Химия и жизнь №5 - 2022

Химия и жизнь Тут, кстати, есть над чем подумать, но, к сожаленью, нету чем. 5 Ежемесячный научно-популярный журнал / 2022 Владимир Поляков Зарегистрирован Содержание в Комитете РФ по печати 19 ноября 2003 года, рег. ЭЛ № 77-8479 Проблемы и методы науки ДНК ВОКРУГ НАС. Е. Клещенко ............................................................2 ISSN 1727-5903 Технологии и природа НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ: ЦЕЛЬ  НЕЙРОМОРФ. С.М. Комаров ................................................ 16 Главный редактор Проблемы и методы науки Л.Н. Стрельникова ИНОПЛАНЕТЯНЕ? Л. Жеуч..................................................................26 Художники А. Астрин, С. Дергачев, Гипотезы А. Кук, Н. Колпакова П. Перевезенцев, ЛИШНИЙ ВЕС  ПОИСК ВИНОВНОГО. Н.Л. Резник...........................30 Е. Станикова, С. Тюнин Редакторы и обозреватели Панацейка Л.А. Ашкинази, ГОРЕЦ  В КАЖДОМ МЕСТЕ СВОЙ. Н. Ручкина .................................34 В.В. Благутина, Ю.И. Зварич, Земля и ее обитатели Е.В. Клещенко, ВРЕМЯ ГНЕЗД. О.Н. Нестеренко ........................................................40 С.М. Комаров, Радости жизни В.В. Лебедев, ГЛЯДЯ В ГЛАЗА БОГОМОЛУ. С. Анофелес..........................................46 Н.Л. Резник, О.В. Рындина Спросите учителя Ответственный за соцсети НАУКИ: СРАВНЕНИЕ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ. Л.А. Ашкинази .................50 Д.А. Васильев Фантастика Подписано в печать 27.05.2022 ФОРМУЛА УСПЕХА. В. Гон ..................................................................58 Типография «Офсет Принт М.» 123001, Москва, 1-й Красногвардейский пр-д, д. 1 Нанофантастика ОЖИВИЛИ ШВЕЙКА. В. Прудков ........................................................64 Адрес для переписки 119071, Москва, а/я 57 Телефон для справок: 8 (495) 722-09-46 e-mail: [email protected] http://www.hij.ru Соцсети: https://www.facebook.com/khimiyaizhizn https://vk.com/khimiya_i_zhizn https://ok.ru/group/53459104891087 https://twitter.com/hij_redaktor https://www.instagram.com/khimiya_i_zhizn/ При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь» обязательна На журнал можно подписаться в агентствах «Роспечать» — каталог «Роспечать», индексы 72231 и 72232 Наши подписные агентства «Арзи», индекс 88763 в Объединенном каталог «Пресса России» (тел. «Арзи» (495) 443-61-60) «Почта России», индексы в каталоге П2021 и П2017 НПО «Информ-система», (495) 121-01-16, (499) 789-45-55 «Урал-Пресс», (495) 789-86-36 «Руспресса», тел. +7 (495) 369-11-22 «Прессинформ», +7(812) 786-58-29, +7(812) 337-16-26 г. С-Петербург © АНО Центр «НаукаПресс» Генеральный спонсор журнала Компания «БИОАМИД» НА ПЕРВОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ Разные разности 10 рисунок Александра Кука Результаты: нейрофизиология 23 Результаты: физхимия 37 НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ Результаты: физика 54 работа Владимира Татлина «Кумерская Книги 57 Венера». Так хочется добиться идеала, Короткие заметки 62 что даже божественная красота кажется Пишут, что… 62 несовершенной. Об этом читайте в статье «Лишний вес – поиск виновного»

Фото: Пресс-релиз университета Кертин (Австралия) Технологии и природа Австралийские росянки выглядят непривычно для нас: у них длинные листья, а не круглые. Но принцип охоты Е. Клещенко тот же. Кого она съела, подскажут ДНК-баркоды ДНК вокруг нас Мы думали, что знаем все о возможностях анализа ДНК. А как вам такое: выделяем ДНК из образцов почвы, воды и даже воздуха и узнаем, кто тут плавал, летал и ходил? Перемешаны наши дыханья, все вокруг загрязнено нуклеиновыми кислотами со- временных людей! Кстати, геномный центр МФТИ нашел перепутаны наши следы… остроумное решение. Вместо того чтобы создавать чистые комнаты, как делают во многих других центрах «В покое от человека каждую минуту отрывается до исследования древней ДНК, лабораторию оборудовали 300 тысяч частиц, сопоставимых по количеству ДНК с замкнутой системой относительно небольших боксов, древними образцами. При движении — до трех мил- в которые экспериментатор засовывает руки через лионов», — сказал на конференции «Молекулярная «встроенные» перчатки, не нарушая герметичности. диагностика — 2021» Харис Харрасович Мустафин, Такие камеры можно вакуумировать или заполнить руководитель лаборатории исторической генетики, сверхчистым азотом, чтобы гарантированно избавиться радиоуглеродного анализа и прикладной физики Мо- от летающей ДНК самих исследователей. сковского физико-технического института. Но то, что стало головной болью для археологиче- В МФТИ уже десять лет работает геномный центр, ской генетики и палеогенетики, — ДНК-след, который где занимаются исследованиями археологической ДНК, оставляет за собой человек и другие животные, — соз- а значит — решают проблему контаминации. Трудно дало новое направление в экологии. В воздухе, воде и анализировать следовые количества ДНК скифов или земле присутствует ДНК живых существ, которые здесь жителей Ярославля времен монгольского ига, когда 2

побывали, и, если ее выделить и прочитать фрагменты могут продуцировать антибиотики или другие полезные геномов, — это сколько же информации мы получим! вещества — например, ферменты, разлагающие пластик Звучит фантастично, однако анализ ДНК из окружающей (см. «Химию и жизнь», 2022, 4). Можно выделить гены среды уже становится инструментом биомониторинга этих ферментов и даже не поинтересоваться, кому имен- видов и экологических исследований. но они принадлежат. Но можно и охарактеризовать все биоразнообразие бактерий в образце. «ДНК из окружающей среды» — точный перевод английского environmental DNA (eDNA), но в русской Для идентификации видов необязательно читать научной литературе прижился термин «экологическая все геномы целиком. Обычно для этого используют ДНК», который дает похожую аббревиатуру — эДНК. баркоды (или штрихкоды, если по-русски) — участки генома, обладающие несколькими важными качествами. Как это делается Во-первых, они должны быть достаточно сходными у всех видов, которые мы надеемся обнаружить, чтобы их Если смотреть с точки зрения молекулярной гене- можно было выловить с помощью полимеразной цепной тики и биоинформатики, исследование эДНК почти реакции (ПЦР), — проще говоря, у них должны быть оди- синонимично метагеномике, то есть исследованию наковые начала и концы. (О том, как перевернула моле- суммарного генетического материала из образца. кулярную биологию ПЦР — реакция, которая позволяет Почти, потому что к эДНК обычно не относят изучение делать множество копий выбранного участка ДНК, — см. образцов, взятых с кожи человека или из фильтра кон- «Химию и жизнь», 2019, 9.) Во-вторых, фрагменты между диционера. Как правило, эДНК — это то, что содержится этими участками должны хотя бы немного различаться у в образцах «из природы», причем взятых без прямого разных видов, но быть одинаковыми в пределах одного контакта с самими хозяевами геномов. Короче говоря, вида. Строго дозированное разнообразие, межвидовое, молекулярные методы идентификации живых существ но не внутривидовое. на службе у традиционной полевой экологии. В случае бактерий на роль баркода хорошо подходит Рутиной метагеномики стало изучение образцов ген рибосомной РНК. Рибосома — машина белкового почвы или кишечного микробиома. Научные журналы синтеза, она есть у всех, и важная ее составляющая — заполнены историями о том, как бактериальное сообще- молекулы РНК. (Это косвенно говорит о ее древности — ство кишечника влияет на метаболизм лекарств, течение другие полезные вещи в клетке сделаны из белков; хронических заболеваний, похудение и продолжитель- ность жизни и как самые разнообразные факторы, в Другое название зеленой черепахи Chelonia mydas — свою очередь, влияют на состав бактерий кишечника. суповая черепаха, и это объясняет, почему она оказалась В почве обитает множество бактерий, которых трудно под угрозой исчезновения или невозможно содержать в культуре, а между тем они Фото: Brocken Inaglory, WikiCommons 3«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: Пресс-релиз «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/) Одна из самых интересных и малоизученных рыб-вселенцев третье требование к баркоду: он не должен быть очень в Волге – звёздчатая пуголовка. Рыб семейства бычковых длинным, желательно не более 100 пар нуклеотидов. трудно отличать визуально, особенно молодь, и ДНК-анализ Нуклеиновые кислоты вне родного организма подвер- тут очень помогает жены деградации, и следует ожидать, что геном будет фрагментирован, поэтому слишком длинный баркод в рибосоме белки тоже есть, но РНК в ней особенно может дать ложноотрицательный результат. Впрочем, важны.) Но могут, конечно, использоваться и участки бывает и наоборот, особенно в холодном климате: других геномов, лишь бы они обладали перечисленными из-за «слишком хорошей» сохранности ДНК не всегда свойствами. Существуют базы данных, где представле- удается понять, давно ли животное тут побывало. ны эти фрагменты для разных видов. Выбор участков-баркодов для животных и расте- Таким образом, исследователь берет образец по- ний подчиняется тем же принципам: что-то достаточно чвы или чего-то еще; если нет возможности исследовать важное, что есть у всех и не слишком изменчиво, и же- его немедленно, консервирует тем или иным способом лательно в большом количестве. Помимо рибосомных (сушка, замораживание, этиловый спирт и др.). Затем генов, это могут быть, например, гены митохондрий, выделяет и очищает ДНК, нарабатывает с помощью то есть клеточных органелл, отвечающих за получение ПЦР множественные копии участка-мишени в разных энергии, — без митохондрий никто не может суще- геномах, содержащихся в образце, секвенирует их (то ствовать. Кстати, у митохондрий есть и собственные есть определяет нуклеотидную последовательность). рибосомные гены, и собственная система белкового Полученный набор участков сверяет с базой данных — и синтеза; митохондрии — потомки бактерий-симбионтов получает перечень видов. Исследование баркодов мета- древних клеток. Участки рибосомных генов митохондрий генома для краткости называют метабаркодированием. часто используются в качестве баркодов. От бактерий к многоклеточным Какую информацию дает эДНК? Прежде всего это измерение и мониторинг биоразнообразия. С помо- Бактериальная метагеномика — модное и успешное щью эДНК можно отслеживать изменение видового направление, но амбиции исследователей эДНК состава при антропогенных воздействиях, таких как обычно идут дальше: искать генетический материал разливы нефти, химическое загрязнение, коммерче- эукариот, многоклеточных растений и животных. Всех, ское рыболовство. Можно обнаруживать вторжение кто здесь ходил, ставил метки на кустах, ронял шер- инвазивных видов или собирать информацию о есте- стинки или капли крови. И здесь становится важным ственном состоянии биотопа. Сбор ДНК практически не влияет на экосистему и при этом информативен. Даже если животное сложно наблюдать — оно живет 4

в труднодоступном месте, или очень редкое, или нилось, почти сто семейств членистоногих («Scientific осторожное и маленькое, или, наоборот, большое и Reports» опубликовал результаты этого исследования недружественное к зоологам, — ДНК оно оставляет. в 2022 году). На рацион влияет местообитание, напри- мер, мелких бабочек чаще добывают росянки, которые Конечно, есть и недостатки. Например, метабар- растут у водоема. кодирование не сообщит о структуре популяции — мы узнаем, что в данной точке степи побывали хомяки, Исследование содержимого желудков и кишеч- но не узнаем, сколько их было, не получим данных о ников тоже можно рассматривать как анализ ДНК из соотношении полов. (Такую информацию может дать окружающей среды, особенно если у нас мало ин- полногеномное исследование, но это пока еще слишком формации о среде, в которой обитало животное. Так дорого: проще посадить студентов полевого отделения бывает, например, когда речь идет о древних видах. с биноклями считать хомяков.) О возрасте, состоянии и С помощью метабаркодирования проанализировали поведении животных тоже придется узнавать традици- рацион вымершей новозеландской птицы моа. Очень онными методами экологии. интересные исследования — метабаркодирование растений в копролитах (окаменевших фекалиях) и Кого съели? кишечниках мамонтов и шерстистых носорогов, со- временных им бизонов и лошадей. Это, можно сказать, Область зоологии, которая шокирует многих небиоло- не фекалии, а драгоценные капсулы времени, посла- гов, — исследование фекалий, содержимого желудков и ние современным ботаникам с перечнем растений кишечников, а также погадок (непереваренных остатков (по крайней мере, съедобных), типичных для древних пищи, которые отрыгивают, например, совы). Интерес- плейстоценовых тундростепей. но же, чем животное питается! В этой области эДНК дает блестящие результаты. Баркоды пищи зачастую Сюда же можно отнести и метабаркодирование позволяют идентифицировать ее точнее, чем микро- совсем иного продукта жизнедеятельности животных — скопия. А ДНК в составе фекалий, найденных на участке мёда. В нем хорошо сохраняется ДНК растений, и это обитания тигра или леопарда, в широком смысле может позволяет, с одной стороны, узнать много нового о считаться эДНК. Удобно, что эти образцы содержат и взаимоотношениях цветов и опылителей, а с другой сто- ДНК того, кто ел, и тех, кого ели. роны — уличить недобросовестных продавцов, которые уверяют, что их мед стопроцентно липовый. Таким способом можно определить, какие растения ест травоядное животное, а можно и наоборот — каких Голый землекоп (Heterocephalus glaber) не красавец, животных предпочитает плотоядное растение. Недавно но живет необыкновенно долго для своего размера, с помощью ДНК-метабаркодирования изучили рацион за это ученые его любят австралийских росянок, который включает, как выяс- Roman Klementschitz, WikiCommons 5«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Ballista, WikiCommons Муляж Несси, сделанный для ТВ-шоу. Мы столько знаем Есть любопытные работы, связанные с зеленой о ней, что она почти материальна, — но ДНК древней черепахой Chelonia mydas, — это прекрасное животное рептилии в озере нет находится под угрозой исчезновения. Авторы одной из работ выполнили метабаркодирование и микроскопи- Рыбы, черепахи и Несси ческий анализ биопленки, содержащей диатомовые водоросли, которая растет на черепахе. Получив дан- Фекалии — это прекрасно, но они у биологов есть не ные о видовом разнообразии водорослей, попытались всегда. Другие типичные образцы для поиска эДНК — вычислить поведенческие особенности конкретной почва, осадок со дна водоемов, образцы воды, пре- черепахи. Какую соленость воды она предпочитает, с сной или морской, проточной речной или образцов какой скоростью плавает (одни диатомовые водоросли из «вертикального столба», взятых на разной глубине. прикрепляются прочнее других, следовательно, на бы- Кстати, если говорить о пресных водоемах, в них можно строй черепахе будут преобладать они). Идея красивая, обнаружить ДНК не только водных животных, но и тех, хотя, по честному признанию авторов, микроскопия кто обитает вблизи водоема или приходит на водопой. оказалось более информативной. В морских осадках находят баркоды тысяч так- Возможно, больше пользы зеленым черепахам при- сономических групп. Изучение разнообразия рыб по несет другая работа, в которой исследовали опасный образцам воды многие ихтиологи называют более для них герпесвирус в образцах морской воды. Резуль- эффективным, чем традиционные методы отбора проб таты были опубликованы в 2021 году. Авторы сопоста- для этой цели (электролов). И уж конечно, он менее ин- вили свою работу с широко известными технологиями вазивен. Понятно, что больше ДНК удается найти, если анализа городских сточных вод на коронавирус SARS- пропустить через фильтры большие количества воды и CoV-2, которые поставляют оперативные данные о росте сконцентрировать образец. либо спаде зараженности в том или ином квартале. Правда, тут разница не только между морской водой и содержимым канализационных стоков: у герпесвируса 6

геном состоит из ДНК, у коронавирусов — из РНК, и это Сбор образцов почвы для поисков ДНК древних людей влияет на методику. Но принципы сходны. в Чагырской пещере на Алтае (вверху) и в Испании Есть и российские работы по ДНК-идентификации Галерея статуй названа так из-за кальцитовых колонн чужеродных видов рыб в Волго-Камском бассейне. причудливой формы. Неандертальцы скульпторами не Как известно, на Волге много водохранилищ, плотин, были усилиями гидростроителей она оказалась связанной с другими водными бассейнами. Отсюда появление Пресс-релиз Общества Макса Планка видов, ранее для Волги нехарактерных, которые могут нарушить равновесие экосистемы. Но когда провели первый анализ эДНК в образцах воды из Волжского бассейна, удалось идентифицировать всего 23 вида рыб. Несмотря на все угрозы биоразнообразию, должно быть раза в два больше. Очевидно, проблема в неопти- мальном выборе баркодов. Более эффективную систему для поиска видов-все- ленцев в Волге уже в этом году представили сотрудники Института биологии внутренних вод РАН и Института проблем экологии и эволюции РАН. Они как раз ис- пользовали фрагменты генов рибосомной РНК. Правда, пока они опробовали свою технологию на пойманных рыбах, а не на образцах воды, но результаты, опублико- ванные в журнале «Water» в этом году, представляются удовлетворительными. И в любом случае определение рыб настолько непростая задача, что ихтиологи рады помощи от молекулярных биологов Все работы по определению в воде эДНК рыб и земноводных перечислить трудно. Однако, говоря об эДНК водоемов, невозможно обойти вниманием озеро Лох-Несс. Озеро большое, но и плезиозавр не малень- кий, и если он там есть, то ДНК-содержащих частиц от него отрывается, наверное, много. Нил Геммелл из Университета Отаго в Новой Зе- ландии и его коллеги собрали образцы лох-несской воды для анализа эДНК. Основная цель была вполне разумная — составить каталог обитающих в озере ви- дов. Геммелл говорил журналистам, что не хочет войти в историю как парень, который ловит Несси, но в то же время заявить о поиске ее ДНК — хороший способ за- ставить людей больше узнать о современных методах экологических исследований. Ученые выявили ДНК примерно 3000 видов, в том числе свиней, оленей и людей. Ничего, что могло бы сойти за палеорептилию, не нашли, не было также ни крокодилов, ни осетров, ни морских котиков. Зато в образцах содержалось неожиданно много ДНК угря. Как прокомментировал Геммелл, это может быть большое количество угрей или, возможно, один очень, очень большой угорь. ДНК из пещер ДНК овец вокруг поселений древних людей говорит о том, когда охотники-собиратели стали животноводами. В образцах почвы исследуют эДНК почвенных со- обществ бактерий, сообщества грибов и микроорга- Поразительные результаты дает анализ ДНК из низмов, ассоциированные с корневой системой. А как грунта пещер, где жили древние люди. Каждый зуб не- насчет ДНК многоклеточных? андертальца или денисовца — ценность для науки, и па- леоантропологи не очень охотно отдают палеогенетикам Если снова не возвращаться к фекалиям, а говорить для разрушающего анализа даже маленький кусочек. именно об образцах почвы, то самые удивительные ра- боты связаны с древней эДНК. Например, появление 7«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Nilfanion, WikiCommons Мунтжак — китайский иммигрант Макса Планка (группа под руководством Сванте Паабо, хорошо известная всем, кто следит за исследованиями И вот, оказывается, материал, который отбрасывали палеоДНК) разработали методы обогащения и анализа если не лопатой, то совочком и кистью, тоже можно ядерной ДНК человека из почвы. анализировать. Древние проводили много времени в пещерах: ели, спали, грелись, дожидались рассвета. А Проблемы создает не только преобладание ми- миллионы невидимых частиц ДНК сыпались и сыпались, кробной ДНК, но и присутствие ДНК других млекопита- оседали на полу и захоранивались в грунте вместе с ющих. Короткие куски деградированной ДНК человека косточками и орудиями труда. и медведя не так-то просто различить. Поэтому авторы статьи разработали специальные методы отсева ДНК Одна из таких работ опубликована в апреле 2021 других видов и «диагностики гоминин» — нашли харак- года в журнале «Science». Международная команда терные сайты, по которым мы, приматы, отличаемся ученых секвенировала митохондриальную и ядерную от других животных. «Мы хотели быть уверены, что не ДНК неандертальцев и денисовцев из образцов почвы, изучаем по случайности какой-то неизвестный вид гие- которые собрали в Чагырской пещере и Денисовой ны», — сказал первый автор работы Берджамин Верно. пещере на Алтае, а также в Сьерра-де-Атапуэрка на севере Испании, из так называемой Галереи статуй. Авторы работы установили, что пещеру в Испании неандертальцы заселяли минимум дважды, а также Вдумайтесь: митохондриальная и ядерная! ДНК идентифицировали два события активного расселения митохондрий (мтДНК) дает интересную информацию, неандертальцев в Евразии. ДНК из Чагырской пеще- в частности, позволяет прослеживать дальнее родство ры оказалась похожей на ДНК из костного образца, по материнской линии. Но ее анализировать проще, найденного там ранее. Митохондриальные геномы из митохондрий в каждой клетке много, а ядерный геном — испанской пещеры были сходными с мтДНК неандер- основной объем генетических данных человека — один тальцев, найденных на территории Германии. Ядерная на клетку (хорошо, два, если считать материнскую и ДНК из образцов Денисовой пещеры принадлежала отцовскую копии). Трудные задачи начинают решать или неандертальцам, или денисовцам, смешанных с того, что полегче, и результаты анализа мтДНК не- образцов не было, на что все надеялись (мы помним, андертальцев и денисовцев из отложений эпохи плей- что в Денисовой пещере однажды нашли косточку до- стоцена были опубликованы еще в 2017 году. Теперь чери неандерталки и денисовца, см. «Химию и жизнь», в немецком Институте эволюционной антропологии 2018, 9). Образцы из двух других локаций ожидаемо оказались неандертальскими. Для некоторых образцов 8

удалось установить пол. Но самое интригующее — из комнаты. Фильтры хранили в морозилке в пакетах, а авторы заявляют, что ДНК из образцов грунта может затем выделяли ДНК, амплифицировали баркоды (гены быть индивидуальной, характеризовать не популяцию митохондриальной РНК) и проводили секвенирование. в целом, а конкретного древнего человека. Звучит Как в образцах из норы, так и в образцах воздуха из даже немного пугающе: вертится на языке что-то про комнаты обнаружили ДНК обоих видов. «восстать из праха». Эта технология анализа, для которой авторы пред- Ветер перемен ложили название eDNAir, может найти широкое при- менение не только в экологии, но и в криминалистике. Подавляющее большинство работ по ДНК-метабар- Даже если в помещении, где было совершено престу- кодированию выполняется на водных образцах (хотя пление, не осталось ни крови, ни волос преступника, есть и другие примеры — скажем, следы на снегу). не терять ДНК он не мог. А можно ли секвенировать воздух, такую подвижную и непостоянную среду, и получать полезную инфор- В статье о голых землекопах авторы писали, что мацию? Можно, если понимать ограничения метода. исследовать таким образом можно закрытые про- странства — дупла, норы и тому подобное. На открытых Естественно, исследуют микробиом воздуха, то пространствах получается «бессмысленный суп из есть совокупность микроорганизмов в образце, — как ДНК» — ветер ее носит, в результате все находится на больших высотах, отправляясь за пробами на са- везде. Но в дальнейшем и они сами, и другие ученые молете, так и ближе к земле, например в госпиталях, все равно стали пробовать. детских учреждениях, домах престарелых. Корона- вирусная пандемия с переполненными больничными Сотрудники Лундского университета (Швеция) палатами в очередной раз напомнила всем, что такое обнаружили в пробах воздуха, взятого вне помещения, внутрибольничные инфекции и чем они страшны. Важно ДНК 85 видов насекомых, а также ДНК растений, водо- понять, какими путями пневмококк может перелететь от рослей, грибов, вальдшнепа, дрозда-рябинника, ежа, пациента к пациенту и как это предотвратить. белки, полевки, курицы, коровы и собаки. Что касается многоклеточных — уже не менее трех Две группы ученых, одна из Дании, другая из Ве- лет в Великобритании секвенируют пыльцу злаков в ликобритании (те самые, что проверили метод eDNAir воздухе: собирают пробы, фильтруют и исследуют на землекопе), — отбирали эДНК из воздуха в двух ДНК. Чтобы давать точный прогноз для аллергиков и зоопарках. Результаты были опубликованы в февра- астматиков, мало знать, какие растения цветут имен- ле 2022 года в «Current Biology». Датская команда но сейчас в данном районе, потому что пыльцу носит идентифицировала 49 видов, британская — 25. Сре- ветер. Метагеномное секвенирование в сочетании с ди них были экспонаты зоопарка, свободноживущие математическим моделированием описывают рас- обитатели окрестностей, вроде белок и уток, а также пространение пыльцы над Великобританией и конти- те, кого в зоопарке едят (коровы и куры). Шансы на нентальной Европой. положительный результат зависели от расстояния до животного и его массы: мощным источником эДНК А что с млекопитающими? Можно ли уловить в воз- оказался носорог. духе частички, которые текут с каждого из нас — с чело- века, собаки, кота и мышки? Это кажется невероятным, Британские ученые сообщили, что обнаружили но попытки делаются. Год назад ученые из Лондонского инвазивный вид, хотя открытием это назвать трудно: университета королевы Марии выделили из воздуха, о вторжении известно давно. Мунтжаки (Muntiacus секвенировали и идентифицировали ДНК двух видов reevesi), маленькие олени, завезенные из Китая, от- млекопитающих — голого землекопа и человека. лично прижились в Англии. Правда, полигоном для исследования было не Исследователи воздушной ДНК считают, что ее чистое поле, а лаборатория. Пробы воздуха брали из вполне реально применять для пассивного мониторин- искусственных нор, где жили 225 голых землекопов, га состава видов в окружающей среде. Если пофанта- в комнате размером три на четыре метра. Туда часто зировать, можно представить себе автоматическое заходили сотрудники, лаборанты, которые ухаживали устройство, установленное где-то в лесу и постоянно за животными, поэтому исследователи были готовы к генерирующее информацию о биоразнообразии, толь- тому, что найдут ДНК минимум двух видов. Воздух из ко меняй картриджи с реагентами. Актуальны и другие нор выкачивали с помощью шланга, подсоединенного возможные применения — раннее обнаружение чуже- к насосу. Насос питался от аккумулятора и работал родных видов или поиск редких видов, находящихся тихо — как особо отметили авторы, не громче, чем сами под угрозой. землекопы грызут. (Это важно для полевых исследова- ний: чем меньше беспокойства для зверей, тем лучше.) Наряду с автоматизацией перспективным выгля- Насос качал воздух 5—20 мин, при этом ДНК оседала на дит привлечение гражданской науки. Если по всему фильтре, который обычно используют для отбора проб миру любители природы будут собирать пробы, класть морской эДНК. Таким же образом фильтровали воздух в холодильник и заливать спиртом, а потом отправлять в лаборатории на анализ, мы узнаем о биоразноо- бразии нашей планеты намного больше, чем знали до сих пор. 9«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Разные разности Разные разности Разные разности Звуковой Ватикане, в Санта-Мари -дел -Ф оре во ла гипотеза, то низко астотн й звук туннель Флорен ии, в Арке вл бленн х в Каза- может путе ествоват на бол ие рас- в атмосфере ни, в Минском главпо тамте, на стан ии сто ни в тол е вод . Американские метро «Ма ковска », в лек ионном физики ре или проверит . С одного ВОЗМОЖНО, многие из вас б вали зале в полукруглом корпусе Одесской исследовател ского судна спустили в комнате с акусти еским секретом: на ионал ной академии св зи имени гидрофон, с другого — два килограмма стои в одном углу и етко сл и Попова и др. взр в атки на рас етну глубину. По- разговор л дей в другом, дал нем дорвали, и звук прекрасно долетел до углу, даже если они говор т тихо. Такие Вперв е ффект еп у ей галереи гидрофона на рассто нии 900 мил , от необ н е комнат ест во многих исследовал британский физик Уил м одного корабл к другому. старинн х двор ах и постройках, напри- Р лей, лауреат нобелевской премии мер — в Нев нской ба не, фамил ной по физике 1904 года. Об ектом его ис- И тут возник логи н й вопрос — если ба не знаменит х Демидов х, котору следовани б ла Галере вздохов под ест звуковой туннел в океане, то по е- построили на Урале 300 лет назад. куполом собора Св того Павла в Лондо- му б ему не б т в атмосфере? Напри- не. В снилос , то ффект еп у ей мер — в тропопаузе на в соте 10–20 ки- В физике даже ест термин — « ффект галереи в кругл х поме ени х св зан с лометров. Она как раз находитс между еп у ей галереи». Это когда в поме- распространением вдол стен акусти- двум сло ми — тропосферой, низкой ении епот распростран етс тол ко атмосферой, где формируетс погода, и вдол стен и не сл ен в остал ной а- еской волн , исп т ва ей много- в сокой, о ен холодной стратосферой. сти поме ени . Об но у таких поме е- кратное полное внутреннее отражение. ний кругла или ллипти еска форма. Здес интерес б л не стол ко фун- Оказ ваетс , такие звуков е тунне- даментал н й, скол ко практи еский. В круглом поме ении епот сто е- ли су еству т и в природе. Примерно в Юинг с итал, то акусти еский волновод го у стен еловека будет сл ен вдол одном километре под водой находитс в атмосфере позволил б ВВС США про- стен, но не в ентре комнат . Часто, то- туннел , котор й переносит звуки на слу иват исп тани дерного оружи б усилит тот акусти еский ффект, в огромн е рассто ни . Он расположен Советским Со зом. стен встраивали амфор . Тогда звук между сло ми вод разной плотности, е е и резонировал, усиливалс . более теплой и более холодной. Звук, По его ини иативе возду н е ар , попав в тот слой, оказ ваетс как б в осна енн е инфразвуков ми микро- А в поме ени х ллипти еской фор- лову ке. Он отражаетс от грани слоев фонами, отправилис в небо. Это б л м звук распростран етс нескол ко и несетс вперед. Его испол зу т кит сверхсекретн й ксперимент середин ина е. Если встат в один из фокусов дл своих разговоров. XX века. Но прибор асто в ходили из стро , конструк и ломалас при сил - ллипса, а их, напомн , два, и то-то Кит уме т об ат с с помо ном ветре, и вскоре военн е закр ли сказат епотом, то вас усл ит тол ко инфразвука, у которого низка астота проект. Хот мисси не б ла рассекре- тот, кто стоит во втором фокусе, даже и бол а длина волн . М тот звук если то бол ое поме ение. не сл им, а кит его воспринима т. ена в те ение по ти 50 лет. И правил но — не его подслу иват Сей ас физики вернулис к той Эффект еп у ей галереи можно набл дат во многих истори еских зда- ужие разговор . идее. Вернулис , потому то по вилис ни х -- в храме Гроба Господн в Иеруса- Об ение китов с помо инфраз- возду н е ар нового поколени лиме, в Тадж-Махале в Индии, в храме на солне н х батаре х, котор е могут Неба в Китае, в соборе Св того Петра в вука вполне об снимо: именно ин- пассивно плават на стабил н х в со- фразвук прекрасно распростран етс в тах и непрер вно передават данн е плотной морской воде, не рассеиваетс на бол ие рассто ни с помо и уходит на бол ие рассто ни . С по- беспроводн х технологий. мо инфразвуков стада китов могут об ат с за сотни километров. А биоло- И вот 14 апрел про лого года со- ги с помо инфразвуков х дат иков сто лс перв й ксперимент. Момент могут определит , где наход тс кит , в брали уда н й — тестов й субор- даже если то о ен далеко. битал н й запуск ракет New Shepard с исп тател ной пусковой пло адки Вооб е, инфразвук в природе — не Blue Origin в Ван-Хорне ( тат Техас). В редкост . Он возникает при землетр се- тот же ден на рассто нии 400 кило- ни х, ударах молний, при сил ном ветре метров физики запустили возду н й во врем бур и ураганов. И кстати, нарастание инфразвукового фона дает ар с соответству ей аппаратурой. сигнал морским и прибрежн м живот- Возду н й ар плавал в пределах н м, то приближаетс торм и надо предполагаемого звукового канала и б зале на дно. фиксировал звуков е соб ти . Он уло- вил три етких сигнала от ракет — один Звуков е туннели в океане откр л при запуске и е е два при под еме и геофизик Морис Юинг в разгар Второй спуске ерез тропопаузу. мировой войн , в 1944 году. Тогда ходи- 10

Разные разности Разные разности Разные разности , нз ьз - н ж- и, ж , ж ии ь ин з нн и я н , ин и ь н н ии и н и н и ни з мь - н м ин з и иин ь и и, н м нь и я и и мни ж и н и ьм м жз нн яь и зь и- м м, м ж н м, н н н и н ,я и ж з и и и мн н , я н з ни , я ьи я, н ж н м нии м и- ,и н н нм и ии м м н ми з м и, ии з, яи м я, и жи и з - м н м нн з н и ь и м им и ь иь м и ьн зн н ми ь м ин , м зи из и нь м ня, и н м з ь з- ин изм ни я, нз и ь- м ин я ня нн н жи и н м и н м ь и им ьм м , «яз ж, з нз нн ь Х я н, нь зм , н - м им ним и инм ж ,н и н ж н, мн нн , им зн ни , и н ни н ижн и из- ь зн и ж ии мни , ж ьн я н из ни и ин н им н н н м н « и м и- ь н ,н и - я иья и н ми, жн из ь изи и ь м нь и , н ь и » и ни м н жи и, ь ин ж я ми и н ин з ия н из н ии и, и ян ь- я нж н зн , з ни н м ж и ни и , м м я ни ь, мь и ия ь, нн иь и ин ь я м и ин я м и и н ьн м ни- и н ии ии нн и и н- н зм и н, м и , ж ин и Игуана и диабет м жн ь и из 2500 и и н ни н и- зи и и , и НЕИСТРЕБИМА н жим ь мм , м и н ин н ми ь и зм м и ьн м ни ь н нь им н нь им, ин, яь з ь н и з ния з н и н жи и, я мин ьн и, и , ьн и н , н и и, и и, и , и и, нж мя и ,м и з жи ь, н я яя ,и ин м ии - н ним Маленькая блоха зж ин Хи ми ь и ин и злее кусает н ими и м ими нями н и нн и, ж м нн, м ни н мн жн н ми нями н я и и и, нн н и, и н- м и , и , н ж н- КАК-ТО м я з ь н - н м ми н и ьн н ми н, - зм , и жи , м нь и м н и, , м из - ж н мн я я и ян ни и мн жи , з им и з ии ими, и и и ж ия ми ж м ьн м ин н ь нн н я и ни и , я , ьз я нн я и ия , я, им ня н , и м и ин и, ями и и нь - н м , и ня н н и я ин м м иь з и нж ин ни н , я ь 11«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Разные разности Разные разности Разные разности в соревнование с сороди ами. Хот подн лс о ен в соко и оставалс партнеров, отпугива ие хи ников, хлеб им совсем не полезен, а то нее — в соким и ерез восем асов. А у да ие знат сороди ам об опасности. вреден, как вредн сухарики и с р е игуан, котор е редко вид т туристов, ово и. Так то кормление животн х на напротив, уровен сахара в крови б л Запахи помога т им определ т , воле — бол а наука. намного ниже, рос медленнее и б стрее готов ли партнер к нересту, отли ат возвра алс к норме. сво икру от ужой, находит пи у, Биологи не уста т то раз сн т . определ т состав вод . И коне но, Но вооб е, проблема та — глобал на . Если б то б ли л ди — м б именно запахи служат навигатором Благодар туризму еловек все актив- говорили о диабете. Но то игуан , и лосос м, иду им на нерест, — они при- нее проникает в дику природу и вместе вод т их к тому месту, где они родилис . с собой приносит неестественн е дл ем дл них обора иваетс в сокий диких обитателей продукт . уровен сахара в крови — м пока не А ем р б н ха т? На их голове знаем. Но узнаем. Исследовани про- в наверн ка заме али две пар от- Северн е багамские скал н е игуа- должа тс . верстий, напомина их ноздри. Это н на островах Эксума хоро о знаком они и ест . Через них спе иал н е с туристами, котор е так и норов т А л д м надо усвоит , наконе , то ресни ки прока ива т воду, котора предложит дикой зверу ке сладкий нел з лезт в природу со своими по- достигает обон тел н х клеток с со- виноград, без которого на прогулку не р дками и прив ками. И малей ие ответству ими ре епторами. Эти отправл тс . желани угостит околадкой звер - ре ептор безо ибо но распозна т ку (даже из сам х лу их побуждений) паху ие ве ества, растворенн е в воде. А можно ли дикой игуане дават надо пресекат в зарод е. Впро ем, На воздухе они не работа т. сладку еду? М знаем, то если е- и себе в рот не стоит ли ний раз засо- ловек злоупотребл ет сладким, то с в ват околадку. Вед м уже то но Однако хими еский з к ре н х и в сокой долей веро тности рано или знаем, то б вает с еловеком от такой морских глубин универсален дл всех поздно ему грозит ожирение и диабет вкусн тин в изб тке — кариес, диабет обитателей. Хими еские сигнал , в - второго типа. А игуана? Чем грозит и ли ний вес. дел ем е р бами, могут улавливат дикой скал ной игуане сладка еда, представители совсем других видов. котору ей подсов ва т турист ? И Запахи Улавливат , рас ифров ват и соот- грозит ли вооб е? под водой ветственно действоват . Этими вопросами задалис амери- МЫ уже писали, то р б могут раз- Исследователи с кафедр ихтиоло- канские биологи Аризонского универ- говариват . А увству т ли они запахи? гии биологи еского факул тета МГУ ситета и Аквариума Джона Г. Шедда. Е е как! На глубине под водой, где темно имени М.В. Ломоносова собрали и Они работали в лаборатории с более и мутно, не так много возможностей дл систематизировала все данн е о том, распространенной зеленой игуаной, по- об ени . Тол ко и остаетс , то разго- как реагиру т водн е обитатели на сиг- тому то скал н е игуан наход тс под вариват и н хат . нал н е молекул р б. Эти ве ества угрозой ис езновени . Игуан кормили наз ва т кайромон . об ной дл них едой, но добавл ли к Р б уме т в дел т ерез кожу, ней сладкий напиток, в котором б ло слиз и ерез спе иал н е желез са- Например, мелкие водн е ра ки либо много, либо мало гл коз . м е разн е ве ества — привлека ие Daphnia magna, как тол ко по увству т запах р б верховки, котора питаетс Затем, ерез 17 дней, каждой игу- тими ра ками, сразу залега т на дно ане дали напиток гл коз средней и поднима тс в верхние слои вод крепости и стали смотрет , как б стро ли ве ером. организм животного приведет уровен сахара в крови к норме. Игуан , котор е Если же ти ра ки увству т запах сидели на диете с в соким содержа- других хи ников, например ли инок нием гл коз , плохо регулировали комаров рода Chaoborus, котор е пре- уровен сахара в крови. следу т ра ков по ту но, то мигриро- ват они на ина т по горизонтали. То Но как нас ет диких игуан на остро- ест убега т от преследовани . вах Эксума? Исследователи все же про- вели полевой ксперимент. Приехали на Самки комаров тоже увству т за- острова, собрали 48 диких игуан — по- пах р б. Они предпо ита т отклад - ловину с острова, где много туристов, и ват й а в те водоем , в котор х р б другу половину с острова, где туристов нет. И если в искусственн е водоем по ти нет. Каждой игуане дали гл коз- добавит запах р б , то в них комар ного напитка и в те ение дн набл дали не будут размножат с . Водн е жуки за кон ентра ией сахара в крови. (плавун , водол б и другие) тоже из- бега т те водоем , котор е населен Резул тат оказалис тревожн ми. р бами и пахнут ими. У игуан, котор х турист закармливали виноградом, уровен сахара в крови У головастиков л гу ек и жаб, ра- сту их в воде с запахом хи н х р б, 12

Разные разности Разные разности Разные разности мен тс пропор ии тела — их хвосто- л бим м делом и не делат гадости А то, если митохондрии немного вой плавник становитс более в соким, л д м. Но то же так ску но — и вам, разгрузит , дават им мен е работ , по тому они могут б стрее плават и ва им итател м. Так то не вижу тоб у них оставалос врем на ремонт и лу е маневрироват , спаса с от см сла в интерв ». поломок? А то зна ит разгрузит ? Зна- опасности. С тех пор про ел не один дес ток ит — дават мен е пи и. Так то сегодн ихтиологам известно лет. И все ти год вижу, как наука Московские и воронежские у ен е о ен много о взаимодействии р б с подтверждает слова того умного ело- другими водн ми обитател ми с помо- века — одно за другим. Вот и сей ас по - ре или проверит , как ограни ение вилас о ередна нау на стат , кото- ра иона вли ет на работу внутренних сигнал н х ве еств кайромонов. ра опис вает резул тат совместного органов. Особенно интересно б ло Однако испол зоват то знание на исследовани двух коллективов у е- практике м не можем, поскол ку у е- н х — из НИИ физико-хими еской био- кспериментироват со стар ми жи- н е не зна т, какова хими еска приро- логии имени А. Н. Белозерского при вотн ми, поскол ку именно в пожилом да тих ве еств и где и каким образом МГУ имени М.В. Ломоносова и Воро- возрасте поломки в клетках накаплива- ти запахи образу тс в организме р б. нежского государственного универси- Ну то ж — химики, ва в ход! тета. Они изу а т механизм старени тс б стрее. и и ут метод , как его замедлит . По тому исследователи брали ста- Меньше ешь — дольше живешь Вооб е, су ествует много теорий, р х кр с. Одна группа животн х пита- котор е об сн т — по ему м лас без ограни ений, а другу группу ПОМНЮ, как на заре своей журналист- стареем. Более трехсот гипотез б ло содержали на скудном ра ионе. Через ской кар ер ре ила вз т интер- сформулировано за врем су ество- два мес а диет исследователи изме- в у главного геронтолога Москв вани науки. Например, Ил Ил и рили в разн х органах кр с коли ество или федерал ного Минздрава, уже не Ме ников с итал, то при ина старе- поломок в митохондри х. помн . Помн тол ко, то то б л ни — то самоотравление в резул - умн й еловек, умудренн й годами тате накоплени продуктов гниени в Удивител но, но даже така недолга и оп том. толстом ки е нике. А Иван Петрови по срокам диета — всего два мес а! — Павлов, на лауреат Нобелевской пре- сер езно замедлила негативн е про- Тогда исследовани в области старе- мии по физиологии и меди ине, с итал, ни на инали входит в моду. А слово есс старени в мозге, в по ках и «бессмертие» стало зву ат вполне то еловек стареет от нервн х потр - других органах. будни но. Но главн й геронтолог мне сений и перенапр жени ентрал ной м гко отказал приблизител но так: нервной систем . И вот то о ен важно. Даже если «Дето ка, в , наверное, хотите усл - на ат собл дат диету в пожилом В л бом слу ае о евидно, то старе- возрасте, можно добит с зрим х ат о вол ебной таблетке — в пил и ние — то многофакторн й про есс. И резул татов в замедлении старени . помолодел? Нет таких таблеток, и вр д сегодн у ен е рассматрива т его уже Так то снижение калорийности пи и ли они будут. Единственн й способ не на молекул рном уровне, универсал - действител но помогает клеткам изба- старет — то мен е ест , бол е ном дл всего живого. Единой теории вит с от накопив ихс повреждений двигат с , ложит с спат поран е, старени нет. Однако геронтологи схо- и помогает улу ит состо ние на его собл дат режим дн , занимат с д тс на том, то то совокупност вза- организма. имосв занн х изменений в организме, веду а рол в котор х принадлежит Это исследование в полнено на генети еским механизмам. грант Российского нау ного фонда, то ест на государственн е ден ги. И то Но о ен хо етс пон т , какой при тно вдвойне. механизм тут главн й, тоб воздей- ствоват на него и замедл т старение. Впро ем, оно в полнено на кр сах. На рол такого основного фактора И правомерен вопрос — а можно ли претенду т митохондрии. Эти кро е - переносит на еловека резул тат , н е лектростан ии в на их клетках полу енн е на животн х? Исследо- ежесекундно наполн т нас нергией, вание российских у ен х, о котором перерабат ва питател н е ве ества. рассказала, — фундаментал ное. С его помо у ен е в сн т, то и как Однако со временем в митохондри х вли ет на тонкие клето н е механизм слу а тс поломки. С возрастом по- животн х, к котор м, несомненно, от- ломки накаплива тс . И наконе их носитс и еловек. становитс так много, то клетки просто не успева т их устран т . Все то ска- Но в вод российских у ен х под- з ваетс на здоров е, на само увствии твержда т и сотрудники Центра ме- и в з вает старение. ди инских исследований Пеннингтона при Университете Луизиан . Здес за- нима тс прикладн ми меди инскими исследовани ми. Одно из них ставило ел в снит , как ограни ение ка- лорийности пи и вли ет на здоров е, 13«Хими и жизн », 2022, 5, www.hij.ru

Разные разности Разные разности Разные разности старение и продолжител ност жизни Высокотехноло- дости. Спе иал но к празднику П етро л дей. гичная пицца придумал ре епт нового пирожного из меда, масла и тол ен х орехов. У ен е набл дали за подопе н ми, ИЗОБРЕТЕНИЯ не по вл тс на пу- котор е в те ение двух лет потребл - стом месте. Ча е всего иде приходит в В Ден города на главной ули е на- ли с пи ей на 14% мен е калорий. голову под давлением обсто тел ств или кр ли праздни н е стол и разложили Оказалос , то при такой диете в их слу айн х соб тий. Воз мем, к примеру, на них пирожн е. Но в тот ден б ло организмах в рабат валос бол е кулинари . неверо тно жарко, и, когда подт нулис Т-клеток, котор е игра т кл еву горожане вкусит необ н х сладостей, рол в иммунной системе, поддержи- Микроволнова пе , в которой м пирожн е уже раста ли и расползлис . ва т иммунитет и замедл т про есс разогреваем продукт , по вилас на старени . свет благодар слу а . Ее изобретател , Но как нередко б вает, ситуа и американский инженер Перси Спенсер, в спасла наход ива супруга кондитера. Действител но, по мере того как 1940-х годах работал над нов ми радара- Она не растер лас и стала намаз ват л ди старе т, их тимус сокра а- ми дл военн х елей и проводил оп т жидкие пирожн е на хлеб. Горожане с магнетронами, котор е генериру т распробовали, при ли в восторг и стали тс и производ т мен е Т-клеток СВЧ-излу ение. требоват добавки. Так родилас око- (Т-лимфо итов). В резул тате пожил м ладна паста Ферреро, котора со време- л д м труднее борот с с инфек и ми После о ередного оп та Перси ре ил нем вол ионировала и превратилас и некотор ми видами рака. подкрепит с околадн м батон иком. в ироко известну в мире околадну Полез за ним в карман халата и вместо пасту «Нутелла». Ограни ение калорий помогает батон ика на ел там гор у око- предотвратит сокра ение тимуса, ладну лужи у. Тогда Спенсер провел Консерв по вилис благодар На- ксперимент с пи ев ми продуктами и полеону, котор й в 1795 году об вил тоб еловек в рабат вал бол е убедилс , то магнетрон разогревает их. вознаграждение тому, кто придумает, как Т-клеток. Так то ограни ение калорий сохранит пи у дл солдат в полев х измен ет многие метаболи еские и им- Военно-пром ленна компани услови х. мунн е реак ии, котор е увели ива т «Raytheon», в которой работал Спенсер, продолжител ност жизни и здоров . полу ила патент на микроволнову Упаковка дл и родилас в Ка- пе в 1946 году, а перв е пе и в сотой наде в 1911 году благодар жалобам В можете спросит — ну и скол ко два метра и весом в 300 кг по вилис в владел а гостини . Он сетовал, то проживу, если буду ограни иват себ ? В ресторанах уже ерез год. Дал ней а купленн е у местн х фермеров й а базе AnAge на ла, то максимал на всегда доставл т разбит ми. Жалобу зарегистрированна продолжител - вол и привела к тому, то тепер усл ал канадский журналист Джозеф ност жизни еловека на Земле состав- по ти на каждой кухне сто т мален кие Коил и придумал бумажну коробку л ет 122,5 года. Симпати на ифра. и компактн е СВЧ-пе и. С то ки зрени с углублени ми дл каждого й а. Она молодежи, плит может не б т , но без отли но работала на ухабист х дорогах Вооб е, л б е разумн е само- СВЧ — никак. Британской Колумбии. ограни ени продлева т еловеку жизн . Это касаетс не тол ко калорий. Друга кулинарна истори , в об ем- Таких историй много. А вот совсем Однажд фран узску даму, которой то — похожа , слу илас в том же 1946 свежа . Она св зана с у ен м-матери- перевалило за сто лет, журналист году в итал нском городе Ал ба. Ко дн аловедом Эрнесто Ди Майо, урожен ем спросил: «В ем секрет ва его долго- города администра и Ал б заказала Неапол . В 25 лет у него развилас ал- лети ? В , наверное, сидите на особой известному кондитеру П етро Ферреро лерги на дрожжи. И с тех пор, как тол ко диете?» — «Да нет, ем все подр д». — сделат какие-нибуд необ н е сла- он с едает пи у, у него всп хивает «В , наверное, никогда не курили?» — крапивни а. «Баловалас , коне но, в молодости, как все». — «В , наверное, занималис Наверное, то можно б ло б пере- активной физкул турой?» — «Да нет, жит , хот неаполитане от пи не- отделим. Но ситуа и усугубл етс тем, ленива и не спортивна ». — «В не пили алкогол ?» — «Да Бог с вами, и то супруга Эрнесто о ен л бит то сей ас л бл р мо ку красного вина тради ионное неаполитанское бл до. или хоро его кон ка». — «Так в ем же А аллерги ставила крест на романти е- секрет?» — «Секрет, наверное, в том, то ских ужинах наедине с пи ей. Эти обсто- никогда не спорила». — «Да ладно, не тел ства и заставили Эрнесто искат может б т ! В мен обман ваете. Не- способ изготовит пи у без дрожжей. возможно прожит бол у жизн и не спорит , то у кака -то». — «Хоро о, В класси ески приготовленной пи е, спорила». как и в бол инстве хлебн х изделий, испол зу т дрожжи. Они брод т и в де- Так то мен е калорий, мен е л т углекисл й газ. Пуз р ки с газом споров — и будете жит дол е. Согла- нас а т тесто. Оно поднимаетс , ста- ситес — то прост е ре епт , доступ- новитс возду н м. А в пе и при в со- н е каждому. И они ни его не сто т. 14

Разные разности Разные разности Разные разности кой температуре из теста уходит вода и рол игра т дрожжи, котор е внос т ее проверит . Сооб ени о смертел - возду на структура фиксируетс . зна ител н й вклад в формирование н х слу а х на оссе б ли показан того тради ионного вкуса. по крайней мере в 27 татах США. Команда Ди Майо из Университета Исследователи в брали Техас, потому Федерико II в Неаполе ре ила добит с Похоже, в сокотехнологи на пи - такого же ффекта, но другими средства- а — то о ередна иннова и ради ин- то там иновники ре или в дават ми. Вот как они то дела т. Берут тесто, нова ии. Но кто запретит неаполитан ам ти данн е на табло в те ение тол ко под давлением загон т в него газ, а во кспериментироват с пи ей? В кон е одной недели в мес е. По тому б ла врем в пе ки вне нее давление сбра- кон ов, пи у изобрели именно они. возможност сравниват недели без со- с ва т, и тесто мгновенно поднимаетс об ений и об н е. И вот то показал и пе етс . Похожу технологи они раз- Добрые т ател н й анализ. работали дл производства полиуретана. намерения — Но вед тесто тоже содержит полимер , плохие Оказалос , то в те ение именно той тол ко природн е и с едобн е. Тот же результаты недели, когда табло сооб али водите- крахмал, например, — полисахарид. л м о жертвах на дорогах, б ло бол е НАШ жизненн й оп т подсказ вает аварий по сравнени с недел ми без В тради ионной пи ерии тесто заме- нам, то добр е намерени не всегда них на 4,5%. ива т утром, тоб оно поднималос привод т к хоро им резул татам. От- до обеда, а потом его в пека т. Дл с да модн е в ражени — «при инит И вот об ий итог. Сооб ени о смер- новой технологии того не требуетс — не непоправимое добро», «каждое доброе тел н х слу а х в з ва т дополни- надо ждат , когда подойдет тесто. Раз- дело должно б т наказано» и тому по- тел н е 2600 аварий и 16 смертей в год р хление и в пе ка теста происход т добн е. Е е одно подтверждение того в Техасе, то обходитс в 377 миллионов одновременно — в духовке. тезиса при ло из необ ного нау ного долларов ежегодно. Исследователи исследовани обнаружили, то ем бол е жертв Сна ала у ен е приготовили тесто по указано в об влении, тем более оно стандартному неаполитанскому ре епту, В США с ита т, то один из на- вредоносно. тол ко без дрожжей. Потом слепили из дежн х способов умен ит исло него образе в виде м ика дл гол фа погиб их в дорожн х авари х — то В ем же дело? Исследовани показа- и поместили в автоклав — небол у ду- посто нно информироват водителей о ли, то сам м опасн м и аварийн м ста- ховку размером с тостер. На самом деле коли естве жертв на дорогах. И не тол - новитс у асток в 10 км после табло, на то б л небол ой реактор, котор й мог ко с ита т, но и действу т, разме а котором водител увидел информа и о держат давление. жертвах на дорогах. Она его расстроила ту информа и на спе иал н х табло, и отвлекла внимание от дороги. При ем Затем ерез газозаборник они на- расставленн х вдол дорог. Напри- ка али в духовку-реактор углекисл й мер — «1669 смертей в том году на до- ем бол е коли ество жертв на табло, газ, гелий или воздух — то-то одно из рогах Техаса!» Предполагали, то ли - тем сил нее расстройство, и тем сил нее пере исленного — и в те ение 10 минут нее напоминание должно мобилизоват отвле ение от дороги, и тем сер езнее довели давление до 10 атмосфер ( то водител . Но оказалос всё наоборот! последстви . И пон тно, то бол ин- примерно в п т раз бол е, ем в ство дополнител н х аварий слу алос стандартной кухонной скороварке), а Исследователи из Университетов в нваре, когда в сооб ении указ вали температуру — до 150°C. Тесто распухало Торонто и Миннесот усомнилис в об ее годовое коли ество. Это же б л на глазах и одновременно в пекалос . нараста ий от мес а к мес у итог. ффективности той метод и ре или Что касаетс вкуса, то исследова- Исследователи также обнаружили, тели в сказалис приблизител но то аварии увели илис в тех районах, так — м гко и хрустит. Это, пр мо скажем, где интенсивност движени б ла в - о енка материаловедов, а не кулинаров. сока и требовала от водителей пов - Хотелос б спросит — а то вкусно или енного внимани . как? Ответа в стат е не на ла. Л бое оссе и автодорога — то об - Исследователи продолжа т кспери- ект пов енной опасности. Ни то не мент с в сокотехнологи ной пи ей. должно отвлекат внимание водител , Тепер от мален кого м ика из теста тол ко указатели, дорожн е знаки и они перейдут к пи е нормал н х раз- информа и о трафике. А все остал ное, меров. Но будет ли та технологи вос- если оно отвлекает внимание, вкл а требована в пи ери х? Полага — нет, рекламу, хоро о б убрат . По-моему, все упретс в кономи еску елесоо- бразност , котора предпо тет де ев е то должно б т сно и без вс ких на- и прост е пекарские дрожжи. у н х исследований. Дело е е в том, то главна характе- Подборку подготовила ристика ед , пи в данном слу ае, — Л. Стрельникова то ее вкус и аромат. И здес немалу Илл стра ии – Петра Перевезенцева 15«Хими и жизн », 2022, 5, www.hij.ru

Проблемы и методы науки Иллюстрация Александра Кука Кандидат физико-математических наук С.М. Комаров Цель — нейроморф Мозг живого существа способен обраба- сор неизменен и разделен с хранилищем тывать информацию с гораздо большей памяти. У живого мозга все не так: он по- скоростью и меньшими затратами энергии, стоянно изменяется за счет формирования чем кремниевый компьютер. Есть мнение, и исчезновения связей между нейронами что это связано с принципиальным разли- и сама геометрия этих связей, в сущности, чием их устройства. В компьютере процес- обеспечивают память. 16

Отказавшись от косной конструкции нынешнего Если исходить из того, что каждый синапс срабатывает кремниевого компьютера и используя гибкость один раз в секунду и у каждого нейрона есть десять живого мозга, удастся создать совершенную тысяч синапсов, выходит, что человеческий мозг вы- вычислительную машину — нейроморф. Так полняет квадриллионы операций в секунду. Интересно, считают ученые и пытаются сделать материал что нематода умудряется жить и размножаться, имея в для изготовления систем из искусственных нейронов и своем распоряжении всего 302 нейрона. синапсов. Стараются они не от хорошей жизни: размер транзистора на современном чипе уже соизмерим с А что с компьютерами? Самый совершенный про- размером атома и, значит, дальнейшее экстенсивное, цессор в 2022 году состоял из 114 млрд транзисторов за счет увеличения плотности расположения элементов (предположим, что каждый из них можно принять за на кремниевой подложке, развитие вычислительной аналог нейрона), а в чипах памяти их число уже пере- техники достигло своего предела. валило за триллион. Размер транзистора измеряется несколькими квадратными нанометрами, время его Био- против техно срабатывания — десятки наносекунд. Процессор персонального компьютера потребляет около100 Вт Чтобы осознать, с чем придется иметь дело, посмо- мощности, а время срабатывания процессора, как трим на технические характеристики мозга человека и следует из данных о тактовой частоте, исчисляется процессора компьютера. В мозгу находится сто млрд фемтосекундами. Самый мощный суперкомпьютер так нейронов. Каждый из них может быть одновременно же, как мозг, выполняет квадриллионы операций в се- связан с десятью тысячами других нейронов. Для этого кунду, правда, для работы ему нужно столько энергии, от нервной клетки отходит один аксон, по которому вы- что приходится ставить специальную электростанцию. ходит сигнал, и огромное число дендритов — по ним информация входит. При этом конец аксона может Как видно, по всем параметрам, кроме потребле- разветвляться и таким образом передавать сигнал ния энергии, кремниевый процессор уже перегнал не одной клетке, а многим. Непосредственно сигнал человеческий мозг, при этом компьютер проводит идет через синапс, зону контакта аксона одной клетки расчеты по заложенным в программу математическим с другой клеткой или ее дендритом, а порой аксоном. моделям, которые человек выполнить не в состоянии. А вот сможет ли он решать столь же эффективно на- У человека в 99% случаев сигнал через синапс сущные задачи той же нематоды или предсказывать передается с помощью химии: за счет выработки и пе- заморозки, глядя на бутоны черемухи и потыкав паль- рехода из клетки в клетку веществ-нейромедиаторов. цем в небо? Это неочевидно. Кибернетикам создать такой, мокрый и химический, биокомпьютер явно не по силам, да и не нужно. Они Причина в том, что живой мозг не ведет расчета, умеют работать с электричеством, на нем построена он анализирует ситуацию, исходя из собственного или наша техническая цивилизация. Потому стоит обратить унаследованного (генетически либо с помощью обуче- внимание на оставшийся 1% синапсов, они-то как раз ния) опыта. Поэтому ему и не нужно особого быстро- электрические: изменение потенциала мембраны ней- действия или значительной миниатюризации, поэтому рона открывает канал в синапсе и по нему ток ионов и расход энергии столь экономный. Нейроморфный идет из одной клетки в другую. А потом канал закрыва- компьютер также должен не столько выполнять зало- ется. То есть в основе работы мозга (ну, 1% его части) женные программистом алгоритмы, сколько обучаться лежит импульсный ионный ток. Интересно, что у низших и потом использовать постоянно пополняемые знания животных электрические синапсы распространены для решения новых задач. А как такое можно сделать, гораздо в большей степени, чем у человека. если в распоряжении человек есть только кремниевый процессор, который умеет обращаться с цифрами и Числовые характеристики электрической биома- ничего более? Как отказаться от цифры и возможно шинерии таковы. ли это? Площадь нейрона измеряется в десятых долях Попытки предпринимают, из цифровых кремниевых квадратного микрона, а толщина синапса — 20–40 нм. процессоров строят искусственные нейронные cети, Каждое синаптическое событие, то есть импульс ион- способные к обучению, но это суррогат. Обучение не ного тока через него, требует одного фемтоджоуля приводит к новым знаниям, оно сводится к решению за- энергии, а всего мозг потребляет 20 Вт мощности. Вре- дач оптимизации на основе старых данных, и при этом мя, затрачиваемое клеткой на прохождение импульса к мозгу по своей энергетической эффективности, а тем через синапс и ее возвращение в исходное состояние, более функциональной гибкости такие сети и близко занимает от сотен микросекунд до сотен миллисекунд. не могут подойти. Как оказалось, дело не только в от- сутствии идей, но и в наличии материалов, из которых можно сделать настоящий аналог нейрона и синапса. Все изменилось в 2008 году, когда в лексиконе электротехников появилось новое слово: мемристор. Именно на это устройство возлагают надежды все создатели нейроморфной машины будущего. 17«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Сопротивление памяти ба, который в 1949 году предложил механизм, чтобы объяснить процесс обучения. История была такая. В 1971 году Леон Чуа (Leon О. Chua) из Университета Пердью высказал следующее Согласно его теории, при учении, матерью которо- соображение. У нас в электротехнике есть четыре го, как мы знаем, служит повторение, клетки мозга объ- базовые переменные. Это заряд, электрический ток, единяются в группы: если они раз за разом используют напряжение и магнитный поток. Заряд представляет друг друга для выполнения какой-то функции, между собой интеграл от протекающего тока, магнитный ними усиливаются синаптические связи. При этом поток можно выразить как интеграл от изменения даже сами клетки меняются: в них случаются какие-то напряжения; напряжение и ток связаны через сопро- физиологические сдвиги. тивление, заряд и напряжение — через емкость, маг- нитный поток и электроток — индуктивность. Сколько Мемристор, сопротивление которого становится выходит уравнений? Верно, пять. А должно быть на тем меньше, чем больше тока через него протекло, эти четыре переменных шесть. Одно, связывающее оказывается идеальным устройством для организации магнитный поток и заряд, отсутствует. Вот и давайте таких, усиливающихся, связей между искусственными придумаем такое устройство, которое их свяжет, на- нейронами. Мемристор становится и хранилищем зовем его мемристором. памяти: он обеспечивает прохождение сигнала раз за разом по одному и тому же пути. И, что важно, при Почему так? Потому, что такое устройство ведет этом нет компьютера, который выполняет вычисления, себя как сопротивление с памятью. В самом деле, скажем, вычисляет, сколь часто нейроны взаимодей- если для электротехники заряд — это интеграл, то ствуют между собой, и по итогу задает сопротивление есть сумма всего тока, который протек через сеть к на- соединяющего их пути. стоящему времени, а магнитный поток — аналогичная сумма всех напряжений, то выходит, что на свойствах Прорыв тонкой пленки мемристора, связывающих заряд с потоком, скажется вся история этой сети. В этом его принципиальное от- Про работу Леона Чуа забыли на долгие тридцать с личие от сопротивления. Например, если подавать на лишним лет: вплоть до 2008 года можно найти лишь сеть с мемристором импульсное напряжение, то ам- четыре ссылки на его статью, да и то две из них принад- перметр, включенный в сеть, покажет не импульсное, лежат самому автору. Причин тут две. Во-первых, для а ступенчатое изменение тока в ней. стремительно развивающейся цифровой техники с ее полной определенностью и необходимостью все точно Леон Чуа, помимо прочих приводит в своей ос- посчитать, какие-то мутные операции, не подлежащие новополагающей статье (IEEE Transactions On Circuit счету, были мало кому интересны. А во-вторых, не было Theory, 1971, 18, 5) пример прибора, который ведет материала, в котором можно создать сопротивление, себя и как мемристор, и как синапс. Это так называе- зависящее от прошедшего тока. Точнее, такой материал мая Е-ячейка: она выключает ток после того, как через не могли выявить. Однако в 2008 году исследователи из сеть протек определенный заряд. У нее в серебряную компании «Hewlett Packard» во главе со Стенли Уильям- емкость опущен золотой электрод с серебряным по- сом (R. Stanley Williams) рассказали в журнале «Nature» крытием; стенки ячейки служат вторым электродом. о создании первого мемристора. Его сделали из пленки Под действием напряжения серебро уходит с золотого диоксида титана, присоединенной к двум платиновым электрода и осаждается на серебряной стенке, обе- электродам. спечивая электрический ток. А когда серебро израс- ходовано, ток прекращается. То есть ячейка сначала Вообще-то диоксид титана ток не проводит. Одна- имеет низкое сопротивление, а потом оно становится ко у материаловеда всегда найдется хитрый обходной высоким; фактически ячейка запомнила, сколько тока путь, следуя которому удается заставить материал вести через нее протекло. Для восстановления ячейки нужно себя неестественным образом. Например, если сделать пропустить ток в обратном направлении. Именно так не чистое соединение TiO2, а взять несколько больше проходит ток ионов и через синапс: сначала сопротив- титана, чем надо, тогда кислорода на все атомы титана ление ему мало, а после перемещения определенного не хватит и получатся кислородные вакансии — пустые заряда сопротивление растет, ток прекращается и места в тех узлах решетки, где должен быть кислород. нужно провести перезарядку. Вокруг такой вакансии и формируется область, где про- водимость возможна. Зачем такое устройство нейроморфной машине? Подумаем, как работает нейрон. Сигнал ему пытают- Американские ученые сделали полоску диоксида из ся передавать тысячи соседей, которые дотянулись двух участков. К первому электроду примыкал участок с отростками своих аксонов до его дендритов или дефицитом кислорода, а ко второму — из полноценного мембраны. Как выбрать наиболее значимый сигнал? соединения. То есть половина полоски как будто могла Оказывается, самым-самым будет тот, что приходит проводить ток, а вторая этому току препятствовала. от постоянного партнера. Это называется правилом Хебба по имени канадского физиолога Дональда Хеб- Хотя кислородная вакансия, в сущности, пустое место, тем менее она фактически обладает электри- ческим зарядом. Поэтому под напряжением вакансия 18

может двигаться. Не быстро, ведь речь идет о переме- В опытах Циглера и его коллег на мемристор щении атомов в твердом теле, а не о токе электронов. подавали напряжение из двух источников. Одно При одном знаке приложенного напряжения вакансии было переменным и колебалось так, что не до- двигались к первому электроду: пленка оставалась стигало значения, необходимого для перехода изолятором. А при другом просачивались ко второму мемристора в хорошо проводящее состояние. электроду, создавая проводящие каналы. Тогда сопро- А на фоне этих колебаний следовали импульсы тивление падало, и тем сильнее, чем дольше тек ток или достаточно большого напряжения, чтобы такой чаще включали напряжение. Если же напряжению опять переход состоялся. Первое означало звонок, меняли знак, вакансии двигались в обратную сторону, второе – мясо, то есть у электронной собаки каналы разрушались и сопротивление снова росло. В звонок в ушах звенел с некоторой периодич- общем, мемристор. ностью, а мясо давали время от времени. Пока мясо не начали давать, звонок никак не дей- Почему же идею Леона Чуа удалость реализовать ствовал: мемристор ток не проводил, то есть в металле спустя почти сорок лет после ее появления? желудочный сок не капал. Но вот дали мясо раз, Дело не только в идейных, но и в технических трудностях. дали другой, звонок в это время звенел, и чудо: Оказалось, что у такого устройства разница сопро- мемристор запомнил, что через него течет тивлений в проводящем и непроводящем состоянии ток, он стал открываться уже только по звонку. обратно пропорциональна толщине. Американцы его Получился полный аналог приобретенного заметили на пленках нанометровой толщины. Однако рефлекса собаки Павлова. в семидесятые годы нанометровые пленки никто не умел делать (технологию изготовления процессоров (мясо). В принципе, так все и устроено в реальности: из пленок толщиной 90 нм создали только к 2002 году), электрический сигнал от органа чувств идет к нейрону а на микронных мемристические эффекты не видны: мозга, а тот переправляет команду исполнительным различие сопротивлений в миллион раз меньше, чем органам; у живой собаки — отвечающим за капли у нанометровых. желудочного сока. У электронной собаки и этот орган существовал в воображении экспериментаторов — им Эта новаторская работа породила целое направ- было достаточно, чтобы ток на выходе из мемристора ление в материаловедении. Специалисты из разных существовал. Эксперимент удался: безмозглая мемри- стран стали делать аналогичные тонкопленочные мем- сторная собака научилась давать «желудочный сок» по ристические устройства из оксидов разных металлов: «звонку»! И как положено в мемристической системе, алюминия, ванадия, гадолиния. Сейчас самым модным без всяких математических моделей физиологии и рас- считается оксид гафния. Результат таков: главный ин- четов по ней на суперкомпьютерах. терес вызывает использование оксидных мемристоров для создания чипов памяти. Они весьма надежны и Проблема плоского мышления очень быстры — время записи и стирания информации исчисляется наносекундами. С изготовлением мемристора из тонкой пленки оксида металла рассуждения о том, что хорошо бы создать Минимальная собака Павлова машину, использующую для своего обучения не алго- ритм, прописанный программистом, а правило Хебба, А что же с использованием свежеобретенных мемри- перешли из области мудрствований теоретиков в сторов для создания нейроморфов? Движение по этому практическую плоскость. Однако довольно скоро вы- пути идет, и первыми на него вступили исследователи из яснилось, что найденный способ нехорош: применение Кильского университета Христиана Альбрехта во главе технологии микроэлектроники с ее напылением неор- с Мартином Циглером (Martin Ziegler) в 2012 году. С ганических составов в виде тонких пленок на плоские помощью мемристора они построили простейшую мо- подложки отнюдь не ведет к созданию мало-мальски дель поведения живого существа: электронную собаку мощной нейроморфной машины. Почему так? Павлова. Для этого понадобился один-единственный мемристор в качестве и нейрона, и синапса. Присмотримся к собаке Циглера. Да, условный рефлекс у нее сформировали, а что дальше? Он же Напомним, что в опытах лауреата Нобелевской впечатан в эту схему навсегда. Где обещанная гибкость, премии за 1904 год И.П. Павлова собаке давали еду и адаптация мозга к новым условиям? Где способность при этом звенел звонок. У животного вырабатывался решать какие-то другие задачи? Для этого, очевидно, условный рефлекс: звонок — будет мясо — надо гото- нужно по меньшей мере стирать память мемристора и виться к пищеварению — выделять желудочный сок. И «программировать» собаку заново. Скажем, чтобы она действительно, после закрепления рефлекса сок по- попеременно давала желудочный сок то на «звонок», то являлся по звонку даже без наличия мяса. 19«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru У электронной собаки Циглера нет ушей, чувстви- тельного носа и желудка. Да и мозгов из нейронов- аксонов тоже. На единственный мемристор подали напряжение от воображаемых ушей (звонок) и носа

на «свет». Сделать такую схему гораздо сложнее. Вот, мерном мозгу. Добиться случайной переменчивости например, работа Джеффа Сана (Jeff K.Y. Sun) из Кали- связей и взаимного влияния элементов друг на друга форнийского университета в Беркли, где он выполнил в микроэлектронике с ее полным порядком на микро- магистерскую диссертацию в 2015 году. схеме и вовсе невозможно. Задача была построить схему из двух электронных Показательное выступление нейронов, которая работала бы как в живом мозгу. То есть чтобы первый нейрон получал сигналы от своих органики дендритов, оценивал значимость каждого сигнала, сум- мировал их, формировал потенциал действия и пере- В начале второго десятилетия XXI века исследователей давал на следующий нейрон с тем, чтобы тот оформил захватила идея попробовать органические проводя- сигнал и отправил его на выход. А затем, после отправки щие материалы, ведь для работы с ними необязательно сигнала, оба вернулись в исходное состояние, как это использовать пленочные технологии. Объектами их делают настоящие нейроны. Всю схему напылили на работ служат самые разные полимеры — от синте- подложу, поставили мемристор в качестве синапса тических до натуральных вроде белков паутины шел- между обоими нейронами, а для проверки соорудили копряда, хитозана или цепочек ДНК. Расскажу более собаку Павлова из двух сенсорных нейронов и одного подробно об отечественном опыте, основываясь на исполнительного. защищенной в 2018 году докторской диссертации В.В. Ерохина из НИЦ «Курчатовский институт»: свои работы Схема работала исправно, но далось это нелегко. по созданию устройств для нейроморфов из органики Например, чтобы обеспечить возвращение нейронов он начал еще в 2005 году. в исходное состояние, пришлось добавлять выпрями- тели, конденсаторы, направлять часть тока в обратную Возглавляемая В.В. Ерохиным научная группа сторону. В общем, все оказалось гораздо сложнее, сейчас работает с полианилином. Напомним, что за чем у Циглера: на один нейрон потребовалось 25 открытие электропроводящих полимеров Нобелевскую транзисторов, по 5 транзисторов на каждый дендрит, премию по химии за 2000 год получили Алан Хигер, и 70 транзисторов плюс один мемристор для каждого Алан Макдиармид и Сирокава Хидеки. Первым был синапса. С учетом того, что число нейронов в головном полиацетилен, который в качестве материала непри- мозгу человека составляет сто миллиардов, а число годен, а вот полианилин оказался отличной находкой: синапсов исчисляется квадриллионами, очевидно, что его просто изготовить, он устойчив к влаге и кисло- методами микроэлектроники сделать что-то подобное роду воздуха. Этот полимер способен находиться в не представляется возможным. И дело не только в этих нескольких состояниях: от полностью окисленного до огромных числах. полностью восстановленного с соответствующим из- менением проводимости в сотню миллионов раз. Стало Микроэлектроника принципиально имеет дело с быть, для создания мемристора нужно, манипулируя плоскими объектами, суть ее технологии состоит в на- электричеством, проводить обратимую окислитель- пылении пленок на плоские подложки. Уйти в третье но-восстановительную реакцию. Это можно сделать, измерение присущими ей методами очень сложно, а подав такую разность потенциалов, которая сделает может быть, и невозможно. А без этого никак не обе- реакцию возможной, а еще обеспечить приток ионов, спечить нужную плотность связей нейронов со столь огромным числом соседей, как это происходит в трех- В зависимости Л Е У К О Э М Е РА Л Д И Н от степени окисления HHHHHHH полианилина N N N N N N N NH2 его сопротивление меняется в сотни миллионов раз, Э М Е РА Л Д И Н самое маленькое у пернигранилина. HHHH Превращение N N N N N N N NH эмералдина в пернигранилин Н И Г РА Н И Л И Н и обратно обеспечивает работу H H N N N N N NH полианилинового N N мемристора П Е Р Н И Г РА Н И Л И Н N N N N N N N NH 20

чтобы те компенсировали электрический заряд, воз- проводимость снова росла, причем в большей степени, никающий на полимерной цепочке при реакции. чем в первой серии опытов, до использования «плети». Базовое устройство, получившееся у В.В. Ерохина В отличие от собаки, мемристорную улитку никто и его коллег из РФ и Италии, выглядело так. К двум не делал, В.В. Ерохин с коллегами оказались в пере- концам длинной полоски из полианилина прикрепили довиках. Обычно при наличии пищи улитка начинает электроды, один из них заземлили, а посередине, по- делать глотательные движения. Однако можно научить перек полоски, положили пластинку твердого электро- совершать их уже при прикосновении пищи к ротовому лита из полиэтиленоксида. Его используют в литиевых отверстию. Обучается улитка очень быстро, и главную батарейках, поэтому логично, что в электролит до- роль тут играют специальные клетки, которые обеспе- бавили соль лития. В эту пластинку поместили третий чивают долговременную память: они усиливают сигнал, электрод, который тоже заземлили. идущий от сенсорного нейрона. При подаче на схему напряжения события могли Улитка Ерохина состояла из двух мемристоров: развиваться по трем вариантам. Первый: напряжение один был исполнительным, а второй управляющим: препятствует движению ионов лития; никакого тока сигнал от «звонка» шел через него, а от «мяса» — на- нет. Второй: литий движется внутрь полианилиновой прямую к исполнительному мемристору. Опять напря- полоски, однако сама она в проводящее состояние жения, подаваемого на вход «звонка», не хватало на не переходит, напряжение маловато; есть слабый ток перевод обоих мемристоров в проводящее состояние. из-за движения ионов. Третий: и литий течет как надо, и Как и у собаки, у улитки, когда сигнала от «мяса» не напряжения достаточно для превращения полианилина было, на выходе получали слабый ионный ток. А вот в проводник; течет большой ток ионов и электронов. И демонстрация «мяса» привела к гораздо более на- чем больший заряд в этом, третьем, случае протечет, дежному результату: если у собаки Павлова ток воз- тем сильнее упадет сопротивление. В теории Хебба это растал в полтора раза, то обученная улитка давала его называется «обучение без учителя»: система укрепляет увеличение в пять раз. те каналы, которые чаще использует. Так электроника показала, что использование уси- А может ли эта система забыть, что с ней было? Да. ливающих нейронов существенно улучшает обучение Если приложить напряжение по первому варианту, то как неживой электроники, так и живых существ. Ну и, пойдет отток лития, начнется обратная реакция и по- конечно, эта работа подтвердила, что с мемристорами лианилин станет изолятором. Различие сопротивлений действительно можно легко создавать очень близкие между проводящим и непроводящим состояниями в аналоги живого мозга. Пока что — примитивных су- реальном материале оказалось меньше, чем давала ществ. теория. Но за счет хитрых манипуляций его удалось довести до ста тысяч раз. В общем, полианилин с Каналы в комке нервов присоединенным к нему полиэтиленоксидом насыщен- ным литием, работает как надежная мемристическая А что у нас с трехмерными системами? Оказывается, система. органическая электроника и здесь не подкачала. В простейшем случае такая система представляет собой Улитка против собаки просто комок из переплетенных волокон полианилина и насыщенного солью лития полиэтиленоксида. В этот Сделав мемристор, было логично опробовать его в комок при изготовлении был помещен серебряный известных и в новых экспериментах: собрали собаку электрод. И подобная, совершенно случайная система Павлова и улитку. Собака была как собака, не хуже, чем оказалась способна к обучению! у коллег: после обучения «мясом» ток по «звонку» был в полтора раза больше, чем до «обучения» Будь этот ток Выглядело это так. К комку подключили один вход- питанием для устройства, дающего капли желудочного ной электрод и два выходных. До обучения в них тек сока, то наблюдатель увидел бы то же самое, что и одинаковый ток. Но вот провели обучение, а именно на Павлов в своих опытах. первый электрод подали потенциал, который способ- ствовал переходу полианилина в проводящее состоя- Задачу усложнили и стали чередовать «мясо», по- ние, а на второй, наоборот, — подавляющий переход. ложительный стимул, с «плетью», отрицательным сти- Так вот, в системе случайным образом сформиро- мулом, то есть на соответствующий контакт мемристо- вался хорошо проводящий канал, ведущий к первому ра подавали напряжение, препятствующее переходу электроду, и после обучения ток по нему был в десять его в проводящее состояние (Павлов животных не бил, раз сильнее, чем исходно. А на втором электроде он но современные физиологи в качестве отрицательного не изменился. воздействия используют удар током). Электрическая собака вела себя как живая: если ее учили «мясом», Почему кого-то должны волновать некие проводя- она охотно пропускала электрический ток от сигнала щие каналы в комке полимерных волокон? Ответ можно «звонок», а когда били «плетью», ток от «звонка», на- найти у автора исследования. В.В. Ерохин пишет так: оборот, падал. А потом, при новом обучении «мясом», «Процесс мышления может быть схематически связан с усилением/подавлением соответствующих путей 21«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Система из ничем не скрепленных, а просто ними. Обучение отвечает за функциональное ‘структу- спутанных волокон оказалась нестабильна, и рирование’ мозга посредством усиления и/или осла- уже через 40 минут проводимость в сформи- бления путей прохождения сигнала. Поведение нашей рованном канале исчезала. Причина, видимо, системы во время последовательного обучения может в том, что из-за прохождения тока волокна быть связано с детским обучением или импринтингом. нагревались, смещались и контакты терялись. В детстве устанавливаются сильные ассоциации между Тогда аналогичную структуру сформировали в явлениями, которые могут сохранять стабильность на порах целлюлозной губки. Эта система ра- протяжении всей жизни. Глубокое обучение требует ботала гораздо надежнее. Был испробован и концентрации на одном типе ассоциации в течение третий способ: подготовили твердый композит значительного периода времени. При этом импринтинг из обоих полимеров и золотых наночастиц. предполагает значительное ослабление связей, не за- На нем также поставили интересные опыты по действованных на ранних стадиях обучения. параллельному и последовательному обучению с известным принципиальным результатом: Одновременное обучение нашей системы, напро- в мемристической системе, даже не задумы- тив, можно сравнить с повседневной жизнью взрослого ваясь о ее внутреннем устройстве, можно по человека, призванного решать имеющиеся проблемы своему желанию создавать каналы с высокой и в соответствии с наличием внешних стимулов и нако- низкой проводимостью и так определять пра- пленного опыта. Это приводит к краткосрочным ассо- вила ее последующего функционирования. циациям, которые могут измениться (если, конечно, они не часто повторяются) при изменении внешних прохождения сигнала, происходящий после того, как стимулов. В мозгу механизм ‘нестираемой памяти’ были проанализированы массивы внешних стимулов, основан на уничтожении связей, с одной стороны, и на но необязательно в момент их получения. Размышле- усилении оставшихся, с другой стороны: в различных ния не требуют новых стимулов — возможно, просто частях нервной системы скачки числа образования свя- происходит адекватный выбор участков сети (участков зей происходят в определенном возрасте, за которым нервной системы для простых организмов и доста- следует отсечение некоторых ветвей аксонов и синап- точно простых задач; мозга для сложных аналогий и сов. Степень отсечения зависит от богатства окружаю- абстракций) для того, чтобы наложить на них новые (что щего мира: наибольшее отсечение происходит после не всегда обязательно) полученные стимулы и сфор- сенсорного недостатка в критический период. мировать новые ассоциации». То есть формирование проводящих каналов превращает даже такие, крайне Таким образом, обучение в критическом возрасте несовершенные, объемные мемристические системы играет фундаментальную роль в образовании черт, ко- в простейшие аналоги мозга. торые будут присущи индивидууму, так как оно вносит вклад в формирование зрелой анатомической сети. Мемристическая личность Последующее обучение ограничивается только усиле- нием синапсов уже сформированной анатомической Интересно, что у полученных трехмерных мемристиче- сети. Как описано выше, предполагается, что механизм ских систем уже заметны свойства, характерные для возникновения сильного и стабильного обучения осно- живого мозга. Например, у каждого комка волокон, у ван на усилении многочисленных параллельных путей каждой наполненной полимерными волокнами губки прохождения сигнала между входными и выходными имеется своя индивидуальность — она проявляется в электродами, в отличие от ситуации слабого и обра- разной величине тока, протекающего по сформиро- тимого обучения, когда происходит усиление малого ванному в результате обучения каналу. числа параллельных путей прохождения сигнала». И это не единственная аналогия. Вот как пишет Органическая электроника, несомненно, требует В.В. Ерохин: «Представляется интересным сравнить совсем иных подходов, нежели привычная нам электро- поведение разработанной системы с некоторыми ника кремниевая. В системах полимерных мемристо- свойствами мозга. В отличие от компьютеров, мозг ров царит не строгий кремниевый порядок, а хаос, в них человека и животных не является системой с полностью работает случайность. Однако в живых системах стихия идентичной архитектурой: мозг каждого индивидуума случайности оказывается под контролем. Она обора- имеет свои характерные связи даже внутри одного чивается возникновением закономерностей и, соот- вида. Поэтому, несмотря на наличие предопределен- ветственно, недостижимыми для кремниевого порядка ных структурных особенностей, мозг может быть рас- эффективностью и расходом энергии. Исследователи смотрен, до некоторой степени, как стохастическая ищут ключи, как овладеть тайнами управления стихией система распределенных нейронов и связей между хаоса, и, как видно, кое-какие успехи у них имеются. Из повестей Стругацких можно рассчитать, что появление живых и полуживых машин приходится на вторую половину XXI века. У творцов нейроморфной машины вполне есть запас времени, чтобы успеть к этому сроку. 22

Источник: Neurobiol Aging. 2018 70: 276–290 Марганец ьи нии м жн ии ния - мысли ьн нн н жи ьн ь н ьн ь ин м н нз янм и- Н ь н м ни и и м ни н « ни » - , н , и м и ии и м з з- , и ж ни и я и и ,н изи м - ннн м и я н н м мм м жн ня ь, яь и ния и и н ия из н м з им , из нии м з ни з и и н изи м, м н н н и - м ьм н н м я, ь ь м н нн ним и я н н и н, ня я з ж ния н мии, н ж и и ь н нн м м н - мз м ин м м н и и н и н ьн изм н ния и яя и ин ь знь ь м ь зн и я ьн и ин и и ин м, з ин ь м ия з я з я ь м ни н и ни и и н ь ия, м н ж м з и жи жи н , нь ин - з нии м н ин мя и и зм н и ь з изм н ни м и - н низм з зж- и ин ии м н мз н ин н и н мя ния м им зн я и ь, н и, ния и и и и з ня и я я и- ь, и н ь - и ни ь и н и, - из м и н и ни - ня я н м им - нн ни н м ни и нм ям м з им м мм м ин м и н ьзя - ни и ь и н м жн я я ь и мм ни ии и ь ни ими ими м ми - и и ьн и- нн и ин и им , нз я и з н им н ния м з ж ния зн и , м - и м н им м - з н я ья ян ни з н н н и ни мн я н мн и , и иж ниям н м из н н- н м з я из ь м з янн и и н иня ин ми ,ь им ни ин и мн и ян , з, и , 23«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

станет входной двер дл всех у е- в е, ем остал н е. Исследователи ста п тнад ати дней после за ати н х, жела их на ат примен т тот скомпоновали данн е и по разн м до ста лет. Из снимков программно иннова ионн й подход — изу ат про- извлекли об ем тканей и пло ади елев м группам владел ев. У разли н х областей мозга. У ен е есс м лени в динамике. (NMR in афроамерикан ев, в пускников также накопили массив данн х о ста Biomedicine, 2022, 15 (7–8), 456) колледжей и муж ин показатели п тидес ти диагности еских параме- оказалис е е в е. При ин того трах мозга. Питомцы пока не сн . и интеллект Авторам удалос подтвердит и Что касаетс механизмов вле- даже вперв е определит кл е- Рассказ ва т, то филолог ни , то доктор Брейли предполагает: в е момент развити и зрелости Юрий Кнорозов, рас ифровав- об ение с етвероногими друз ми разли н х тканей мозга, тол ину ий иероглиф народа май , снижает уровен стресса и мо ий, кор и размер р да его областей. над лингвисти ескими зада ами ра- негативно вли их на интеллект. Детал н е исследовани позволили ботал в компании со своей ко кой и Также животн е, особенно собаки, замерит о ен б стр е изменени абсол тно сер езно с итал ее своим требу т регул рной физи еской ак- в детстве. соавтором. Давно известно, то и тивности и прогулок, котор е всегда ко ки, и собаки благотворно вли т принос т пол зу мозгу. В буду ем У ен е установили, то об ем на здоров е своих хоз ев. Однако доктор надеетс в снит н анс серого ве ества, то ест нервн х детал ное изу ение того воздей- клеток мозга, возрастает от середин стви требует грамотной постановки влени . Работа б ла представле- беременности и достигает максиму- зада и и корректн х статисти еских на на апрел ской 74-й ежегодной ма перед ест годами, а затем подходов к обработке данн х. встре е Американской ассо иа ии медленно снижаетс . А вот об ем неврологии, об един ей 38 т с серого ве ества подкорки, которое Одну из таких работ тол ко то профессионалов в области нейронаук контролирует функ ии тела и базовое в полнили у ен е из Ми иганско- и нейромеди ин . (www.aan.com) поведение еловека, достигает пика в го университета под руководством доктора меди ин Тиффани Брейли Стандарты мозга ет рнад ат с половиной лет. (Tiffany Braley). Нау н й труд каса- Об ем белого ве ества, то ест етс когнитивного здоров л дей М озг, как и сам еловек, рож- на ал ного пенсионного возраста. даетс , растет и стареет. пу ков аксонов, отве а их за Он достоверно показ вает: при дли- Про есс тот во многом ин- св зи в мозгу, на инает расти е е в тел ном проживании с етвероногим дивидуален, однако ограни ен опреде- утробе и становитс максимал н м другом утрата познавател н х функ- ленн ми анатоми ескими рамками. перед двад ат дев т годами. В детстве нормал н й мозг б стро Ускоренное снижение об ема белого ий мозга замедл етс . растет, к старости — медленно умен - ве ества об но наступает после Доктор Брейли сооб ает, то п тидес ти лет. аетс в размерах. Отклонени от стат продолжает пред ду ие ис- тих закономерностей об но пред- Недуги, например болезн Ал - следовани , котор е показали: у хо- еству т разли н м заболевани м. геймера, при которой разру аетс з ев ко ек или собак ниже кров ное У ен е и медики знали то всегда, од- мозгова ткан и снижа тс когни- давление и уровен стресса. Из баз нако нау но подтвержденн х данн х тивн е функ ии, в з вает ускорен- данн х полу ателей меди инской о нормах и допустим х вариа и х до ное умен ение размеров мозга, то страховки у ен е вз ли информа и сих пор не су ествовало. хоро о видно на графиках. о 1369 взросл х, средний возраст котор х соответствовал времени Международна группа из не- Вра и уже два столети примен - в хода на пенси (65 лет). Из них скол ких дес тков исследователей т стандартизованн е диаграмм 53% владели животн ми, при ем под руководством доктора Ри арда роста и изменений размеров раз- 32% — п т лет и более. Все у астни- Бетлеема (Richard Bethlehem) с фа- ли н х астей тела, например окруж- ки в полн ли простей ие тест на кул тета психиатрии Кембриджского ности голов . Педиатр повсеместно интеллект: запоминание слов, обрат- университета ре ила исправит то испол зу т их дл диагностики н й с ет и арифмети еские зада и упу ение. На основе множества взрослени и роста детей. Аналоги - на в итание и зарабат вали балл данн х они вперв е построили н е данн е о развитии мозга за вс от 0 до 27. универсал н е возрастн е графики елове еску жизн сил но помогут изменени мозга и его зон. медикам других спе иал ностей. Затем исследователи провер ли, Доктор Бетлеем указ вает, то как набранна о енка коррелирует со Материалом дл графиков послу- у ен е наход тс тол ко в на але пути временем владени питом ем. Ока- жили данн е магниторезонансной стандартиза ии мозга. Своей ел залос , то у владел ев животн х томографии, полу енн е в сотне он с итает такое состо ние меди ин , снижение исла баллов происходило меди инских у реждений. Эти сто с когда о енка об его об ема мозга и медленнее остал н х у астников: его астей станет рутинной диагности- они набрали в среднем на 1,2 балла етверт т с снимков принад- кой. Дл ее достижени исследовате- лежат сотне т с здоров х л дей ли создали сайт www.brainchart.io. На и бол н х па иентов. База данн х нем уже сей ас вра и могут сравнит охват вает возрастной диапазон от свои данн е с графиками, а также вне- 24

сти сво информаци в базу данн х ложено на вершине височной доли разн х видов старческого слабоуми , о мозге. (Nature, 6 апреля 2022) мозга, р дом наход тс речев е и а также смертел н х случаев из-за муз кал н е нейрон . Однако най- них, растет опережа щими темпами. Песни нейронов денна группа нервн х клеток, хот Сейчас в США от сердечно-сосуди- они расположен вплотну с «муз - ст х заболеваний кажд е 36 секунд П ет л б т все. Те, кто не умеет, кал н ми» нейронами и томографи умирает один человек и кажд е 3,5 л б т слушат . По-видимому, неспособна различит их, почти не минут — от инсул та мозга. особа восприимчивост к пе- откликаетс на реч и инструментал - ни — то врожденное свойство чело- ну муз ку — тол ко на пение. Однако так б ло не всегда, вед в века. Тол ко что нейрофизиологи со- мире с 1990 по 2020 год число смер- вершили откр тие, обоснов ва щее Нейрофизиологи предполага т, тей от болезней мозга увеличилос что «песенники» взаимодейству т с на 184%, в сравнении с ростом на 66% тот факт. При исследовании отклика речев ми и муз кал н ми нейрона- от болезней сердца. За дес тилетие кор головного мозга на различн е ми перед отправкой своей специфи- до начала пидемии коронавируса звуки и муз ку они наткнулис на ческой информации в другие части скорост роста перв х в два раза групп нейронов, селективно воспри- мозга дл дал нейшей обработки. В прев сила такову втор х. Можно нима щих именно пение под муз ку. будущем исследователи планиру т тол ко догад ват с , как будут в - Работа та в полнена и опубликова- детал но в снит , какие именно гл дет числа последних двух лет. на восем учен ми Массачусет- аспект пени в з ва т отклик ского технологического института особ х нейронов. Дл того команда Основной медицинский в вод во главе с доктором С мом Норман- вместе с лабораторией профессора обзора закл чаетс в том, что забо- Хейгнером (Sam Norman-Haignere). Ребекки Сексе (Rebecca Saxe) провер - левани мозга и сердца совместн ет, ест ли такие нейрон у мал шей. и созависим . Перв е об чно ста- Стат основана на интересном Цел — про снит вол ционн е нов тс резул татом проблем моз- из скании, проведенном теми же ав- стадии развити той области мозга. гового кровообращени . Статистика торами в 2015 году. Тогда с помощ Думаетс , ответ на вопрос очевиден, говорит, что болезни сердца в два магниторезонансной томографии так как кол бел н е песни попул рн раза увеличива т риск по влени мозга они изучали отклик кор на у всех народов Земли, однако учен м заболеваний мозга. Л боп тно, что 165 разн х звуков, вкл ча реч и нужно научное доказател ство. (Cur- от болезни Ал цгеймера и деменций муз ку, и обнаружили шест различ- rent Biology, 2022, 32, 7, с1470) женщин умира т в два раза чаще н х попул ций нейронов, селективно мужчин. В сравнении с бел ми воспринима щих звуки. Крыша съезжает черн е американц исп т ва т быстро б тов е проблем , св занн е с Более детал ну картину возбуж- ухудшением работ мозга, в полтора дений дала запис лектрической Н едавно пресса сообщила, что раза чаще, испано з чн е -- в два активности поверхности кор . Этот известн й голливудский кино- раза. В статистике недееспособности инвазивн й метод исследований актер, «крепкий орешек» Бр с ти цифр в ше вдвое. медики примен т тол ко при лече- Виллис покидает професси из-за не- нии сер езн х заболеваний. Иссле- котор х проблем с воспри тием окру- Фактор риска и тех, и других довани облегчило то, что бол н м жа щей реал ности. Детали диагно- заболеваний одинаков : в сокое с пилепсией, котор м не помога т за не раскр ва тс . Этот случай стал давление, ожирение, диабет, курение. лекарства, перед операцией на мозге еще одним про влением негативн х Статистика говорит, что гипертензи об чно ввод т в мозг лектрод и тенденций последних дес тилетий. в раз пов шает веро тност мозго- нескол ко дней запис ва т его лек- Такой в вод позвол ет сделат в х проблем. По данн м 2015–2018 трическу активност . Нейрохирурги всесторонний статистический обзор годов, в США давление пов шено у дела т то дл точного в влени Американской кардиологической 47% населени . Сорокалетние иссле- зон болезненн х возбуждений кор , ассоциации, посв щенн й мировой довани показ ва т, что ожирение в котор е будут устран т . статистике болезней сердца и мозга три раза пов шает риск заболеваний до 2020 года. Документ составлен мозга, курение — лиш на 30–40%. За нескол ко лет автор стат и бол шой группой исследователей, собрали резул тат п тнадцати до- руководимой профессором кардиоло- Как в частном пор дке избежат бровол цев, котор е согласилис в гии Гарвардской медицинской школ тих удруча щих проблем, давно из- предоперационн е дни помоч в - Конни Цао (Connie W. Tsao). вестно. Это здоров й образ жизни в широком см сле слова. Однако вит реакци на те же 165 звуков. Хот , как и прежде, во всем мире попул ционн е в вод — поле дл Чтоб корректно совместит резул - заболевани сердца оста тс глав- широких интерпретаций. Н нешнее тат локал ного лектровозбуждени ной причиной смерти, отчет четко по- состо ние человечества заставл ет с крупномасштабн м магнитн м ска- каз вает, что число заболеваний моз- задат вопрос, не лиша т ли его раз- нированием, пришлос создат специ- га, особенно болезни Ал цгеймера и ума св ше: пуст медленно, но верно? ал ну статистическу программу. (Circulation, 145 (8), 2022) Оказалос , что нейрон слуховой Выпуск подготовил кор тонко раздел т свои функции. А. Гурьянов П тно «песенн х» нейронов распо- 25«Хими и жизн », 2022, 5, www.hij.ru

Проблемы и методы науки Л. Жеуч Инопланетяне? Ч етыре с половиной года назад, 19 октября Обычно кометы приближаются к дневному све- 2017 года, гавайский телескоп Pan-STARRS тилу от периферии солнечной системы по периоди- зафиксировал пролет небольшого небесного ческим эллиптическим орбитам. Лишь некоторые из тела. Оно двигалось со скоростью 26 км/сек них, более скоростные, движутся по разомкнутым под углом к плоскости орбиты Земли на рас- параболическим орбитам, самые же быстрые — по стоянии от нее всего в шестьдесят радиусов орбиты гиперболическим. Такие небесные странницы оги- Луны. По лучевой траектории новая комета удалялась бают нашу звезду один раз и уходят от нее навсег- в межзвездное пространство в северном полушарии да. Траектории большинства из них измерены с не неба. Ряд земных и космических телескопов наблюда- очень высокой точностью, поэтому есть некоторая ли за небесной странницей. Наконец, 3 января 2018 вероятность, что их орбиты могут оказаться сильно года, она навсегда исчезла из вида телескопа имени вытянутыми эллипсами, обращение по которым за- Хаббла, последнего из следивших за ней. нимает сотни лет. 26

которое поворачивается к земному наблюдателю разными гранями своей поверхности, отражающими свет Солнца. Оказалось, объект совершает хаотиче- ское вращение, а отношение максимумов и миниму- мов кривой составляет 1:10. Это означало большое отношение его размеров в разных направлениях. Конечно, при условии, что материал поверхности однороден, то есть коэффициент отражения граней неизменен и вклад в яркость вносит только их наклон к лучу зрения земного наблюдателя. Вычисления по кривой показали, что ее виду могут отвечать две фигуры: длинная сигара и тонкая таблетка, очень экзотические для небесного тела формы. Таблет- ка соотношением размеров 6:6:1 сегодня кажется астрофизикам предпочтительной, но они не исклю- чают и эллипсоид с отношением сторон 1:10. Если же коэффициент отражения света вдоль поверхности был разным, как у некоторых астероидов и малых тел Солнечной системы, то разброс яркости мог указы- вать и на менее экзотическую форму. Дальше — интереснее. Астрофизики восстанови- ли траекторию полета на основе законов гравитации. Расчеты показали, что астрономы наблюдали объект на отрезке ветви гиперболы с необычно высоким эксцентриситетом 1,2. Отсюда сразу следовало, что найден первый надежно установленный межзвездный объект, который прилетел в Солнечную систему из северной полусферы неба, с разворотом обогнул Солнце и вновь удалился к северным звездам. Более того, уточнение параметров траектории показало, что она чуть-чуть отличается от кеплеровской: тело двигалось так, будто слабое дополнительное уско- рение ему придавала сила величиной в тысячную долю от силы его притяжения к Солнцу. Причем эта сила уменьшалась с его удалением. Для комет такая ситуация не была бы удивительной, ведь выбросы ве- щества с поверхности иногда изменяют их траектории за счет реактивной силы. Но в данном случае никаких выбросов не происходило. И это было непонятно. За два с половиной месяца наблюдатели за- Он улетел, но… фиксировали широкий спектр и регулярные изме- нения яркости нового малого космического тела, Центр малых планет Международного астроно- получившего имя C/2017 U1 (PANSTARRS). Оно было мического союза дал межзвездному телу имя 1I/ красного цвета, его размер не превышал двух сотен Oumuamua, на сленге российских астрономов «Му- метров. Никакой свойственной кометам активности му». Здесь 1 значит первый в своем роде, I сокра- тело не проявляло, хвоста и комы (атмосферы) у него щает английское слово межзведный (interstellar), а не было, выбросов вещества вовне не происходило. ’Oumuamua по-гавайски означает «посланник, пер- вым прибывший издалека». Астрофизики построили кривую изменения яр- кости небесного тела, которая изменялась каждые Новое открытие потрясло и поставило в тупик восемь часов. Эта кривая обычно позволяет вос- всё астрономическое сообщество. Оумуамуа ста- становить форму вращающегося небесного тела, ли считать «черным лебедем» астрономии, то есть объектом, вероятность появления которого заранее предсказать было невозможно и свойства которо- го не объяснимы с современных позиций. Теперь на основе скудных данных о нем написаны многие сотни научных статей и несколько книг. Догадки и 27«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

самые экзотические гипотезы сыплются как из рога Астрофизик насчитывает полдюжины аномалий изобилия, и их часто выдвигают самые известные в характеристиках и свойствах Оумуамуа, которые астрофизики мира. не позволяют отнести его ни к классу комет, ни к классу астероидов. Скорее всего, считает он, тело Один из последних обзоров, посвященный межз- изготовлено инопланетной цивилизацией с высокой вездному пришельцу, появился в конце прошлого года. технологической культурой. Работа выполнена четырьмя учеными из Йельского и Чикагского университетов под руководством имени- Идеи и книга ведущего ученого получили широкую того астрофизика, профессора Йеля Грега Лафлина поддержку публики, которая позволила ему собрать (Gregory Laughlin). Авторы разобрали разные сцена- средства на его научный проект «Галилей» (Galileo рии рождения Оумуамуа и изучили их с точки зрения Project). Это программа по поиску объектов, подоб- способности обеспечить такое число малых межз- ных астероиду, с помощью современных телескопов. вездных тел, чтобы обнаружение с Земли астероида с характеристиками Оумуамуа стало статистически Одним из оппонентов вышеназванных артефакт- вероятным. Вероятностный подход к проблемам ных идей стал профессор Джонатан Кац (Jonathan характерен для профессора, публично известного в Katz) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе. США также математическим описанием быстрой и Свою последнюю статью на эту тему он назвал просто автоматизированной игры на бирже и созданием сайта и емко: «Оумуамуа не искусственный». В ней он де- для предсказаний будущего (metaculus.com.) тально рассматривает все «инопланетные» аргументы и подвергает критике «прорывное предположение» В работе ученые обсуждают гипотезу о том, что Ави Лоеба. Основная мысль заключается в том, что межзвездный объект состоит из ледяного водорода, измеренные характеристики астероида не очень и отвергают ее из-за высокой летучести водорода сильно отличаются от известных нам параметров даже при космических температурах, которая не других космических тел. Они лежат, так сказать, на разрешает ему за время жизни покрывать большие границах диапазонов приемлемости. Автор заключа- космические расстояния. Гипотеза ледяного тела с ет свою статью такими словами: «Реальность гораздо преимущественной долей соединений азота не про- более интересна и вызывающа». ходит, так как вероятность образования объектов размера Оумуамуа вокруг звезд должна быть также Суждения, подобные мнению доктор Каца, ныне низка, как в поясе Койпера Солнечной системы. Да очень многочисленны в научной литературе. В сегод- и эрозия азотного тела космическими лучами не по- няшней науке не принято отклоняться от принципа зволит ему совершить межзвездное путешествие. Оккама, не позволяющего множить сущности без необходимости. Тем более покидать мир понятных Авторы критикуют представления об Оумуамуа как человечеству сущностей, даже если публику и при- о сверхпористом легком теле, пылевом облаке или влекают инопланетяне. Астрономия, как известно, тонкой мембране, которые ускоряются давлением наука наблюдательная, поэтому доказательством солнечного света. Статья отмечает, что оценки возрас- реальности новых сущностей может быть только та астероида, исходящие из скорости его движения, обнаружение других тел с надежно установленными вступают в противоречие с оценками времени его межзвездными траекториями, которых до сих пор не жизни в космосе до появления у Земли. В заключе- наблюдали в Солнечной системе. ние авторы предсказывают вероятности наблюдения межзвездных объектов чувствительными телескопами Такие тела стоило поискать в известных базах будущего, в частности наземной обсерваторией имени данных космических объектов. И Ави Лоеб со своим Веры Рубин, которая вскоре будет развернута. аспирантом Амиром Сиражем (Amir Siraj) нашли такой объект еще в 2019 году, правда, очень маленький. Им Ракета и метеор оказался метеор с гиперболической траекторией, зафиксированный в падении на Землю в 2014 году. Идеи о том, что межзвездный астероид может быть Это, по заявлению профессора, был первый межз- никогда не виданным в природе солнечным парусом вездный метеор. или облаком со средней плотностью в сто раз мень- шей воздуха, далеко не самые экзотические. Один Только что, в марте этого года, находку под- из самых заслуженных астрофизиков Гарвардского твердило Космическое командование США. Оно университета профессор Ави Лоеб (Avi Loeb) заявил обнародовало список болидов, сгоревших в атмос- на весь мир, что Оумуамуа «имеет искусственное про- фере Земли, которые были замечены станциями исхождение». Сделал он это в ряде научных и попу- слежения Министерства обороны. Среди них был и лярных статей и в книге под названием Extraterrestrial полуметровый в диаметре метеор, сгоревший 8 ян- (англ. внеземной), вышедшей в прошлом году. Про- варя 2014 года над Тихим океаном рядом с Папуа — фессор продолжает регулярно публиковать работы на Новая Гвинея. Его траектория и скорость в шесть- эту популярную тему, в том числе и в ведущих амери- десят километров в секунду свидетельствовали о канских научных журналах, например — в «Science». межзвездном происхождении. Правда, точность этих данных невысока: след объекта наблюдали менее пяти секунд. 28

И вдруг комета дадут возможность к середине столетия догнать и Оумуамуа, если в ближайшие десятилетия удастся Спустя почти два года после открытия первого межз- запустить специализированную миссию. Аналогично вездного визитера жизнь преподнесла астрономам авторы показывают, что запущенная в 2027 году тяже- подарок. Тридцатого августа 2019 года сотрудник лая ракета Falcon Heavy могла бы доставить к комете Крымской астрофизической обсерватории Геннадий двести килограммов научного груза в 2052 году. Уче- Борисов на любительском телескопе открыл первую ные приводят компьютерные расчеты оптимальной комету, пришедшую извне Солнечной системы. Она траектории ее полета с гравитационными маневрами двигалась по надежно установленной гиперболиче- в Солнечной системе. ской траектории с неслыханно большим эксцентри- ситетом равным 3, то есть ее рождение вне системы Девятая планета? Солнца не вызывало никаких сомнений. После под- тверждения крупных обсерваторий Международный Некоторые ученые предполагают, что существует центр малых планет присвоил второму межзвездному связь между межзвездными странниками и еще не от- объекту имя 2I Borisov. крытой планетой Солнечной системы, орбиту которой рассчитали американские астрофизики Константин По всем другим характеристикам малое тело Батыгин и Майкл Браун шесть лет назад. Они за- оказалась обычной кометой. У нее были хвост и яр- метили, что орбиты обособленных транснептуновых кая кома, которую сфотографировал телескоп имени астероидов имеют приблизительно одинаковую про- Хаббла. 2I Borisov прошла мимо Солнца примерно странственную ориентацию. Вычисления показали, вдвое дальше Оумуамуа за орбитой Марса. Много- что такую кластеризацию орбит можно объяснить численные наблюдения доказали, что ее твердое ядро влиянием похожей на Нептун гипотетической Планеты имело компактную форму со средним размером около 9 с радиусом в несколько земных, массой до десяти полусотни метров. Комета выделяла газы и пыль из масс нашей планеты. А эта планета, в свою очередь, силикатов железа и магния, различных органических могла бы объяснить существование астероидов и соединений. комет с орбитами, перпендикулярными плоскости эклиптики. Среди эмитируемых кометой молекул преобладал моноциан (CN), который, предположительно, обра- В середине апреля этого года в «Advances in зовывался при фотодиссоциации синильной кислоты Space Research» вышла интересная статья четырех HCN, испаряющейся с поверхности ядра кометы. Инте- азербайджанских ученых, работающих в универси- ресно, что содержание диоксида углерода и угарного тете штата Аризона и в Шемахинской астрофизиче- газа в ее выбросах на порядок превышало таковые для ской обсерватории НАН Азербайджана. Основной комет, пролетающих за орбитой Марса. результат их работы состоит в том, что параметры траекторий гиперболических комет могут быть стати- В марте 2020 года, при удалении от перигелия, на стически связаны с Планетой 9, расчетная траектория комете случились два мощных взрыва. В результате движения которой известна. наблюдатели увидели явление, в котором не было ничего необычного: отброс одного из ее кусочков в Сначала авторы показывают, что семейство ги- тысячную общей массы в сторону Солнца. Это не- перболических межзвездных комет можно статисти- сколько изменило ее траекторию, и она продолжила чески рассматривать независимо от параболических. путь в межзвездное пространство. В общем, 2I Borisov Затем численным интегрированием орбит они нахо- оказалась обычной кометой с необычной траектори- дят области пространства, где концентрируются осо- ей. Кроме прочего, она заставила широкую публику бые точки траекторий семейств. На основе расчета вспомнить о древнем понимании комет как о вестни- авторы утверждают, что переход из параболического цах бед и несчастий. Что ж, теперь никто не сможет в гиперболический класс комет можно объяснить сказать, что небо не предупреждало (не)разумное действием планеты, сила притяжения которой должна человечество о ковидных временах. искажать их траектории. Астрофизики уверены, что дети звезд должны чем- Таким образом, «межзвездные гости» очень похо- то отличаться от детей Солнца. Неслучайно научная жи на «местных жителей», но ведут они себя на грани печать регулярно публикует статьи о том, как догнать фола, уж точно не так, как представляли себе знатоки этих двух межзвездных странников, которые за год местных манер. Кто они, чужаки или свои, пока не- проходят расстояние около длины земной орбиты. Не- ясно. Но ученые на то и ученые, чтобы постоянно давно трое ученых из Англии и Германии в своей статье пересматривать свои суждения о мире. Нынешняя в «Acta Astronautica» обсудили возможность послать активность астрономов в «инопланетной» области космический корабль за кометой Борисова. Найти ис- исследований как раз об этом и говорит. чезнувшую из поля зрения телескопов беглянку будет несложно, так как мы знаем ее траекторию. До этого те же авторы доказали, что современная ракетная техника и близкие к внедрению технологии 29«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Гипотезы Иллюстрация Сергея Тюнина Кандидат биологических наук Н.Л. Резник Лишний вес — поиск виновного Похудение требует понимания. Специалисты не Калория калории рознь одно десятилетие работают над поиском связей между потреблением, сбереганием и расходом Казалось бы, все просто. Люди набирают вес, когда энергии. И чем дольше они работают, тем слож- потребляют больше калорий, чем тратят. Чтобы поху- нее становятся модели ожирения. деть, нужно меньше есть и больше двигаться. Эти ре- комендации, к сожалению, не избавляют человечество 30

от эпидемии ожирения, разгулявшейся в последние лирующие жирные кислоты в жировую ткань. Поэтому десятилетия. Да, в современном мире еда стала до- скелетной мускулатуре не хватает энергии. Лишенные ступнее и разнообразнее (в развитых странах), и слож- топлива, нежировые клетки испытывают состояние кле- но удержаться, чтобы не полакомится чем-нибудь. Тем точного «внутреннего голодания», на которое человек не менее трудности самоконтроля не объясняют эту реагирует так же, как на реальный голод: ест и снижает эпидемию в полной мере. Да, человеческий организм расход энергии. запрограммирован набирать вес, а не терять его, но все же это решаемая задача. В отличие от модели баланса калорий, УИМ счи- тает переедание не основной причиной ожирения, а Так почему же среднему жителю Западной Европы следствием. Потребление крахмалистых продуктов или США сегодня труднее расстаться со своими 12—15 и сахаров провоцирует синтез большого количества лишними килограммами, чем 50 лет назад? инсулина, и глюкоза откладывается в печени и жировых клетках вместо того, чтобы сгорать в мышцах. С этой Очевидно, модель баланса калорий неверна, хотя точки зрения простое ограничение калорий можно переедание действительно вызывает ожирение, рассматривать как симптоматическое лечение, в боль- с этим не поспоришь. Однако поток питательных шинстве случаев обреченное на провал. Критическое веществ и энергии в человеческом организме орга- значение имеет происхождение калорий. низован несколько сложнее, чем движение воды в бассейне с двумя трубами. Его регулируют несколько Вредоноснее всего углеводы с высоким глике- гормонов, и самый известный из них — инсулин, о мическим индексом, поскольку они вызывают скачок котором наслышаны даже люди, далекие от медицины инсулина. Поедание белков также вызывает секре- и биологии. цию инсулина, но она зависит от аминокислотного состава. Кроме того, белки стимулируют секрецию У инсулина много функций. Он, в том числе, облег- глюкагона — гормона, который расщепляет глико- чает проникновение глюкозы из крови в клетки мышц ген, то есть способствует увеличению концентрации и жировой ткани (адипоциты). Мышцы глюкозу рас- глюкозы в крови и действует в направлении, противо- ходуют, а в адипоцитах из нее синтезируются жирные положном инсулину. Жиры мало влияют на инсулин, кислоты, и этот синтез также стимулирует инсулин. поэтому жирные диеты иногда считают полезными Он же облегчает проникновение в адипоциты жирных для похудения. А высокоуглеводные диеты с малым кислот и способствует образованию гликогена в пе- содержанием жира, напротив, усугубляют проблему, чени. В то же время инсулин подавляет расщепление потому что вызывают голод, который, сидя на диете, жиров и гликогена, а также образование глюкозы из можно утолять все теми же углеводами. Опаснее всего неуглеводных соединений (глюконеогенез). Иными тортики с кремом из муки тонкого помола и сахара, словами, инсулин — гормон запасания. Он обеспечи- от которых инсулин так и брызжет и помогает упако- вает образование гликогеновых и жировых отложений вывать жирный крем в адипоциты. и не допускает их разбазаривания. У этой модели, естественно, есть доказательства. Синтез инсулина зависит от концентрации глюко- У лабораторных животных инъекции инсулина способ- зы в крови, поэтому возрастает, когда человек съест ствуют отложению жира, усиливают чувство голода и какой-нибудь продукт с высоким гликемическим индек- вызывают увеличение веса. Лишний жир у них обра- сом. Гликемический индекс — это величина, которая зуется даже при ограничении калорий. Аналогичное показывает, насколько продукт, содержащий углеводы, действие оказывают и диеты, повышающие секрецию повышает уровень глюкозы в крови через два часа инсулина. после трапезы. Чем он выше, тем легче усваиваются углеводы, то есть быстрее расщепляются до глюкозы. Существует генетически обусловленная гипер- Очищенные злаки, картофель и сахар имеют высокий секреция инсулина, которая приводит к ожирению гликемический индекс. У некрахмалистых овощей, уже в подростковом возрасте. А инсулиновая терапия бобовых, фруктов и цельнозерновых продуктов глике- диабета предсказуемо связана с увеличением веса. мический индекс средний или низкий. Связанный с ним Клинические исследования показывают, что диеты с показатель, гликемическая нагрузка, то есть произве- низким содержанием жиров и высоким содержанием дение количества углеводов и гликемического индекса, углеводов менее эффективны, чем низкоуглеводные позволяет очень точно предсказывать уровень глюкозы даже в том случае, когда испытуемые избегают очи- в крови после еды. щенной муки и рафинированного сахара. Так вот, с 1970-х годов характер питания радикаль- По данным долгосрочных наблюдений, некоторые но изменился, и в рационе людей заметно возросла жирные продукты с исключительно высокой энерге- доля легко усваиваемых углеводов, стимулирующих тической плотностью, например орехи или жирные синтез инсулина. Это наблюдение породило альтер- молочные продукты, практически не увеличивают вес. нативную модель ожирения, получившую название (Энергетическая плотность — это количество калорий углеводно-инсулиновой (УИМ). Согласно этой модели, в одном грамме продукта.) Напротив, многие широко потребление легкоусваиваемых углеводов стимули- потребляемые продукты с высокой гликемической на- рует секрецию инсулина, который направляет цирку- грузкой, такие как картофель, очищенное зерно, слад- 31«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

кие десерты, сладкие напитки и 100%-ные фруктовые сом. Исследователи хотели проверить предсказания соки, напрямую связаны с ожирением. УИМ, согласно которым секреция инсулина зависит от содержания углеводов в рационе и углеводная диета Несмотря на эти доказательства, противникам УИМ вызовет у мышей ожирение и повышенный аппетит, а есть, что возразить. Они отмечают, что концентрация расход энергии при этом сократится. глюкозы снижается спустя два с половиной часа по- сле высокоуглеводной трапезы. При этом у больных Прогнозы оправдались лишь отчасти. Высокоугле- ожирением и сахарным диабетом уровень циркули- водные диеты действительно вызывали более мощную рующей глюкозы постоянно в норме или повышен, то секрецию инсулина, чем низкоуглеводные. Чем выше есть оснований жаловаться, что инсулин «убрал» всю был у мышей уровень инсулина натощак, тем хуже рас- глюкозу, нет. Сторонники УИМ отвечают, что нехватка щеплялись жиры. Однако уровень инсулина натощак глюкозы в крови провоцирует увеличение веса, но не был связан с поеданием углеводов. Кроме того, исследования ее уровня, когда ожирение развилось, на углеводных диетах мыши не стали больше есть может привести к ложным результатам. У больных ожи- и не располнели. Эти результаты не подтверждают рением и сахарным диабетом уровень глюкозы высок, справедливость УИМ, и все же нельзя безоговорочно потому что жировые клетки не принимают глюкозу, так переносить «мышиные» результаты на людей. как уже наполнены до предела или малочувствительны к инсулину. Опыты на грызунах это подтверждают. А с людьми, как мы уже говорили, можно работать лишь недолго. Несколько таких экспериментов провел А вот еще аргумент против УИМ: на высокоугле- Кевин Холл (Kevin Hall), руководитель лаборатории водной диете сидят целые популяции — и не жиреют. биологического моделирования Национального ин- Таковы, например, азиатские фермерские общества, ститута диабета, болезней органов пищеварения и основу питания которых составляет белый рис. Но эти почек (США). люди физически активны и не всегда ели досыта. С ростом урбанизации уровень активности в таких по- Двадцать взрослых людей (средний возраст око- пуляциях снижается, и показатели ожирения быстро ло 30 лет) разного телосложения, с индексом массы растут. тела от 20,6 до 40,8 (средний ИМТ 27,8) и весом от 58 до 126 кг (средняя масса 80 кг), госпитализиро- Не глюкоза, но инсулин вали в Клинический центр Национального института здоровья. Там их случайным образом распределили Углеводно-инсулиновая модель ожирения требует на две группы, которые две недели сидели на диете, тщательной проверки, провести которую непросто. состоящей из 10% углеводов и 75% жиров или 10% Для этого необходимо набрать добровольцев, слу- жиров и 75% углеводов. Содержание белка в обеих чайным образом разбить их на группы, которые при- диетах было одинаковым. Затем испытуемых переве- держиваются диеты с разным содержанием жиров и ли на альтернативную диету, на которой они отсидели углеводов, и измерить содержание жира в каждой из еще две недели. Участники ели трижды в день, причем этих групп. Но такие эксперименты, если они будут вволю. Их предупреждали, что эта диета не рассчитана достаточно продолжительными, могут навредить на потерю веса. здоровью испытуемых. В соответствии с УИМ, высокоуглеводная диета Кроме того, испытуемых придется держать в ла- приводила к активной секреции инсулина после тра- боратории, иначе невозможно проконтролировать их пезы и высокой его концентрации в крови, следова- питание. На воле они обязательно что-нибудь лишнее тельно, в организме должен был откладываться жир, съедят или с самоотчетами напутают. Заточить людей увеличивая голод. Люди на высокоуглеводной диете в четырех стенах на много месяцев нереально. А кра- действительно ежедневно съедали на 670 грамм боль- тковременные исследования дадут повод усомниться ше, чем на жирной, но при этом получали примерно на в их достоверности как раз из-за кратковременности. 700 ккал меньше, потому что у животной пищи выше Поэтому проще экспериментировать на животных. энергетическая плотность. Испытуемые сочли обе диеты одинаково приятными и приемлемыми, они не В 2019 году британский биолог Джон Спикман голодали, не страдали от чувства наполненности. Вес (John Speakman), профессор Китайской академии они не набрали, даже сбросили: 1,77 кг на жирной ди- наук в Шэньчжэне и Абердинского университета в ете и 1,09 кг на углеводной. Однако на жирной диете Шотландии, поставил со своими китайскими колле- участники теряли преимущественно гликоген и воду, гами опыты на мышах. Ученые предложили грызунам а на углеводной больше половины потерянной массы 29 разных диет, на которых они просидели 12 недель, пришлась именно на жир, хотя углеводы, согласно что эквивалентно девяти годам человеческой жизни. УИМ, должны способствовать его запасанию. Кроме Содержание жиров и углеводов в этих диетах колеба- того, на углеводной диете люди меньше спали и боль- лось от 10 до 80%, а содержание белка оставалось по- ше двигались, хотя УИМ в этом случае предсказывает стоянным. В качестве углеводов мышам предложили уменьшение расхода энергии. смесь кукурузного крахмала, мальтодекстрина и са- харозы — продуктов с высоким гликемическим индек- В двух других исследованиях, которые провели Холл с коллегами, участники с лишним весом или 32

ожирением, находясь под строгим контролем, сидели чем человек обычно питается: булками или куриными один — два месяца на диетах с ограниченным коли- окорочками. Концентрация базального инсулина ре- чеством калорий, но разным соотношением жиров и агирует на разницу между потреблением и расходом углеводов. Оказалось, что, хотя ограничение угле- энергии. водов привело к значительному снижению секреции инсулина после еды, люди потеряли меньше жира, В нескольких исследованиях ожирение пробовали чем при высокоуглеводной диете такой же калорий- лечить препаратами, подавляющими синтез инсулина, ности. В одном из исследований низкоуглеводная диазоксидом или октреотидом. Лечение позволило диета значительно снизила энергозатраты, хотя в снизить жировую массу почти на шесть килограммов соответствии с УИМ должна энергозатраты увеличить. по сравнению с плацебо. И при всем при том, повы- В другом исследовании низкоуглеводная диета вы- шенное содержание инсулина необязательно при- звала небольшое увеличение энергозатрат, но всего водит к увеличению веса. Исследователи, искавшие на неделю-другую. гены ожирения, не обнаружили в жировой ткани инсу- линовые мишени, которые играли бы определяющую Не подтверждается УИМ, хотя ее сторонники эти роль в развитии ожирения. работы раскритиковали: тестовые диеты, на которых сидели мыши, сочли неадекватными, а исследования Спикман и Холл пришли к выводу, что склонность на людях — слишком короткими. Кевин Холл пробо- к ожирению можно объяснить косвенным действием вал проводить исследования в течение года, но люди инсулина, различием в его секреции, а прямое дей- жили свободно, и такой режим не позволил получить ствие инсулина, образовавшегося после углеводной достоверные результаты. трапезы, на жировую ткань, вряд ли можно считать решающим фактором увеличения веса, как это пред- Профессора Спикман и Холл объединились и сказывает УИМ. Впрочем, отказ от этой модели не предложили свою модель ожирения — модель энер- означает, что низкоуглеводная диета не может быть гетического баланса. По их мнению, все начинается с полезна для похудения. переедания. Глюкозные калории не обладают особой жирогенной силой, но инсулин регулирует образова- Как видим, модели ожирения все усложняются, а ние жировых отложений (традиционная модель эту вместе с ними и инструкции по расставанию с лиш- функцию просто не рассматривает). Однако механизм ним весом. Модель баланса калорий видит причину влияния инсулина на ожирение сложнее, чем предпо- всех бед в переедании и для похудения предлагает лагает УИМ. Он обладает множественным действием меньше есть и больше двигаться. Никто не назовет на многие органы. эту рекомендацию необоснованной, однако помо- гает она далеко не всем. А все потому, что дело не Так, он облегчает поглощение циркулирующего только в количестве потребляемых калорий, но и в их топлива (глюкозы и жирных кислот), а когда ожирение качестве. Так утверждают приверженцы углеводно- поднимается выше критического уровня, посылает инсулиновой модели. По их мнению, ожирению спо- сигнал в мозг. Клетки мозга, а именно гипоталамуса, собствует высокая концентрация инсулина, которая, содержат инсулиновые рецепторы. Эксперименты в свою очередь, зависит от содержания глюкозы в на грызунах показали, что блокировка инсулиновых крови. Поэтому желающим похудеть следует избегать рецепторов не влияет на выживаемость нейронов, продуктов с высоким гликемическим индексом — муч- но приводит к перееданию, ожирению и системной ного и сладкого. Увы, эта модель, как и предыдущая, инсулиновой резистентности. У собак, заработавших подтверждается не всегда, но вдвоем они породи- диабет на жирной диете, и крыс, генетически пред- ли гибрид — модель энергетического баланса. От расположенных к ожирению, содержание инсулина в первой модели она позаимствовала утверждение о капиллярах центральной нервной системы снижается. вреде лишних калорий, от второй — представление о Инъекция инсулина в центральную нервную систему том, что процесс энергообмена в организме нельзя вызывает анорексию и потерю веса. свести к простому балансу калорий. На него влияют питательные вещества и гормоны, действие которых В общем, результаты многих экспериментов, сложнее, чем предполагает УИМ. проведенных разными исследователями, позволяют предположить, что за метаболические расстройства Модель Спикмана и Холла вообще замысловатее ответственно слабое взаимодействие инсулина с своих предшественниц, она требует учета множества рецепторами гипоталамуса. Некоторые специали- факторов, и потому, возможно, более точна. В этом сты уже пытаются разрабатывать методы лечения ее несомненный плюс, если модель подтвердится. ожирения инсулином, только надо придумать, как его Но, увы, она не объясняет, как избавиться от лишнего доставлять в центральную нервную систему. Пытались веса. Самый главный вопрос так и остается без от- закапывать в нос — не помогает. вета, и пока ясно лишь одно — простым он не будет. Глюкозная трапеза вызывает выброс инсулина в кровь, но его концентрация быстро снижается. Жировая ткань более чувствительна к изменениям базального уровня гормона, а он не зависит от того, 33«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Иллюстрация Петра Перевезенцева Панацейка Горец — в каждом месте свой Некоторые наши непостоянные читатели бывают весьма невнимательны и порывисты. Прочи- тав название рубрики и заголовок статьи, они решают, что какое-то сомнительное средство представлено в ней как панацея, и с возмуще- нием отбрасывают журнал. Да еще неучтивые письма пишут в редакцию. А вот если бы они читали «Панацейку» регулярно и внимательно (водить пальцем по строчкам, шевеля губами, необязательно), то знали бы, что она рассказывает о растениях и грибах, которые, хотя тра- диционно считаются лекарственными, на самом деле могут такими и не быть, во всяком случае, не обладать всеми заявленными свойствами. Наш нынешний герой 34

как раз из таких — горец многоцветковый, он же китай- Пока китайский горец маленький, его корневище хорошо ский, Polygonum multiflorum. заметно Род горец (Polygonum) семейства гречишных до- делали, и даже посвящали лекарственным растениям вольно многочисленный. В его состав входят более 200 целые трактаты, поэтому у них тысячелетние традиции. видов: однолетники и многолетники, травянистые расте- Правда, в эти трактаты порой вкрадываются ошибки ния и полукустарники. Горцы растут на всех континентах, (см. «Химию и жизнь», 2013, 10), но с кем не бывает. Так около двадцати видов используют как лекарственные вот, в трактате Кай-бао бэнь цао («Корни и травы [пе- растения и даже специально выращивают. риода] Кай-бао»), изданном в 973 году, впервые описан горец многоцветковый P. multiflorum. Все виды содержат в разных количествах витамины, дубильные вещества, фенольные соединения и антра- Родина горца многоцветкового — Китай, хотя сейчас хиноны, благодаря чему обладают вяжущим, противо- его выращивают и в других странах. Это многолетняя воспалительным, кровоостанавливающим и антибакте- лиана с очень большим, бугристым корневищем. Сна- риальным действием. Их используют при желудочных ружи оно темно-коричневое, а на срезе желтоватое, с расстройствах, внутренних кровотечениях, некоторых крупными сосудистыми пучками. Корни у китайского воспалительных заболеваниях. горца тонкие, стебли длинные, до 3—4 метров, листья крупные, копьевидные, а мелкие белые цветки собраны Несколько видов хорошо известны в нашей стране, в длинные метелки. Растет он в расщелинах скал, на включены во все справочники лекарственных растений лесистых холмах и в долинах. В традиционной медицине России и признаны официальной медициной. Осо- используют корневище, реже стебель. бенно знаменит горец птичий, или спорыш, Polygonum aviculare. Это однолетняя травка, часто стелющаяся, и в В России из горца делают отвары, настои, экстрак- августе, когда поспевают семена, на них набрасывают- ты. В Китае эти рецепты тоже в ходу, но чаще корневище ся воробьи и очень быстро отъедаются к зиме. Потому P. multiflorum обрабатывают более сложным образом. этот горец и птичий. А спорыш он потому, что быстро Его пропаривают вместе с сухими, зрелыми семенами (споро) зацветает. сои Glycine max, которые китайцы называют черными бобами, соком ремании (китайский эндемик семейства Спорыш уменьшает проницаемость сосудов. Его губоцветных) или смесью вина с имбирем и соей. Часто также назначают на ранней стадии мочекаменной бо- корневище упаривают вместе с соевым соком, хотя это лезни, потому что он выводит из организма камнеобра- не сок, конечно, какой может быть сок в сухих семенах, зующие соли. Он также помогает при функциональной а вода, оставшаяся после многочасового тушения этих недостаточности печени и почек. А еще его считают самых бобов. Из сырого и переработанного сырья при- мочегонным, противовоспалительным, ранозаживля- готовляют экстракты, которые высушивают, упаковыва- ющим и общеукрепляющим средством. ют в пилюли, добавляют в кремы и мази. Птичий горец богат витаминами, и молодая трава — Причем медики придают большое значение спо- отличная салатная зелень. Однако перед потребителями собу переработки сырья, потому что от него зависят стоит проблема сбора. Спорыша много, но растет он в очень грязных местах: по обочинам дорог, в канавах, на выгонах, вытоптанных скотиной и удобренных на- возом. Собирать лекарственные травы в такой грязи не рекомендуется, приходится спорыш специально выращивать. Другой горец, змеиный (P. bistorta), — многолетнее растение, название свое получил за одревесневшее, изогнутое корневище. Именно это корневище, а не зе- лень, как в случае однолетников, используют народные целители. Горец змеиный — традиционное средство при воспалительных заболеваниях кишечника и десен, желчного и мочевого пузырей, а также внутренних и внешних кровотечениях. Его тоже собирать непросто — встречается он везде, но в малых количествах А есть еще горец перечный (может служить острой приправой); кровоостанавливающий горец почечуйный, которым, как явствует из названия, лечат почечуй, то есть геморрой, и похожий на него горец развесистый; горец земноводный — тонизирующее, мочегонное и слабительное. Сколько живут на Земле люди, столько они лечатся разными травами. И в каждом сообществе был человек, который более или менее в этих травах разбирался. Только на Руси знахари записей не делали, а в Китае 35«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Разрезанное корневище китайского горца гает при деменции, вызванной нарушением мозгового кровообращения. химический состав и фармакологическая активность конечного продукта. Горец китайский содержит более По мнению некоторых китайских специалистов, сотни биологически активных соединений. Самыми антивозрастной эффект горца как раз и заключается важными считают стильбены, антрахиноны, в том числе в способности лечить болезни Альцгеймера и Паркин- хризофанол, эмодин, алоэ-эмодин, фисцион и реин, сона. Одно из его активных веществ, 2,3,5,4′ -тетраги- гликозиды, фосфолипиды, флавоноиды, танины, жирные дроксистильбен -2-O-β-D-гликозид (ТСГ), потенциально кислоты, спирты, альдегиды и кетоны. Действие этих может лечить оба заболевания, поскольку в пробирке он веществ изучают in vitro, реже in vivo, и по результатам подавляет активность фермента ацетилхолинэстеразы. исследований приходят к выводу, что китайский горец Официальная медицина также прописывает пациентам действительно может обладать теми свойствами, кото- с болезнями Альцгеймера и Паркинсона ингибиторы рые ему традиционно приписывают. А их немало. ацетилхолинэстеразы. ТСГ обладает нейропротектор- ными свойствами (в клеточной культуре) и улучшает В странах Восточной Азии горец китайский ис- когнитивные функции крыс. пользуют как слабительное, общеукрепляющее, сосу- дорасширяющее, обезболивающее и спазмолитик; он Внутрижелудочное введение спиртового экстракта уменьшает содержание холестерина в крови и регули- стареющим мышам влияет на активность некоторых рует усвоение глюкозы, борется с запорами, головокру- ферментов и соотношение жирных кислот (при старе- жениями и потливостью; помогает при болях в спине, нии оно меняется). ТСГ продлевает жизнь ускоренно неврастении, ишемической болезни и болезнях печени. стареющих мышей на 17% по сравнению с контролем. А еще это эликсир молодости — он улучшает память и Но получай контрольная группа витаминные препараты, исцеляет возрастные когнитивные нарушения, помогает результат мог бы быть иным. при болезнях Альцгеймера и Паркинсона, возвращает цвет рано поседевшим волосам, противостоит облысе- Экстракт горца незначительно ускорял рост волос нию и продляет жизнь. Препаратами стебля лечатся от у обритых мышей, стимулируя покоящиеся волосяные диабета и бессонницы. Список получился длинный, но фолликулы. Но бритая мышь — не то же самое, что и лекарств, в состав которых входит горец китайский, лысая. И не пытайтесь загустить таким образом соб- более двухсот пятидесяти. ственную шевелюру, потому что готовить это снадобье очень сложно. В основе процесса лежит длительное Клинических испытаний, подтверждающих эти чу- заквашивание корневища с лактобациллами и оливко- до-свойства, почти нет. Так, здоровые добровольцы вым маслом. хорошо переносят прием одного из препаратов горца многоцветкового, разработанного для лечения вос- И вот что странно: растение, которое используют палительных заболеваний кишечника. Как он помогает в клиниках традиционной медицины для лечения цир- больным — неизвестно. Многокомпонентное лекар- роза, жировой болезни печени и гепатита В, оказалось ство, в состав которого входит и горец, незначительно гепатотоксичным. Первые письменные сообщения об снижает уровень холестерина у людей с повышенным этом появились еще в XIV веке. И сейчас известия о уровнем липидов в крови. В другом исследовании пациентах, пострадавших от горца, приходят из разных препарат, содержащий горец, повышает качество стран Азии и Европы и даже из Австралии. Больным жизни пациентов с болезнью Альцгеймера и улучшает от 5 до 78 лет. Они пили чай из горца, ликер с горцем, их когнитивные способности эффективнее, чем сбор принимали пропитанный медом или сухой порошок. лекарственных трав без горца или традиционный пре- Длительность приема варьировала от двух недель до парат пирацетам. Горец китайский также неплохо помо- нескольких месяцев. 36 Среди обычных побочных эффектов горца много- цветкового числятся острый токсический гепатит, одышка, лихорадка, сыпь, проблемы со зрением, боли в животе и учащенное сердцебиение. Причины и ме- ханизмы токсичности пока непонятны, хотя их активно исследуют. Значение могут иметь длительность и доза приема, взаимодействие с другими лекарствами, вид сырья. По-видимому, экстракт сырого корня токсичнее, чем предварительно пропаренного, причем спиртовой настой опаснее водного. Горец многоцветковый — одно из наиболее часто используемых в традиционной китайской медицине растений, включенное в официальную китайскую фарма- копею. Не все его свойства доказаны, но такова судьба большинства лекарственных трав. Во всяком случае, подавляет воспаление и останавливает кровотечение он не хуже нашего спорыша. Н. Ручкина

Х Нанозолотые н ия нь им н нити ь н ин м и мж им н з мин я ними з н жн я и- м, з и ь н н С и и ж ни ним н м н м з- м нн я ни я ния м н- н, ния з ь н и ян н - я н и изи ь з з ж и и им ни и зм - м им - з н м им з м, - ми ини я м ж мн и ми н и и янн яни и и мн ин и н и и н - я и и и ия, и м н- и н жи нн изи ими - и из нн н н н м ни и н яж ния зн и з ь м, изм ния ж и з н н - з н н н яж н н и ,н н ,н н н ин ми, м нь и- и м м ня ь з и им и н ни и ни ми я ьн ь и мн ж ин мм м нь ни м , и нн - изи и н и - зм зн и , м изи м ж н м и и, ни ьн м з и нн ми ин им н изм ни м нь нии и м яж и ь ьи и и- м я н нн н , ь н з ь, им нн , н иин и н ьн и м ь изм ня я нн я н ни и н ни- м ж н и ьн м ин ни м з и ин 0 0 м ния н ми из им м ни им и ин м н ннм им , н н из н яж ни м н ни и м ь н м н и ни ь з н ми, я изи и им ни и ж мн нн яз - н ж ми Хими и зн , и нн ими им н- 22 и н из н н - ьн н м и и зь з я - з м ж м ни и мн м и- им я ь м ни и ннз ни нн ми н з ннм и и и и ии, мя з я н мн м н н - м з н и- и ния ин н м иь н ь, м и ими- м н ни из нн н н и нн и и - и н, - им 37«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

приложени дл производства дат и- пис ве ества, котору затем можно ри м, и производству нужн все более ков давлени , звука и газов. Физики рас ифроват и перевести в нагл д- тонкие способ дл исследовани по- наде тс и на применение своих н й вид молекул рн х соединений. верхности уже на атомарном уровне. резул татов в хими еском катализе, так как на те ение реак ий вли т Лазерное излу ение, сфокуси- Один из них разработали физики не тол ко состав и лектронн е со- рованное в нас енном растворе Калифорнийского университета в сто ни поверхности катализатора, гли ина, не тол ко порождало спек- Ирвайне под руководством профес- но и атомарн е вибра ии его поверх- тр , но и в месте своего попадани сора Вил сона Хо (Wilson Ho). Они ности, котор е напр му св зан с ее стимулировало на ало нуклеа ии модифи ировали метод сканиру ей механи ескими свойствами. (Physical микрокристалла гли ина. След за туннел ной микроскопии так, тоб с Review Letters, 128 (14), 2022) изменением спектров в режиме реал - его помо можно б ло измер т с ного времени, исследователи изу или, в соким разре ением лектростати- Длинные как перестраива тс молекул рн е зародыши агрегат в на але нуклеа ии. А когда еские свойства разли н х ве еств. аминокислоты у ен е сравнили кспериментал - Дл того между серебр н м н е и модел н е спектр , то на ли П ро есс кристаллиза и многим ранее неизвестну стади про есса. острием микроскопа и поверхност известен по форме снежинок, Оказалос , то молекул гли ина меди, покр той островками ее нитри- образовани разводов из- образу т динами ески мен иес да (Cu2N), кспериментатор удер- морози на окнах или засахаривани линейн е сети, св занн е водород- живали молекулу водорода. Област н ми св з ми. остри облу али фемтосекундн ми варен . Явление ироко испол зу т импул сами терагер ового лазера и Эксперимент показал, то зарод - по току микроскопа следили за ре- в производстве продуктов питани и еобразование — куда более сложно, лакса ией возбужденн х квантов х ем предсказ вает класси еска те- состо ний водорода. Она-то и несла медикаментов. Однако зарождение и ори нуклеа ии. Это знание дает воз- информа и о взаимодействии мо- можност контролироват ка ество лекул с ее окружением. Естественно, рост кристаллов — далеко не полно- образу егос кристалла. В аст- ксперимент проводили при криоген- ности, можно будет оптимизироват н х температурах в вакуумной камере, ст пон т е про есс , лежа ие на про есс полу ени в соко ист х так как локализа и водорода — дале- ве еств в фарма евтике. ко не проста зада а. ст ке физики и химии. Автор с ита т, то их методику динами еского контрол нуклеа ии Эксперимент позволил полу ит Кристаллиза и происходит в не- можно будет легко внедрит в мас- данн е о распределении зар да на совое производство. (Proceedings of поверхности нитрида меди с беспре е- скол ко стадий, перву из котор х the National Academy of Sciences, 119 дентн м временн м и пространствен- (16), 2022) н м разре ением. Прибор мог видет наз ва т нуклеа ией, или зарод ео- вариа ии зар да длител ност на Водород п тнад ат пор дков мен е секунд бразованием. У ен е активно изу а т на игле на размерах до дес той ангстрема, то ест примерно на пор док мен е услови того асто стохасти еского и Кна алу на его века метод из- межатомного рассто ни . у ени поверхностей тверд х на перв й взгл д нерегул рного про- тел достигли атомного разре- Профессор Хо с итает свой кспе- ени . Наравне с лектронной микро- римент первой демонстра ией хими- есса, при котором молекул кристал- скопией зна ител ну рол в том с грало массовое распространение ески увствител ного микроскопа. лизу егос ве ества динами ески микроскопии атомн х сил, а также Он надеетс на применение своего сканиру ей туннел ной микроско- прибора в науке о катализаторах, так организу тс в перви н е кластер пии. Последн , напомним, опираетс как их ффективност асто зависит на фикса и туннел ного тока между от поверхностн х несовер енств или формиру т другие упор до енн е провод им острием прибора и из- атомн х мас табов. Если материал у аемой им поверхност . адсорбирует водород на своей поверх- структур . Дл того служат сам е ности, говорит он, его всегда можно Об ектами исследований тих испол зоват как сенсор. (Science, 376 разнообразн е метод , а не тол ко приборов стали спло н е пленки и (6591), 401) островков е структур разли н х визуал но опти еские. Последние, ве еств, асто тол иной в один или Вода нескол ко атомн х слоев. Тенден и к на рентгене правда, оста тс основн ми. миниат риза ии лектроники продол- жаетс , по тому и нау н м лаборато- В ода — то основа жизни, универ- Это е е раз доказала пионерска сал н й растворител и самое распространенное хими еское работа международной групп п те- соединение на Земле. А е е и самое р х у ен х под руководством про- фессора кафедр физи еской химии хими еского факул тета Женевского университета Ада и Такуджи (Takuji Adachi). С помо рамановского рассе ни она вперв е изу ила на- ал н е, не фиксируем е другими методами стадии нуклеа ии жизнен- но важной аминокислот гли ина в водном растворе. Рамановска спек- троскопи сей ас активно входит в сам е разн е отрасли естественн х наук и материаловедени , поскол ку тот метод позвол ет исследовател м полу ит уникал ну ифрову под- 38

необ ное ве ество на Земле, как Однако Такаха и Осаму уверен, Исследователи хими еского фа- с итал академик И.В. Петр нов-Со- то новое понимание свойств вод кул тета Токийского университета колов. У ен е столети ми изу а т послужит создани иннова ионн х во главе с профессором Накамура ее, однако она до сих пор таит в себе материалов, к примеру лектродов Еи и (Eiichi Nakamura) тол ко то до- множество загадок. батарей, искусственн х кров н х казали непригодност класси еских сосудов, водопрони аем х мембран. моделей лектронной плотности Одна из них — то сложна раз- (Physical Review Letters, 128 (8), 2022) дл просве ива ей лектронной номас табна физико-хими еска микроскопии. В своей новой работе структура. По ее поводу су еству т Новые они предлага т изображат атом много кспериментов и разнообраз- портреты сферами разного размера в зави- н х теорий, ни одна из котор х пока молекул симости от их атомного номера Z, не стала бесспорной. то ест зар дов их дер, с котор м К огда разговор заходит о стро- коррелиру т размер полу аем х О ередной вклад в понимание ении молекул, у неспе иали- микроскопом изображений. структур вод внесла группа пон- ста, да и бол инства спе и- ских исследователей во главе с про- алистов, вспл ва т перед глазами Дело в том, то рассеива иес фессором Такаха и Осаму (Osamu мален кие разно ветн е арики, на об екте лектрон прибора « ув- Takahashi) из Университета Хиросим . соединенн е пало ками или пружин- ству т» лектростати еские дерн е Она ре ила загадку, котора дес тиле- ками. Эти знаком е всем предмет потен иал , котор е в коне ном с ете ти ми будоражила у ен х. и определ т размер изображений кол ного кабинета химии в об их атомов. Нову модел автор назва- Проблема касалас интерпрета ии ертах отража т су ност устройства ли Z-коррелированной, а ветову рентгеновских миссионн х спектров молекул, состо их из атомов, кото- маркировку вз ли у CPK-модели. вод и их увствител ности к меж- р е под разн ми углами соединен молекул рн м водородн м св з м хими ескими св з ми разной сил . Профессор надеетс , то нова в ней. У ен е провели в ислени , модел станет интуи ией всех хими- котор е позволили им теорети еские Модели молекул родилис после ков, работа их с лектронн ми воспроизвести и пон т природу так столетий изу ени химии пред ду и- микроскопами, так как легко по- наз ваем х двойн х 1b1 спектрал - ми поколени ми у ен х. В про лом звол ет нови кам в микроскопии н х пиков жидкой вод . века по вилис и более свер енн е сделат перв й аг в интерпрета ии модели, например полезна в неорга- их набл дений и не требует предва- Сна ала автор в полнили моле- нике ионна модел Шеннона или об - рител н х теорети еских о енок или кул рно-динами еские рас ет дл емна модел Кори—Полинга—Колту- рас етов. По образному в ражени полу ени модел н х структур вод . на (CPK), в которой ветн е арики, профессора, модел «откр вает двер Затем, исход из перв х прин ипов показ ва т размер лектронн х в синематеку молекул рной науки». Он квантово-механи еских в ислений, облаков атомов. проводит параллел между своими они на ли форму ее рентгеновских нововведени ми и перв м телескопи- спектров и исследовали, как на нее Однако нет сомнений, то модел вли т геометри и динамика св зей об екта или влени зависит от еским изображением ерной д р . того, каким методом м его изу аем. То и другое представл т реал ност В резул тате у ен м удалос соз- Никто не будет спорит , то визу- такой, какой м ее никогда не видели, дат классифика и спектров вод ал но предмет в гл д т совсем и ликвидиру т разр в между вооб- по типам водородн х св зей. Оказа- по-другому, ем на о уп . То но так ражением и реал ност лос , то им всем прису двойной же в некотор х методах современ- пик, то ест теорети еские предпо- ной химии прив н е молекул рн е Думаетс , профессор нескол ко ложени у ен х об снили ирокий модели не тол ко переста т отра- перео енивает успехи астрономов круг данн х. У ен е также в снили, жат действител ност , но и б ва т в сравнении с резул татами своей как на спектр возбуждени вли т контрпродуктивн , а по тому требу т то ной науки. Если, на взгл д ирокой колебател н е мод молекул, кото- модифика ии. публики, фотографии ерн х д р и р х оказалос всего дев т . представл т собой искл ител ное Один из таких примеров — то достижение, то непредвз т й спе и- Рас ет воспроизвел спектр вод анализ органи еских, неоргани еских алист скорее отдаст предпо тение с у етом раст жени св зей, их ко- молекул и тонких пленок методами проверенн м атомарн м хими еским лебаний и изгиба, а также вра ени просве ива ей лектронной микро- модел м, построенн м на основе молекул. Автор работ об снили, скопии атомарного разре ени . Се- то ной квантовой механики, но не как конфигура ии водородн х св зей годн тот метод позвол ет снимат мутной ерной «пустоте внутри све- возбужденной молекул вли т на фил м о жизни молекул и их реак- т егос бублика», изу аемой далеко температурн е зависимости и изо- не прикладн м разделом астрономии. топн е зависимости спектров. и х, поскол ку разли ает лемент (Proceedings of the National Academy of изображений в доли ангстрем и следит Sciences, 119 (14), 2022) По мнени профессора, рас ет за их динамикой с субмиллисекунд- может б т применен и к другим н м разре ением. Выпуск подготовил жидким средам, хот небол ие рас- А. Гурьянов хождени с кспериментал н ми спектрами требу т дал ней его раз- вити теории. 39«Хими и жизн », 2022, , www.hij.ru

Фото: Андрей Константинов Земля и ее обитатели У вороны гнездо не слишком изящное, зато расположено высоко. Не каждый может в него заглянуть О.Н. Нестеренко, Московский зоопарк Время несколько; может быть и одно яйцо). У птиц с птенцовым гнезд развитием (это те, кто вылупляются голыми и слепыми, в от- личие от самостоятельных выводковых) гнездо — укрытие Весной птицы Северного полушария (в Южном для беспомощных птенцов, пока они не подрастут. Гнездо полушарии, естественно, это происходит осенью) помогает создать оптимальный температурный режим начинают строить гнезда, чтобы отложить яйца и и влажность для яиц и птенцов, скрывает потомство от вывести птенцов. Любой горожанин видел воро- врагов — за счет конструкции или удачного расположения. бьев, голубей, крякв, а вот их гнезда видел далеко не каждый. Потому что так и задумано. Интересно сравнить толщину стенок и дна гнезд, раз- мещенных на почве в сыром или сухом месте. Чем влажнее Стараемся для детей! почва, тем толще стенки и особенно дно гнезда, и наобо- рот. У озерных чаек, когда гнездо расположено на сухой Гнездостроение — это птичья работа. Иногда в научной почве, толщина дна всего 2—4 см, а на сырой поверхности и популярной литературе упоминаются гнезда рептилий, толщина достигает 12—15 см. амфибий или рыб, но слово «гнезда» здесь хочется взять в кавычки: по сравнению с птичьими постройками они Чтобы защитить потомство от хищников, можно примитивны. расположить гнездо в каком-нибудь укрытии, но есть и другой способ — грамотный выбор соседей. В тропиках Гнездо — это в первую очередь место, где яйца лежат некоторые птицы строят гнезда рядом с гнездами ос или в компактной кучке, удобной для насиживания (если их устраивают их на деревьях, населенных муравьями. Дру- гие селятся вблизи гнезд крупных птиц, даже хищных ви- дов, которые, защищая свою территорию, при этом как бы защищают и гнезда мелких птиц. Полевой воробей может гнездиться прямо в стенках гнезд грачей, ворон, сорок, коршунов, орлов. Однажды в гнезде орла-могильника в Казахстане насчитали около 30 гнезд полевых воробьев! Краснозобая казарка, вид-эндемик нашей страны, часто устраивает свои колонии рядом с гнездами соколов- сапсанов, канюков или полярных сов. (Так же поступают и другие казарки и гуси.) Хищные птицы, пока им хватает 40

пищи, не охотятся рядом со своими гнездами, а другие плотах, как чомга. Очень простые гнезда у куликов — хищники на их гнездовую территорию не сунутся. в виде небольшой ямки с выстилкой. Исследователи из Центра кольцевания птиц России Чомги и другие поганки (птицы семейства Поганковые; Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Се- так их назвали за невкусное, вонючее мясо) сооружают верцова РАН показали, что расстояние между гнездом плавучие гнезда до 60 см в диаметре и до 80 см в высоту. черной казарки и гнездом полярной совы зависит от двух Платформу строят из камыша, тростника, рогоза, веток и факторов: численности леммингов и численности песцов, листьев, иногда используют корневища тростника и клубни которые едят птенцов и яйца. Расстояние должно быть камыша для повышения плавучести. Гнездо удерживают на таким, чтобы гнездо оказалось в защитной зоне совиного месте окружающие растения, иногда оно касается дна, но гнезда: самец совы отважно обороняет свою территорию может и свободно плавать. Растения, из которых сделано от песцов. Но если казарки построят гнездо слишком гнездо, гниют и дополнительно подогревают яйца снизу. близко, кладка может пострадать от сов, особенно когда Когда птицы уходят из гнезда, они покрывают яйца рас- леммингов недостаточно, чтобы прокормить птенцов совы. тительным материалом, и температура в гнезде остается на 6—7°С выше по сравнению с окружающей средой. Многие морские птицы — кайры, гагарки, чистики — живут огромными колониями, которые называют «птичьими Интересно, что яйца поганок могут частично нахо- базарами». С пищевым ресурсом проблемы нет — рыбы диться в воде: их скорлупа устроена так, что избыток влаги на морском побережье хватает, а вот укромных мест для зародышам не вредит. В 80-е годы проводились опыты, гнездования мало, гнезда зачастую простые и открытые. во время которых яйца лысух, черношейных поганок и кур Но крупные колонии терпят меньше урона от хищников: породы леггорн инкубировали в контакте с водой, при когда птиц много, легче заметить угрозу и противостоять этом масса яиц лысух и кур увеличивалась, тогда как яйца ей. А птицы, которые сами не относятся к колониальным, поганок, наоборот, становились легче. Когда яйца поганок могут гнездиться под защитой колоний. Например, возле и кур контактировали с раствором метиленового синего, колоний полярной крачки устраиваются хохлатые чернети, содержимое куриных яиц окрашивалось в синий цвет, а черношейные поганки, камнешарки, а рядом с колониями содержимое яиц чомги не синело. Куриные яйца в гнездах серебристых чаек гнездятся обыкновенные гаги. черношейных поганок погибали. Эти данные свидетель- ствуют о том, что яичная скорлупа поганки представляет Естественно, расстояние между гнездами одного и собой барьер для диффузии воды. Их яйца, отмечают ис- того же вида может меняться. Так, плотность гнездования следователи, поверх скорлупы покрыты плотной оболоч- больших синиц зависит от наличия дупел, и можно привлечь кой-кутикулой с мелкими порами; аналогичным образом больше синиц на тот же участок, развешивая искусствен- защищены яйца насекомых, отложенные в воду. ные домики для птиц. Орланам и другим крупным хищным птицам для решения квартирного вопроса нужны большие На земле гнездятся болотная и полярная совы, а также деревья и доступная добыча. А у чомги кормовая террито- филин. Впрочем, иногда филины могут занимать старые рия обычно бывает значительно больше гнездовой, и свою гнезда хищных птиц на деревьях. Болотная сова в ямке на территорию чомги защищают. Но при обильных кормовых земле строит примитивное рыхлое гнездо. ресурсах и, видимо, при недостатке мест, подходящих для устройства гнезд (а гнезда у чомги весьма необычные, мы о Многие виды сов откладывают яйца в дупла без вся- них еще поговорим), они могут образовывать сообщества кой подстилки. Дятлы делают дупла сами, подстилкой в численностью 10—20 пар. Иногда вблизи друг от друга гнездится около 100 пар. При этом они вполне терпимо Огари стали такими же привычными обитателями относятся к соседям. Москвы, как кряквы Ямки и настилы Фото: Андрей Константинов Многие птицы не строят сложные гнезда, некоторые вообще обходятся без гнезд. Так, обыкновенный козо- дой откладывает яйца на землю. Кайры также гнезд не делают, яйца откладывают на голый карниз. Отсутствие теплоизолирующей подстилки в какой-то мере компен- сируется тем, что кайра подкладывает под яйцо свои лапы. Сверху яйцо самка или самец (они насиживают по очереди) закрывает своим телом, а с боков перьями кры- льев. Гнездо поморников — родственников чаек, которые часто отнимают добычу у других птиц, — представляют собой простое углубление в почве. У многих видов чаек гнездо — это округлый настил из сухих стеблей растений, в нем небольшое углубление для яиц. Сизая чайка строит гнезда не только на скалах, островках, но и на кочках среди воды, наносах плавника или на тростниковых 41«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: A.Savin,WikiCommons Тут можно вспомнить морскую утку — обыкновенную гагу. Ее гнездо тоже выстлано растениями и слоем серого Гнездо аиста на трубе пуха, который самка выщипывает из нижней части груди и брюшка. Легкий и теплый гагачий пух очень ценится: им их дуплах служит древесная труха, а синицы, мухоловки, набивают подушки, одеяла, делают из него теплые куртки. горихвостки могут построить гнезда в свободных дуплах Есть даже слухи, что гагачьим пухом утепляют одежду для или различных пустотах. Эти птицы могут поселиться и в космонавтов, но официальных подтверждений этому нет. искусственных домиках, развешанных на деревьях. На деревьях могут жить не только кряква, но и другие Наиболее известные птицы нашей страны, которые виды уток — гоголь, мандаринка. Огари и пеганки занимают гнездятся в норах, — ласточка береговушка, зимородок и старые норы лисиц, барсуков, сурков. Хотя большая часть щурка. Зимородки устраивают норы в обрывистых берегах уток гнездится на земле. рек, под укрытием корней и веток кустов. Они выкапывают горизонтальные ходы почти метровой длины, которые Огари, которые в природе обитают на водоемах степ- оканчивается камерой около 15 см в ширину. Нору роют ной и пустынной зоны, теперь стали обычны в Москве. и самец, и самка, выбрасывая землю лапками. Одна и та Изначально их содержали в Московском зоопарке, где же норка может использоваться много лет, и тогда в ней они и размножались. В 1948 году им перестали подрезать образуется слой мелких рыбьих костей и чешуи, которые крылья, но они остались в зоопарке, хотя и вылетали за служат подстилкой для яиц и птенцов, — хотя запах не его пределы. Впервые огари загнездились вне зоопарка слишком приятный. в 1956 году. Сейчас эти «красные утки» — обычные обита- тели московских водоемов. А гнездятся они зачастую на Где будем строиться чердаках многоэтажных домов. Многие спрашивают: как же птенцы попадают вниз, когда вылупляются? Никто не Многие виды непривередливы в выборе места. Полевые видел семейство огарей в лифте! Ответ простой: птенцы воробьи могут устраивать гнезда в норах, сделанных спрыгивают вниз с чердаков; малый вес делает возможным другими животными, под крышами домов и в трещинах планирующий полет, хотя крылья у них еще не развиты. стен, в обрывах, скалах, в колодцах, в дуплах деревьев и пустотах пней, в старых гнездах мелких птиц, сквореч- Огари могут устраивать гнезда в вымоинах обрывистых никах и других искусственных дуплянках, в основании берегов, в дуплах деревьев, довольно высоко — до 10 м и гнезд некоторых крупных птиц (тех же орлов) и, наконец, даже выше от земли. В горах они гнездятся на скалистых просто на ветвях деревьев. обрывах часто на высоте нескольких десятков метров, так что прыгать с большой высоты птенцам приходится и в при- Обыкновенная кряква гнездится и на земле под куста- родных условиях. А потом родители ведут их к прудам, при ми или в куртинах травы, на деревьях, в старых гнездах во- этом иногда семейство проходит несколько километров. рон, цапель, сорок и других крупных птиц, и в дуплах. Гнездо кряквы в сухих местах представляет собой относительно Зимуют огари на прудах Московского зоопарка. Их глубокую ямку, выстланную растениями. В сырых местах численность давно уже перевалила за полторы тысячи, это более массивная чаша из сухих стеблей злаков, осоки, зимой пруды зоопарка становятся рыжими от них. А теперь листьев рогоза, тростника с добавлением сухих листьев огарей стали встречать и в Подмосковье. деревьев. Лоток самка выстилает своим бурым пухом, перемешанным с растительным материалом, и сооружает Пять веков в одном гнезде из пуха валик, которым укрывает яйца, уходя с гнезда. Другие виды птиц настолько консервативны, что от- сутствие подходящих мест для гнездования снижает их численность. Серый журавль устраивает свои гнезда скрытно на земле среди кустов или зарослей тростника в труднопроходимых для человека участках заболоченного леса, на окраинах болот. Такой ландшафт сохраняется в заказнике «Журавлиная родина» Московской области, и там гнездятся десятки пар журавлей, а другие варианты их не устраивают. Многие птицы очень привязаны к местам своего гнез- дования, из года в год большинство стремится вернуться на тот же гнездовой участок. Это явление называется гнез- довой консерватизм, и об этом тоже необходимо помнить при организации природоохранных мероприятий. Простые, но очень большие гнезда из веток строят аисты, орлы и орланы. Одно гнездо может использоваться годами или даже десятилетиями, а иногда и больше 15. Оно ремонтируется и подновляется, при этом увеличиваясь в размере. Например, белые аисты — крупные птицы, и гнез- до у них капитальное: вес его может достигать нескольких 42

центнеров. Аисты строят гнезда на деревьях, на крышах Фото: Tomasz Przechlewski | WikiCommons домов и трубах. Делают для них люди и специальные искус- ственные помосты. После гибели пары гнездо могут занять Гнездо-«варежка» ремеза другие белые аисты, часто их потомки. Наиболее старое известное гнездо белых аистов, которое использовало Другие птицы строят закрытые гнезда «с потолком». много поколений птиц, находится в Германии — на башне У длиннохвостых синиц яйцевидное гнездо с входным в городе Лангензальца (Тюрингия). Оно служило аистам с отверстием сверху, закрепленное в развилке ветвей или 1549 года как минимум по 1930-й. же в кустарнике. Оно сплетено главным образом из мха, скрепленного волокнами от коконов насекомых. Сна- Белоплечий орлан, редкий вид-эндемик нашей страны, ружи стенки выложены кусочками коры, лишайниками, гнездится на Камчатском полуострове, острове Онекотан чешуйками еловых шишек. Внутренняя выстилка состоит на Курилах, в прибрежной зоне Охотского моря, в низовьях в основном из пуховых перьев. Гнезда синиц ремезов по Амура, на севере Сахалина и на Шантарских островах. Для форме напоминают варежку, чаще всего подвешенную к орланов важны большие водоемы, они питаются в основ- ветке над водой — для большей безопасности. В «боль- ном рыбой. Это одни из самых крупных хищных птиц в мире, шом пальце» расположен вход. «Варежка» сооружается их вес может достигать 9 кг (самки, как и у других орланов из растительных волокон, пуха и семян, ивового пуха, и орлов, крупнее самцов). Гнездиться они могут на скалах, шерсти животных, укреплено паутиной. Строит самец, а на деревьях. Гнезда строят из толстых сучьев, одно и то самка помогает на последних этапах. же гнездо используют в среднем по 5–6 лет, и даже 15 лет подряд. Часто пара строит два гнезда. Каждый год гнездо У крапивника, одной из самых маленьких европейских достраивается, растет. Вес его еще увеличивается после лесных птиц, шарообразные гнезда с боковым входом. дождя и снегопадов, иногда огромное гнездо сваливается Самец строит их невысоко от земли или на земле, между или ломаются опорные ветви дерева. корней или под ветками. Каждый крапивник начинает не- сколько гнезд — от 6 до12, но достраивает до конца только Найденное под Вермилионом в штате Огайо гнездо то, которое выберет самка (или несколько, если удается белоголового орлана — этот американский родственник привлечь нескольких самок: крапивникам свойственна по- белоплечего орлана известен как национальный символ лигиния). Остальные гнезда самец использует для ночевок. США — имело 2,5 метра в поперечнике и более 3 метров в высоту при весе примерно 2 тонны. Иволги строят высоко на деревьях висячие гнезда, по- хожие на корзинки из полосок луба, сухих трав, бересты, с Варежки и корзинки мягкой выстилкой внутри. До сих пор мы говорили о гнездах, устроенных сравни- Многоквартирные дома, тельно просто. Но среди птиц есть настоящие мастера, которые сооружают гнезда определенной формы, со инкубаторы и подарки любимым специальной выстилкой внутри. Это, как правило, оби- татели лесов, кустарниковых зарослей и чаще всего Некоторые птицы используют глину как основной мате- представители отряда воробьинообразных, у которых риал, а не как отделочный. Из глины и грязи лепят гнездо птенцы вылупляются беспомощными, часто слепыми и наши деревенские ласточки. Птицы-печники, обитающие голыми. Воробьинообразные — самый многочисленный в Южной Америке, строят гнезда из глины, смешанной с отряд птиц (около 5400 видов) и самый молодой, то есть грязью и травинками. Иногда несколько пар поселяются на Земле они появились позже, чем другие отряды птиц. вместе и сооружают многоэтажные домики. Многие воробьинообразные сооружают именно та- кие гнезда, какие рисуют в детских книжках: в виде чашки или полушария. Зяблик, обычный обитатель наших лесов и парков, строит гнездо из сухих травинок и стебельков мха, снаружи облицованное берестой и лишайниками. Гнездо певчего дрозда сделано из тонких сухих еловых веточек, стеблей сухих трав и зеленого мха, а внутри обмазано сырыми гнилушками или глиной. В качестве клея может использоваться липкая паутина. Многие птицы смачивают и склеивают стройматериалы своей клейкой слюной или замешивают на ней глину, которой «штукатурят» гнездо. Птичья слюна действительно проч- ная и липкая. Если знать об этом, не таким удивительным кажется гнездо стрижа саланганы, целиком состоящее из слюны. Гнезда саланганы — знаменитый деликатес китайской кухни, богатый белком и углеводами, из них готовят супы и желе, добавляют в рис и выпечку. 43«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: Per Harald Olsen, Roger Culos, WikiCommons кладывает яйца. Кладка большая — яиц может быть до 35 штук, они очень крупные, составляют до 10–15% от веса 1 см матери (так что нельзя сказать, что трудится один самец!). Откладывает она их в течение одного-двух месяцев, а по- Тонкоклювая кайра и ее коническое яйцо том уходит. Самец остается около гнезда и поддерживает температуру, то убирая, то добавляя материал. Как писал В саваннах Юго-Западной Африки примечательная австралийский орнитолог Гарри Фрит в своей книге о глаз- часть ландшафта — гнезда общественных ткачиков («об- чатой курице (один из видов сорных кур), опубликованной щественные» — их видовое название, Philetairus socius). в 1962 году, самец определяет температуру внутри гнезда- Эти птицы живут колониями в громадных многоквартир- инкубатора, погружая в песок открытый клюв. Позднее эту ных гнездах. Постройки общественных ткачиков могут гипотезу пытались проверить с помощью термодатчиков, достигать 7–8 м в длину, размещаются они не только на и, в общем, не доверять ей нет оснований. А вот о птен- деревьях, но и на столбах линий электропередач. Начинает цах сорные куры не заботятся: юные большеноги вполне строительство одна пара, затем к ней присоединяются самостоятельны. другие ткачики и их потомки. Гнездо сооружается из травы и веточек, часто птицы укрепляют конструкцию комками Знаменитые постройки беседковых птиц, или шалаш- грязи. Толстая водонепроницаемая крыша общая, но ников, Австралии и Новой Гвинеи — строго говоря, не гнездовые камеры — изолированные, с отдельным вхо- гнезда. Самцы для привлечения самок сооружают на земле дом у каждой. В такой колонии могут обитать несколько шалаши из веток и украшают площадку вокруг них перья- сот пар птиц, иногда к колонии присоединяются и другие ми, цветами, ягодами, ракушками. Могут использовать и виды ткачиков. предметы, оставленные людьми: заколки, обертки от кон- фет, пуговицы. Некоторые самцы каждый день заменяют В тропических лесах Азии обитают птицы-портные — увядшие цветы свежими. Первые европейцы в Австралии они шьют гнезда из листьев. Самец острым клювом прока- думали, что эти шалаши строят туземцы, не будучи в силах лывает дырочки по краям двух больших мясистых листьев, вообразить, что птицы на такое способны. Никакого отно- удерживает их лапками и сшивает самодельной нитью шения к выведению птенцов шалаши не имеют — это место из паутины, волокон растений, пуха. Нить он смачивает только для спаривания. Гнезда строят самки на деревьях, собственной слюной, которая накрепко приклеивает ее к самки же насиживают от одного до трех яиц. листу. Самка выстилает гнездо мягкой подстилкой. Яйцо и гнездо Популярная литература полна историй об удиви- тельных постройках двух семейств австралийских птиц — Как связаны устройство гнезда и строение яйца? Ло- сорных кур и шалашников. Семейство сорных кур, или гично предположить, что связь существует. Яйцу чомги большеногов, относится к отряду курообразных — одной не вредит влага. Яйцо кайр имеет грушевидную форму, из самых древних групп птиц, и в этом отряде они одни из хотя вообще-то яйцу выгодно быть круглым — эта форма самых архаичных. Сорные куры обитают в Австралийском дает максимальную экономию материала скорлупы. Есть регионе. У сорных кур гнездо строит самец. Постройка мо- предположение, что яйца кайры асимметричные, потому жет начинаться с выкапывания ямы, затем самец натаски- что именно такие яйца реже падают со скалы, — конус вает в нее растительный материал, пока не получится холм, катается по кругу. Эту гипотезу выдвинул знаменитый а сверху может присыпать его песком для теплоизоляции. советский орнитолог Лев Белопольский (1907—1990). Строительство продолжается иногда до 11 месяцев. Ха- Он много работал в северных заповедниках, а летом 1942 рактерные размеры одной из куч — до 4,5 м в ширину, 3 года организовал «яичную экспедицию» на птичьи базары м в высоту и 18 м в длину. Из-за гниения температура в Новой Земли, чтобы заготовить яйца и мясо кайры для этой куче растет, и, когда она достигает 33° С, самка от- фронта и населения области. Современные эксперименты по катанию 3D-копий яиц кайры и математическое моделирование подтверждают мнение Белопольского. Впрочем, некоторые орнитологи считают, что качение яйца по дуге не так уж сильно снижа- ет угрозу падения с узкого карниза, и добавляют другие объяснения: например, что улучшенный газообмен через расширенный тупой конец яйца способствует быстрому развитию птенцов. Другие предполагают, что грушевидные яйца более устойчивы к ударам, ведь птицы в ветреную погоду могут с размаху сесть на кладку. Всего у птиц выделяют пять основных форм яиц. У большинства видов они эллиптические, один конец более заостренный, другой тупой. Но у сов, например, яйца почти круглые. Наиболее вероятно, что форма яиц определяется формой тела птицы, объемом и формой 44

яйцепроводящих путей, строением тазовых костей. Ис- и предпочитаемых материалах, но эта информация допол- следование, выполненное международной группой ученых няется и совершенствуется с опытом. Показано, например, и опубликованное в «Science» в 2017 году, показало связь что ткачиковые птицы с возрастом плетут свои подвесные формы яиц со способностью птицы быстро летать — более гнезда все лучше, реже роняют травинки. Кстати, среди сильную связь, чем с какой-либо другой характеристикой, них есть «левши» и «правши»: одни строят гнезда слева включая особенности гнезда. Ведь у быстро летающей направо, другие справа налево. птицы туловище узкое, аэродинамически совершенное, и, чтобы яйцо оставалось достаточно крупным, эволюции Пока непонятно, можно ли сравнивать генные детерми- «приходится» делать его эллиптическим, вытянутым, уве- нанты у разных видов: откуда молодая иволга «знает», как личивать асимметрию концов. подвешивать гнездо, а дрозд — как штукатурить его глиной. Чтобы оценить наследуемую компоненту гнездостроения А вот окраска яиц, вероятно, в первую очередь связана хотя бы внутри вида, в последние годы проводят исследова- с типом гнезда. В открытых гнездах яйца обычно имеют ния, сочетающие измерения гнезд и генотипирование птиц. покровительственную окраску, буровато-зеленоватую с Например, для синицы лазоревки таким образом удалось пятнами. У птиц, которые гнездятся в дуплах и норах, яйца показать, что наследственность влияет лишь на 12–13% могут быть белыми, например у голубей. Беловатая или внутривидовых различий в размере гнезда и соотношении желтоватая окраска скорлупы чаще встречается у крупных материалов — остальное определяется средой и опытом. и сильных птиц, способных прогнать хищника, — орлов, аистов, гусей. А вот у дроздов яйца ярко-голубые — очень Но тут возникает трудность: как отделить от наслед- необычный цвет. Есть версия, что голубой пигмент отра- ственности влияние запечатления на раннем этапе жизни? жает ультрафиолет, губительный в избытке; но при этом Может быть, синицы-родственники строят небольшие гнез- голубая скорлупа поглощает инфракрасные лучи, которые да, потому что были потомками синицы, которой не хватало разогревает содержимое яйца, ускоряя эмбриональное материала для гнезда, выросли в маленьком гнезде и его развитие. (Впрочем, эта работа выполнялась на ткачиках, запомнили, а не потому, что получили от нее некие гены яйца которых бледно-голубые, намного светлее, чем у «малогабаритности»? Трудно представить, чтобы слепой дроздов.) А чешские ученые установили, что для певчего птенец в гнезде так уж много узнал о его постройке, но все дрозда важен ультрафиолетовый «оттенок» яйца: искус- же — как исключить такую возможность? ственные яйца, не отражающие ультрафиолет, но такие же голубые, на взгляд человека, как настоящие яйца, дрозды Интересный эксперимент провели в Великобритании не принимают за свои. Зрение птиц, как известно, позво- с зебровыми амадинами. В качестве материала для гнезда ляет им видеть ультрафиолет. им давали кусочки розового или оранжевого джутового шпагата. Для дальнейших опытов брали самцов, которые Врожденное или выученное? вылупились в розовом или оранжевом гнезде; одни во вре- мя взросления общались только с птичкой-ровесником, Строительство гнезда относится к инстинктивным фор- другие — также со взрослой птицей. В каждой из этих групп мам поведения, тип гнезда, его форма и основные ис- половина подопытных могла играть с цветным шпагатом, пользуемые материалы — все это характерные видовые но при этом амадины из розовых гнезд получали оранже- признаки. С другой стороны, быстро меняющиеся (в том вый шпагат, и наоборот. Другая половина материалов для числе из-за антропогенного фактора) условия жизни за- гнезда не видела, пока не выросла. Через три месяца птич- ставляют птиц осваивать новые места обитания, новые ки знакомились с самкой и приступали к самостоятельному материалы для гнезд — это становится вопросом вы- строительству. Им предоставляли оранжевый, розовый и живания. Все чаще в гнездах птиц находят бумагу, вату, белый шпагат, чтобы выяснить, какой цвет они выберут. искусственные волокна, проволоку, лоскутки. Самцы, которые росли со старшей птицей и с доступом к материалу контрастного цвета, чаще выбирали этот цвет, Птичьи гнезда часто приводят в качестве примера а не цвет «родового гнезда» и не белый. Все остальные «расширенного фенотипа» по Ричарду Докинзу — дей- были верны младенческим впечатлениям или строили ствия генов за пределами организма. И это, безусловно, белые гнезда. При этом строили они в три-четыре раза верно, однако в какой мере столь сложное поведение, медленнее, чем те, кто вырос с «наставником». как постройка гнезда, может быть запрограммировано генетически? Рассуждать о «генах гнездостроения» легко, В целом остаются верными слова выдающегося иссле- найти их в геноме птицы сложнее. Наверняка это и не один дователя гнездостроительных инстинктов А.Н. Промтова: ген, и даже не несколько, а комплекс генов, и, скорее все- «Гнездостроение у птиц, несомненно, является инстин- го, это гены «предрасположенности к гнездостроению», ктивным актом, т. е. таким, в котором ясно обнаруживается а не жесткая программа, управляющая птицей, — такая наследственный компонент (…) Лабораторными опытами программа едва ли возможна. С другой стороны, этологи можно показать, что молодые самки впервые в жизни называют «врожденным поведением» определенный ком- вьют гнезда характерной для вида формы, постройки и плекс действий, характерный для данного вида животных, расположения». но подчеркивают, что это поведение формируется во взаимодействии со средой. Инстинктивное поведение — Возможно, когда-нибудь мы узнаем, почему длинно- своего рода «болванка», общая информация о типе гнезда хвостая синица строит открытое гнездо-«чашку», а ремез «варежку». А пока будем просто радоваться новому лету и наблюдать за ответственными родителями с насекомыми в клювиках. 45«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Радости жизни Фото: pxhere.com С. Анофелес Веселая компания за печкою сидит И, распевая песенки, усами шевелит. Глядя Поужинают дружно и ложатся на бочок в глаза Четыре неразлучных таракана и сверчок богомолу Р. Виккерс 46 Есть люди, которые утверждают, что глядеть в глаза щитовидному богомолу Rhombodera basalis можно ча- сами. Такие эксперименты ценители красоты насеко- мых проводят потому, что этот малайзийский богомол поселился у них в доме. Нет, он поселился не сам, не в роли незваного гостя. Он гость званый, специально купленный в магазине насекомых и живущий либо в инсектариуме, либо вообще на вольном содержании. Благо богомолы людей не боятся и специально от них не прячутся.

омашних насекомых у людей до недавнего Фото: Sascha Eilmus времени было сравнительно немного. Из желанных это пчелы, тутовый шелкопряд, от- Японцы очень любят содержать в своих домах жуков- оленей Дчасти божьи коровки, которых разводят для защиты полей от вредителей, шмели — они Дьявольский цветок Idolomantis diabolica стал самым лучше опыляют тепличные растения, чем пчелы. Сами дорогим домашним богомолом собой в доме оказываются моль, тараканы, клопы, дро- зофилы, мучные черви; их человек воспринимает как безусловное зло. Еще есть сверчки; отношение к ним вполне нейтральное, несмотря на довольно неприятный внешний вид. Впрочем, и сверчков, и мучных червей предлагают разводить как источник съедобного белка. Но вот в мир ворвалась глобализация, и ситуация изменилась: теперь у многих людей появилась воз- можность поселить у себя дома красивое насекомое, прибывшее с другого края света. Чем их не устраивают привычные кошки, собаки и хомяки, не очень ясно, но что есть — то есть. Вообще-то идея разводить пусть бесполезных, зато красивых домашних насекомых появилась в середине XIX века, когда в Европе возникли фермы бабочек: выращенных в них насекомых продавали музеям и инсектариям. Сейчас экспорт куколок экзотических бабочек стал неплохим источником дохода для жите- лей слаборазвитых стран тропической зоны: годовой оборот только крупных поставщиков превышает 100 млн долларов. Более того, экологические активисты из развитых стран считают, что эту деятельность нужно всячески поощрять. Ведь поставки куколок создают не простые рабочие места, а самые что ни на есть экологически правильные: бабочковые фермеры, как никто, заин- тересованы в сохранении девственных лесов и лугов в соответствующей местности. Есть оценки, что доход от выращивания бабочек в долгосрочной перспективе оказывается не меньше, чем от лесоразработок в том же районе. Фото Didier Levasseur 47«Химия и жизнь», 2022, № 5, www.hij.ru

Фото: Lawrence Hylton Видимо, узоры на надкрыльях богомола CreobroterФото: Allan Lugg Westwood обеспечили ему третье место на конкурсе предпочтений любителей домашних насекомых Фото: steveball meindert Древесный богомол Hierodula Burmeister чаще всего оказывается жителем домашнего инсектариума Богомол Phyllocrania Burmeister обитает южнее Сахары. Неудивительно, что он прикидывается засохшим листом Однако бабочка хороша для больших пространств, в доме ей плохо — нет простора для полета, нет цветов с нектаром для питания. Поэтому в качестве домашнего питомца бабочка не подходит. А вот жуки, палочники, скорпионы, богомолы, как оказалось, самое то. Они пре- красно живут в банке, не норовят улизнуть от хозяина, зато развлекают его своими необычными формами. В общем, потребность есть. А раз она есть, значит, рынок начинает ее удовлетворять. Например, в Японии ажио- тажный спрос на жуков-оленей столь велик, что отдель- ные экземпляры стоят 5000 долларов. Как только в 1999 году цены сильно выросли, правительство страны ввело меры, облегчающие импорт домашних насекомых, и в 1999–2003 годах ежегодный прирост оборотов жуковой торговли составил более 300%! Однако самыми модными сейчас стали богомолы: без них не обходится ни один приличный зоомагазин в США, ЕС и Японии. По подсчетам специалистов, всего продается более 80 видов богомолов, при этом самый 48