  — не самая хорошая при- ского колледжа и Нанкайского универ-
Как оказалось, предположения были вычка: очищенную обратным осмосом
справедливы  — в хлориде кальция воду потом могут забыть подвергнуть ситета (КНР) («Science of The Total
имелась небольшая примесь бромида. реминерализации. Как отмечают инду- Environment», 2017, 595, 567–583; doi:
Однако способ борьбы с дрянью был сы, в гарнизонах, оснащенных системой
выбран негодный: при окислении озо- полной очистки, получается вода с низкой 10.1016/j.scitotenv.2017.03.235).
ном бромид превращается в бромат. А минерализацией — в пять — десять раз
он-то обладает высокой канцерогенной меньше, чем если бы ее брали из ис-
активностью, причем его концентрация точника («Medical Journal Armed Forces
в «Дасани» оказалась в два раза боль- India», 2014, 70, 377–379; doi: 10.1016/j.
ше тех 10  мг на литр, что положены по mjafi.2013.11.011). Проблема в том, что
нормативу. Бромата в исходной воде дневная потребность в кальции состав-
не было, да и откуда ему взяться, если ляет для взрослого человека 1200 мг, а в
британские нормативы жестко регу- магнии — 300–400 мг. Большая часть этих
лируют присутствие этого вещества в элементов поступает с пищей, но, если
водопроводной воде. Значит, он возник ее приготовить на излишне чистой воде,
в процессе производства. потери кальция и магния будут велики,
до 60%. Анализ же американской родни-

23

Из него ясно, что особых успехов мате- загрязнения  — осаждение коллоидных загрязняющих веществ гораздо больше,
риаловеды не достигли. Так, мембраны, частиц размером от одного нанометра чем в исходном растворе. При этом, кон-
как и в 70-х годах, делают из одного и до микрона. Их могут формировать и центрация все-таки не может быть очень
того же типа полимеров — тонкопленоч- упомянутые органические соединения, большой — иначе на мембране несмотря
ного полиамидного композита. Для того и неорганические  — алюмосиликаты, на все ухищрения начнут расти кристал-
чтобы разнообразная грязь меньше осе- кремнезем или оксиды/гидроксиды лы солей. То есть объем грязных вод,
дала на их поверхностях, пытаются вво- железа. Чем мельче частицы коллоида, оставшихся после очистки, оказывается
дить в состав композитов всевозможные тем более плотную пленку они форми- совсем не маленьким, много больше,
наночастицы  — от антибактериального руют, и мембрана тем быстрее приходит чем получено чистой воды, и нужно ду-
коллоидного серебра до нанотрубок, по- в негодность. Борются с ними, как и с мать, куда сливать этот концентрат. Хо-
вышающих гидрофильность поверхно- растворимыми органическими приме- рошо, если речь идет об опреснительной
сти и затрудняющих прилипание грязи, сями  — после обеззараживания воду установке — соленый раствор возвраща-
однако революции пока не случилось. Не обрабатывают коагулянтом, например ется в соленое море, и никто из-за этого
случилось и с заменой самого основного алюминиевыми квасцами. Коагулянт особенно не расстраивается. Иное дело,
материала мембраны на какой-то другой заставляет мелкие частицы коллоида когда очистительная установка стоит на
полимер. слипаться в крупные, которые проще суше и работает с изначально пресной
удалять, либо пробулькивая воздух — ча- водой: очевидно, что со временем вода и
Вто же время достигнута ясность с стицы всплывают вместе с пузырьками, почва в окрестностях станут засоляться.
самим процессом загрязнения и либо пропуская воду сначала сквозь Оказывается, не это главная беда. Ос-
с поиском способов, как его предот- гранульный фильтр. Потом можно еще новная же связана с тем, что в водоемах,
вратить. Так, сейчас выявлено четыре поставить мембранный фильтр и про- особенно в развитых странах с интенсив-
механизма. Прежде всего, на мембране вести тонкую очистку. Так удается изба- ным сельским хозяйством или в местах с
может вырасти бактериальная пленка. виться от мельчайших частиц и защитить высокой плотностью населения, сточные
Плотно покрыв ее поверхность  — как дорогую мембрану обратного осмоса от воды оказываются загрязнены опасными
своими телами, так и продуктами жиз- отложений. органическими веществами. Во-первых,
недеятельности: полисахаридами, бел- это разнообразные ядохимикаты, а во-
ками, жирами, — бактерии прекращают С четвертым видом загрязнения — не- вторых — содержащиеся в лекарствах и
движение воды. Главная беда в том, что органическими кристаллами, растущими косметике гормоны, обезболивающие,
приходится иметь дело с живым веще- на мембране, — столь легко справиться антибиотики, антивирусные агенты
ством. То есть даже если остановить не удается. Как правило, это нераство- и прочие подобные соединения. Они
врага на дальних рубежах, несколько римые соли кальция — карбонаты и суль- действуют в достаточно малых концен-
бактерий все равно как-нибудь да про- фаты, а также соли бария и стронция. трациях, зато из организма выходят в
сочатся к мембране, высадятся на ней Они появляются из-за того, что по мере относительно большом количестве. И
и, при наличии питания, неизбежно удаления воды из очищаемой емкости со сточными водами попадают в водо-
создадут там колонии. Те, развиваясь, содержание солей в ней растет и может емы, а оттуда возвращаются в водо-
заполнят все свободное пространство. превысить предел растворимости. Полу- провод («Environmental Science Pollution
Поэтому самый действенный метод  — чится перенасыщенный раствор, и соль Research», 2016, 23, 12835–12866; doi:
лишить бактерии питания, удалив весь перейдет в твердую форму. Бороться с 10.1007/s11356-016-6503-x). Такие веще-
растворенный углерод заранее. На прак- кристаллами трудно, еще труднее потом ства, выдержав водоподготовку, будут
тике, впрочем, прибегают к уничтожению отмывать мембрану, особенно если на концентрироваться при использовании
бактерий с помощью хлорирования воды них успела осесть какая-то органика. обратного осмоса, и такой концентрат
либо ее озонирования. Первый способ и Одним из действенных методов счи- может оказаться опасным. Всего в водах
привычнее, и надежнее, но возникающие тается предварительное удаление из разных заводов по очистке в концентрате
активные соединения хлора портят мем- воды ионов железа — в их присутствии после обратного осмоса обнаружено
брану. Материаловеды же предлагают кристаллы карбоната и сульфата каль- более сотни потенциально опасных ве-
включать в состав мембран коллоидное ция зарождаются гораздо быстрее. Для ществ. Хорошо, что они органические —
серебро — на таких перспективных ма- борьбы с осаждением солей применяют их можно разложить на составные части.
териалах колонии бактерий практически либо ингибиторы — при этом возникает Для этого предлагают облучение ультра-
не образуются. опасность появления кристаллов столь фиолетом и обработку перекисью водо-
же неприятного фосфата кальция, рода — такой метод оказывается самым
В принципе, слой из тех же белков-по- либо ионообменные умягчители  — их действенным  — либо менее дорогие
лисахаридов-жиров может возникнуть недостаток состоит в замене кальция озонирование и извлечение активиро-
на мембране и без помощи микробов — натрием, который считают вредным для ванным углем. Однако никто не может
если молекулы этих веществ растворены здоровья элементом. поручиться, что такое преобразование
в очищаемой воде, например воде из органического вещества не приведет к
канализации. Исследователи для сво- В общем-то большую часть этих ме- отмеченному Игнобелевским комитетом
ей работы берут бычий сывороточный тодов применяют и для стандартной казусу с образованием гораздо более
альбумин как типичный белок, содер- подготовки водопроводной воды. Неуди- ядовитого соединения. Поэтому, с уче-
жащийся в водорослях альгинат, — как вительно, что «Кока-Кола» использует том того, что проблема чистой пресной
полисахарид и гуминовую кислоту для именно такую воду для своего произ- воды будет только усугубляться по мере
моделирования поведения прочей ор- водства: основная часть работы уже роста населения планеты и повышения
ганики. Оказалось, стоит только первой проделана, и можно сосредоточиться на его благосостояния, у специалистов
молекуле прилипнуть к мембране и к тонкой очистке. остался непочатый край работы по раз-
ней охотно присоединяются и другие, гадыванию ребусов чистой воды.
причем альгинат прекрасно формирует Однако существует закон сохранения
комплексы с белком и мембрана быстро грязи: нельзя что-либо очистить,
зарастает. Процесс начинается с осе- ничего не испачкав, и его следствие:
дания маленьких молекул, а затем уже можно, ничего не очистив, испачкать всё.
к ним присоединяются крупные. Ана- В соответствии с этим законом, после
логично действует и третий механизм очистки воды обратным осмосом оста-
ется концентрат. В нем концентрация

24

Осмотические
стрельбы

М ожно ли на Земле добиться клетки со сжатием цитоплазмы внутри Технологии и природа «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
клеточной оболочки. Вот примеры того,
ускорения в миллионы раз больше, чем как эти механизмы работают. их созревании начинается накачка воды
g, ускорение свободного падения на по- внутрь сумки, которая постепенно рас-
верхности нашей планеты? На первый Возьмем гриб иудино ухо. Он исполь- тягивается. Однако это растяжение не
взгляд кажется, что вряд ли. Так, снаряд, зует для разбрасывания спор первый может противостоять возрастающему
вылетающий из ствола пушки имеет все- механизм, хотя аналогично действуют давлению. Однажды сумка прорывается
го 46 тысяч g, а человек может выдержать и многие другие съедобные грибы. Суть в своей вершине и споры с неимоверной
не более 160 g. Миллион земных g — это механизма такова. Спора гриба имеет скоростью катапультируются вместе со
уже дальние космические объекты, на- вид изогнутой фасолины. На ней об- струйкой воды. Аналогично поступает
пример, белый карлик. Однако специ- разуются две капли воды: одна в самом сфагнум, только он задействует третий
алистам («PLOS ONE»; doi:10.1371/journal. низу, рядом с тем местом, где спора механизм — испарение. Рабочим телом
pone.0158277, 25 июля 2016 года) из- крепится к стеригме — тончайшему выро- ему служит воздух: стенки споровой
вестно, что именно на Земле это совсем сту, удерживающего спору (по стеригме капсулы, теряя воду, сжимаются и сдав-
не чудо: с ускорением 5,5 млн g вылетает созревшее ядро как раз и попадает в ливают воздух. Тот, в конце концов сорвав
гарпун из гидроидного полипа  — стре- спору, после чего, видимо запускается крышку, вылетает с огромной скоростью,
кающего колониального кишечнопо- процесс перекачки воды, ведущий к от- прихватив с собой споры мха, которые
лостного. И «артиллерийские» 100–150 стрелу). Вторая же капля формируется поднимаются на 10–15 см в высоту. Здесь
тыс  g  — отнюдь не экзотика  — с таким в ложбинке посередине споры. Когда у них есть шанс выйти из ламинарного в
ускорением разлетаются споры многих капли дорастут до такого размера, что турбулентный поток приземного воздуха
грибов. При этом фантастическими у них их края встретятся, произойдет слияние. и улететь далеко от родного болота.
оказываются не только ускорения, но и Под действием поверхностного натяже-
развиваемые скорости. Рекордсменом ния весь объем первой капли мгновенно Очень интересен механизм катапульты,
служит вредитель злаковых посевов перемещается во вторую. Это создает используемый белой шелковицей — той
грибок Gibberella zeae: его споры летят со момент движения, спора отрывается от самой, листьями которой китайцы издав-
скоростью 1200 км/ч при ускорении в 840 стеригмы и летит со скоростью 4 км/ч при на кормят своих шелковичных червей —
тыс g. Правда пролетают они, по нашим ускорении 3200 g. Пролетает, впрочем, для разбрасывания своих пыльцевых
меркам, недалеко — на один сантиметр немного, всего полмиллиметра. А далее зерен. У цветка шелковицы пыльник
(по меркам споры — это как десятки ки- вся надежда на то, что воздушный поток похож на подсолнух — это большой диск
лометров для человека), что не мешает подхватит спору и унесет ее подальше на длинной ножке. Изначально ножка со-
грибку быстро заражать посевы и зерна, от гриба. гнута, а пыльник приделан к ложу цветка.
вызывать стеблевую гниль кукурузы или По мере созревания пыльцы ножка нали-
фузариоз колоса пшеницы и наносить Гораздо надежнее механизм, связан- вается водой и возникают сильные упру-
миллиардные убытки земледельцам. А ный с наполнением клеток водой. Его гие напряжения. Но вот пыльца созрела,
вот гриб-пушка Pilobolus kleinii хоть и с использует гриб сфероболюс звездча- а влажность окружающей среды упала.
меньшей скоростью — 30 км/ч — выбра- тый, похожий на небольшой дождевик. У Пыльник начинает подсыхать, связь его
сывает спорангии (мешочки со спорами) такого гриба спорангий лежит поначалу с ложем разрывается, ножка распрям-
на 2,5 метра. Сфагнум отстреливает спо- внутри оболочки плодового тела. При ляется, головка пыльника движется с
ры со скоростью в 100 км/ч при ускорении созревании верхняя ее часть разрыва- огромным угловым ускорением  — до
73 тыс g, а белая шелковица отправляет ется, а слой оболочки под спорангием 5 млн радиан на секунду в квадрате — и
в полет свою пыльцу со скоростью 853 начинает наливаться водой  — этому пыльца летит подобно камню из какой-
км/ч, то есть быстрее пассажирского способствует превращение гликогена нибудь древнегреческой катапульты,
самолета. Рекорд по дальности стрель- в глюкозу. Давление в клетках растет, только гораздо быстрее.
бы поставило растущее в габонских создавая так называемый тургор. У гри-
джунглях дерево Tetraberlinia moreliana: бов оно может достигать колоссального Вся эта история про удивительные спо-
при высоте 15 метров оно выстреливает значения в сотню атмосфер; благодаря собности растений и грибов к метанию
семена весом 2,5  г на расстояние в 60 этому, например, городские шампиньо- предметов порождает несколько вопро-
метров. ны взламывают толстые слои асфальта. сов. Например, как же устроены споры,
Когда напряжение в оболочке достигает что они выдерживают чудовищные на-
Удивительно, но за всеми этими ре- критического значения, она мгновенно грузки во время полета с ускорением в
кордами стоит одно и то же явление  — выворачивается наружу, подобно древ- сотню тысяч g? Как грибы умудряются
осмос. Да-да, чудовищных, недоступных неримской баллисте выбрасывая ядро накачивать в свои нежные клетки воду
человеческой технике ускорений расте- на расстояние до 6 метров. От гриба до тех же давлений, которые человек
ния и грибы-бомбардиры достигают все- остается разорванная оболочка, лоскуты получает только в специально сделанных
го-навсего перекачиванием воды сквозь которой разложены подобно звезде  — баллонах из прочной стали или много-
полупроницаемую мембрану. отсюда и название. слойных композитов? И, наконец, нет
ли возможности, присмотревшись к
Исследователи выделили три меха- Этот механизм работает и по-другому: «грибным» методикам, провести их мас-
низма создания запаса упругой энергии энергия копится в дополнительном ра- штабирование, научиться с помощью,
для выброса снаряда. Это конденсация бочем теле. Например, у зловредного очевидно, весьма экономичных техноло-
воды на поверхности клеток, проникно- гриба Gibberella zeae, как и его много- гий осмоса, без использования пороха и
вение воды внутрь клеток с разбуханием численных родственников аскомицетов, прочих горючих веществ, придавать раз-
цитоплазмы и испарение воды изнутри имеется плодовая сумка со спорами. По личным предметам огромные ускорения?

С. Анофелес

25

Страшные
трансжиры

Жиры, как известно из для данного организма, а частично  — Художник Ф.Э. Ниеминен
школьной химии,  — это как источник энергии.
жирные кислоты, получается животный
сложные эфиры глицерина и органи- Такие же превращения можно про- жир, если ненасыщенные — раститель-
ческих кислот. Если кислоты имеют вести и вне организма. В результате ное масло. В ряде случаев жир при 20°С
длинную (и чаще всего неразветвлен- частичного гидролиза триглицеридов твердый, но плавится уже при неболь-
ную) цепочку из атомов углерода, их образуются ди- и моноглицериды, ко- шом нагреве. Таково, например, паль-
называют жирными. В природных жирах торые можно снова превратить в синте- мовое масло или масло какао. Посколь-
таких кислот больше всего. Например, в тические триглицериды, используя уже ку природные жиры — сложные смеси,
свином сале может содержаться до 31% другие кислоты, причем необязательно у них нет определенной температуры
гексадекановой (пальмитиновой) кис- жирные. Так получают различные пище- плавления (застывания), а только не-
лоты, до 23% октадекановой (стеарино- вые добавки. Их используют в качестве который интервал. Так, говяжий жир (он
вой) кислоты (это насыщенные кислоты) эмульгаторов, модификаторов и стаби- содержит 53–65% насыщенных жирных
и до 44% ненасыщенной октадеценовой лизаторов пищевых продуктов. Напри- кислот) плавится в интервале от 44 до
(олеиновой) кислоты. В молекулах этих мер, Е471 — это моно- и диглицериды 55°С, тогда как подсолнечное масло
кислот 16 или 18 атомов углерода. жирных кислот; если при их этерифи- (10–12% насыщенных жирных кислот)
кации использовать уксусную кислоту, застывает лишь в интервале от –16 до
В молекуле глицерина три гидрок- получается пищевая добавка Е472а, –19°С. Дело осложняется еще тем, что
сильные группы, и с каждой из них использование молочной кислоты дает в твердом виде жиры и масла образуют
может связаться одна молекула кисло- Е472b, лимонной кислоты — Е472с, вин- несколько кристаллических модифика-
ты. В результате получается молекула ной кислоты — Е472d. В организме они ций; например, у масла какао их шесть,
триглицерида (анализ на триглицериды расщепляются на легко усваиваемые
в крови проводят для диагностики на- компоненты.
рушений жирового обмена и оценки
риска развития атеросклероза). При на- Консистенция жира и его темпера-
гревании жиров с растворами щелочей тура плавления зависят от прочности
происходит расщепление (омыление) кристаллической решетки триглицери-
триглицеридов с высвобождением гли- дов. А эта прочность зависит от того,
церина и мыла — солей жирных кислот. насколько удобно могут упаковываться
Длительное нагревание жира с чистой длинноцепочечные хвосты жирных кис-
водой приводит к образованию сво- лот. Если жирные кислоты насыщенные
бодных жирных кислот. Расщепление (например, стеариновая или пальмити-
триглицеридов значительно ускоря- новая) и образуются группами –СН2–,
ется в присутствии фермента липазы. то такие цепочки гибкие, что облегчает
В организме человека этот процесс их взаимное наиболее выгодное рас-
происходит в тонком кишечнике, а ли- положение. Гибкость цепочек обеспе-
паза вырабатывается в поджелудочной чивает свободное вращение вокруг
железе. Обратный процесс образова- одинарной связи С–С. Соответственно,
ния триглицеридов из жирных кислот и такой жир будет твердым при комнатной
глицерина называется этерификацией. температуре. Если жирные кислоты
ненасыщенные (например, олеиновая
В одной молекуле триглицерида три или линолевая) и в составе их цепочек
кислотных остатка могут быть одина- есть одна или несколько двойных свя-
ковыми или разными. А так как жирных зей –СН=СН–, то гибкость таких цепочек
кислот известно множество (только в резко снижается (вращение вокруг
молоке их найдено около 400), это дает связи С=С невозможно), им намного
огромное количество различных при- труднее упаковаться в твердый кри-
родных триглицеридов; в том же молоч- сталл. Значит, такой жир при комнатной
ном жире до 98% жирных кислот входят температуре будет жидким.
в состав 43 основных триглицеридов.
Когда в тонком кишечнике липаза рас- Традиционно жидкие жиры называют
щепляет триглицериды, то высвобо- маслами. В природных жирах можно
дившиеся жирные кислоты организм найти самые разные сочетания на-
частично использует для повторного сыщенных и ненасыщенных жирных
синтеза триглицеридов, специфичных кислот. От их соотношения в основном
и зависят физические свойства жиров и
Продолжение. Начало в № 1, 2018 масел. Если преобладают насыщенные

26

и каждая имеет свою температуру в виде маргарина: при его производстве Сто химических мифов «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
плавления. Значительно отличаются широко использовалось гидрирование
и химические свойства насыщенных и растительных масел, в результате транс- исследуемых людей  — сколько и чего
ненасыщенных жирных кислот. Первые жиров в маргарине могло быть до 9%. они съедают каждый день, а без этого
гораздо стабильнее, тогда как вторые Но современные технологии позволяют нельзя набрать статистику. (Очевид-
могут окисляться даже кислородом значительно снизить этот уровень. Бо- но, что невозможно большую группу
воздуха. В результате окисления (а лее того, появились сорта маргарина, людей кормить продуктами с повы-
также гидролиза) растительные масла вовсе не содержащие гидрированные шенным содержанием трансжиров, а
прогоркают. жиры. Их заменили водные эмульсии другую группу оставить для контроля.)
растительных масел и животных жи- Кроме того, неблагоприятный эффект
Химики хорошо знают, что у со- ров. А если все же трансжиры попадут от трансжиров трудно отделить от
единений с двойной связью возможно в пищу  — что будет? В разных статьях эффекта насыщенных жиров, которые
существование двух изомеров, в за- можно прочитать, что они «повреждают употребляются одновременно. Имею-
висимости от взаимного расположения стенки артерий, вызывают сердечно-со- щаяся информация свидетельствует,
заместителей (в данном случае — ато- судистые и онкологические заболевания, что трансжиры не влияют на рост тканей
мов водорода) при двойной связи. болезнь Альцгеймера и депрессию». И в организме человека, на репродукцию,
Если они находятся по одну сторону даже что транс-конфигурация «считается на заболевание раком молочной и
от связи С=С, к названиям таких изо- неправильной, так как организм человека предстательной железы и кишечника.
меров добавляется префикс цис-, а просто неспособен ее воспринимать на Однако они увеличивают риск сердеч-
если по разные стороны  — префикс клеточном уровне». Насколько это до- но-сосудистых заболеваний, но эффект
транс-. Эти термины ввел в 1874 году казано? невелик. Причина — увеличение ЛПНП
один из основателей стереохимии Вант- (липопротеинов низкой плотности,
Гофф; на латыни cis — по эту сторону, Начнем с того, что в природных жи- «плохого холестерина») и одновремен-
trans  — по ту сторону, за, через (так, рах и маслах ненасыщенные жирные ное снижение ЛПВП (липопротеинов
трансурановые элементы следуют в кислоты присутствуют как в цис-, так и высокой плотности, «хорошего холе-
Периодической системе за ураном). в транс-конфигурации. Например, мо- стерина»). Показано, что употребление
Молекулы (в том числе и жирных кислот) лекула олеиновой кислоты имеет цис- продуктов с очень большим (до 40%)
с цис-конфигурацией имеют уголковую форму, а элаидиновой — транс-форму. содержанием трансжиров повышает
форму, а с транс- конфигурацией более В молекуле линолевой кислоты — две шансы развития сахарного диабета.
линейны и по своей форме больше по- сопряженные (разделенные одной про-
хожи на насыщенные жирные кислоты. стой связью) двойные связи, причем Врачи и диетологи дружно рекомен-
У полиненасыщенных жирных кислот с одна — в цис-конфигурации, другая — дуют «сбалансированную диету», тем
несколькими двойными связями цис- в транс-. Еще в 1979 году в опытах на не менее в разных странах их рекомен-
транс-изомерия возможна у каждой мышах была обнаружена антираковая дации различаются. Все же есть общее
двойной связи. Различие в форме активность линолевой кислоты. Более мнение о желательности ограничить
цис- и транс- фрагментов в молекулах того, предполагают, что эта кислота потребление не только животных жиров,
жирных кислот имеет важное биологи- снижает риск сердечно-сосудистых но и растительных масел — чтобы они
ческое значение, поскольку триглице- заболеваний и воспалительных про- давали в сумме не более трети всех
риды входят в состав биологических цессов. Но и эти данные пока основаны калорий, причем насыщенные жиры
мембран. только на опытах с животными. должны давать не больше 10% калорий.
Следует учесть, что в обычном раци-
Растительные жиры дешевле живот- Трансжиры содержатся в коровьем и оне люди потребляют намного боль-
ных, поэтому химики давно думали о козьем молоке, в говядине и баранине, ше насыщенных жирных кислот, чем
том, как превратить ненасыщенные а также в жире тропических плодов транс-ненасыщенных. Поэтому роль
соединения в насыщенные. Такой дуриана: в них может быть до 2,5% последних относительно невелика, и
процесс происходит в результате элаидиновой (транс-9-октадеценовой для снижения риска сердечно-сосуди-
присоединения водорода по двойной кислоты). Образование трансжиров стых заболеваний следует ограничить
связи и называется гидрированием. в желудке жвачных животных проис- потребление насыщенных жиров.
Свободный молекулярный водород в ходит в результате той же цис-транс-
реакцию вступать не будет, его нужно изомеризация, только катализатором И. А. Леенсон
активировать катализатором. Такой служит не никель, а ферменты. В ре-
катализатор, в виде нагретого мелко- зультате в мясных и молочных продуктах
дисперсного никеля, использовали в могут содержатся и трансжиры, их там
1897 году французские химики Поль 5–8%. Поэтому неверно высказываемое
Сабатье и Жан Батист Сандеран. Ре- иногда мнение, что трансжиры появи-
акцию Сабатье — Сандерана широко лись в рационе человека недавно и для
используют в производстве маргарина. их усвоения в организме еще «не успели
Ее проводят при давлениях от 2 до 10 сформироваться нужные ферменты».
атм и температурах от 160 до 220°С в Интересно, что если коровы много
присутствии до 0,1% никелевого ката- месяцев пасутся на пастбище, а не
лизатора. Процесс осложняется тем, кормятся комбикормами в стойлах, то
что помимо гидрирования двойных в их мясе и молоке содержание транс-
связей происходит их изомеризация, а жиров выше. Кулинарная обработка
также перемещение по цепи. В резуль- при высоких температурах повышает
тате может образоваться от 5 до 40% содержание трансжиров. Есть они и в
транс-жирных кислот. женском молоке.

Насколько опасны транс-ненасыщен- Вообще, биологическая роль транс-
ные жирные кислоты? Раньше они по- жиров изучена недостаточно. Напри-
падали в продукты питания в основном мер, мало данных о вкусовых привычках

27

Flickr.com / NTNU, Faculty of Natural Sciences

Пыльца с табличкой «охраняется государством». В отделении пульмо-
нологии дежурный врач начал расспрашивать о перенесенных
Доктор технических наук заболеваниях, операциях и причинах, которые привели меня
в больницу. Я рассказал, что, когда был студентом, у меня
Б.В. Поленов после ныряния в подмосковных водоемах всегда начинался
сильный насморк и еще тогда лечащий врач сказал, что это
Весна в том году в Подмосковье выдалась поздней, до начала не простуда, а «сенная лихорадка». После осмотра меня на-
мая стояли холода. Москвичи соскучились по своим дачам и правили в палату, где я и уснул.
садовым участкам. В квартирах на окнах уже сильно выросла
рассада, на полу стояли купленные саженцы кустов и дере- В ту весну переполненными оказалось большинство отде-
вьев, но ехать на природу было рано. лений пульмонологии в больницах Москвы и Подмосковья.
Жертвами аллергических приступов становились даже мо-
А затем внезапно стало тепло, и все растения зацвели лодые и практически здоровые люди, которые раньше знать
одновременно. Подъезжавшие к Москве люди видели, что не знали ни про какую сенную лихорадку. Многие после этого
город находится под колпаком смога — дыма, копоти, пыли начали держать на даче антигистаминные таблетки.
и, видимо, пыльцы.
От фараона до Ричарда III
Оказавшись на садовом участке в конце мая, я почувство-
вал себя хуже, чем в городе. До этого я где-то подцепил В настоящее время люди все чаще страдают от аллергии, при-
инфекцию, обострился бронхит, начался сильный кашель. чем в больших промышленных городах чаще, чем в деревнях
Как обычно, не было желания идти к врачу, казалось, все со и поселках. Если век назад аллергия была у 1–2% населения,
временем пройдет и я вот-вот поправлюсь. Утром, выйдя на то сегодня — у 20–30%. Каждый год обнаруживаются новые
крыльцо, я увидел, что моя машина, еще вечером чистая, по- аллергены, как природного происхождения, так и созданные
крыта миллиметровым слоем пыльцы, как и поверхность воды человеком. Известны случаи наследственной склонности к
в бочках. Позавтракав, я приступил к работе в саду. Однако аллергическим заболеваниям, но она появляется и в семьях,
к обеду почувствовал, что становится все труднее дышать. где раньше никто не болел. Есть убедительная гипотеза,
Затяжной кашель не прекращался, таблетки не помогали, и что аллергии способствует улучшение личной гигиены к со-
вечером я вызвал местную «скорую». временном мире: более редкие контакты с потенциальными
аллергенами приводят к гипертрофированной реакции
Бригада приехала довольно быстро. Медсестра сделала иммунной системы на сравнительно безобидные вещества.
мне укол, врач, мужчина средних лет, внимательно выслу-
шал меня, объяснил, что лекарство, которое я в последнее Тем не менее об аллергии знали еще в Древнем Египте.
время принимал, можно было использовать при обострениях Описание аллергической бронхиальной астмы дается в па-
бронхита или астмы только разово, и посоветовал срочно пирусе Эберса  — медицинском сочинении, датированном
вернуться в город. примерно 1600 годом до н. э. Там же приводятся и вполне
разумные наставления по лечению ингаляциями. (А вот по-
Через час оказываюсь в ночной Москве. В поликлинике по пулярная история о том, что от анафилактического шока по-
месту жительства в такое время пациентов, конечно, никто не сле укусов пчел или ос якобы умер фараон Менес, оказалась
ждал. Приняла меня старая больница, основанная во второй вымыслом: никаких изображений закусанного насекомыми
половине XIX века. Она расположена на территории бывшей фараона в его гробнице или на саркофаге не обнаружено.)
усадьбы  — своего рода островок старой Москвы с много-
вековыми дубами и тополями, палисадниками и клумбами. Одним из первых дал медицинское описание аллергии
Главный корпус — здание с портиком и высокими колоннами, древнегреческий врач Гиппократ. В четырехсотых годах до
н. э. он обнаружил у некоторых пациентов кожные высыпания,

28

появляющиеся после употребления в пищу сыра из коровьего Размышления «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
молока. Во II веке н. э. римский врач Гален упоминает о па-
циенте, который неудержимо чихал, понюхав розу. В конце В 1906 году австрийский педиатр Клеманс Пирке  — тот
первого тысячелетия н. э. Ибн Сина (Авиценна) описал «ве- самый, чьим именем названа знаменитая проба на туберку-
сенний» насморк, появлявшийся во время цветения цветов, лез, — заметил, что у некоторых детей вакцина против оспы
а также аллергическую реакцию на мед. вызывает необычную реакцию. Он и американский педиатр
венгерского происхождения Бела Шик назвали эту реакцию
Есть множество исторических анекдотов об аллергии. Как аллергией (от греческих слов «allos» — «другой» и «ergon» —
пишет Томас Мор, Ричард III, последний английский король способность к действию, реакция).
из династии Йорков, правивший с 1483 по 1485 год, проезжая
мимо сада епископа Эли в Холберне, увидел прекрасную Аллергия вступила вместе с нами в космическую эру. В на-
землянику на грядках и попросил прислать ему этих ягод в чале июня 1971 года Государственная комиссия за одиннад-
Вестминстер. А несколько позже он вышел к приближенным цать часов до старта отстранила от полета Алексея Леонова,
мрачный и злой, поднял рукав, показал свою «высохшую» Петра Колодина и Валерия Кубасова, которые должны были
руку, обвинил лорда Гастингса в попытке заколдовать короля лететь на космическом корабле «Союз-11». Подозрительное
и стал требовать его казни. Странный аргумент, учитывая, затемнение в легких у бортинженера Кубасова, как выяс-
что иссохшей рука Ричарда была и раньше. В ХХ веке иссле- нилось позднее, было вызвано легкой формой аллергии на
дователи предполагали, что рука могла быть отечной из-за цветение одного из местных растений. Печальная ирония
острой аллергии на сезонную ягоду, тем более что в этой же судьбы в том, что дублирующий экипаж  — Георгий Добро-
сцене упоминаются опухшие искусанные губы короля («British вольский, Владислав Волков и Виктор Пацаев  — 30 июня,
Medical Journal», 1956, 1, 4978: 1301). И в самом деле, для при возвращении на Землю, погиб из-за разгерметизации
средневекового человека, особенно если он ожидает само- спускаемого аппарата.
го плохого от своего окружения, колдовство было наиболее
вероятным объяснением этой непонятной болезни. Болезнь века

Некоторые историки считают, что на исход битвы англо-гол- Помимо пыльцы злаков и цветов причиной аллергии может
ландских и прусских войск с французскими при Ватерлоо 18 быть пыльца деревьев — березы, ольхи, ясеня, лесного ореха
июня 1815 года повлияла простуда у Наполеона. Есть мнение, (лещины), распространенных сорняков — амброзии, полыни
что это была не простуда, а приступ аллергии — якобы ветер обыкновенной и др. Тополиный пух, вопреки распростра-
принес пыльцу с окрестных цветущих полей, у императора ненному мнению, сам не аллергенен, но переносит пыльцу.
начались сильный насморк и резь в глазах. Он допускал одну В крупных городах многих стран, в том числе и России, в
ошибку за другой и в результате при имеющемся преимуще- последние годы ведут мониторинг концентрации пыльцы в
стве проиграл сражение. воздухе и составляют аллергопрогноз, который размещают
в Интернете.
Сенная лихорадка у космонавта
Первая волна обострений — покраснение, воспаление или
В 1819 году врач Джон Босток сделал в Лондонском медико- зуд кожи, ринит и коньюктивит  — начинается у аллергиков
хирургическом обществе доклад «Случаи периодического весной, когда в воздухе появляется пыльца деревьев. Вторая
повреждения глаз и грудной клетки». Пациент J.B. 46 лет (сам волна возникает, когда цветут зерновые и кормовые злаковые:
Босток) «примерно с восьми лет каждый год в начале или мятлик, тимофеевка, овсяница... Третья волна, осенняя — так
середине июня страдал от следующих симптомов: ощущение называемая грибковая аллергия  — начинается при сырой
жара и распухания в глазах, сначала по краям век, и особенно погоде, когда на опавшей листве растут грибки.
во внутренних углах, но через некоторое время вокруг всего
глазного яблока; небольшая степень покраснения в глазах Аллергию могут вызвать перьевые подушки, сигаретный
и слезотечение; ухудшение до сильного зуда и жжения, дым, ковры, обивка диванов, набивочные материалы, про-
воспаления и выделения очень обильной густой слизистой дукты жизнедеятельности клещей, обитающих в домашней
жидкости. К этим симптомам добавились чихание, тяжесть пыли. Пищевая аллергия может возникнуть и от экзотиче-
в груди и затрудненное дыхание». Никакие медицинские ме- ских продуктов, и, как отмечал Гиппократ, от обыкновенного
тоды того времени, от кровопускания до опия, ртути и коры молока. Аллергенами могут быть вещества, содержащиеся
хинного дерева, облегчения не приносили, но больному было в слюне и на шкуре кошек и собак. Опасная аллергическая
легче, если он не выходил из дома. Среди факторов, прово- реакция у людей может начаться после укуса насекомых и
цирующих обострение, Босток назвал «сильный влажный жар, ядовитых животных.
яркий свет, пыль или другие вещества, проникающие в глаза,
и любые обстоятельства, которые повышают температуру». Семьям, в которых есть аллергики, врачи и кинологи ре-
И все же он отметил как основную причину «испарения от комендуют приобретать породы собак, шерсть которых не
свежего сена, почему это и получило популярное название приводит к аллергическим реакциям. В ряде стран заводчики
сенной лихорадки». Сегодня мы называем эти симптомы кошек путем скрещивания вывели гипоаллергенных котят.
аллергическим ринитом, конъюнктивитом и астмой. Некоторые отели в своей рекламе стали сообщать клиентам,
что у них помещения и номера (стены, пол, мебель, постели)
Интересно, что современные английские историки меди- без аллергенов.
цины отмечают крайнюю редкость этого заболевания до XIX
века, то есть до начала промышленной революции, которая 29
сопровождалась загрязнением воздуха («Journal of the Royal
Society of Medicine», 2011; doi: 10.1258/jrsm.2010.10k056).

То, что причина сенной лихорадки — именно пыльца, экс-
периментально доказал другой английский врач, Чарльз
Блэкли. Его книга вышла в 1873 году и заслужила благодар-
ность самого Чарльза Дарвина. В России первое сообщение
о поллинозе (от латинского «pollen» — «пыльца») сделал в
1889 году Л. Силич на заседании Общества русских врачей
в Санкт-Петербурге.

приступами удушья вплоть до летального исхода. Аллергия
вносит вклад в развитие хронической обструктивной болезни
легких (ХОБЛ), для которой характерно прогрессирующее
и частично необратимое ограничение воздушного потока в
дыхательных путях.

Размышления …В больнице, где я оказался, пациентам-аллергикам про-
водят процедуру, которая позволяет установить, что именно
Но аллергиков становится все больше. Есть мнение, что стало аллергеном. На тыльной стороне руки делают неболь-
через 10–15 лет аллергией будет страдать каждый второй шие надрезы, капают на них растворы и сравнивают кожные
европеец. Хотя, по некоторым данным, аллергики меньше реакции. Таким способом можно исследовать воздействие
подвержены онкологическим заболеваниям, это слабое примерно 20 типов аллергенов (пыльцы, пыли, шерсти живот-
утешение. Аллергическая реакция тоже может быть опасной ных, различные пищевые продукты, химические вещества).
для жизни, если разовьется анафилактический шок, который
вызывает спазм бронхов. Человек начинает задыхаться, за- После шести дней интенсивного лечения меня в стабильном
тем у него резко падает давление. Все это происходит за 5–30 состоянии выписали. Теперь моя основная задача —избежать
минут, и, если за это время человеку не окажут медицинскую рецидива болезни. Внимательно следить за самочувствием,
помощь, последствия могут быть печальными. Аллергия мо- принимать рекомендованные лекарства, делать ингаляции с
жет привести к бронхиальной астме, которая сопровождается помощью аэрозольных баллонных ингаляторов или компрес-
сорных небулайзеров. Терять бдительность, как это сделал я
в начале мая, нельзя: волшебной таблетки, мгновенно избав-
ляющей от аллергии, пока не придумали и едва ли придумают
в скором времени.

Словарик гельминтами. Эти клетки при определен- других, а также активировать каскады
иммунитета ных условиях выделяют биологически иммунных реакций, приводящих к гибе-
активные вещества (гистамин и другие) ли патогена. Часть В-лимфоцитов при
Основные игроки в команде иммуните- в межклеточную среду. С базофилами определенных условиях превращается
та — лейкоциты. Они подразделяются очень сходны тучные клетки, также игра- в клетки памяти: при повторной атаке
на несколько групп. Нейтрофилы со- ющие ключевую роль в аллергических и патогена они быстро активируются, де-
ставляют около 70% от количества всех воспалительных процессах. лятся и идут устранять врага.
лейкоцитов. Они способны мигрировать
через стенки капилляров к очагам ин- Лимфоциты — большая группа лейко- В первом приближении борьба им-
фекции. Основная их функция  — это цитов, включающая Т- и В-лимфоциты. мунной системы с патогеном протекает
съесть и переварить, то есть фагоци- Т-лимфоциты подразделяются на три так: сначала активируется первая линия
тировать бактерию. группы: Т-киллеры распознают и обез- защиты  — нейтрофилы и макрофаги,
вреживают патогены, Т-хелперы рас- затем макрофаги и дендритные клетки
Дальше идут моноциты и макрофаги: познают патогены и выделяют вещества, активируют лимфоциты, которые це-
первые курсируют по кровотоку около помогающие другим клеткам с ним ленаправленно истребляют чужаков.
30–40 часов с момента своего образо- бороться, регуляторные Т-лимфоциты Важную роль на этом этапе играют анти-
вания в красном костном мозге, затем (Т-супрессоры) способны ослабить или тела — Y-образные молекулы из супер-
выходят через стенки капилляров в меж- подавить иммунную реакцию. семейства белков иммуноглобулинов,
клеточное пространство, превращаясь в содержащие два участка связывания с
макрофагов — крупные клетки, которые В-лимфоциты при контакте с патоге- чужеродной молекулой (антигеном).
не только фагоцитируют патогены, но ном превращаются в плазматические
и способствуют развитию иммунного клетки, которые вырабатывают анти- У млекопитающих выделяют пять клас-
ответа. тела  — белки, способные связываться сов антител: IgA, IgD, IgE, IgG, IgM. Каждый
с антигеном, привлекать макрофагов и класс имеет свой тип тяжелой цепи, а
Дендритные клетки по функциям ана- значит, свой уникальный Fc-фрагмент (так
логичны макрофагам, их также можно H2N Участок Участок NH2 называется «ножка» антитела, образован-
встретить во всех тканях и органах. Они H2N связывания связывания NH2 ная концевыми участками тяжелых цепей).
активируются при фагоцитозе патогена, антигена антигена Строение хвостовой части антитела влияет
способны сохранить внутри себя фраг- на такие свойства, как связывание с фа-
менты врага и затем представить их Шарнирные гоцитирующими клетками, пересечение
лимфоцитам. Кроме того, дендритные области плацентарного барьера и другие. Специ-
клетки выделяют специальные хими- альные Fc-рецепторы, расположенные
ческие сигналы  — цитокины, которые HOOC COOH на мембране лейкоцитов, распознают Fc-
влияют на дальнейший ход развития Легкая цепь Легкая цепь фрагмент антитела определенного класса
иммунной реакции, опосредованной Тяжелая цепь и связываются с ним; для каждого типа
Т-лимфоцитами. Тяжелая цепь антител есть свой Fc-рецептор.

Эозинофилов и базофилов в крови HOOC COOH Для рассказа об аллергии наиболее ва-
здорового человека немного, но именно жен класс антител IgE. В крови здорового
они участвуют в возникновении аллер- Антитело состоит из четырех полипептидных человека эти антитела в свободном виде
гических реакций. Число эозинофилов цепей — двух легких и двух тяжелых практически отсутствуют. Их хвостовая
увеличивается также при заражении часть имеет высокое сродство к Fc-
рецепторам на поверхности тучных клеток,
базофилов и эозинофилов.

30

flickr com /Henry T. McLin
«Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
LTP — белки аллергии

Татьяна Цедилина

Аллергия на пыльцу, на персики, на арахис... На болезни и лекарства
самом деле и то, и другое, и третье может быть
аллергией на липид-транспортирующие белки — Первая встреча аллергена с иммунной системой стиму-
LTP. К этому семейству принадлежат многие силь- лирует выработку IgE. Эти антитела связываются хвостовой
ные растительные аллергены, а знаем мы об этих частью с Fc-рецепторами тучных клеток и базофилов. При
белках далеко не все. повторной встрече аллерген связывается с IgE на поверх-
ности тех же самых тучных клеток и базофилов, вызывая их
Аллергия как несимметричный ответ активацию и дегрануляцию (рис. 1).

Аллергию без преувеличения можно назвать пандемией  — Тучная Секреторный IgE Антиген
третье по распространенности заболевание в мире, поразив- клетка пузырек,
шее 20% населения Европы. Даже далекие от биологии люди содержащий
знают, что причина аллергии — сбой иммунной системы. В гистамин
чем причина этого сбоя? Почему главный защитник нашего
организма от вирусов, бактерий, простейших, гельминтов — Fc-рецептор, IgE связывается Антиген образует Высвобождение
одним словом, от патогенов — становится агрессором? специфичный с Fc-рецепторами связи с IgE гистамина
к IgE
Согласно одной из теорий, в современном мире соблюде-
ние норм гигиены предотвращает контакт со многими патоге- 1
нами, нагрузка на иммунную систему снижается, в результате Механизм возникновения аллергической реакции
организм начинает реагировать на «безобидные» антигены,
и возникает аллергия. Антигены, вызывающие аллергию,
называют аллергенами. Меру аллергической настроенности
организма часто определяют по количеству IgE в крови.

31

Тучные клетки и базофилы выделяют в организм человека Для освоения наземного пространства растениям нужно
биологически активные вещества, в том числе гистамин — было решить основную проблему: как защититься от потерь
производное аминокислоты гистидина. Гистамин обладает воды. Решением стали гидрофобные полимеры, формиру-
комплексным действием. При попадании в межклеточную ющие водонепроницаемый слой на поверхности эпидер-
среду он сразу же воздействует на стенки капилляров, мальных клеток. Этот слой называется кутикулой и защищает
увеличивая их проницаемость, понижает артериальное растительные ткани от обезвоживания, а заодно от радиации
давление и вызывает спазм гладкой мускулатуры. Из кро- и даже в какой-то мере от поедания травоядными животными.
вяного русла жидкость выходит в ткани и накапливается А образование кутикулы, в свою очередь, требует транспор-
там  — образуется отек. Если аллергическая реакция воз- тировки липидов из клеток на поверхность. Предполагается,
никла в дыхательных путях, то высвобождение гистамина что в возникновение и эволюцию кутикулы большой вклад
приведет к резкому спазму бронхов, что становится при- внесли LTP («Plants», 2018, 7(1), 6; doi: 10.3390/plants7010006).
чиной возникновения астмы. В других случаях возникают
отек слизистой носа, кожные высыпания, конъюнктивит. В экспериментах in vitro было установлено, что LTP спо-
Гистамин также влияет на воспалительный процесс, то есть собны связывать и переносить липиды через биомембраны.
является медиатором воспаления — защитной реакции ор- Концентрация LTP высока в покровных тканях растений, и это
ганизма, направленной на устранение патогена и продуктов наводит на мысль об их участии в синтезе поверхностного
его жизнедеятельности. кутикулярного слоя (рис. 5). Мутации, влияющие на синтез
этих белков, влияют и на секрецию воска.
Аллергия может возникнуть практически на любое веще-
ство. Поэтому для удобства аллергены подразделяют на Внеклеточное Оплодотворение Выделение липидов
группы по происхождению: бытовые, лекарственные, эпи- пространство цветковых растений
дермальные (клетки эпидермиса человека и животных и его Формирование
производные), грибковые, пыльцевые, пищевые и т. д. Одни Антимикробная кутикулы
из сильнейших аллергенов  — представители липид-транс- активность
портирующих белков (LTP) растений. Именно эти вещества Клеточные
вызывают иммунные реакции на пыльцу и пищевые продукты Ингибирование взаимодействия
растительного происхождения. внеклеточных Активация защитных
реакций растений
ферментов Секреция
Эндоцитоз
Размягчение «Acta Naturae», 2016; PMCID: PMC4947988
и созревание

фруктов

Белки покорителей суши Клеточная мембрана Внутриклеточный
транспорт липидов
Липид-транспортирующие белки впервые описали испанские
ученые в 1992 году; они нашли их в кожице персика («Annals Цитоплазма LTP Комплекс Регулирование
of Allergy», 1992, 69, 128–130). Эти маленькие положительно Липид пути передачи
заряженные белки весом около 7–10 кДа обнаружены только
у высших растений, у водорослей они отсутствуют (рис. 2, 3), сигнала
и, возможно, они помогли растениям выйти на сушу. Апоптоз

«Acta Naturae», 4
2016; PMCID: PMC4947988 Функции растительных липид-транспортирующих белков

2 Транспортировка липидных молекул из клетки в кутикулу
«Ленточная» модель липид-транспортирующих белков риса — LTP1 и LTP2. происходит так. Мономеры липидов через специальный бе-
Действительно очень небольшие белки, а сколько от них проблем! лок-транспортер попадают в пространство клеточной стенки.
Там они связываются с прикрепленными к наружной стороне
Покрытосеменные мембраны LTPg, те, в свою очередь, передают липид на сво-
бодный LTP, который транспортирует гидрофобную молекулу
Первые покрытосеменные растения в место синтеза кутикулы. Но до сих пор остается неясным
механизм переноса липида по клеточной стенке.
(145 млн лет назад)
Польза и вред LTP
Содержат LTP Первые Голосеменные
Не содержат LTP семенные Не стоит думать, что человеку от этих белков одни неприят-
«Journal of Experimental Botany», Не исследованы растения ности. Многие LTP препятствуют росту патогенных бактерий
2015; doi: 10.1093/jxb/erv313 и грибов. Чаще всего это происходит избирательно, скорее
(248 млн лет назад) Папоротниковые всего, из-за различий в составе липидов клеточных мембран
бактерий, грибов, млекопитающих и растений. Так, некоторые
Первые сосудистые растения Плауны исследования отмечают, что LTP из перца и кофе подавляют
(360 млн лет назад) активность грибков рода Candida  — известных патогенов
человека. Механизм этой антимикробной активности не-
Мхи ясен, по-видимому, взаимодействия LTP с гидрофобными
молекулами в нем не задействованы.
Первые наземные Антоцеротовые
растения Печеночники Зато эти взаимодействия активно используются в пиво-
варении. LTP ячменя обладает поверхностно-активными
(438 млн лет назад) свойствами, однако до термообработки и пастеризации пива
этот белок демонстрирует слабые свойства вспенивания.
Charophyta А вот после пастеризации LTP ячменя модифицируется и
становится пенообразующим. При этом его антимикробная
Первые растения Chlorophyta активность не нарушается, в результате увеличивается срок
(2500 млн лет назад) хранения, поскольку LTP способен подавлять рост дрожжей.
LTP также связывает жиры, что в лучшую сторону сказывается
3 на формировании пены и на вкусе пива.
Филогенетическое древо, на котором показано наличие или отсутствие
LTP в различных группах рстений

32

а

Цитоплазма
«Acta Naturae», 2016, PMCID: PMC4947988 Мономеры липидов
«Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
Мембрана LTP
LTPg
Клеточная
стенка Транспортер

Кутикула

бв

Мембрана Болезни и лекарства

Слой на пыль необходимо использовать воздушные фильтры для
суберина очистки воздуха, при пищевой аллергии исключить из раци-
она опасный продукт или использовать его гипоаллергенный
Клеточная Экзина Тапетум аналог. Современные технологии даже позволяют получить
стенка со спорополленином генно-модифицированные продукты с безвредными для ал-
лергиков LTP (см., например, «Trends in Plant Science», 2008;
5 doi: 10.1016/j.tplants.2008.04.004). Другое дело, что наклейка
«ГМО» все еще остается пугалом для производителей и по-
Предполагаемый механизм переноса липидов через мембрану и их участие в требителей.

синтезе кутикулы: а — в зеленых тканях, б — в корнях, в — в пыльце Так или иначе, если аллерген попал в организм, приходится
принимать лекарства. Противоаллергические средства мож-
У некоторых LTP выявлены противораковая и противовирус- но разделить на три группы. Первая — антигистаминные пре-
ная активности, механизмы которых опять-таки неизвестны. параты: они блокируют рецепторы, с которыми связывается
Пока что из всех разнообразных свойств этих белков медиков гистамин. Однако антигистаминные средства не подходят
интересует в первую очередь их аллергенность. для лечения аллергии в долгосрочной перспективе из-за
побочных эффектов: они вызывают сонливость, негативно
Способность LTP вызывать аллергию напрямую связана с влияют на сердечную мышцу.
особенностями их структуры. Четыре дисульфидных мости-
ка обеспечивают устойчивость к разрушению ферментами Другая группа препаратов воздействует на мембраны
желудочно-кишечного тракта. Поэтому LTP попадают в не- тучных клеток, блокируя выброс везикул с гистамином, тем
изменном виде в тонкий кишечник и затем через ворсинки самым устраняя отеки слизистой носа и предупреждая по-
всасываются в кровь, где встречаются с иммунной системой явление астмы. Но это опять же симптоматическое средство,
человека. Сорок процентов поверхности LTP способно свя- оно не решает проблему полностью.
зываться с иммуноглобулинами.
В серьезных случаях для быстрого облегчения острых
Часто у страдающих аллергией на какой-то один LTP симптомов принимают препараты на основе глюкокортико-
проявляется LTP-синдром — перекрестные аллергические идов — гормонов надпочечников, обладающих противовос-
реакции на LTP различных видов растений, в том числе и палительной активностью.
таксономически далеких. Был описан интересный случай на
одном из складов в Европе. Работа сотрудников требовала На данный момент один из самых эффективных методов
ежедневного контакта с персиками, а LTP персика Pru  p  3, борьбы с аллергией — аллерген-специфическая иммуноте-
высокие концентрации которого содержатся в кожуре пло- рапия. Этот метод основан на продолжительном введении
да,  — известный аллерген. Через какое-то время один из пациенту одного аллергена для постепенного уменьшения
служащих начал страдать ринитами, а шесть месяцев спустя у восприимчивости («Clinical and Translational Allergy», 2012,
него возникла тяжелая пищевая аллергия на персики, сливы, 2:5; doi: 10.1186/2045-7022-2-5, о принципе метода см. также
фундук, арахис... Исследователи сделали вывод, что контакт «Химию и жизнь», 2014, 3, «Как победить аллергию за четыре
пациента с кожурой персика мог спровоцировать возникнове- инъекции»). Его применяют при аллергии на LTP арахиса,
ние аллергической чувствительности через дыхательные пути персика, фундука, вишни и т. д. Для предотвращения опас-
и дальнейшее развитие пищевой аллергии («Clinical Reviews in ных побочных эффектов природные аллергены заменяют
Allergy & Immunology», 2014; doi: 10.1007/s12016-012-8338-7). гипоаллергенными аналогами; в случае LTP используют
рекомбинантные белки.
По данным Европейской академии аллергии и клинической
иммунологии, 150 миллионов европейцев страдают от хро- Также врачи в качестве лечения назначают сублингвальную
нической аллергии, из них у 7 миллионов пищевая аллергия, терапию. Данная терапия очень похожа по принципу дей-
у 100 миллионов — аллергические риниты. В Испании 11% ствия на аллергенспецифическую, отличие в том, что здесь
жителей имеют аллергию на пыльцу, а 10–40% из них — так- используются не один, а несколько аллергенов. Пациенту
же аллергию на LTP персика. В Северной Европе аллергия индивидуально подбирают «коктейль» из аллергенов, который
на LTP — это чаще всего аллергия на белок пыльцы березы наносят под язык каждый день по нескольку капель в течение
Bet v 1, а от пищевой аллергии на LTP больше страдают жители продолжительного времени (3–5 лет). Спустя какое-то время
Средиземноморья. Интересно, что растительные продукты организм пациента перестает остро реагировать на контакт
в Северной Европе также содержат LTP в больших коли- с этими аллергенами. Таким образом борются с аллергией
чествах, однако аллергии на них встречаются значительно на LTP персиков, абрикосов, груш, слив и др.
ниже, чем в южноевропейских странах. Одно из возможных
объяснений — различные диетические привычки и методы Количество людей, страдающих от аллергии на раститель-
термической обработки продуктов. ные липид-транспортирующие белки, увеличивается с каж-
дым годом, и это одна из причин, по которой LTP остаются ин-
Как лечиться? тереснейшим объектом для изучения. Кто знает, может быть,
именно через них лежит путь к новой эффективной терапии.
Несмотря на все успехи современной фармакологии, са-
мым простым и действенным методом борьбы с аллергией
остается ограничение контакта с аллергеном. При аллергии

33

Если вы
скачали этот

номер
журнала
Химия и

жизнь
с бесплатного

сайта,
то

внести посильный взнос на оплату труда
журналистов, редакторов, художников
и корректоров вы можете, оплатив один

номер или целую подписку
в нашем киоске по адресу:
http://www.hij.ru/buy_subscribe/

2

Если вам
надоело
скачивать
случайные
номера
журнала
Химия и
жизнь
с бесплатного
сайта,
то

с любого номера вы можете подписаться
на бумажную или электронную версию
журнала по адресу
http://www.hij.ru/buy_subscribe/

3

Подземная Фото: Т.Виноградова
жизнь
орхидей

Кандидат биологических наук связаны одной идеей: произвести как Гнездовка обыкновенная
можно больше семян, чтобы хоть часть
Т.Н. Виноградова их смогла оказаться там, где для них Семян в плодах (коробочках) ор-
найдутся подходящие условия, и при- хидных обычно несколько тысяч, но их
При слове «орхидеи» сразу том с наименьшими энергозатратами. может быть и несколько сот тысяч, а у
представляется нечто То есть r-стратегия в ее крайнем выра- тропических каттлей одна коробочка
яркое, изысканное, роскошное. Букет жении. (Виды, практикующие эту стра- может содержать до 6  000  000 семян.
орхидей! Крупные цветки необычной тегию, производят много потомства с Понятно, что семена эти должны быть
формы, пластиковые пробирки с зага- небольшими затратами на каждого, в очень мелкими. Понятно также, что са-
дочной жидкостью, надетые на стебли отличие от K-стратегии, свойственной, мый дешевый способ распространения
внизу, хрустящая упаковка. Ну а если например, крупным млекопитающим: мелких семян — ветер.
не идти по накатанному пути? Что мы небольшое число потомков, забота о
знаем об орхидеях? каждом. Термины пошли от уравнения Как устроены семена у всех нормаль-
Прежде всего, это то ли самое круп- популяционной динамики Ферхюльста, ных растений? В них должен быть заро-
ное, то ли одно из самых крупных се- где r — скорость роста популяции, а дыш, у которого есть корешок, стебель,
мейств растений. Но даже на простой, К — максимальный объем популяции, не почка и зародышевые листья — семя-
казалось бы, вопрос, сколько видов приводящий к нарушению равновесия доли (одна или две). Пусть эти органы
входит в это семейство, вы услышите в данных условиях.) малы, но они уже есть, и это облегчает
ошеломляющие по своей неопреде- прорастание. Еще в семенах обычно
ленности цифры  — от 17 до 35 тысяч бывает запас питательных веществ в
видов. Как же так? Дело в том, что специальной ткани — эндосперме или
большинство орхидных  — обитатели
тропиков, зачастую труднодоступных,
это жители тех самых лесов, которые
исчезают быстрее, чем мы успеваем их
изучить. Кроме того, есть и чисто систе-
матические сложности. То, что кажется
хорошим видом, может оказаться при
ближайшем рассмотрении двумя раз-
ными, плохо различимыми.
Орхидные — космополиты: они встре-
чаются от Швеции и Аляски до Огненной
Земли, а в горах поднимаются до вы-
соты 5000 метров над уровнем моря.
Леса, болота, степи, пустынные оази-
сы  — все эти сообщества ими освое-
ны. Как получилось, что их так много?
Подобное разнообразие наводит на
мысли об эволюционной успешности,
невероятном спектре приспособлений,
реализованных возможностей, спо-
собов выживания и распространения,
а значит  — и удивительных загадок и
открытий. В то же время каждый из
нас, наверное, слышал о редкости ор-
хидей в природе, о том, что многие из
них занесены в Красные книги, что они
легко вытесняются другими видами и
исчезают. И это действительно так. Нет
ли тут противоречия? Самое крупное и
космополитическое семейство исчеза-
ющих растений?
Для начала попробуем разобраться в
логике взаимосвязей. Кажется, все при-
способления орхидных так или иначе

34

Фото: Т.Виноградова же в самих семядолях (могут быть и
другие технические решения). Этот
Фото: Т.Виноградова Гнездовка азиатская запас нужен для того, чтобы семена В море и на суше
Ладьян трехнадрезный могли прорасти, чтобы зародыш начал
развиваться в полноценный проросток. обретает форму конуса или изогнутой «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
И еще должна быть семенная кожура объемной запятой, на широкой части
для защиты от пересыхания и внешних которой в конце концов дифференци-
воздействий. руются первые листья в форме кол-
пачков, прикрывающих апекс побега.
А теперь: как довести этот набор до Получившийся протокорм  — стадия,
минимума? На чем сэкономить? которой нет больше почти ни у кого из
семенных растений, — некоторое время
Прежде всего, урезаем запас пита- продолжает питаться за счет симбиоза
тельных веществ. Затем  — миними- с грибами.
зируем зародыш: у него больше нет
дифференциации на органы, теперь это Если речь идет о тропических эпи-
крохотный шарик белого или зеленова- фитных (то есть живущих на деревьях)
того цвета. Семенная кожура — тонкая, видах, то теплый влажный климат не
между ней и зародышем — воздушная препятствует тому, чтобы протокорм
прослойка: это делает семена летучи- рос и развивался на поверхности. Он
ми. Всё. Бумажный самолетик вместо очень быстро зеленеет и начинает
мощной машины для выживания. фотосинтезировать. Но в сезонном
климате — иначе говоря, везде, где есть
И вот тут мы получаем проблему. Как холодный или сухой период года, — это
этому семени прорасти — без всего, что становится неудобно.
для этого необходимо?
И тогда получается, что однажды
Задача оказалась бы неразрешимой, использованное решение — микосим-
если бы не грибы. биотрофность  — можно и нужно про-
должать использовать. И проросток
Подавляющее большинство высших (уже проросток, со стеблем, листьями
растений вступает в симбиоз с грибами. низовой формации, а иногда и корнями)
Грибы могут оплетать своими гифами несколько лет проводит под землей,
корни растений, или проникать внутрь пока наконец не достигнет размера, при
клеток коры корней, или и то, и дру- котором выход фотосинтезирующего
гое сразу. Еще в 1877 году Вильгельм побега на свет становится безопасным
Пфефер высказал предположение, что и оправданным.
микоризные грибы добывают питатель-
ные вещества из перегноя и передают Логическое завершение этой тен-
их растению-хозяину, а в 1881 году денции демонстрируют виды, которые
Ф.М. Каменский доказал, что бес- почти всю свою жизнь проводят под
хлорофилльное растение подъельник землей, обходясь в это время без
действительно получает питательные фотосинтеза. Гнездовка, надбородник,
вещества от гриба. Тем не менее, по ладьян  — все они показываются над
свидетельству Артура Келли, который землей лишь для цветения, которое в
к 1950 году подготовил второе издание большинстве случаев (хотя и не всегда)
книги «Микотрофия растений», суще- оказывается не только первым, но и
ственно переработав и дополнив его но- последним. Австралийская ризантел-
вейшими на тот момент литературными ла даже цветет под землей и лишь для
данными, вплоть до середины XX века рассеивания семян показывается над
такие грибы многими рассматривались уровнем почвы.
как патогенные организмы. Понадо-
билось много лет, чтобы изменить это Сколько лет молодая орхидея живет
представление. Сейчас известно, что под землей? Понятно, что у разных ви-
грибы не только дают корням растений дов продолжительность этого периода
дополнительное питание, но и способ- различается, но есть одно, несколько
ствуют собственно почвенному пита- менее очевидное обстоятельство. Из-
нию — ведь эти гифы образуют гораздо учение этого процесса in vitro не дает
более мощную, чем корневые волоски, точного ответа: мы не уверены, что
сеть для добычи воды и минеральных можно напрямую перенести то, что на-
веществ  — солей, содержащих K, Na, блюдается в искусственных условиях,
Ca, N, P. Кроме того, они защищают на жизнь в природе. А что касается
своими антибиотиками корни от дру-
гих, действительно патогенных грибов 35
и бактерий.

Что касается орхидных, грибы спо-
собны проникать не только в их корни,
но и в семена, прямо внутрь клеток за-
родыша. И семя прорастает!

Поскольку у зародыша нет ни кореш-
ка, ни почки, прорастание начинается
с того, что округлый зародыш, увели-
чиваясь в размерах, постепенно при-

Фото: Г.Виноградов

В море и на суше

прямых наблюдений в природных попу- Дремлик сосочковый, ювенильное растение Дремлик сосочковый
ляциях — стоит нам выкопать (а сначала
еще и найти, где копать!) подземные корней можно определить достаточно наблюдала в течение нескольких лет,
проростки, и мы уже не можем, посадив точно), отличаются от клеток, засе- вспышка численности цветущих рас-
их обратно и дождавшись выхода на ленных годом и двумя годами ранее. тений повторилась через четыре года
поверхность, сказать, что «так и было». Для бесхлорофилльных видов, пред- после предыдущей.
Вынув юную орхидею из почвы, мы на- ставители которых цветут по большей
рушаем гифы гриба, связывавшие ее с части единственный раз в жизни, можно Во всяком случае, подземная жизнь
субстратом. Даже обнаружив, что про- проследить за динамикой численности орхидей нуждается в дополнительном
росток после нашего вмешательства не цветущих (генеративных) особей. изучении, и я точно знаю, что здесь
выжил, мы не можем сказать, не стало возможны самые невероятные откры-
ли это результатом вмешательства. И вот эти-то косвенные данные раз тия. Возможно, надо просто отбросить
Мы не можем напрямую наблюдать то, за разом говорят о том, что на самом предубежденность и писать только о
что скрыто в земле, не производя воз- деле продолжительность подземного том, что видишь сам?
действия. периода развития меньше, чем считает-
ся. Например, у дремлика сосочкового И вот тут я понимаю, что желаю не-
Вот почему этот момент окружен, ювенильные растения (с первым в их достижимого. Потому что ирония ситу-
пожалуй, самым большим количеством жизни автотрофным побегом) очень ации — как я ее вижу — заключается в
легенд, которые цитируются из статьи крупные: высокий, 7–18 сантиметров, том, что к чему-то подобному призывал
в статью и так обретают обманчивый стебель несет до пяти фотосинтезирую- когда-то Альберт Великий. Прославлен-
ореол достоверности. Самый цити- щих листьев с листовыми пластинками. ный алхимик, астролог и теолог очень
руемый исследователь подземной Можно было ожидать, что для выращи- хотел освободить научные труды своего
жизни орхидей Герман Цигеншпек вания такого крупного побега растению времени от груза не слишком проверен-
(H.  Ziegenspeck), опубликовавший в надо очень долго копить питательные ных, а иногда и абсурдных утверждений,
1936 году огромную и исключительно вещества, но изучение срезов корней и все же многие вещи, казавшиеся
ценную книгу, считал, что это развитие наводит на мысль, что на самом деле ему бесспорными, сейчас вызывают
протекает крайне медленно и занимает этот процесс занимает всего два-три улыбку. Чего стоит, например, его рас-
в некоторых случаях (например, у пред- года. И даже ладьян трехнадрезный, у суждение о том, что из желудей могут
ставителей рода Ладьян) до шести, а которого, как уже говорилось, вся жизнь вырастать березы, поскольку всем
у представителей рода Дремлик и до вплоть до формирования соцветия известно, что вырубленную дубраву
девяти лет. Цигеншпек придерживался протекает под землей, развивается замещает березняк.
взгляда, что микосимбиотрофный спо- быстрее: в популяции, за которой я
соб получения органических веществ
сам по себе низкоэффективен и, во
всяком случае, сильно уступает фото-
синтезу. В доказательство он приводил
тот факт, что гнездовка и ладьян после
цветения и плодоношения, как правило,
погибают, израсходовав все ресурсы на
репродукцию.

С этой точки зрения питание лосося
тоже малоэффективно, ведь и он расхо-
дует на нерест все накопленные в тече-
ние жизни ресурсы! Но тут мы ступаем
на очень скользкую почву демагогии, и
я это полностью осознаю.

Можно ли что-то поделать в этой
ситуации?

Можно попробовать судить о про-
должительности подземной жизни
орхидей по косвенным признакам. Так,
клетки корней и протокормов орхидных,
заселенных грибами в текущем году
(а у взрослых, фотосинтезирующих
экземпляров время возникновения

36

Мудрость Научный комментатор «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru

и долголетие за какую из перекрещенных разноцветных ниточек надо
попугаев потянуть, чтобы получить лакомство; в лаборатории при не-
обходимости могут использовать палку, хотя в естественных
Кандидат биологических наук условиях этим предметом не пользуются: держать палочку
изогнутым клювом им неудобно.
Н.Л. Резник
Помимо недюжинных когнитивных способностей, попугаям
Перспективный объект присущи и другие черты, которые у приматов обычно счи-
таются отличительными признаками развитого интеллекта:
Попугаи  — не дураки, о нет! Их интеллектуальные способ- сложная социальная организация, позднее взросление и
ности в некоторых случаях не уступают способностям чело- долголетие. Попугаи живут существенно дольше, чем другие
векообразных обезьян, а порой и превосходят их. Например, птицы сходного размера. К тому же у них чрезвычайно велик
африканские серые попугаи Psittacus erithacus (жако) по звуку относительный размер переднего мозга, особенно если
судят о том, есть ли орех в закрытом контейнере. А поскольку учесть весовые ограничения для летающих животных. Он
контейнеров в эксперименте было два, и один из них непре- сопоставим с передним мозгом врановых (ворон, воронов и
менно с орехом, попугаи быстро поняли, что если одна из соек) — признанных интеллектуалов птичьего мира, а среди
емкостей тиха и пуста, то лакомство находится в соседней млекопитающих с ним сравнится только мозг шимпанзе, го-
и можно ее смело открывать без предварительного про- рилл и орангутанов. Правда, птичьи полушария, в отличие от
слушивания. Это задание рассчитано на трехлетних детей, большинства млекопитающих, гладкие, борозд и извилин на
обезьянам оно не всегда по силам, даже после тренировки, них нет. Зато плотность нейронов в переднем мозге попугаев
а попугаи справились практически без подготовки. Эти птицы очень высока, как и у приматов, и в нем есть специализиро-
прекрасно обучаются, в том числе перенимают новые двига- ванные области, ответственные за обучение звукопередаче
тельные навыки. Один жако по кличке Алекс умел обозначать (знаменитая способность попугаев имитировать звуки не
звуками более ста объектов, различных по цвету, форме и врожденная, ей нужно учиться, и птицы с этой сложной за-
материалу; попросить что-либо («я хочу орех») и определять дачей справляются). Все эти особенности, а прежде всего
количество предметов. Если предложить ему две группы сходство с человекообразными обезьянами, интригуют
предметов и показать карточку с некоторым числом точек, он ученых, которые сочли попугаев прекрасной моделью для
выбирал группу, в которой предметов столько же, сколько то- исследования эволюции сложных признаков.
чек на карточке. В лаборатории жако научились действовать
сообща и вытаскивали лоток с лакомством, потянув за концы За эту работу взялись специалисты Бразилии и Соединен-
веревки, что было возможно лишь в случае, когда тянули двое. ных Штатов под руководством бразильца Клаудио Мелло,
в настоящее время профессора Орегонского универси-
Новозеландские попугаи кеа Nestor notabilis умеют от- тета здоровья и науки в США (Current Biology», 2018; doi:
крывать разные типы задвижек; без тренировки понимают, 10.1016/j.cub.2018.10.050). Сейчас подобные исследования
проводят, сравнивая геномные последовательности разных
видов. И ученые начали с расшифровки генома синелобого

37

амазона Amazona aestiva. ДНК секвенируют по кусочкам, а Попугай, отдавший несколько капель своей крови для
потом складывают расшифрованные фрагменты, как пазл. выделения ДНК, самец по кличке Мозес, появился на свет
Чем больше прочитано фрагментов, чем сильнее они пере- в 2003 году в экопарке Вале Верде. Его родители родом
крываются, тем точнее получается общая картина. И хотя к из Южной Бразилии. Кровь у птицы взяли в 2013 году, и на
началу работы Мелло и его команды уже были опубликованы момент написания статьи Мозес был еще жив. Сравнение
геномы нескольких видов попугаев, лишь геном волнистого генома синего амазона с геномами 29 видов птиц, в том чис-
попугайчика расшифровали достаточно подробно. Поэтому ле нескольких попугаев, позволило обнаружить множество
исследователи не ограничились литературными данными и последовательностей, которые, возможно, влияют на про-
сами взялись за секвенирование. должительность жизни и когнитивные способности попугаев.
Начнем с долголетия.
Объект они выбрали не случайно. Синелобый амазон  —
символ бразильского птичьего мира. Это крупная, красивая, Теломеры или окисление?
говорливая птица, и потому ее часто держат в клетках как
домашнего любимца. Зато на воле попугая преследуют из-за Продолжительность жизни позвоночных зависит от их раз-
ущерба, который он наносит фруктовым садам и маисовым мера: более крупные живут дольше. Профессор Франкфурт-
плантациям. К тому же численность синелобого амазона ского университета Роланд Принзингер собрал литературные
сокращается из-за роста городов и расширения сельскохо- данные о максимальной продолжительности жизни 821 вида
зяйственных угодий, поэтому изучение его генома полезно птиц в естественных условиях и 131 вида в неволе и установил,
для сохранения вида. что соотношение между сроком жизни в годах (А) и массой
тела в граммах (М) можно описать формулами A = 4,75×М0,17 в
Синелобый амазон природе и A = 5,1 × М0,23— в неволе («Comparative Biochemistry
and Physiology», 1993; doi: 10.1016/0300-9629(93)90260-B).
Пуэрто-риканский амазон При этом некоторые куры и дятлы живут меньше расчетного
срока, а чайки, ястребы, попугаи и совы — существенно доль-
Красный ара ше. Максимальная продолжительность жизни птицы из се-
мейства попугаевых составляет в среднем 25 лет, синелобый
Розовощекий неразлучник амазон при массе 400–500 г должен в неволе жить немногим
более 20 лет, однако доживает до шестидесяти шести, и есть
Волнистый попугайчик сообщения о птицах, перешагнувших 90-летний рубеж.
Кеа
Ученые выбрали для анализа виды с расшифрованными ге-
Пушистый дятел номами и достоверно установленным максимальным сроком
Бурокрылая птица-мышь жизни. Среди них были птицы, живущие по крайней мере на
20% дольше ожидаемого, и виды, долголетие которых со-
Обыкновенная сипуха ответствует расчетному (см. рис). В группу долгожителей,
помимо попугаев, попали сизый голубь, дымчатый иглохвост,
Орлан-белохвост малая белая цапля и сова сипуха. Важно, что родство этих
птиц весьма отдаленное и долголетие у них возникло неза-
Белоголовый орлан висимо.
Кудрявый пеликан
Сравнение геномов выявило более четырех тысяч генов,
Малая белая цапля доставшихся всем птицам от общего предка. Последова-
тельности этих генов у разных видов эволюционировали
Хохлатый ибис по-разному и с разной скоростью. Среди них исследователи
обнаружили 344 гена (8%), которые у долгоживущих птиц
Большой баклан эволюционировали быстрее, чем у обычных. Причем 281
последовательность в ходе эволюции активно менялась, а
Солнечная цапля 63 гена оказались консервативными, они испытали сильное
действие стабилизирующего отбора. Двадцать генов из этих
Крикливый зуек 344 у всех животных известны как гены долголетия. Самый
известный среди них — ген TERT, кодирующий фермент те-
Восточный венценосный журавль ломеразную обратную транскриптазу. Это ключевой фермент
теломеразного комплекса, который продлевает жизнь клеток.
Калипта Анны (колибри) Напомним, что теломеры — концевые некодирующие участки
хромосом, которые из-за особенностей репликации ДНК
Дымчатый иглохвост (стриж) несколько укорачиваются при каждом клеточном делении.
Когда теломеры достигают некоторой критической длины,
Обыкновенная кукушка деление клетки прекращается. На этом основана теломер-
Сизый голубь ная теория старения. Теломераза наращивает теломеры и,
следовательно, защищает клетки от старения. Чем активнее
Большая поганка фермент, тем надежнее защита.

Курица У теломерной теории старения много критиков, однако
известно, что у зебровой амадины из семейства вьюрков,
Индейка живущей всего 5 лет, и древесной американской ласточки,
которой отмерено 11 лет, активность теломеразы в костном
Южноафриканский страус мозге высока в юности, но с возрастом резко снижается. А
у речной крачки (27 лет) и северной качурки (36 лет) актив-
Виды птиц, использованные для анализа генетики долголетия. Долгоживущие ность фермента высока на протяжении всей жизни («Annals
виды отмечены кружком. На фотографии изображен Мозес of the New York Academy of Sciences», 2004; doi: 0.1196/an-
nals.1297.029).

38

По данным Клаудио Мелло и его коллег, у попугаев и других Еще один дуплицированный ген, LRRC37A, относится к «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
долгоживущих птиц отбор усиливал каталитическую активность большому семейству генов, вовлеченных в развитие иммун-
белка TERT. Однако высокая активность теломеразы увеличивает ной и нервной систем. Это очень древняя последователь-
вероятность неконтролируемого деления клеток. В попугайском ность. Интересна ее судьба у млекопитающих. Первоначально
геноме этот аспект учтен, и действию отбора подвергались LRRC37 присутствовал в их геноме в одной копии и работал в
также гены BUB1B, BUB3, KIF4A, KIF1BP и CCNE1, которые ре- семенниках. Однако у приматов число копий стало увеличи-
гулируют деление клеток и развитие опухолей. Таким образом, ваться, и чем выше они поднимались по эволюционной лест-
сбалансированная совместная эволюция последовательностей, нице, тем больше копий обретали («Genome Research», 2013;
усиливающих активность теломеразы и регулирующих клеточное doi: 10.1101/gr.138842.112). У человека и человекообразных
деление, может предотвращать повышенный риск образования обезьян их в несколько раз больше, чем у макак. Некоторые
опухолей у долгоживущих птиц. последовательности приобрели новые, видоспецифические
функции. У гоминид LRRC37 экспрессируется уже во многих
Попугаи и другие птицы-долгожители подвергаются ста- тканях, особенно в мозжечке, селезенке и тимусе. Белки се-
билизирующему отбору по генам SOD1 и SOD3, которые мейства LRRC37 расположены на плазматической мембране
участвуют в защите клеток от окислительного стресса. У и, возможно, участвуют в регуляции передачи сигналов, роста
видов с ожидаемой продолжительностью жизни эволюция и деления клеток. Функции этих генов еще предстоит выяс-
меньше печется о постоянстве данных последовательностей. нить. Замечательно, что копийность LRRC37A, гена прогресса
Эти результаты согласуются с другой гипотезой старения, приматов, стали наращивать и попугаи.
свободно-радикальной, согласно которой долголетие живот-
ных зависит от того, насколько надежно их клетки защищены Помимо последовательностей, кодирующих белки, отбор
от окислительных повреждений, нанесенных свободными действует и на регуляторные элементы. Ученые исследовали
радикалами. Правда, эту гипотезу поставили под сомнение ультраконсервативные регуляторные последовательности,
австралийские ученые. Они сравнивали три вида попугаев и которые должны быть у всех видов постоянны, и обнаружили,
два вида перепелов, которые живут не дольше пяти с поло- что некоторые из них у попугаев все-таки изменились. Эти
виной лет, и не смогли обнаружить разницу между уровнями последовательности регулируют работу 11 кодирующих ге-
окислительных повреждений в тканях долго- и короткоживу- нов, и 10 из них так или иначе связаны с работой мозга, в том
щих видов («Experimental Gerontology», 2012; doi: 10.1016/j. числе с развитием переднего мозга, образованием разных
exger.2011.11.014). Исследователи пришли к выводу, что подтипов нейронов и нейрогенезом у взрослых. Девять из
долговечность попугаев, по-видимому, не зависит от накопле- этих генов экспрессируются в мозге волнистого попугайчи-
ния окислительных повреждений и работы антиоксидантных ка. Семь из них, по-видимому, и у человека, подвергались
механизмов. Однако Клаудио Мелло и его коллеги убежде- особому отбору, поскольку консервативные элементы, регу-
ны, что защита от окислительного стресса все же важна для лирующие их работу, у человека отличаются от аналогичных
долголетия, иначе ее обеспечение не было бы таким важным последовательностей человекообразных обезьян и прочих
направлением эволюции попугаев. млекопитающих.

Из 344 генов, которые подвергаются усиленному отбору У человека некоторые из этих генов связаны с нарушением
у долгоживущих видов, подавляющее большинство контро- когнитивных функций. Так, мутации в гене AUTS2 приводят
лируют деление клетки, сплайсинг и процессинг РНК (этапы к аутизму, нарушениям интеллекта, задержке развития и
созревания молекулы РНК), участвуют в восстановлении дефициту речи. Высока вероятность, что этот ген влияет на
поврежденной ДНК, определяют функции митохондрий и эволюцию когнитивных способностей. Нарушения в другом
окислительный метаболизм, регулируют апоптоз. Причинно- гене, NPAS3, вызывают шизофрению и умственную отста-
следственная связь между работой этих генов и продолжи- лость, а делеция в гене BCL11A, регулирующем ветвление
тельностью жизни пока не вполне ясна, их раньше не считали аксонов и рост нейронов, приводит к порокам развития мозга
связанными со старением, но, поскольку они подвергаются и умственной отсталости. Еще два гена, ERBB4 и ESRRG,
сильному отбору у долгоживущих видов, ученые сочли их от- связаны с риском развития шизофрении.
ветственными за долголетие.
Поскольку специфические «попугайские» изменения в кон-
До сих пор речь шла о последовательностях, которые сервативных регуляторных последовательностях в большин-
присутствуют у всех видов позвоночных. Однако в геноме стве случаев повлияли на работу генов, которые отвечают за
синелобого амазона ученые обнаружили специфические по- когнитивные способности и подвергались сходному отбору
пугайские гены и предположили, что именно они определяют в ходе эволюции человека, исследователи предположили,
развитие мозга и когнитивные способности этих птиц. что эволюция развития мозга и когнитивных способностей у
людей и попугаев происходила конвергентно.
Гены познания
Возможно, эволюционные параллели людей и попугаев
Новые гены часто возникают в результате удвоения старых. При возникли благодаря параллелям экологическим. Попугаи
этом одна последовательность продолжает выполнять прежние издавна жили бок о бок с приматами и до сих пор так жи-
функции, а «дублер» приобретает новые.В большинстве случаев вут. Многие попугаи всеядны, кеа, например, едят жирные,
можно понять, какие гены послужили предками новообразован- белковые и углеводные продукты, найденные в поселениях
ных. У попугаев большинство дупликаций затронули гены, кото- человека. Подобно человекообразным обезьянам, попугаям
рые определяют когнитивные способности. Самый важный из (как и многим другим птицам, впрочем) приходится потру-
них, пожалуй, это PLXNC1. У людей, попугаев, колибри и певчих диться над добычей: освобождать моллюсков от раковины,
птиц он регулирует рост аксонов и активен в областях коры мозга, а некоторые плоды — от кожуры.
ответственных за вокальное обучение. Но только у попугаев этот
ген дуплицирован. Исследователям предстоит выяснить, какие По мнению Клаудио Мелло и его коллег, конвергенция по-
функции выполняет вторая копия. пугаев и гоминид позволяет по-новому взглянуть на генетику
и эволюцию продолжительности жизни и познания и делает
Исходные последовательности других попугайских генов, попугаев превосходной экспериментальной моделью для
CEP83, SLC9A5 и RSPH3, регулируют структуру нервных кле- изучения генетических основ этих процессов. А сравнение
ток, строение актинового цитоскелета, скольжение микротру- человека с попугаем не обидно, а даже лестно. Оно означает,
бочек и другие признаки, нарушение которых может привести что человек мудрый и долголетний.
к расстройству когнитивных функций.
39

Наследник

Андрей Вознин

Художник С.Дергачев

Три дня ожидания в бесконечной очереди позволили хорошо — Приветствую, я ваш консультант-генетик и помогу сфор-
рассмотреть все картины, развешанные по стенам коридоров. мировать облик будущего ребенка.
Мне понравились круги и спирали. Треугольники выглядели
угрожающе, а квадраты и более сложные фигуры вызывали Я хитро подмигнул жене — у нас он продуман еще в те давние
переутомление обилием углов. Жена была в восторге от точек времена, когда только подали заявку на сертификат. А сколько
и прямых линий. Что, впрочем, и неудивительно, учитывая счастливых вечеров прошло за обсуждением первенца!
ее умственные способности. Вернее сказать, их отсутствие.
— Во-первых, определим ваш социальный статус.
Наконец подошел и наш черед сделать шаг в новую жизнь. Врач взяла сканер и быстро считала наши штрихкоды. По-
Кабинет, куда мы, едва сдерживая волнение, вошли, воис- смотрела в компьютер, что-то набрала, кивнула сама себе.
тину был огромных размеров. Там легко помещались стол, — А теперь, — барышня передала несколько красных пла-
кушетка и пара шкафов, набитых бумагами и пластиком кар- стинок с гербами-титулами, — выберите знак статуса для
точек. И барышня-врач. Мы с женой переглянулись, видимо ребенка.
одновременно подумав о нашей уютной квартирке. Сели на Эх! Красота какая! Я с завистью посмотрел на гербы. Еще
предложенные стулья. совсем недавно печатали только примитивные черно-белые
штрихкоды, а тут сразу можно выбирать из более трех ва-

40

нанофантастика — А какой диапазон разрешен? «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
Врач быстро глянула в обходную карту:
риантов. Наследник будет гордо носить свой знак с самого — Любой. Красного спектра.
рождения. Жена попыталась завязать небольшой спор, но я — Тогда оранжевый, — отрезал я. Всегда мечталось, чтобы
пресек попытку в зачатке: как-никак мужчина здесь один, и мои дети были умнее родителей.
мне виднее, с каким знаком статуса на лице сыну комфортнее — Имейте в виду, что завышенное ай-кью в пубертатный
будет жить. Все-таки молодежные группировки и все такое. период может послужить причиной неврологической сим-
Правда, взамен пришлось пообещать, что женские украшалки птоматики и даже привести к преждевременному суициду.
для дочери — тьфу-тьфу, заявка лежит уже три года — она Конечно, выбор интеллекта — это одна из защищаемых
выберет единолично. Небольшие крылышки настроения государством свобод гражданина, но стоит и прислушаться
благодарно затрепетали на ее скулах. к неутешительной статистике детских самоубийств в корре-
ляции с ай-кью.
— Та-ак, основные физические параметры уже заложены Незнакомые слова сбивали с толку, но все-таки интуитивно
в карте статуса и являются опциями по умолчанию. Можете догадался, что лишние мозги только помешают счастливо
выбрать уровень интеллекта. прожить трудовую жизнь до священного ритуала окончатель-
ного решения пенсионного вопроса.
Супруга залилась румянцем на вживленном в запястье Жена загрустила, тихо смахивая крылышками капельки,
экране коммуникатора: сочащиеся из уголков ее бордовых глаз.
— У вас неограниченный выбор по дополнительным физи-
ческим параметрам — структура волос, черты лица. Каким
спортом будет заниматься сын?
— Бокс, как и его отец, — скромно пояснил я, продемон-
стрировав уродливый, разбитый в хлам еще в юношестве
кулак.
— Значит, усилим лобную кость, надбровные дуги, нос
углубим в череп, изъяв хрящевые составляющие. Укрепим
кистевые суставы. Еще?
— Ноги должны быть короткие с мощными бедренными
мышцами, для хорошей тяги, и широкими ступнями полу-
метрового размера, для лучшего сцепления с поверхностью.
На ладони желательно кожу покрепче. — Я показал свою
огромную, как лопата, ладонь, всю в толстенных мозолях.
Я надиктовывал, а врач, не отрывая от монитора левую пару
глаз, быстро печатала тонюсенькими, словно тростиночки,
пальчиками.
— А возможно нарастить на спине тройной слой кожи? —
вспомнил я недавнюю гонку за планом.
Врач перевела на меня все свои пары желто-зеленых глаз,
макияжные антенки изящных усиков на голове при этом за-
мысловато свивались, отвлекая внимание. Все-таки эмоци-
ональные крылышки жены мне нравились больше.
— Не поняла. — Она заглянула в стат-карточку. — Отрасль —
энергетика, профессия — крутящий? Это что такое?
— Хм, как вам объяснить. — Я почесал шею. — В турбинном
зале стоит вертикально ротор, вставляешь в него персональ-
ную вымбовку и вращаешь.
— А-а-а, поняла. — Быстро пролистала что-то в компьюте-
ре. — Спина же используется для стимулирования выработки
энергии? Нет, не могу. Показатель спинного эпидермиса ни-
зовых работников энергостанций регламентирован ГОСТом.
Я повел плечами. Черт бы побрал эту промышленную без-
опасность, все-таки кнут нашего помощника главного энерге-
тика был излишне жесток. Лучше бы на него ГОСТ установили.
— А теперь смотрите. — Врач торжественно щелкнула
пальчиком по клавиатуре, и над поверхностью стола прямо в
воздухе проявилась небольшая светящаяся фигурка нашего
малыша.
Жена тихо застонала, я смахнул слезу. Сынуля будет красив.

Когда вышли из территориального Центра планирования
семьи, сокращенно — «Террария», жена плакала. Я приобнял
ее за мягкие, как подушка, плечи. Мы оба были счастливы.
Прекрасному миру — прекрасные дети.

41

Музей

истории
вычислительной
техники

Дмитрий Златопольский,

кандидат технических наук,
руководитель музея

В московской школе № 1530 «Школа Ломоносова» уже более 15 лет суще- Китайские счёты (суаньпань). На приборе «цифры»
ствует музей истории вычислительной техники. В его экспозиции — более в каждом разряде откладывались перемещением
300 экспонатов, наглядно демонстрирующих основные этапы долгого и
сложного пути развития вычислительных средств. От примитивных счет- костяшек к внутренней перекладине. Для отклады-
ных приборов, использовавших камешки, фруктовые косточки, узелки вания «цифр» от 1 до 5 использовались ближние ко-
на веревках до электронных вычислительных машин — калькуляторов стяшки (5 штук). Чтобы отложить «цифры» 6, 7,
и компьютеров. 8 и 9, использовалась одна из двух дальних костяшек

(соответствовала 5) и недостающее количество
верхних. На рисунке отложено число 627.

Все началось в далеком 1996 году, когда Логарифмический круг (начало ХХ века). Японские счёты (соробан). Прибор был разработан
автор этих строк увидел в одном из бу- На нем возможны действия умножения и деления на основе китайского варианта и имеет меньшее
кинистических магазинов арифмометр количество костяшек в каждом разряде.
и вспомнил студенческие годы и рас- На рисунке отложено число 638.
четы на этом механическом счетном
приборе. «суаньпань», знакомый — старинные
японские счеты «соробан». Будучи на
Середина 90-х годов — это было Украине, я привез оттуда один из пер-
время, когда широкое распространение вых отечественных калькуляторов ве-
стали получать персональные компью- сом более 10 кг. Предметы и документы,
теры, а значит, уходила в прошлое боль- относящиеся к истории вычислительной
шая эпоха в развитии вычислительной техники, приходили из Минска, Пензы,
техники, длившаяся несколько десяти- Еревана и других городов, в которых
летий. И я понял, что нужно сохранить разрабатывались и выпускались ЭВМ
как можно больше свидетельств этой первых поколений. Часто приходилось
эпохи. Стал ездить по заводам, ин- слышать в ответ на вопрос о старых вы-
ститутам, так называемым «почтовым числительных устройствах: «Где же вы
ящикам». Кстати, знает ли современная
молодежь, что это такое? При рассказе
о поисках экспонатов, на мой вопрос
учащиеся всегда отвечают: «Да, конеч-
но, — это то, что висит для вкладывания
в него почты…»

Привлек знакомых, соседей, род-
ственников, коллег. Писал письма в
другие города. Студентка из Китая
привезла старинные китайские счеты

42

Логарифмические линейки музей
трех типов – с длиной шкалы 12,5, 25 и 50 см
(последний вариант в СССР не выпускался). В основе
прибора лежали свойства логарифмов. Основные
выполняемые операции — умножение, деление,
возведение в квадрат и куб, извлечение квадратного
и кубического корней, определение значений синуса
и тангенса, а также логарифма. Точность
вычислений составляла 3–4 знака после запятой

Счислитель Куммера — прибор, в котором Полуавтоматический арифмометр ВК-1. Арифмометр «Брунсвига» (механический счетный
автоматически единица переходит в старший Его особенность в том, что множимое прибор, конец XIX – начало ХХ вв.). Назван так,
разряд при сложении и заимствуется при «набиралось» с помощью клавиш. поскольку выпускался по патенту изобретателя
вычитании; на счётах считающему эти операции Вильгодта Теофиловича Однера в Германии в городе
приходилось проводить вручную. Был разработан Коллекция советских электронных калькуляторов Брауншвейг. В СССР арифмометры выпускались
в середине XIX века жителем Петербурга Генрихом (около 100 моделей) в основном под маркой «Феликс».
Куммером

раньше были — все списали и выбро-
сили». Не обходилось и без курьезов.
Один из школьников рассказал, что у
его бабушки имеются большие старые
счеты. Я попросил передать их в музей.
На следующий день ученик говорит:
«Бабушка счеты не отдала. Она на них
ноги массирует...» Но все же многое
удалось достать и представить в экс-
позиции музея, который торжественно
открылся 12 декабря 2003 года.

Разделы экспозиции музея:

Простейшие вычислительные Электромеханический калькулятор «Быстрица» Один из первых советских электронных «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
устройства (русские, китайские (один из немногих отечественных калькуляторов калькуляторов весом 12 кг
и японские счеты и тому подобное). такого типа)

Первые вычислительные машины.

Логарифмические линейки и круги.

Арифмометры (ручные, полуавтомати-
ческие и автоматические).

Детали электронно-вычислительных
машин I-III поколений (носители ин-
формации, элементы памяти и др.).

Отечественные калькуляторы.

Отечественные персональные
компьютеры.

Специализированные вычислительные
линейки и устройства.

Вычислительные таблицы.

43

Перфокарта (перфорированная карта) и перфолен- Калькулятор «Электроника МК-90» — «вершина»
та (перфорированная лента) — носители информа- советского калькуляторостроения.
ции в ЭВМ первых поколений. На них информация Имел графический дисплей и многофункциональную
представлялась в двоичном виде с помощью клавиатуру (на корпусе имеется надпись:
отверстий (отверстие соответствовало единице, «Персональный компьютер»). Его цена в 1990 году
его отсутствие — нулю) была 1500 рублей (была равна стоимости
мотоцикла «Урал»).

Деталь процессора советской ЭВМ БЭСМ-6. На Ламповый триггер (устройство для хранения 1 бита Первые съемные носители информации — пакетные
момент своего создания в 1968 году эта ЭВМ была информации). На переднем плане показана пластина магнитные диски, использовавшиеся в ЭВМ серий
самой быстродействующей в Европе — скорость оперативной памяти современного персонального ЕС и СМ. Диски развозили по вычислительному
вычислений составляла 1 млн операций в секунду. компьютера емкостью более 100 миллиардов бит центру на специальных тележках. Интересно, что
Процессор современного настольного персонального отдельные диски из пакетов «умельцы» использовали
компьютера имеет размеры в несколько сантиме- для изготовления телевизионных антенн
тров и производительность порядка 1011 операций
в секунду

Профессиональный советский персональный компью- Миниатюрный калькулятор с функциями секундо- Гибкие магнитные диски (так называемые
тер (микроЭВМ) «Искра 226». Слева – дисковод для мера, таймера и будильника (разъем справа в задней «дискеты») — съемные носители информации
двух гибких магнитных дисков (дискет) диаметром части — точилка для карандашей) в персональных компьютерах. Применялись дискеты
8 дюймов. Общий вес системного блока с встро- трех видов — диаметром 8, 5,25 и 3,5 дюйма. На
енным монитором, клавиатуры и дисковода для первых вариантах дискет диаметром 8 дюймов
дискет составлял более 50 кг можно было записать 80 килобайт информации

Коллекция отечественных бытовых Отличительной особенностью музея
персональных компьютеров (более 20 моделей). является то, что многие экспонаты мож-
но взять в руки, а на некоторых — даже
44 поработать.

Музей регулярно посещают учащиеся
средних школ Москвы и Московской
области, студенты вузов и колледжей,
гости Москвы. Приглашаем в музей всех
желающих.

Адам Грант
Оригиналы.
Как нонконформисты
двигают мир вперед
Перевод с английского:
Татьяна Азаркович.
М.: АСТ : Corpus,

2019

Придумать хорошую идею не так книги «Химия и жизнь», 2019, № 2, www.hij.ru
уж трудно — гораздо сложнее
выбрать лучшую из множества Атул Гаванде
идей. Построить мощную корпо- Все мы смертны.
ративную культуру нелегко — но Что для нас дорого
гораздо труднее изменить ее, если в самом конце и чем тут
она перестала соответствовать изменившимся обстоятельствам. может помочь медицина
Стоит дважды подумать, прежде чем выступить с критикой на- Перевод с английского:
чальства — но есть компании, где такая критика поощряется. Анастасия Бродоцкая.
Адам Грант, профессор Уортонской школы бизнеса и специалист М.: АСТ : Corpus,
по психологии менеджмента, рассказывает, каким образом
люди с оригинальным мышлением могут преодолеть групповое 2019
мышление и круговую поруку, отличить излишний оптимизм от
разумного риска — и в результате изменить мир. Это книга о старении, смер-
тельной болезни, смерти
Александр Панчин — то есть о вещах, которых
Защита от темных искусств мы так боимся, что стараемся
вообще не думать о них. Автор,
М.: Corpus, знаменитый американский хи-
2018 рург Атул Гаванде, уверен, что
прятать голову в песок неправильно: смерть — часть жизни, ее
Эта книга об экстрасенсах и естественное завершение, именно в таком качестве ее следует
биолокации, астрологии и принимать. Беда в том, что старость и умирание в современной
магии, демонах и кошмарах, культуре проходят по ведомству медицины, которая считает
левитации и телекинезе, свободе смерть просто фатальным техническим сбоем. Не пытаясь по-
воли и чтении мыслей, смертельных нять, что на самом деле важно и ценно для человека в последние
проклятиях и целительстве, выходе месяцы, недели и дни его жизни, мы испытываем на больном
из тела и ауре, смерти и воскрешении из мертвых и еще о многом все новые способы лечения — столь же мучительные, сколь и
другом, что связывают с миром паранормальных явлений. Перед бесполезные. Как изменить эту ситуацию? Как найти нужные
вами научно-популярный рассказ об исследованиях всего ми- слова для близких, чья жизнь подходит к концу? Как научиться
стического и о причинах, по которым вера в сверхъестественное правильно относиться к смерти?
столь привлекательна для многих людей. 
Книга издана при поддержке фонда «Эволюция».
Карло Ровелли
Семь этюдов по физике Сванте Пэабо
Перевод с английского: Неандерталец.
В поисках исчезнувших геномов
Алёна Якименко Перевод с английского:
М.: Corpus, Елена Наймарк
2018
М.: Corpus,
Карло Ровелли — физик-те- 2018
оретик, один из создателей
теории петлевой квантовой Шведский генетик Сванте
гравитации, автор научно-популяр- Пэабо давно лелеял мечту,
ных книг. «Семь этюдов по физике» казавшуюся несбыточ-
стали бестселлером номер один ной: выделить ДНК из египетских
в Италии и переведены более чем на сорок языков. Ровелли мумий. Юношеская одержимость
кратко и красочно рассказывает о Вселенной, о том, как физика повела его тернистым путем — че-
XX века преобразила наше знание о мире и какие вопросы еще рез мучительный научный поиск,
предстоит разрешить. «Семь этюдов по физике» — окно, через борьбу за чистоту экспериментов и
которое даже неподготовленный читатель может взглянуть на интеллектуальную честность, дипломатические маневры и бюро-
теоретическую физику.  кратические войны… И завела намного дальше в глубину веков, к
прочтению неандертальского генома. «Неандерталец» — не только
увлекательный рассказ о сенсационном прорыве, но и документ,
фиксирующий важную веху в истории науки: становление палеоге-
нетики, новой дисциплины, позволяющей методом исследования
древних ДНК восстанавливать картину эволюции нашего вида в
таких подробностях, о каких мы раньше не смели и мечтать.

Подробности на сайте издательства:
https://www.corpus.ru/

45

Рододендрон,
продлевающий
жизнь

Современный человек напоминает кэрролловского Белого
Кролика: постоянно спешит, ничего при этом не успевает и
потому отчаянно нуждается в средствах, снимающих уста-
лость и придающих силы. Чаще всего в этих целях исполь-
зуют продукты, содержащие кофеин, однако этот алкалоид
имеет нежелательные побочные эффекты, а систематическая
передозировка приводит к развитию зависимости и даже
отравлению (см. «Химию и жизнь», 2013, 2). К счастью, при-
рода припасла для нас стимуляторы без кофеина. Большой
популярностью сейчас пользуются побеги рододендрона
Адамса (Rhododendron аdamsii), известного также под на-
званием саган дайля, что в переводе с бурятского означает
«продлевающий жизнь».

Рододендроны относятся к семейству вересковых и со-
стоят в родстве с багульником, клюквой, черникой и брус-
никой. Современная медицина насчитывает среди них по
меньшей мере девять лекарственных видов: рододендроны
золотистый, даурский, мелколистный, кавказский, желтый,
понтийский, Смирнова, Унгерна и Адамса. Это ветвистый
вечнозеленый кустарничек высотой не более полуметра, с
мелкими продолговатыми кожистыми листочками. На ниж-
ней стороне листочков и на молодых веточках множество
желёзок, старые побеги покрыты серой морщинистой корой.
Рододендрон Адамса произрастает на каменистых склонах
на высоте 1200–2500 м, любит холод и влагу. Цветет в июне-
июле, его мелкие розовые цветки собраны в соцветия по
7–15 штук. В августе образуются плоды-коробочки. Саган
дайля растет очень медленно, особенно в первые три — пять
лет, и встречается редко. Он внесен в Красные книги Буря-
тии и Магаданской области. Тем не менее купить его листья
и побеги  — не проблема. Производители утверждают, что
саган дайля нормализует артериальное давление, снимает
головную и суставную боль и похмельный синдром, выводит
камни из почек, благотворно влияет на мочеполовую систему
и замедляет процессы старения.

Эти обещания основаны на многовековой традиции. Ко-
ренные жители Бурятии и Монголии используют саган дайля
как тонизирующее средство, лекарство при сердечных и
желудочно-кишечных заболеваниях, простудах и ревматиз-
ме, а также как мочегонное. Сибирские охотники называют
рододендрон Адамса душистым прутком и пьют отвар из
листьев, чтобы снять усталость. Даже официальная медицина
признает целебное действие его настоек и отваров. Еще в
середине прошлого века советские ученые обнаружили, что
спиртовые вытяжки из листьев растения убивают некоторые
патогенные кишечные бактерии, в том числе холерный ви-
брион и протеобактерии, а также дифтерийную палочку. В
наше время свойства саган дайля продолжают исследовать
в нескольких научных центрах России и Белоруссии, пре-
имущественно в Иркутском государственном медицинском
университете.

Рододендрон Адамса — душистое растение, следователь-
но, оно должно синтезировать эфирное масло, которое, как
правило, обладает антимикробным действием и расширяет
сосуды. И действительно, эфирное масло накапливается в
желёзках, расположенных на стеблях и листьях; в его состав
входят 52 компонента, из которых пока идентифицировали

46