Наука и жизнь №5 (май 2022)

НАУКА И ЖИЗНЬ ISSN:1683-9528 5  Вирусы разлагают живую среду, ставя 2 0 2 2 клеточные механизмы себе на службу  Виды-вселен- цы становятся фактором бытия  «…от человека не требуется ничего иного, кроме того, чтобы он все силы посвятил доброму делу; и к этому я чувствую себя вполне пригодным» (Альберт Эйнштейн).

 ФОТОБЛОКНОТ Фото Андрея Лисинского из серии «Антропогенные факторы».

В номере: С. ДМИТРИЕВ, канд. биол. наук — Вирус — «УМА ПАЛАТА» это хакер, взламывающий программу Познавательно-развивающий раздел клетки (беседовала Н. Лескова) .............. 2 для школьников К. СТАСЕВИЧ — Синтез белка — с «шап- А. СДОБИНА — Седна, блуждающая во кой» и без «шапки» ................................... 8 тьме (81). М. АБАЕВ, канд. хим. наук — Космическая лаборатория (87). И. ФИ- Т. ПОПОВА — Жемчужинка России ........ 12 ЛИППОВА, канд. биол. наук — Наука собирать грибы (88). А. ДЕМИДОВА, Вести из институтов и лабораторий канд. биол. наук — Куда пропали воро- бьи? (90). Композиты для костных импланта- И. СОКОЛЬСКИЙ, канд. фармацевт. наук — тов (14). Послушать шум Земли (17). Аэро- Чай, хлопья и хлеб из гречихи .............. 97 гель за порогом лаборатории (19). (Мате- В. МАКСИМОВ, канд. филол. наук — риалы подготовили М. АБАЕВ и Т. ЗИМИ- Из истории фамилий ............................. 102 НА.) Органические аэрозоли в атмосфере В. ХОРТ — Отчаянные головоломки: Арктики (31). Как наш мозг выбирается из непредсказуемые магниты .................. 106 многозначной ситуации (75). В. ДУБКОВ — Доменные «пляски» .......... 109 Ю. ФРОЛОВ — Перевёртыши .................. 110 Бюро иностранной научно-технической Ю. ЛЕБЕДИНСКАЯ — Ушастая в сети информации .............................................. 22 (фантастический рассказ) .................... 112 Об опечатках, поправках и букве «Ё»..... 127 Ю. ПОЛУНИНА, канд. биол. наук — Л. АШКИНАЗИ, Н. СЬЯНОВА — Пришельцы в Балтике: кто они, откуда Что видим? Нечто странное! и почему прижились? .............................. 26 Вопрос — ответ ...................................... 128 Кроссворд с фрагментами ......................... 130 Ю. УЛЁТОВА — Нейтронная томография Ответы на кроссворд с фрагментами ..... 132 и масс-спектрометрия «творят» Н. ШЕВЫРЁВА — Дикие пионы ............... 133 историю ..................................................... 32 Маленькие хитрости .................................. 143 Кунсткамера ................................................... 36 НА ОБЛОЖКЕ: К. ЮШКОВ, канд. физ.-мат. наук — 1-я стр. — «Птицей года» в 2022-м объявлен в России домовый воробей. Но воробьи быва- О маятниках, скакалках и климатиче- ют разные. Эти вот — полевые, и их довольно ских моделях ............................................. 38 много, например на Дальнем Востоке. Встре- Л. ЮРГАНОВ — Катастрофические чаются они и в Москве. Фото О . П е р ш и н а . природные пожары 2021 года: случайная (См. статью на стр. 90.) аномалия или новая норма? .................. 41 Внизу: Один из тех снимков, на которых Д. ЗАРУБИНА, канд. филол. наук — впервые — в 2003 году — была обнаружена То навзничь, то ничком ........................... 47 далёкая карликовая планета, названная позд- Рефераты (подготовил Л. Ашкинази) ........ 50 нее именем морской богини… инуитов — эт- Е. БЕРКОВИЧ, канд. физ.-мат. наук, доктор нической группы эскимосов. Фото: NASA/ естествознания — Профессор Эйн- Caltech. (См. статью на стр. 81.) штейн. Распространённые ошибки его 4-я стр. — Редкий вид пион тонколистный биографов .................................................. 52 (Paeonia tenuifolia), или воронец, внесённый Наука и жизнь сто лет назад ...................... 67 в Красную книгу России. Фото Н . Р е ш е т - И. ЛИСЕЦКАЯ — Рассада, фосфорные н и к о в о й . (См. статью на стр. 133.) подкормки и урожай ............................... 68 К. СТАСЕВИЧ — Фосфорная биохимия .....73 О чём пишут научно-популярные журналы мира ............................................................ 76 Н А У К А И Ж И З Н Ь №5 2022 май Журнал основан в 1890 году. Издание возобновлено в октябре 1934 года. Е Ж Е М Е С Я Ч Н Ы Й н а у чн о - п о п у л я р ный ж у р н а л

ВИРУС — ЭТО ХАКЕР,  ВЗЛАМЫВАЮЩИЙ ПРОГРАММУ КЛЕТКИ Вирусы, возможно, сохраняют некоторые черты предшественников жизни на нашей планете. Однако мы знаем их прежде всего как возбудителей опасных заболеваний. Почему не удаётся их победить? Почему от бактериальных инфек- ций создаются эффективные препараты, а в случае с вирусами это сделать на- много сложнее? Что известно о механизмах взаимодействия вирусов с клеткой? Удастся ли создать по-настоящему эффективные противовирусные средства? Рассказывает кандидат биологических наук Сергей ДМИТРИЕВ, заведующий отделом взаимодействия вирусов с клеткой НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ. Беседу ведёт Наталия Лескова. — Сергей Евгеньевич, чем вызван того, чтобы обслуживать нужды хозяина. ваш интерес к теме взаимодействия Это особенно актуально для РНК-содер- вирусов с клеткой? жащих вирусов, которыми мне и моим коллегам приходится заниматься больше — Вирусы, как известно, не могут жить всего. Все привыкли, что наследственная сами по себе: во внешней среде они вы- информация хранится в ДНК, в нужный глядят как неживые молекулы, и только момент с неё считываются копии РНК, а попадая внутрь клетки, за счёт её молеку- с них затем синтезируются белки. Есть лярных систем и ресурсов, они начинают вирусы, у которых реализация генетиче- размножаться — делать копии самих ской информации организована так же, но себя. Интересно понять, как устроено это есть и такие, которые существуют только взаимодействие между вирусом и «пора- в виде РНК. Таких вирусов, возможно, бощённой» им клеткой хозяина. даже больше, чем ДНК-содержащих. Считается, что наша жизнь, скорее всего, Вирусы в этом плане весьма изощрённы. изначально зародилась именно в виде Многие механизмы, имеющиеся у клетки, РНК, и некоторые РНК-вирусы в каком-то они умудряются поставить себе на службу, смысле, отдельными своими частями, заставляя их работать совсем по-другому. похожи на наших далёких предков. Но Мне, как молекулярному биологу, это ин- все эти миллиарды лет они, разумеется, тересно не только с точки зрения вирусо- эволюционировали, подстраивались под логии. Ведь изучая биологию вирусов, мы всё усложняющиеся формы клеточной часто заодно узнаём и о каких-то новых, жизни и обменивались с клетками генами «экстремальных» аспектах функциониро- и регуляторными элементами*. вания наших собственных клеток, которые проявляются только при заражении. — То есть вирусы способны, подоб- — Клетка как-то может понять, что в но хакерам, перепрограммировать неё проник такой вирус? клетку? — Нормальные клеточные мРНК в про- — Именно так. Вирусы применяют мно- цессе синтеза снабжаются некими метка- го разных хитростей, с помощью которых ми, которые требуются им в последующей им удаётся поставить клеточные механиз- «жизни» для эффективной работы и для мы себе на службу. Всем этим «трюкам» того, чтобы клетка могла отличить «свои» они «научились» в ходе эволюции. Часть их направлена на то, чтобы заставить __________ белок-синтезирующий аппарат клетки нарабатывать вирусные белки вместо * Регуляторными элементами называют неко- дирующие последовательности в ДНК или РНК, влияющие на активность генов.  «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Наука. Вести с переднего края молекулы РНК от «чужих», вирусных. В вирусы), то он не имеет доступа к фермен- качестве этих меток выступают метильные там, синтезирующим кэп. А когда у мРНК группы и модифицированные нуклеотиды. нет «шапочки», с неё не только не может Если клетка обнаружит чужеродную РНК синтезироваться белок, но и сама эта РНК без этих меток, она должна её уничтожить быстро деградирует. Однако некоторые и включить «сигнал тревоги», чтобы быст- вирусы «придумали» такую хитрость: в ро перестроить свою программу для борь- ходе эволюции они приобрели специаль- бы с патогеном и дать знать окружающим ные участки РНК, которые связывают те клеткам, что она заражена. Но полностью же самые клеточные компоненты, что и уничтожить размножающийся вирус внут- кэп, только делают они это совсем другим, ри клетки довольно сложно. Поэтому, если необычным способом. Такие участки есть клетка обнаруживает, что инфицирована, в РНК пикорнавирусов — к ним относится, то ей зачастую приходится жертвовать например, возбудитель полиомиелита. собой во имя спасения всего организма Особое коварство этого вируса заключа- в целом. Обнаружив в цитоплазме РНК ется в том, что он ещё и кодирует специ- без тех самых меток, клетка включает альные белки, которые портят ненужную стрессовый ответ, а затем запускает ме- ему часть клеточного кэп-связывающего ханизм самоубийства и погибает вместе аппарата. Тем самым он убивает сразу с попавшим в неё патогеном. Сергей Евгеньевич Дмитриев. — Каким же образом вирусы обходят механизмы клеточной защиты? Фото: Пресс-служба МГУ — Вирусы стремятся выдать свои РНК за клеточные или воспрепятствовать от- вету, который может им всё испортить. Например, у ряда вирусов есть фермен- ты, которые добавляют похожие метки к вирусным РНК либо воруют кусочки РНК с метками у клеточных транскриптов**. Так делают, например, коронавирусы или ви- рус гриппа. В других случаях они кодируют специальные белки, препятствующие включению гибельной сигнализации. Это, конечно, лишь немногие из «хитростей», применяемых вирусами. А вот ещё один пример их изобрета- тельности. Одна из меток, о которых шла речь выше, находится в самом начале мРНК и называется «кэп» — по-английски «шапочка». Это сложная модификация, она появляется у клеточных мРНК ещё во время их синтеза в ядре и нужна, помимо всего прочего, для привлечения рибосо- мы — большой молекулярной машины, которая и будет синтезировать белок. Но если вирус размножается в цито- плазме (как многие РНК-содержащие __________ ** Транскрипцией называют синтез РНК- копии на участке ДНК, транскрипт — РНК, получившаяся в результате транскрипции. «Наука и жизнь» № 5, 2022.

Шаг 1. Шаг 2. Шаг 3. Синтез библиотеки Встраивание коротких Вирусы-доставщики коротких «инструкций», проникают в клетки и соответствующих «инструкций» для встраивают в клеточный различным генам, для CRISPR/Cas в геном инструкции для нацеливания на эти гены ретровирусный геном генного редактора CRISPR/Cas и создание «почтовых» вирусных частиц Применение метода CRISPR/ Геномная Вирусная Cas-скрининга для выявления клеточная последовательность функций генов. Генетический редактор CRISPR/Cas нужно ДНК нацелить на конкретный ген, чтобы он его выключил. Для Последовательность- этого синтезируют множество инструкция для CRISPR/Cas коротких цепочек нуклеотидов, которые повторяют небольшие Шаг 4. фрагменты различных генов- Вирусная последовательность вместе с мишеней — они будут служить «инструкцией» для CRIPR/Cas встраивается в инструкцией для CRISPR/Cas. Затем их вставляют в геном клеточный геном специальных ретровирусов — они умеют копировать свою Положительный Отрицательный РНК в ДНК и вставлять полу- отбор отбор чившуюся ДНК-копию самих себя в геном клетки. Этими ви- Шаг 5. русами заражают культуру кле- ток с таким расчётом, чтобы в Клетки отбирают в зависимости от их реакции на каждую клетку попала только отключение того или иного гена, после чего из одна конструкция, нацеленная только на один ген-мишень. Ап- них выделяют ДНК и с помощью секвенирования парат CRISPR/Cas вместе с ви- нового поколения узнают, «инструкции» к каким русным геномом встраивается в клеточную ДНК и отключает генам в них оказались этот ген. Отключиться могут гены, которые делают клетку кие именно это гены, можно узнать, если чувствительной к какому-ни- достать ДНК из выживших или погибаю- будь токсину, и тогда, добавив щих клеток и прочесть в их геноме тот токсин, мы отберём клетки, участок, куда встроилась нацеливающая которые к нему устойчивы (по- «инструкция» редактора CRISPR/Cas. ложительный отбор). Или же Зная её последовательность, можно опре- это могут быть гены, которые делить, какой ген она выключила. необходимы для повседневной жизни — без них клетки сами Рисунок (с изменениями) из статьи: Xue H., Ji L., Gao A. et al. погибнут через какое-то время J. Med. Genet. 2016; 53:91—97. (отрицательный отбор). Ка-  «Наука и жизнь» № 5, 2022.

двух зайцев: обеспечивает трансляцию системы: ведь просто устроенные �I�R�E�S�-� своей мРНК и блокирует синтез клеточных элементы позволяют вирусным мРНК белков. Дополнительный «бонус» — не- обходиться меньшим набором клеточных зависимость от сигнальных путей, ре- компонентов и могли бы сделать их транс- гулирующих активность кэп-зависимой ляцию более устойчивой к антивирусным трансляции. механизмам. Возможно, разгадка кроется в сложных отношениях этих вирусов с ор- Мы как раз изучаем подобные участки ганизмом-хозяином, где им приходится (они называются I��R�ES���-�э��л���е��м��е��н��та��м�и�)��в взаимодействовать с клетками различных РНК разных вирусов и пытаемся понять, органов и тканей. как им удаётся привлекать рибосому и сажать её не на начало мРНК, как обычно, — Какими методами вы пользуетесь а на внутреннюю её часть. И загадок здесь в своих исследованиях? хватает. — Наше кредо — не отказываясь от Вообще-то замена кэпа — это не глав- классических подходов, привнести в ное свойство �I�R�ES���-�э��л���е��м��е��н���то��в�: �с�р�е�д�и� эту область самые современные техно- них есть и такие, которые не привлекают логии, в том числе методы системной кэп-связывающие белки (например, �I�RE�S��� биологии. Один из них — �CR�I��S�P�R�/�Ca��s�- вируса гепатита С). И наоборот: связыва- опосредованный генетический скрининг. ния каких-то компонентов белок-синтези- CRISPR�/�C�a�s �—��э�т�о��н�а�и�б�о�л�е�е��э�ф�ф��е�к�т�и�в�- рующего аппарата недостаточно, чтобы ный инструмент редактирования генома, посадить рибосому внутрь мРНК. Кроме за разработку которого в позапрошлом того, большим и сложно устроенным году присуждена Нобелевская премия по IRES�-�э�л�е�м�е�н�т�а�м���(к�а�к��у��п�и�к�о�р�н�а�в�и�р��у�с�о�в�) химии (см. статью «Редактор для генома», для работы зачастую требуются дополни- тельные клеточные белки, хотя тот же I��RE�S��� Аспирант факультета биоинженерии вируса гепатита С, вероятно, обходится и биоинформатики МГУ Артём Серге- без них. Здесь встаёт вопрос о том, поче- евич Кущенко за работой в ламинарном му в случае пикорнавирусов эволюция не боксе. пошла по пути максимального упрощения «Наука и жизнь» № 5, 2022.

«Наука и жизнь» № 12, 2020 г. — Прим. ред.). С Структурная его помощью в том числе модель участка можно посмотреть, какие мРНК вируса гены нужны для того или иммунодефицита иного процесса. человека. Суть метода C�R�I��SP�R��-� скрининга заключается в том, что мы вносим направленные мутации в большую популяцию культивируемых клеток, причём делаем это таким образом, что в каждой из Источник: PDB 7lva этих клеток выключается какой-то один ген, везде разный, — но мы всегда можем узнать, в какой клетке какой ген был вы- ключен. Потом к клеткам с выключенными генами можно применить илевич — «живой классик», посвятивший какое-либо воздействие, которое в норме десятки лет исследованиям пикорнавиру- их убивает. Например, заразить цитопа- сов и успешной борьбе с полиомиелитом тическим вирусом. Если какие-то клетки у нас в стране и за рубежом. Сейчас он при этом выживут — значит, в них были принимает активное участие в наших об- сломаны гены, необходимые вирусу для щих проектах. заражения или продуктивной инфекции. Метод �CR�I�S�P�R��-�с�к�р��и���н��и��н��г��а���у��ж��е���п���о��з��в��о�л�и�л� Такие клетки можно размножить и с по- нам идентифицировать несколько генов, мощью секвенирования нового поколения важных для продуктивной пикорнави- выяснить, какие это были гены. русной инфекции. Самая интересная из Сейчас благодаря тесному сотруд- наших находок — это малоизученный ген, ничеству с коллегами-вирусологами продукт которого, как мы думаем, может из Института полиомиелита, Института быть важен для работы I��R�ES���-�э��л���е�м�е�н�т�о�в� молекулярной биологии РАН и НИЦЭМ нескольких эхо- и коксакивирусов. Причём им. Н. Ф. Гамалеи мы применяем метод в некоторых случаях он настолько крити- CRISPR�-�с�к�р�и��н�и�н�г�а�д�л�я��и�з�у�ч�е�н�и�я��о�п�а�с�н�ы��х чен, что его нокаут делает клетки практи- патогенов человека и животных. Среди них чески неуязвимыми для этих патогенов. и «модный» сейчас �S�A�RS���-�C�o�V��-�2���,�и��в�о�з�б��у�- дитель клещевого энцефалита, и главная — Могут ли эти исследования при- наша «любовь» — пикорнавирусы. В группу вести к разработке новых лекарств? пикорнавирусов, кроме уже упоминавше- — Пока мы изучаем фундаментальные гося вируса полиомиелита, входят, напри- аспекты. Но если мы будем знать, продукты мер, вирусы Коксаки и эховирусы — они каких генов важны для той или иной стадии также могут заражать человека, приводя жизненного цикла вируса, и поймём, как к целому ряду серьёзных заболеваний. именно они действуют, то впоследствии, Сюда же относится риновирус, из-за ко- опираясь на полученные знания, можно торого у нас порой «течёт из носа», и вирус будет создавать принципиально новые ящура, периодически вызывающий падёж высокоспецифичные противовирусные скота. Изучение пикорнавирусов — тради- препараты. Таких препаратов до сих пор ционная для нашего отдела тематика: это очень мало (я не говорю о многочисленных главный объект интересов его основателя, «фуфломицинах» — лекарствах с недока- члена-корреспондента РАН, профессора занной эффективностью, которых много Вадима Израилевича Агола. Вадим Изра- на нашем рынке; речь именно о настоящих  «Наука и жизнь» № 5, 2022.

достаточно лишь немного видо- Структурная измениться, мутировать, и он модель становится устойчивым к такому фрагмента лекарству. IRES-элемента Проблема лекарственной пикорнавируса. устойчивости сейчас вообще выходит на первый план в мик- робиологии. Можно много лет разрабатывать лекарство и по- том ещё столько же выводить его на рынок, потратить на это огромные средства — а потом окажется, что за это время уже Источник: PDB 2nc1 появились устойчивые к нему штаммы бактерий или вирусов. Хотя мы и не называем вирусы живыми, но при размножении в клетке на них распространяются те же законы эволюции, что и на всё живое на планете: они мути- лекарствах, прошедших серьёзные кли- руют, идёт отбор наиболее приспособлен- нические испытания). ных вариантов. Причём в случае вирусов, Гораздо чаще при вирусных инфек- как мы недавно убедились на примере циях применяют интерфероны и другие SARS�-�C�o�V�-�2�, �э�т�о��м�о�ж��е�т��п�р�о�и�с�х�о�д��и�т�ь�с� вещества, которые помогают повы- шокирующей быстротой... сить неспецифический иммунитет. Они включают те самые «сигналы тревоги», — Новая коронавирусная инфек- о которых мы говорили выше, но они не ция — она действительно кардинально направлены против конкретного вируса отличается от всех известных ранее? и поэтому обычно вызывают множество Вирус быстро мутирует, а мутации побочных эффектов. Да и для иммунной крайне разнообразны... системы такая постоянная неспецифи- — Ничего принципиально нового здесь ческая активация тоже не очень полезна. нет. Просто до этого (со времён «испан- А вот, например, предполагаемое нами ки», наверное) ни один вирус не привлекал взаимодействие белка с �I�R�E�S�-э�л��е�м�е�н�т�о�м� столь пристального внимания широкой эховируса наверняка высокоспецифично общественности, а у вирусологов и эпиде- и может стать мишенью для поиска ле- миологов никогда не оказывалось такого карств нового поколения. Это была бы колоссального объёма данных за столь идеальная ситуация: направить атаку не на короткое время. Но были в истории вирус- сам клеточный белок (у такого лекарства ные инфекции и пострашнее. Например, было бы много побочных эффектов) и не десять лет назад на Ближнем Востоке на вирусные компоненты, а на специфи- появился родственный �SA�R�S��-��C�o�V��-�2���в��и�р�у�с� ческое взаимодействие вируса с клеточ- MERS�,��о�т�к�о�т�о�р��о�го��с�к�о�н��ч�а�л�о�с�ь��б�о�л�ь�ш�е� ным фактором. трети всех заболевших. К счастью, у него низкая способность передаваться от чело- — Но разве не лучше было бы раз- века к человеку, поэтому заражённых было работать лекарство, направленное немного. А есть ещё вирус лихорадки Эбо- непосредственно на белки самого ла, который свирепствует в Африке, — так вируса? вот он и вовсе убивает с 50-процентной — Те немногочисленные препараты, вероятностью. Если бы такие вирусы рас- которые направлены на какой-то вирус- пространялись по тому же сценарию, что ный белок (протеазу, полимеразу), имеют и �S�A�RS���-�C�o�V��-�2���,��т��о��ч��е�л�о�в�е��ч�е�с�т�в�у�,�н�а��в�е�р�н�о��е�,  один принципиальный недостаток: вирусу настал бы конец. «Наука и жизнь» № 5, 2022.

Нынешний коронавирус мутирует как СИНТЕЗ БЕЛКА — раз относительно медленно, потому С «ШАПКОЙ» что у него есть молекулярные механиз- мы, позволяющие поддерживать геном И БЕЗ «ШАПКИ» в более или менее стабильном состо- янии. А вот пикорнавирусы, которые Генетическая информация в наших клетках мы изучаем, мутируют с невероятной записана в ДНК и хранится в клеточном скоростью. Можно почти без натяжки ядре*. Чтобы генетическая информация сказать, что каждая вирусная частица заработала, её нужно скопировать (или несёт молекулу РНК с одной заменой, транскрибировать) в РНК. И ДНК, и РНК то есть каждый новый вирус отличает- состоят из нуклеотидов, в состав которых ся от своего предшественника одной входят азотистые основания аденин (А), ти- мутацией. Вместе эти частицы обра- мин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц)** — их часто зуют «квазивид» вируса — популяцию называют генетическими буквами. В ядре на с немного различающимися геномами. молекулах ДНК постоянно синтезируется ог- Человек, который болен этим вирусом, ромное количество сравнительно небольших носит внутри себя целый «зоопарк». РНК: каждая РНК — это копия с определённой Стабильность такого «коллективного зоны внутри ДНК. Сначала РНК появляется в генома» поддерживается благодаря сыром, незрелом виде, и после синтеза с ней постоянно действующему отбору: происходит ещё целый ряд превращений: из вирусы с мутациями, лишающими их неё вынимают куски, то, что осталось, зано- функциональности, не размножаются во монтируют, к ней добавляют служебные и выходят из игры. последовательности нуклеотидов и т. д., после чего она покидает ядро и выходит в Это свойство пикорнавирусов де- цитоплазму. лает их серьёзным фактором риска. В любой момент может появиться РНК может работать сама по себе — у мутант, который будет вызывать клетки есть несколько видов таких само- тяжёлые патологии. Например, это стоятельных РНК. Другие же РНК (мРНК, может произойти с теми изначально или матричные РНК) работают матрицей непатогенными вариантами того же для трансляции, то есть для белкового полиовируса, которые по-прежнему синтеза. Такие РНК синтезируются на том существует вокруг нас. Люди с ос- участке ДНК, где закодирован некий белок, лабленным иммунитетом могут, сами после чего они отправляются к рибосомам. о том не подозревая, становиться Так называют большие молекулярные ком- инкубаторами для появления новых плексы, которые считывают информацию, штаммов. Вот почему от полиомиелита закодированную в мРНК, и в соответствии надо обязательно вакцинироваться с ней синтезируют тот или иной белок. Всё (как, впрочем, и от других инфекци- то же самое происходит и с вирусами. Если онных болезней, против которых есть гены вируса записаны в ДНК, то на его ДНК качественные вакцины). Вообще, если сначала нужно синтезировать РНК, а потом бы вирус, способный вызвать панде- эти РНК отдать рибосомам. Если у вируса мию, получился из пикорнавируса, а геном записан в РНК, то он может не тратить не из коронавируса, из-за высокой время на транскрипцию, сразу перейдя к скорости мутаций ситуация могла бы синтезу собственных белков. стать неуправляемой. Но у вируса нет своего аппарата для синте- Так что, несмотря на невосполнимые за белка, он пользуется клеточным, а клеточ- потери, коронавирусная пандемия всё же едва ли положит конец нашей __________ цивилизации. Но поскольку это точно не последняя вирусная эпидемия, мы * Кроме ядерной ДНК, в клетке есть ещё ДНК должны вести себя разумно, вовремя митохондрий, энергетических клеточных органелл, вакцинироваться. И почаще прислуши- которые находятся в цитоплазме. ваться к мнению учёных. ** в РНК вместо тимина (Т) стоит урацил (У).  «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Подробности для любознательных Строение обычной клеточной матричной РНК К кодирующей области примыкают две нетранслируемые области — передняя, или лидерная (5’-НТО), и задняя (3’-НТО). И в той и в другой могут быть взаимнокомплементарные участки, которые образуют шпильки. На переднем конце (5’-конце) у мРНК сидит кэп, сзади (то есть на 3’-конце) мРНК заканчивается длинной поли(А)-последова- тельностью. Рисунок (с изменениями) из статьи: Liang Y. , Huang L., Liu T. Front. Bioeng. Biotechnol., 27 July 2021/CC BY 4.0 5’ 3’ Кодирующая AAUAAA — AAAAAAAA область 5’-HTO 3’-HTO ный аппарат занят клеточной мРНК. Даже повышают или, наоборот, понижают её если вирусных частиц проникнет в клетку эффективность. очень много, всё равно вирусной РНК в цитоплазме будет намного меньше, чем И это ещё не всё. К концу задней не- клеточной. Кроме того, у вирусной РНК нет транслируемой области крепится поли(А)- определённых структурных особенностей, хвост — цепочка из нуклеотидов аденинов. которые есть у клеточной, и поэтому кле- А на конце передней нетранслируемой точные белок-синтезирующие машины не области (то есть на переднем конце всей будут обращать на вирусную РНК особого мРНК) сидит кэп (от англ. cap — шапка, внимания. шапочка или кепка). Кэп — тоже нуклео- тид, только модифицированный, кроме Вирусам приходится как-то приспо- того, он нестандартным образом при- сабливаться. Некоторые из них осво- соединён к остальным нуклеотидам. И или уловку в виде IRES’ов, или сайтов поли(А)-хвост, и кэп появляются на РНК внутреннего входа рибосомы (Internal ещё в ядре. Ribosome Entry Site). Чтобы понять, что это такое, нужно чуть подробнее при- Задняя нетранслируемая область и смотреться к тому, как устроена мат- поли(А)-хвост нас сейчас не интересу- ричная РНК. Во-первых, в ней есть коди- ют. А вот передняя нетранслируемая рующая часть, в которой зашифрована область с кэпом — очень даже. Зачем последовательность аминокислот белка. нужен кэп? Чтобы показать рибосоме, Во-вторых, с обоих концов кодирующей куда ей нужно сесть. Синтез белка дол- части к ней примыкают так называе- жен начаться с начала — казалось бы, мые нетранслируемые области (НТО). очевидная тавтология, но у рибосомы нет Трансляция — то же самое, что синтез глаз, чтобы увидеть это самое начало. белка на мРНК; значит, на нетранслиру- Она может только взаимодействовать с емых областях никакого синтеза белка белками и мРНК. Здесь нам нужно по- не происходит. Однако это не просто грузиться на ещё один уровень слож- какой-то странный балласт. Передняя и ности и представить, что происходит во задняя нетранслируемые области (5’- и время начала синтеза белка (или при 3’-НТО) регулируют саму трансляцию: инициации трансляции). Каждая рибо- структура нетранслируемых областей сома состоит из двух частей: большой и белки, которые с ними связываются, и малой, и в нерабочем виде они разъ- единены и плавают где-то неподалёку от «Наука и жизнь» № 5, 2022.

мРНК. Синтез белка выполняют обе час- нить рибосомы и факторы инициации на тицы вместе: для этого они должны объ- вирусную мРНК. И вот тут в дело вступают единиться, связав с собой нить мРНК. Но IRES’ы — сложно устроенные передние просто так ни большая, ни малая субчас- нетранслируемые области. Что значит тицы на мРНК сесть не могут. сложно устроенные? Мы помним, что ге- нетические буквы способны соединяться Однако на кэп может сесть специальный водородными связями, но не абы как, а кэп-связывающий белок, а малую рибо- строго попарно: А с Т, Г с Ц. Иными сло- сомную субчастицу обычно сопровождают вами, они соединяются по правилу ком- другие специальные белки, которые взаи- плементарности; именно комплемен- модействуют с белком на кэпе. То есть кэп тарное спаривание держит вместе и этот белок служат чем-то вроде магнита, обе цепи ДНК. Молекулы же РНК у нас который помогает рибосоме (точнее, её обычно одноцепочечные, но их буквам малой субчастице) сесть в начало мРНК. ничто не мешает образовывать такие же Белки, которые её сопровождают, «пони- водородные связи с другими буквами. В мают», что они все сели в нужное место, пределах одной и той же РНК могут быть и помогают малой субчастице рибосомы области с взаимнокомплементарными «прилипнуть» к мРНК. Но «прилипает» последовательностями. И тогда эти она не намертво: как мы помним, между два участка слипаются друг с другом. кэпом и кодирующей частью мРНК лежит Точнее сказать, такие области в РНК в нетранслируемая область. Теперь малая том или ином количестве есть всегда, и субчастица рибосомы сканирует эту об- ни одна мало-мальски длинная РНК не ласть, ища точку старта. Как только она её выглядит как ровная нитка: в ней всегда находит, к ней присоединяется большая есть шпильки и петли, узлы, образован- субчастица, и вместе они начинают читать ные слипшимися комплементарными кодирующую часть мРНК, синтезируя участками. полипептидную цепь. Белки, обслужива- ющие начало белкового синтеза, называ- И на нетранслируемых областях в ются факторами инициации трансляции, и матричных РНК всё это тоже есть. Ма- их задача — напомним ещё раз — состоит лой субчастице рибосомы приходится в том, чтобы рибосома начала синтез с преодолевать шпилечные неровности, нужного места, или сайта инициации. когда она сканирует переднюю нетранс- лируемую область в поисках старта. Это А теперь вернёмся к вирусным мРНК. не просто досадная помеха: шпильки Кэпа на них зачастую нет — кэп появляет- регулируют эффективность трансляции, ся в ядре, а когда вирус размножается в заставляя рибосому и сопровождающие цитоплазме, пробраться в ядро его мРНК её белки расплетать все неровности на не могут. Количественно она очень сильно пути. Но если говорить о вирусных IRES’ах, проигрывает клеточной мРНК. Значит, то их ни одна рибосома не расплетёт. IRES нужно сделать так, чтобы клеточный выглядит как целое дерево из шпилек, аппарат трансляции бросил заниматься петель, шпилек на петлях, скрученных в клеточной мРНК и переключился на вирус- сложную пространственную структуру. ную. Сначала нужно подавить трансляцию Последовательность нуклеотидов в IRES с кэпированных мРНК. Здесь очевидная и строение его шпилек и петель выгля- мишень — это белки, которые закрепля- дят весьма заманчиво для рибосомы и ют малую частицу рибосомы на кэпе. К факторов инициации: сев на IRES, они примеру, вирусы ящура и полиомиелита чувствуют, что нашли правильное место, просто отрезают кусок от одного из таких и малая субчастица рибосомы закрепля- факторов инициации, после чего рибо- ется на вирусной РНК. По сути, IRES — это сому к кэпу уже ничего не тянет. Другие замена кэпа, только рибосомная субчас- вирусы поступают мягче: они ничего не тица садится не на начало РНК, а куда-то режут, просто не дают белкам взаимо- внутрь нетранслируемой области (откуда действовать друг с другом. и название IRES’ов — сайт внутреннего входа рибосомы). Подавив трансляцию на клеточных кэпированных мРНК, нужно как-то прима- 10 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

CU U G U G Дальше события могут разви- UA Источник: Fdardel/Wikimedia Commons/PD UU ваться по-разному, в зависимости от того, с каким вирусом мы имеем CA дело. Есть такие, у которых стар- CUAA товый кодон сидит внутри IRES’а, GC GC GC CG CC правда, не в глубине этой сложной AU G C структуры, а с краю. Рибомосной C AA субчастице и факторам инициации A приходится слегка распутать кусо- GC C G C GU GC чек IRES’ной последовательности, AA AU чтобы открыть место старта. Бывает, UU CG что старт стоит несколько поодаль, CG CG UG GA GC UG CG UA и рибосома, сев на IRES, ещё не- GU AU ACACCGG A U много сканирует оставшуюся часть A A U AG U AGUGGCCA нетранслируемой области. Есть A G UGGGC G вирусы, у которых IRES’ы притяги- G U A U вают к себе и малую рибосомную A U A CCC G частицу, и множество разных фак- C торов инициации, и ещё некоторые CG G клеточные белки, которые не имеют GC прямого отношения к трансляции. GA CG Есть противоположные примеры, CG когда IRES притягивает к себе только AU G ACA малую субчастицу рибосомы и пару CG U U CG U C U UA GC U GU GC UG U G GC C A U A U U A U UG AG U G GCCG UAGUG CC CGGA AGCGC U G AA CU A G AG GC GA GC U UU A UG AU CG CG G C CG U G C CG CG GU CG UA AA 5'GCCACG G C G G C C GACACUCCACCAUGAAUCACUCC C G ACCCCCCCUCCCGGG A U GCCU G A GGAGGGCCC C G UGGGA U U G C белков — такой молекулярной аскезой отличается, например, вирус гепатита С. C UU Очевидно, разные вирусы и их IRES’ы при- GU спосабливались в ходе эволюции к разным U AG клеткам с разными функциями, хотя и не C GC всегда понятно, почему именно этот вирус обзавёлся именно таким IRES’ом. G 3' Кроме упомянутых вируса полиомие- U A G C CUAAACCUCAAGA… лита, вируса ящура и вируса гепатита С, A U IRES-уловкой пользуются вирус гепати- C G A та А, эховирусы, вирусы Коксаки, неко- C A торые вирусы насекомых. Собственно, присутствие в этом списке возбудителей GC UA GC CG AA CG C AU многих опасных заболеваний делает IRES- Последовательность IRES вируса гепа- зависимую трансляцию столь привлека- тита С: в структуре передней нетран- тельной для исследователей: здесь есть и слируемой области (5´-НТО) вирусной большая фундаментальная проблематика, РНК есть большое число шпилек и петель, касающаяся молекулярных основ жизни, и которые служат приманкой для рибосо- огромное практическое значение. мы и некоторых факторов инициации. Старт белкового синтеза начинается с Кирилл СТАСЕВИЧ. нуклеотидного триплета AUG. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 11

ЖЕМЧУЖИНКА РОССИИ Продлись, продлись, очарованье! Ф. Тютчев Когда впервые попадаешь в Плёс, маленький, уютный городок на Волге в Ивановской области, очаровываешься его атмосферой. И хочется ходить и хо- дить! Смотреть и смотреть! Вновь и вновь получать удовольствие от окружающего пейзажа и видов города. Плёсские пей- зажи не утомляют, а только радуют глаз. Они приковывают внимание и долго не отпускают от себя. И зовут, и манят… Мы слышим их — это родное и вечное. Не будет нас, сюда придут наши потомки, и природа щедро одарит их своим вели- колепием! Это великолепие без помпез- ности, без вычурности и изысков, истинно русское. Осторожно! Не спугните, не нарушьте этот мир, эту спокойную красоту — ни с чем не сравнимое наше богатство! Татьяна ПОПОВА (г. Зеленоград Московской области). Фото автора. 12 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Из писем читателей «Наука и жизнь» № 5, 2022. 13

Лауреаты премии Правительства Москвы молодым учёным за 2021 год В феврале 2022 года состоялось награждение молодых учёных — лауреатов премии Правительства Москвы. Премии за достижения в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, а также за разработку и внедрение новых технологий, техники, приборов, оборудования, материалов и веществ, спо- собствующих повышению эффективности деятельности в реальном секторе экономики и социальной сфере города Москвы, присуждаются ежегодно. В апрельском номере журнала рассказывалось об исследованиях и разработках нескольких лауреатов 2021 года (см. «Наука и жизнь» № 4, 2022 г.). Представ- ляем ещё три работы. КОМПОЗИТЫ ДЛЯ ткань. Эта новая концепция, пришедшая КОСТНЫХ ИМПЛАНТАТОВ взамен концепции замещения, называется инженерией костной ткани. Некоторые травмы и болезни костей, суставов, кожи приводят к потере Суть тканевой инженерии — регенера- фрагментов этих органов, что нередко ция биологических тканей при помощи влечёт за собой инвалидность пострадав- несущих конструкций (матриксов) из био- шего человека. Избежать инвалидности резорбируемого материала в сочетании с помогает реконструктивная медицина — донорскими клетками или биоактивными восстановление утерянного или разру- веществами (например, противомикроб- шенного костного, хрящевого или кожного ными лекарствами, белками). На этом фрагмента с помощью искусственных матриксе, который имплантируют в по- имплантатов. вреждённый орган или ткань, и будет нара- щиваться новая собственная ткань. На сегодняшний день реконструктив- ная медицина достигла очень неплохого Материал для матрикса должен обес- уровня благодаря новым материалам, из печивать надёжную опору в зоне повреж- которых изготавливают имплантаты, и дения в период регенерации, обладать технологиям, позволяющим получать из- структурообразующими свойствами, делия сложной формы, точно отвечающие противостоять сжимающим напряжениям, конфигурации замещаемого дефекта, и, которые могут возникать при «засеивании» конечно, таким методам диагностики, как его клетками на стадии до имплантации и МРТ и КТ, с помощью которых эти сложные при прорастании в него клеток уже внутри формы выявляют. Требования к замеща- организма. При этом донорские клетки ющим изделиям известны: они должны и биологически активные вещества (в быть совместимы с организмом человека, случае их использования) должны иметь то есть не отторгаться и не быть для него хорошее сцепление с его поверхностью, токсичными, и обладать определёнными то есть обладать хорошей адгезией. Ад- механическими свойствами — прочностью, гезивные свойства матрикса обеспечива- пластичностью, стойкостью к циклическим ются определённым химическим составом нагрузкам. Кроме того, очень желательно, материала. чтобы имплантаты постепенно распадались (деградировали, этот процесс называется Сегодня немалые надежды в регенера- биорезорбцией) в живом организме, тивной медицине возлагают на материалы впоследствии замещаясь на собственную на основе фосфатов кальция, которые по новую костную, хрящевую или кожную своему составу довольно близки к нату- ральной костной ткани. Помимо того, что они не вызывают отрицательных иммунных реакций, продукты их распада нетоксичны 14 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Вести из институтов и лабораторий ac b Биосовместимые керамические имплантаты из фосфата кальция способны поддер- живать образование новой кости взамен утерянной. Однако для широкого приме- нения их в медицинской практике нужно научиться формировать их для каждого конкретного случая, то есть изделия должны быть персонифицированы. 3D-печать рассматривают как один из перспективных методов получения таких индивидуа- лизированных изделий. Приведён пример использования напечатанного на 3D-принтере блока из октакальций фосфата для имплантации в экспериментальную модель дефекта черепной кости большого диаметра (20 мм). Полученный методом 3D-печати блок оптимально им- мобилизовался в этот костный дефект (без дополнительных способов фиксации). В послеоперационном периоде признаков острого воспаления, отёка и других нежела- тельных явлений не было. Как показала КТ, периферийные стороны имплантируемого материала после операции были полностью интегрированы с окружающей костной тканью. И даже имелись участки новообразованной ткани, плотно прилегающей к внутренней и внешней поверхности напечатанного блока. На фото: (a) общий вид 3D-печатных образцов для имплантации; (b) микрофото- графия черепного дефекта; (c) трёхмерная КТ-реконструкция блока, напечатанного на 3D-принтере, через 6,5 месяца после имплантации. Фото (с изменениями) из статьи: K�o�m�le��v�� �V.�� �S.��,� P�o�p�o�v�� �V.�� �K.��,� M�i�r��on�o�v�� �A.�� �V.��,� F�e�d�o�t�o�v�� �A.�� �Y�u.��,� T�e�t�e�r�i��n�a� �A.�� �Y�u.�� e�t� �a�l�.�� 3��D� p�r�i��nt��i�n�g� o�f�� o�c�t�a�c�a�l�-� cium phosphate bone substitutes // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. — 08 june 2015. doi: 10.3389/fbioe.2015.00081. для организма. Исследователи работают Гольдберг и кандидат технических наук над созданием таких материалов, биоре- Анастасия Тетерина, разработали техноло- зорбция которых идёт со скоростью, близ- гии получения новых композитных матери- кой к скорости образования новой костной алов для многих медицинских применений. ткани. Причём акцент делают на керамиче- В их числе остеопластические материалы ских материалах, обладающих подходящи- на основе фосфата кальция. Прежде чем ми механическими свойствами. приступить собственно к разработкам технологий, материаловеды сосредото- Подобными исследованиями занимают- чились на исследовании того, как состав и ся в Институте металлургии и материало- структура материалов оказывают влияние ведения им. А. А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН). на их способность к образованию нужной Сотрудники института, среди которых формы (то есть на формообразование), кандидат технических наук Маргарита «Наука и жизнь» № 5, 2022. 15

как могут влиять на свойства конечного Применение в совсем другой облас- продукта условия его получения, напри- ти — в качестве катализатора для очист- мер, температура, а также те или иные ки нефтепродуктов от серы — нашли микродобавки. синтезированные железо-замещённые мезопористые материалы на основе гид- Созданные в ИМЕТ РАН кальций-маг- роксиапатита (формула Ca10(PO4)6(OH)2). ний-фосфатные материалы с новыми Серосодержащий компонент нефти (ди- составами, получаемые по новой тех- бензотиофен) в присутствии такого катали- нологии синтеза в одном сосуде, имеют затора подвергается 100%-ной конверсии пастообразную консистенцию и не тре- за 25—30 минут. Такие результаты проде- буют предварительного механического монстрированы впервые в мире. смешения порошков компонентов — это существенно упрощает их применение для В реконструктивной медицине помимо замещения дефектов костной ткани. Да и «чисто» магний-фосфатных материалов их механические свойства и биологический всё больший интерес вызывают компо- отклик стало легко прогнозировать, что не зиты с биосовместимыми полимерами. скажешь про классические кальций-фос- Как пояснила Анастасия Тетерина, биопо- фатные цементные материалы. Многие же лимер-фосфаты кальция предназначены свойства новых материалов (физико-хи- для дефектов с меньшей механической мические, время схватывания, прочность, нагрузкой, чем магний-фосфатные ма- растворимость в организме) оказались териалы, например для замещения хря- лучше мировых аналогов. щевой ткани. Такие материалы обладают более высокой пористостью и скоростью Инновационные материалы с введённым резорбции, а значит, быстрее протекают в них антимикробным препаратом ванко- процессы васкуляризации (образования мицином испытали на мелких лаборатор- сосудистой сети) и замещения. Очевидно, ных животных. Антимикробные препараты что благодаря использованию трёхмер- нужны для предотвращения возможных ной печати можно получать имплантаты с воспалительных процессов после им- архитектурой, очень точно повторяющей плантации искусственных заместителей. архитектуру дефекта. Для этого сначала причём если эти препараты вводить не- получают трёхмерную модель требуемого посредственно в имплантат, то лекарство фрагмента ткани пациента с помощью, будет доставляться непосредственно в например, рентгеновского компьютерного поражённый участок. Эксперименты по- томографа и затем оперативно изготавли- казали, что новые композиты обладают вают её точную копию из композита. В по- остеокондуктивными свойствами, то есть верхность композитного материала можно способны служить каркасом, к которому дополнительно вводить лекарственные костные клетки (остеобласты и остеоклас- средства, факторы роста (это называется ты) могут прикрепляться, мигрировать на биоинспирированием поверхности) — для нём, расти и делиться. их локальной доставки в операционную область. Биоинспирирование поверхнос- Структуру материала можно менять, ти материалов обеспечивает сорбцию добавляя в него примеси (допирующие биологически активных веществ из био- добавки). В случае материалов на осно- логических жидкостей организма, то есть ве фосфатов кальция речь идёт о литии, служит своего рода залогом качественной алюминии, железе. А изменение структуры интеграции имплантата с окружающими влечёт за собой и изменение свойств. Со- тканями и быстрого формирования соб- трудники ИМЕТ РАН разработали методы ственного костного эквивалента. синтеза порошков катион-замещённых фосфатов кальция с наноструктурой и Медицинские изделия на основе таких мезопорами, обладающих очень большой, композитов создают и в ИМЕТ РАН. На- даже рекордной удельной поверхностью пример, при участии Анастасии Тетериной (до 195 м2/г), и получили материалы, пер- разработан изящный метод формирования спективные в качестве носителей лекар- имплантатов на основе синтеза частиц ственных веществ и других биоактивных фосфатов кальция (конкретно — ди-, окта-, молекул. 16 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

трикальцийфосфата и гидроксиапатита) в тах, наблюдаемых при имплантации каль- суспензиях биополимеров (хитозане, же- ций-фосфатных материалов: от успешного латине, агарозе и др.) непосредственно в образования новой собственной костной процессе 3D-печати трёхмерных структур. ткани до полного отторжения имплантата, Такие наноструктурные имплантаты из сопровождающегося разрушением здо- гибридных композитов обладают пористой ровой окружающей костной ткани. Рабо- структурой с высокими механическими ты, выполненные на животных, выявили, свойствами, и в ходе испытаний они по- как эти эффекты зависят от параметров казали клиническую эффективность. Та кристаллической решётки материала, его же научная группа создала конструкции фазового состава и морфологии. А также с биоинспирированной поверхностью, какие фазовые трансформации в кальций- содержащей белки, факторы роста. Для фосфатных соединениях стимулируют вос- улучшения на поверхности минерал-по- паление и отторжение имплантатов. лимерного каркаса сорбции биологически активных веществ (остеогенных факторов) Маргарита Гольдберг и Анастасия Тете- из биологических жидкостей материалове- рина за работу «Вклад в развитие научных ды предложили специальную методику её основ технологии керамических, поли- модифицирования. мерных и композиционных материалов для имплантологии» удостоены премии Отдельно стоит сказать об исследовани- Правительства Москвы молодым учёным ях, направленных на решение достаточно за 2021 год в номинации «Технические и серьёзной клинической проблемы — су- инженерные науки». щественно разных биологических эффек- Послушать шум циализированных судов и дорогостоящих Земли мощных излучателей — источников волн*, возбуждающих в толще  горных пород или Снедавних пор Арктика стала регионом донных осадков упругие волны, анализируя активного исследования и освоения. которые получают полезную геолого-гео- Ведь в высоких широтах таятся огром- физическую информацию. Поэтому сезон ные природные ресурсы. Эффективная полевых работ на арктическом шельфе деятельность в арктическом регионе не- часто ограничен несколькими месяцами в возможна без постоянного мониторинга, году. Кроме того, использование мощных оперативных сведений о состоянии ок- излучателей так или иначе наносит вред ружающей среды — геологических струк- экологии. турах, ледовом покрове и водном слое. На сегодняшний день геофизические Выход — в использовании так называе- методы мониторинга хорошо работают в мых пассивных технологий или, как их ещё отсутствие льда на водной поверхности. называют, технологий пассивного зондиро- Ледовые же условия значительно услож- вания. В этих технологиях активные (искус- няют сейсморазведку. И хотя в последние ственные) источники не используются, а в десятилетия ареал незамерзающей вод- качестве полезного сигнала рассматрива- ной поверхности в Северном Ледовитом ются естественные шумы. Такими естест- океане значительно увеличился из-за гло- венными сигналами могут быть микросейс- бального потепления климата, минималь- мический шум, происхождение которого ная ежегодная площадь ледового покрова связано с удалёнными возмущениями в остаётся значительной. Например, в 2021 году она была  4,81 млн км2. __________ Геофизический мониторинг (сейсмо- * В качестве источников волн в сейсморазвед- разведка) при наличии льда на морской ке служат импульсные ударные воздействия на поверхности требует использования спе- горные породы, а также взрывы зарядов тротила в неглубоких скважинах. При изучении донных осадков используют гидролокаторы, небольшие пневмопушки и электроискровые излучатели. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 17

Фото Дмитрия Преснова Вмораживаемый геогидроакустический буй, установленный в ледовом покрове озера Байкал. Для защиты от ветровой помехи во льду вырубалась специальная лунка диаметром 25 см и глубиной 60 см, в которую для выравнивания по горизонтали на подложку из песка устанавливался датчик. Слева — общий вид датчика без корпуса, справа — установленный во льду датчик (вид сверху). атмосфере и океане, ну и, конечно, зем- таких исследований разработала новый гео- летрясения. Их преимущество не только в физический буй ледового класса. По сути это отсутствии необходимости использования полностью автономная система записи сейс- судов ледового класса (если говорить об могидроакустических данных. Основа арктическом регионе) и искусственных системы — молекулярно-электронный источников, но и возможности автономных преобразователь**. Преимущество таких наблюдений без участия человека. Благо- преобразователей перед электромехани- даря этому можно проводить длительные ческими устройствами — компактность, эксперименты (от нескольких месяцев до надёжность и, что очень важно, — простота года) в труднодоступных районах. в установке. Они слабо чувствительны к углу наклона, что особенно ценно на неустойчи- Научная группа Института физики Зем- вой поверхности, будь то ледяной покров ли РАН, в которую вошёл кандидат физико- или морское дно. Разработанные буи испы- математических наук Дмитрий Преснов, для 18 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

тали в обсерватории Единой геофизической пользуется в наземных сейсмологических службы РАН и в натурных ледовых условиях исследованиях, в частности для изучения Ладожского озера и озера Байкал. Система глубинного строения вулканов, — говорит оказалась достаточно чувствительна (к мик- Дмитрий Преснов. — Мы перенесли эту росейсмическому шуму) в широкой полосе методику под воду, когда используются частот, обладает большим динамическим донные сейсмические станции (и ещё — на диапазоном***. (Речь идёт о диапазоне лёд). Это сейчас пытаются делать многие детектируемых шумов примерно от 0,03 до исследовательские группы, в основном в 50 Гц.) Поступающая в систему информация США». Речь о том, что можно попытаться оцифровывается, записывается во внут- оценить характеристики геологических реннюю память и оперативно передаётся. структур слоистого дна, регистрируя фо- Инновационные геогидроакустические новый сейсмоакустический шум, форми- буи подходят для наземных и подводных рующийся на дне океана. Сотрудники Ин- сейсмических исследований, а также и в ститута физики Земли РАН регистрировали ледовых условиях. В последнем случае буй этот шум с помощью донных станций, рас- вмораживается в лёд. Так как буи приспо- положенных друг от друга на расстоянии соблены к длительной работе в автономном 900 км. Эксперименты проводили в районе режиме, с их помощью можно накапливать Гавайских островов. Как пояснил Дмитрий большой объём информации, на основе Преснов, расстояние между приёмниками анализа которой оценивать параметры определяет «глубинность» исследования. ледового покрова и вести дистанционный Больше расстояние — больше глубина. мониторинг льда. Для получения характеристик донных На суше методы пассивной сейсмоакус- геологических структур геофизики ана- тической томографии себя уже зарекомен- лизировали скорость поверхностной довали, а вот применение их для глубинно- волны Шолте, распространяющейся вдоль го зондирования дна океана — достаточно границы водной толщи и дна океана. Ско- новая задача. «Пассивная технология в рость этой волны зависит от параметров последние годы довольно широко ис- сред, расположенных на глубине. Данные накапливали в течение трёх месяцев. По- __________ лученные результаты (кстати, полученные впервые в мире) подтвердили возможность **Молекулярно-электронный преобразо- использования таких измерений для иссле- ватель содержит электрохимическую ячейку дования динамики геологических структур с электродами, погружёнными в электролит. в региональном масштабе. Электролит выполняет роль инерционной массы, реагирующей на сейсмические коле- За «Цикл работ, направленных на раз- бания. При движении электролита в ответ на работку пассивной сейсмоакустической колебания меняется концентрация носителей технологии мониторинга неоднородностей заряда и регистрируется дополнительный элек- арктического шельфа» Дмитрий Преснов трический ток. удостоен премии Правительства Москвы молодым учёным за 2021 год в номинации *** Динамический диапазон — логарифм «Науки о Земле». отношения максимального и минимального воз- можных значений величины входного сигнала устройства. Минимальное значение обычно определяется уровнем собственных шумов или внешних помех в устройстве, а максимальное — перегрузочной способностью системы.  АЭРОГЕЛЬ ЗА ПОРОГОМ агрохимии), чистая магия. Однако, как ЛАБОРАТОРИИ говорил писатель-фантаст Артур Кларк: любая достаточно развитая технология Всказке про Золушку её роскошная ка- неотличима от магии. И химическая техно- рета ровно в полночь превращается в логия — не исключение, особенно когда с тыкву — здесь нет никакой химии (и даже её помощью получается сделать, казалось бы, невозможные вещи. Например, высу- «Наука и жизнь» № 5, 2022. 19

шить гель. У термина «гель» есть много тической жидкости американский химик разных определений, самое простое из и инженер Стивен Кистлер в 1931 году которых звучит так: гель — это раствор, впервые получил уникальный материал, потерявший текучесть. Именно поэтому похожий на застывший дым и названный внешне похожие на жидкость гели прихо- аэрогелем. Аэрогель — очень лёгкий дится выдавливать из тюбика — вытекать материал, его даже можно сделать легче по собственному желанию они обычно не воздуха (если не считать вес самого воз- хотят. Так же, как не хочет растекаться духа, заключённого внутри аэрогеля). А по блюдцу и клубничное желе — с хи- ещё он очень прочный, хорошо изолирует мической точки зрения, это тоже гель. тепло и обладает другими полезными Упругость, способность сохранять фор- свойствами за счёт своей уникальной му гелям придаёт наличие трёхмерной пористой структуры. К тому же аэрогели макромолекулярной структуры, которая, можно делать из разных материалов, не как клетка, может удерживать большое только из оксида кремния, но и из угле- количество молекул воды вместе с рас- рода (аэрографиты) и даже из биополи- творёнными в ней веществами. меров. Например, аэрогели на основе хитозана используются для остановки Гель, как огурец, почти целиком состоит обширных кровотечений. Просто чудо- из жидкости, но при этом имеет свою фор- материал из сказки! Но где же он в нашей му и объём, да и похож больше на твёрдое обычной жизни? вещество. Если же мы попытаемся отжать из геля жидкость, высушить его, сохранив Несмотря на то, что с момента открытия твёрдой его объёмную макромолеку- аэрогеля прошло уже почти сто лет, до лярную структуру, то нас в большинстве сих пор это очень трудоёмкий в изготов- случаев ждёт фиаско — примерно как с лении материал. И, как следствие, очень попыткой высушить огурцы. Силы поверх- дорогой. Поэтому одно дело, когда с по- ностного натяжения жидкости разрушат мощью кварцевого аэрогеля нужно ловить структуру геля, словно карточный домик. пыль из хвоста кометы (как это сделала автоматическая станция NASA «Stadust», Когда мы сушим гель, мы по факту пы- доставившая в 2006 году на Землю мате- таемся заменить жидкость в его ячейках риал кометы 81P/Вильда), — здесь цена на воздух, то есть на газ. Различия между научного интереса отходит на задний физическими свойствами жидкости и газа план. И совсем другое, когда вам нужно столь велики, что структура геля не может спуститься с небес на землю и выбрать пережить этого перехода и разрушается. утеплитель для стен дачного домика, тут Тем не менее есть способ «обмануть» гель, уже на первое место выходит не уникаль- заменив жидкость на газ так, чтобы гель ность технологии, а такие скучные пара- этого «не заметил». Это можно сделать метры, как цена за квадратный метр. с помощью сверхкритической жидкости. Например, если взять воду, поместить её Вот именно эту проблему решают в сосуд под высоким давлением и доволь- химические инженеры: как вывести вы- но сильно нагреть, то при определённых сокие технологии из стен лабораторий в условиях между водой и паром пропадает наш обычный мир. И о том, насколько это граница, получается «газообразная жид- сложная задача, говорит само время: ком- кость» или «жидкий газ» — это состояние мерчески доступные утеплители на основе ещё называют сверхкритическим флюи- аэрогеля появились совсем недавно и дом. Управляя температурой и давлением, всё равно стоят в разы дороже «обычных» этот флюид можно превращать либо в материалов. жидкость, либо в газ, без традиционного кипения или конденсации, а значит, и без В России производство аэрогелей резких изменений в объёме жидкой фазы, было создано только в 2019 году, когда которые так разрушительны для трёхмер- под руководством кандидата технических ной структуры геля. наук Артёма Лебедева на территории одного из подмосковных предприятий Именно методом «сушки» кремний-ор- запустили опытно-промышленную уста- ганического геля с помощью сверхкри- новку для синтеза аэрогелей. Созданию 20 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

Фото: jon collier/Flickr.com/CC BY-SA 2.0 За характерный внешний вид и крайне небольшой вес аэрогели называют застывшим или замороженным дымом. установки предшествовала длительная В результате была собрана, налажена и теоретическая и экспериментальная запущена опытная установка, на которой работа, проведённая специалистами стало возможным получать теплоизоля- Российского химико-технологического ционные материалы на основе кварцевых университета им. Д. И. Менделеева. аэрогелей и кровоостанавливающие Сначала химики-технологи создали ма- средства на основе аэрогелей из биопо- тематические модели процессов, проте- лимера хитозана. кающих в среде сверхкритических флю- идов: описали гидродинамику, процессы Может быть, описание этой работы вы- тепло- и массопереноса, концентрации глядит не так захватывающе, как синтез веществ в каждой точке реактора. Этой первого в мире аэрогеля, но без кропот- теме как раз была посвящена диссер- ливого труда инженеров и технологов тация А. Лебедева, которую он успешно химическая «магия» никогда не выйдет за защитил в 2015 году. пределы лабораторий. Именно возмож- ность воплотить «магию» в реальность Производство не просто аэрогеля, а и отличает мир науки от страниц самых функционального материала на его осно- интересных и фантастических сказок. ве подразумевает внедрение в структуру аэрогеля различных активных веществ, За работу «Создание первого оте- в частности, фармацевтических препа- чественного опытного производства ратов, или придание аэрогелю новых материалов на основе аэрогелей» Артём свойств — например, гибкости, если надо Лебедев получил премию Правительства сделать теплоизоляционный материал на Москвы молодым учёным за 2021 год в его основе. Для каждого материала необ- номинации «Передовые промышленные ходимо подобрать свой набор параметров технологии». процесса, чтобы использовать эти данные для масштабирования реактора от лабо- Материалы подготовили раторного до опытно-промышленного Татьяна ЗИМИНА и Максим АБАЕВ. образца. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 21

Фото Юрия Фролова человечество наработало и использовало 1,154 трил- ДРОН ГОНЯЕТ ГОЛУБЕЙ подлетит на 40—60 м, а лиона тонн бетона, кирпи- более мелкие подпускают чей, металлов, песка, гра- Городские голуби не его на несколько метров и вия, асфальта… Притом к только могут разносить только тогда улетают. 1900 году было накоплено болезнь орнитоз, от кото- «всего» 35 млн тонн плодов рой страдают и люди, но и На снимке: стая голубей, рук человеческих. Процесс оставляют свой помёт в са- избравшая для отдыха сту- продолжается, всё нарас- мых неподходящих местах. пени лестницы, ведущей в тая. Ежесекундно в мире С ними пытаются бороть- Российскую государствен- отливают ещё 190 кубо- ся разными способами, ную библиотеку. метров бетона. Само чело- вплоть до натаскивания вечество (а нас примерно на них специально трени- ЧЕЛОВЕК ПРЕВЗОШЁЛ 8 млрд) уже весит почти в рованных хищных птиц или ПРИРОДУ 10 раз больше, чем все ди- установки шипов там, где ПО ПРОДУКТИВНОСТИ кие млекопитающие. Если голуби любят усаживать- так пойдёт дальше, к 2040 ся. Высокотехнологичное Общую массу живой ма- году наша промышленная решение проблемы нашли терии на Земле оценивают продукция более чем в два в Федеральной политех- в 1,12 триллиона тонн (это раза превзойдёт вес всего нической школе Лозанны в сухом виде, то есть за живого на Земле. Недаром (Швейцария). Видеокаме- вычетом влаги). Как рас- многие геологи и биологи ра, установленная побли- считали недавно израиль- говорят, что мы живём уже зости от охраняемой зоны ские экологи, материалы в новом геологическом и снабжённая искусствен- и предметы, добытые, пе- периоде, который сами ным интеллектом, в случае реработанные и произ- создали — антропоцене скопления птиц посылает ведённые человеком, уже (см. «Наука и жизнь» № 8, дрон, распугивающий их превосходят по массе всё 2021 г., с. 68). своим полётом. Любопыт- живое. Не считая отходов но, что большие стаи сни- (а это тоже весьма солид- ПРИТОРМОЗИТЬ маются с места, когда дрон ный объём, растущий еже- ВЕТРЯК годно), с 1900 по 2020 годы Птицы, особенно те, ко- торые предпочитают ле- тать на высотах от 50 до 300 м, нередко попадают под вращающиеся лопас- ти ветряков. На многих ветродвигателях Герма- нии установили систему, тормозящую вращение. Радар, смонтированный на мачте ветряка, заме- чает приближение птицы с расстояния до 270 м, и автоматика поворачивает лопасти в нейтральное положение ребром к ветру, так что они перестают вра- щаться. Экономического ущерба нет, остановки происходят лишь два-три раза в сутки, занимая в сумме не более 10 минут. 22 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

МЫЛЬНЫЙ ПУЗЫРЬ — Иллюстрация из статьи: Roux et al., Phys. Rev. ДОЛГОЖИТЕЛЬ Fluids/APS (2022) О кратковременной ляют на модернизацию ми эта огромная ракушка дутой сенсации часто и отладку. В результате (длина раковины обыч- говорят: «Лопнула, как воздух Гонконга стал чище но полметра, но бывают мыльный пузырь». Одна- на 26—27%. экземпляры до 120 см) ко французские физики использовалась местны- из университета Лилля МОЛЛЮСКИ ми жителями в пищу, ра- сумели выдуть мыльный В ОПАСНОСТИ ковины шли на поделки. пузырь, продержавший- Кроме того данный вид ся 465 дней — более чем Крупный средиземно- моллюсков добывали ради в 200 тысяч раз дольше морский моллюск пинна биссуса — тонких, но очень обычного своего собрата. благородная Pinna nobilis прочных нитей длиной до Обычные пузыри лопаются (см. фото) находится на 25 см, которыми ракушка по двум причинам: высыха- грани вымирания. Века- ние мыльной плёнки и её стекание в нижнюю часть Фото: Hectohichus/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0 пузыря под действием силы тяжести. Избежать этого удалось, увеличив содержание глицерина в мыльном растворе и до- бавив в него наночастицы пластмассы, одевшие пу- зырь защитным слоем и сильно замедлившие как испарение, так и стекание плёнки. Достижение ка- жется чистой забавой, но на самом деле оно помо- жет создавать долгоживу- щие пены — например для пожаротушения. ВОЗДУХ ГОНКОНГА СТАЛ ЧИЩЕ С 2014 года на улицах Гонконга действует систе- ма выявления автомобилей с опасным уровнем выхло- пов. Датчики определяют содержание в выхлопах несгоревших углеводо- родов, окислов азота и монооксида углерода по поглощению инфракрас- ного и ультрафиолетово- го света. Одновременно камера фиксирует номер автомобиля, выхлопные газы которого опасны для экологии. Водителей штра- фуют, а машины отправ- «Наука и жизнь» № 5, 2022. 23

нижним концом закрепля- Американские экологи ут- инженера-аэродинамика ется на камнях. Ещё фини- верждают по снимкам со смоделировали биоме- кийцы начали использовать спутников, что сейчас в ханику ящера и показали, эти нити под названием городах листья начинают что мощные ноги позво- «морской шёлк» для изго- зеленеть в среднем на ляли ему подпрыгнуть на товления ткани и одежды. девять дней раньше, чем два-три метра. С этого Технологию восприняли в окружающей сельской и начинался полёт, как и греки и римляне, и вплоть местности, а осеннее по- сейчас происходит у мно- до XIX века в Европе делали желтение наступает позже гих птиц. из биссуса пинны предме- на шесть дней. ты одежды (кстати, в ткани На рисунке британских из биссуса была одета ко- ЯЩЕР НАЧИНАЛ ПОЛЁТ палеонтологов — груп- манда «Наутилуса» у Жюля С ПРЫЖКА па птерозавров на охоте. Верна). Чтобы получить Показано, что на земле 300 г биссуса, требовалось Размах крыльев само- «локти» крыльев служили уничтожить около тысячи го крупного из летающих дополнительными опора- моллюсков. Уже этот про- ящеров — кетцалькоатля, ми при движении. мысел истощил популя- который жил в Северной ции, а несколько лет назад Америке 66—70,6 мил- ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ в Средиземное море суда лиона лет назад, доходил НА АТОЛЛЕ завезли с балластной во- до 10—15 м, то есть как у дой американский грибок, истребителя средних раз- Федеративные Штаты убивающий пинну. Когда в меров. Не совсем понятно, Микронезии — государ- сентябре 2016 года биоло- как такая махина могла ство, расположенное на ги впервые его заметили, взлетать. Одни палеонто- западе Тихого океана к он уже уничтожил более логи предполагали, что ги- северу от Новой Гвинеи и 200 популяций у берегов гант забирался на вершину состоящее из 607 остро- Испании, Франции, Ита- скалы и оттуда бросался вов, в основном мелких. лии и Греции. Некоторые в воздух, другие вообще Электричество здесь одно моллюски в водах Франции считали огромные крылья из самых дорогих в мире, и Алжира всё же сохрани- рудиментом, оставшимся и вдобавок его на ночь лись и продолжают раз- от менее крупных летаю- отключают, так как полу- множаться. У побережья щих предков и лишь ус- чается оно на дизельных Испании нашли несколько ложнявшим ходьбу. Сейчас электростанциях, работа- тысяч живых пинн (рань- американские палеонто- ющих на привозном жид- ше, по оценкам, их было логи из университета в ком топливе. Английские 1,8 млн). Биологи наде- Остине (Техас) с участием инженеры предлагают ются, что популяции ещё воспользоваться особен- можно восстановить. Рисунок: Mark Witton, Darren Naish/Wikimedia Commons/ РАННЯЯ ВЕСНА, CC BY 3.0 ПОЗДНЯЯ ОСЕНЬ Глобальное потепление отразилось на календаре событий в жизни флоры практически повсюду, но особенно — в городах. В них обычно на 1—3°С теплее, чем в сельской местности, всю ночь сия- ют уличные фонари, фары автомобилей, окна многих зданий, световая реклама. 24 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

Фото: NASA/PD ностями местной геогра- энергии в Микронезии на Суматре). Всего у них фии для создания неболь- буквально сотни. изучили состояние 7946 ших ГЭС на атоллах. Как зубов, кариес обнаружили известно, атолл — это СТОМАТОЛОГИЯ на 3,3% всех образцов. кольцевой остров, по- ШИМПАНЗЕ Наиболее ему подверже- строенный кораллами, а ны мартышки (поражены в середине него — вод- Всем известно, что наши 19,5 — 22,4% всех зубов), ное пространство, лагу- неприятности с зубами наименее — гориллы (все- на. Многие атоллы име- объясняются нездоровым го 2,6%). Видимо, это свя- ют разрыв в коралловом питанием. Слишком много зано с поеданием сладких кольце (см. фото), через в рационе современного тропических фруктов, и к который дважды в сутки человека легко усвояемых тому же развитию кариеса во время приливов и от- углеводов, то есть сахара. способствует привычка ливов идут мощные потоки Этим пользуются опре- некоторых обезьян, на- воды. Вот на этих потоках, делённые бактерии, по- бив рот плодами, долго считает Мэтт Льюис из требляющие остающийся пережёвывать их, чтобы Бангорского университета во рту сахар и вырабаты- сначала выжать весь слад- (Великобритания), мож- вающие из него кислоту, кий сок и лишь потом про- но поставить турбины и которая разъедает зубную глотить. получать электроэнергию. эмаль. Казалось бы, это Типичный атолл способен проблема исключительно В материалах руб- снабжать электричеством человека, однако группа рики использованы со- не менее 250 жителей, зоологов и стоматологов общения следующих а турбина в его проли- из Новой Зеландии, Вели- изданий: «BBC Science ве будет работать 75% кобритании и США нашла Focus», «Nature», «New времени (тогда как вет- кариес и у сравнительно Scientist» (Великобрита- роэлектростанции, даже близких наших родствен- ния), «American Scientist», в очень ветреных районах, ников — приматов. В ис- «IEEE Spectrum», «Physics обречены на простои не следовании приняли учас- Review Fluids», «Science менее 65% часов в сутки). тие 340 особей — горил- Advances», «Science News» И таких лагун с бóльшим лы, шимпанзе, два вида и «Smithsonian» (США). или меньшим выходом мартышек, полосатый лангур (этот вид обитает «Наука и жизнь» № 5, 2022. 25

ПРИШЕЛЬЦЫ В БАЛТИКЕ: КТО ОНИ, ОТКУДА И ПОЧЕМУ ПРИЖИЛИСЬ? Кандидат биологических наук Юлия ПОЛУНИНА, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН. Фото автора. Глобализация человечества… Люди организмы завозятся туда, где их рань- мигрируют из страны в страну, с кон- ше не было, чисто случайно. Часто это тинента на континент, смешиваются на- бывает при активном судоходстве между родности, расы, религии. Подобные про- разными водными бассейнами, когда цессы происходят и в Мировом океане. виды переносятся в балластных водах (это Биологические инвазии (их ещё называют вода, которую закачивают в специальные интродукции, или вселения) разных видов цистерны, чтобы судно было устойчивее) водных обитателей — это глобальное эко- или в обрастаниях на днищах судов. Ус- логическое явление. пешному расселению видов-вселенцев наиболее подвержены не все, а некоторые В последнее столетие расширение акватории — это трансформированные зон обитания многих видов водных жи- человеком, нарушенные и потому обед- вотных происходит благодаря активной нённые видами водные экосистемы, а деятельности человека: намеренной и кроме того, эволюционно молодые эко- ненамеренной интродукции видов. При системы — эстуарии и молодые моря. К намеренной интродукции человек спе- последним относится и Балтийское море, циально вселяет новые виды организмов которое сформировалось в современ- в водоёмы, например, чтобы увеличить ном облике, по геологическим меркам, пищевые ресурсы для промысловых рыб. совсем недавно — около 4,5 тыс. лет Ненамеренная интродукция — это когда назад. Солёность Балтики понижена по сравнению с океаном в несколько раз, и Самка Evadne anonyx с эмбрионами в вы- для многих морских видов она слишком водковой камере, Балтийское море. 26 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Вопросы экологии низка, а для многих пресноводных — че- Самка Acartia tonsa, Юго-Восточная ресчур высока. Поэтому фауна Балтий- Балтика. ского моря менее разнообразна, чем фауна других морей. биологии самого вида-вселенца: удача ждёт тех, кто способен изменять своё пи- В Балтике сейчас насчитывается свыше тание и размножение, приспосабливаясь 130 видов-вселенцев, из которых более к новым условиям. Основная задача вида половины — беспозвоночные животные: на вновь освоенной акватории — оставить черви, моллюски, ракообразные. Боль- максимум потомства. шинство — пришельцы из тепловодных регионов: умеренных и субтропических К настоящему времени в зоопланктоне вод Атлантического и Тихого океанов, Балтики отмечено только пять чужерод- Каспийского моря и т. д. ных видов: гребневик Mnemiopsis leidyi и четыре рачка*. Это некрупные организмы: Чтобы вид успешно заселил новые взрослый гребневик в длину 2—10 см, а места, нужны некоторые условия. В во- рачки всего 1—2 мм. Рассмотрим этих доёме, куда вид попал впервые, вода пришельцев. должна иметь подходящую температуру и солёность; требуются свободные эко- Хищный гребневик, дальний родствен- логические ниши, достаточно пищи и от- ник медуз, исходно жил в Атлантическом носительно слабое давление хищников на океане у восточного побережья Америки. этот вид. Не менее важны и особенности Его случайно занесли в Чёрное море в 1980-х годах, а затем он распространился __________ в Азовском, Каспийском и Средизем- ном морях. Последствия для экосистем * Полунина Ю. Ю. Стратегии размножения Чёрного и Каспийского морей очень неблагоприятны, временами катастро- чужеродных планктонных ракообразных в Юго-Восточной Балтике // Российский Журнал Биологических Инвазий. № 4, 2017. С. 96—105. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 27

фичны — гребневик активно поедает как В прибрежных водах Польши вид был кормовую базу рыб — зоопланктон, так и найден летом 1925 года, а в Вислинском икру, и молодь рыб. В результате промы- заливе — в 1952-м. Сейчас он заселил всё сел рыбы в этих морях упал. Впервые мне- Балтийское море, но особенно его много миопсис был отмечен в водах Балтийского в Южной Балтике. моря в 2006 году. Для размножения ему не нужно спаривание, и потому он может Три ветвистоусых хищных рачка Cerco- очень быстро наращивать численность. pagis pengoi,�� E�v�a��d�n�e�a�n�o��n�yx�,�� C��o�r�n�i�g�e�r�iu�s�� Но в Балтийском море, где много сильно maeoticus — выходцы из Понто-Каспий- опреснённых вод, развитие мнемиопсиса ского бассейна. Все они найдены в районе весьма замедлено, и яйца часто не могут крупных портов Балтийского моря — в дорасти до взрослого. Поэтому он не смог Рижском и Финском заливах. Cornigerius пока заселить всю Балтику. Однако яйца maeoticus был отмечен в 2003 году в гребневика осенью обнаруживают в Цен- водах Финского залива, однако больше тральной и Юго-Восточной Балтике, так его не встречали. Так что только два что наблюдения необходимо продолжать, вида каспийских рачков широко распро- чтобы понять, не сможет ли этот желе- странились в акватории Балтийского образный организм всё-таки постоянно моря — это Cercopagis pengoi и Evadne здесь обосноваться. anonyx. Оба — хищные рачки, потребляют мелкий зоопланктон и могут обитать в во- Планктонный веслоногий рачок Acartia дах с пониженной солёностью. При этом tonsa впервые описан у побережья Авст- церкопагис «пошёл дальше». Он пересёк ралии. Сейчас распространён всесветно, Атлантический океан и вселился в Великие встречается в Атлантическом, Индийском озёра Северной Америки! и Тихом океанах, Азовском, Балтийском, Чёрном, Каспийском, Средиземном и В Балтийском море температурные и Северном морях. Считается, что он рас- солёностные условия в целом приемлемы селился с балластными водами судов. В для вселившихся видов. Но какие особен- Северном море, в прибрежных водах Ни- ности их биологии позволяют «прижиться» дерландов, впервые отмечен в 1916 году. на вновь освоенной акватории? Каким образом они добиваются увеличения чис- Самка Cercopagis pengoi с тремя покоящи- ленности, расширяют ареал в новой для мися яйцами, Юго-Восточная Балтика. них экосистеме? Какие особенности раз- множения позволяют успешно оставлять здесь максимум потомства и создавать устойчивые популяции? Давайте разби- раться… Ветвистоусые рачки, выходцы из Кас- пийского моря, способны использовать разные типы размножения. Партено- генез (однополое размножение) — это когда развитие организма происходит из яйцеклетки без необходимости её опло- дотворения. При двуполом размножении нужны самка и самец. Но! Свойства яиц, которые образуются при этих двух типах размножения, разнятся. При партено- генезе из яиц появляются только самки, очень сходные (почти идентичные) по генетическому материалу своей матери, как бы её клоны. Партеногенез способ- ствует быстрому размножению — ведь одна особь одномоментно может дать до 20 дочерей, и численность растёт в геометрической прогрессии. Однако 28 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

Самка Cercopagis pengoi с двумя покоящимися яйцами, Юго-Восточная Балтика. Видна часть хвостового придатка, который бывает в семь раз длиннее тела рачка (см. «Наука и жизнь» № 11, 2014 г., с. 66). такой тип размножения возможен только и какой-то да окажется удачным. Но при при благоприятных условиях температу- переходе с партеногенеза на двуполое ры, солёности, достаточном количестве размножение численность вида снижа- пищи, низком прессе со стороны рыб. ется, ведь покоящихся яиц всегда в разы Когда факторы среды резко меняются, меньше. например, понижается температура воды, или падают пищевые ресурсы, или сильно В популяции церкопагиса из Юго-Вос- изменяется солёность, или рыбы активно точной Балтики есть все возрастные и поедают рачков, — в популяции появля- половые группы — молодь и взрослые ются самцы. Тогда популяция переходит особи: самки с яйцами и самцы. В этой к двуполому размножению, дающему части Балтийского моря, по сравнению покоящиеся яйца с плотной защитной с исходным ареалом обитания и даже с оболочкой. Они должны опуститься на другими районами Балтики, зафиксиро- дно водоёма, перезимовать, и весной при ваны более ранний переход церкопагиса к повышении температуры из них выйдет двуполому размножению, увеличение его новое поколение. Такая стратегия спо- продолжительности и, в целом, рост доли собствует генетическому разнообразию, полового поколения. Она в Юго-Восточ- поскольку набор генетического матери- ной Балтике составляла до 42%. В других ала отличается от родительских особей. регионах, например в Финском заливе, Покоящиеся яйца, способные переждать по данным коллег из Зоологического ин- неблагоприятные условия среды, поддер- ститута, доля двуполого поколения была живают устойчивость популяции в водо- и того выше — до 80%. ёме и повышают вероятность выживания в разнообразных условиях, поскольку В Каспийском море самки церкопагиса все особи содержат разный набор генов дают обычно одно покоящееся яйцо, ред- ко два. В Балтийском море все исследо- ватели отмечали увеличение доли самок с «Наука и жизнь» № 5, 2022. 29

двумя покоящимися яйцами вместо одно- промилле. Видимо, для акарции важнее го, а в некоторые годы попадались самки всего температура, а не солёность воды. даже с тремя яйцами. Образуется много Особенно много этих рачков в прибреж- покоящихся яиц — они накапливаются ной зоне моря и в мелководных лагунах, на дне. В целом, стратегия размножения которые летом быстро прогреваются. Так, C. pengoi в условиях Балтийского моря на- в Вислинском заливе начиная с 2000-х правлена на удлинение периода двуполого годов увеличивается численность это- размножения и увеличение количества го вида и его доля в зоопланктоне. Это покоящихся яиц. связано, вероятно, с тем, что темпера- тура воды в Юго-Восточной Балтике за Следующий пришелец из Каспий- последние десятилетия растёт. Посколь- ского моря — кладоцера Evadne anonyx. ку считается, что вид изначально обитал в Она была впервые отмечена в Финском тепловодных регионах Мирового океана заливе в 1998 году, а в Юго-Восточной и для его размножения оптимален диапа- Балтике — в 2006-м, в последние годы зон температур 20—25°С, то потепление встречается регулярно. Популяция этого Балтийского моря может быть для этого вида здесь состояла из молодых особей вида выгодно. и партеногенетических самок с эмбри- онами, самцы редки. У каждой самки Рачок акарция размножается половым насчитывалось от 5 до 22 эмбрионов. Эти путём. Из оплодотворённых яиц при оп- показатели сопоставимы с данными из тимальной температуре воды (для этого Каспия, где в среднем зародышей было вида 25°C) примерно через 48 часов вы- около 9, а максимально — 19. В северо- лупляются личинки — науплии. Если вода восточной части Балтики плодовитость холодная, яйца, как правило, опускаются партеногенетических самок ниже — от 1 на дно и впадают в диапаузу — спячку. до 8 эмбрионов, и в этой части Балтики Когда температура воды поднимается отмечали самок с одним-двумя покоящи- выше 10°С, они всплывают и развиваются мися яйцами. последовательно до взрослого рачка. В целом, по нашим и другим матери- В популяции из Юго-Восточной Балтики алам о структуре популяции этого вида, и Вислинского залива встречаются моло- основной тип стратегии размножения в дые стадии, самки и самцы данного вида. Балтике — партеногенез, доля полового Нашли самку, из которой выходили яйца. поколения низкая. Но то, что особи это- Значит, вид здесь размножается. Веро- го вида встречаются в последние годы ятно, успех размножения и расселения в акватории Юго-Восточной Балтики A. tonsa в Юго-Восточной Балтике связан регулярно, говорит и о наличии здесь с тем, что яйца этого вида при слишком двуполого размножения. Однако нерегу- низкой температуре воды приостанав- лярность сбора проб пока не позволяет ливают своё развитие. И потепление вод нам отследить переход к двуполому этой части Балтийского моря — благо- размножению, которое, вероятно, идёт приятный фактор для акарции. Сейчас каждый год недолго. можно заключить, что вид, обитающий здесь уже более 90 лет, сформировал Веслоногий рачок Acartia tonsa регуляр- устойчивую самовоспроизводящуюся но встречается в зоопланктоне Балтики, популяцию. преимущественно в летний период, а больше всего во второй половине лета, Подведём итоги: Acartia tonsa, когда вода хорошо прогрета. Вид может Cercopagis pengoi и Evadne anonyx смог- обитать в очень широком диапазоне ли вселиться, размножиться и образовать солёности 1—38 промилле (солёность устойчивые популяции в акватории Бал- моря обычно меряют в промилле — это тийского моря. Во многом им помогли количество соли в граммах, растворён- «укорениться» удачные особенности ное в 1 кг морской воды). В прибрежных размножения и способность переживать водах Гданьского залива вид встречался неблагоприятные условия в виде покоя- при солёности 4,6—5,8 промилле, в во- щихся стадий. И, конечно, ненамеренная дах Нидерландов при солёности 2—20 помощь человека. 30 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Вести из лабораторий Органические аэрозоли оказывает эмиссия океана. в атмосфере Арктики Значительны и вторичные биогенные выбросы**. Они Аэрозоли — взвешен- ский Центр Гельмгольца) и изменяют свойства ядер ные твёрдые части- других стран исследовала, конденсации облаков и цы — всегда присутству- как меняется содержание способствуют образованию ют в атмосфере. Помимо органического аэрозоля в кристаллов льда. Зимой неорганических веществ арктической атмосфере, в границы циркумполярного (сульфатов, нитратов, ам- том числе в зависимости вихря спускаются на более мония, хлоридов, кальция, от сезона. Климатологию низкие широты и в Арктику чёрного углерода, тяжёлых органического аэрозоля могут проникать воздуш- металлов) аэрозоли содер- впервые изучали длитель- ные массы с континен- жат органическую фрак- ное время — в течение та, таким образом регион цию, которая включает час- нескольких лет — одно- оказывается под мощным тицы, образовавшиеся при временно на восьми по- антропогенным воздей- лесных пожарах, продукты лярных станциях. На этих ствием, в основном вы- горения природных топлив, станциях, в числе которых бросов, образующихся при пыльцу и споры растений, российская Гидрометеоро- сжигании углеводородов продукты органического логическая обсерватория (газовые факелы, транс- распада. Органические «Тикси» (побережье Кар- порт, городские эмиссии) аэрозоли могут быть при- ского моря) и Ледовая база в результате переноса на родного происхождения и «Мыс Баранова» (Северная большие расстояния. Так, антропогенного. Аэрозо- Земля), одновременно от- антропогенный фактор ли участвуют в процессах бирали пробы аэрозолей, сильнее всего влияет на рассеивания солнечного а затем проводили хими- содержание органических излучения и образования ческий анализ содержания аэрозолей Арктики в холод- облаков, тем самым они органической фракции. ный период года. способствуют охлаждению атмосферы и влияют на Большое количество по- Исследователи утверж- климат. лярных станций и длитель- дают, что полученное все- ный период наблюдения стороннее представление Международная груп- позволили усреднить ре- о сезонном содержании па учёных из России зультаты измерений, об- арктического органиче- (НИИ ядерной физики наружить общий тренд по- ского аэрозоля поможет и м .  Д .  В .  С к о б е л ь ц ы н а лярного аэрозоля в целом и создать модели, с помо- МГУ), Швейцарии (Институт выявить годовые циклы со- щью которых предполагают Пауля Шеррера), Италии держания его органической количественно оценить (Университет Флоренции), фракции. Сезонный тренд воздействие антропоген- Норвегии (Норвежский ин- определяется особеннос- ных и природных выбросов ститут исследования воз- тью циркуляции атмосферы на климат Арктики. духа), Германии (Мюнхен- региона. Летом циркумпо- лярный вихрь* блокирует Работу вели в рамках __________ проникновение воздушных программы по арктиче- масс с более низких ши- скому мониторингу (Arctic * Циркумполярный вихрь, рот так, что концентрация Monitoring and Assessment или просто полярный вихрь, — аэрозольных компонен- Programme — AMAP). Ре- это большая область холодного тов оказывается низкой. зультаты исследования вращающегося воздуха, кото- Поэтому в летнее время опубликованы в журнале рая окружает обе полярные преобладают естественные «Nature Geoscience». области Земли. выбросы локальных источ- ников, наибольшее влияние По информации ** К биогенным выбросам пресс-службы МГУ относится, например, изопрен им. М. В. Ломоносова. (чCее5Hо8р) г—анпирчееосбклоаедсаоюещдиенеелнеитуе-, выделяемое растительностью. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 31

Нейтронная томография и масс-спектрометрия «творят» историю Летом 2018 года экспедиция Института рики и квадратные «фишки», возможно, археологии РАН (ИА РАН) под руковод- предназначенные для настольных игр, ством члена-корреспондента РАН Петра примитивные игрушки из щепы. Одна из Григорьевича Гайдукова (руководитель от- замечательных находок — вдувная трубка ряда Олег Михайлович Олейников) начала волынки. Это вторая подобная находка на раскопки в Великом Новгороде на улице территории средневековой Руси. Знаменская. В небольшом по размеру раскопе (около 140 м2) археологи нашли Этот район Новгорода, согласно про- участок древней улицы и остатки четырёх ведённым исследованиям, был застроен средневековых усадеб. В культурном слое усадьбами в XII веке. В 1215 году в резуль- глубиной до шести метров они собрали тате неурожая в Новгороде начался голод. большое количество артефактов. Среди Тяжёлая ситуация в городе усугубилась 6000 индивидуальных находок была золо- противостоянием новгородцев с суздаль- тая подвеска с эмалевой вставкой. скими князьями. За голодом последовал страшный мор. В дальнейшем борьба Подвеску тщательно исследовали при князей, побоища, мятежи, новые неурожаи участии сотрудников Казанского (При- и общий упадок экономической жизни волжского) федерального университета, вследствие нашествия монголо-татар Национального исследовательского цен- на Русь сказались на уровне жизни нов- тра «Курчатовский институт» и Федераль- городцев. В XIII веке территория, сейчас ного научно-исследовательского центра исследуемая археологами, пришла в за- «Кристаллография и фотоника» РАН и пустение, и лишь начиная с XIV века жители получили неожиданные результаты. вернулись к хозяйственной деятельности, разделив землю под новые усадьбы. ВЗнаменском раскопе на Торговой сто- роне древний культурный слой обра- Украшение, вызвавшее особый ин- зовался за несколько сотен лет: его нижняя терес археологов, найдено в остатках часть датирована первой четвертью XI жилого дома в Знаменском раскопе. Он века, а верхняя — концом XV — началом был сложен из толстых сосновых брёвен, XVI века. Находки в выявленных владениях дендрохронологический анализ* которых позволили археологам сделать вывод о позволил установить, что произошло это в высоком социальном статусе их обитате- начале 1210-х годов. Дом стал последним лей, имевших, судя по всему, отношение построенным на участке перед тем, как тот к торговле и управлению городом. Было был заброшен. обнаружено большое количество древне- русских и византийских печатей и торговых Подвеска изготовлена в форме квадри- пломб, монеты, украшения, западноевро- фолия. Термин «квадрифолий» происходит пейские зеркала в деревянных футлярах, от латинского слова quadrifolium — че- предметы личного благочестия (нательные тырёхлистник. Выглядит квадрифолий как кресты и пр.), боевой топор на резной де- цветок с четырьмя симметричными лепест- ревянной ручке и две берестяные грамоты, ками, на который наложен квадрат. Этот а также фрагменты керамической посуды декоративный мотив был весьма популярен и импортных стеклянных изделий. в средневековом европейском искусстве — от архитектуры и скульптуры до книжной Помимо бытовых и ремесленных пред- метов археологи нашли разнообразные __________ свидетельства детского и взрослого досуга: игральную клюшку, набитый * Дендрохронологический метод датирова- мхом кожаный мячик, керамические ша- ния основан на исследованиях годичных колец древесины. Различная скорость роста деревьев в разные сезоны оставляет след в рисунке на поперечном распиле ствола, включая ширину кольца, плотность, цвет. 32 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Наука. Вести из лабораторий миниатюры и ювелирного дела. В составе Великий Новгород. Работы на Знамен- южнорусских кладов находили подвески и ском раскопе. В XII веке в этом районе рясна (украшения для женских головных были построены четыре городские усадь- уборов) в форме квадрифолиев. бы, которые их хозяева огородили часто- колом. Остатки забора сохранились во Новгородская подвеска состоит из лице- влажной новгородской земле. вой и оборотной пластин, которые мастер соединил пайкой. В центр композиции оборудование мастеров, занимавшихся он поместил круглую эмалевую вставку диаметром 1 см, обрамив её рядом час- тиснением, не было слишком сложным тых мелких вдавлений. Этот ряд создаёт впечатление филиграни — напаянного или громоздким. Учёным также удалось узора из золотой проволоки. Такой же «поясок» сделан и по всему внешнему реконструировать и сам процесс тисне- краю украшения. А поверхность подвески заполнена выпуклым декором из цветков, ния: мастер наносил удары молотком по которые соединены друг с другом стеб- лем. По словам археологов, вероятно, она листу золота или серебра через свинцовую была частью богатого парадного убора, поэтому для подвешивания украшения к прокладку. Одна такая прокладка извест- нему приделали петельчатое ушко. на из раскопок в Вышгороде, а наборы и Тиснение — рельефная обработка, при которой на металлической пластине отдельные экземпляры матриц археологи отпечатывали (оттискивали) рисунок с использованием матрицы. На Руси этот находили при раскопках как в городах ювелирный приём начал распространять- ся в середине X века под воздействием Древней Руси, так и в погребениях. ювелирной культуры Византии. Он по- степенно вытеснил ручную чеканку, по- Именно тиснением на матрице выполнен скольку был более быстрым и массовым способом создания рельефа. Кроме того, декор на лицевой пластине подвески. Как отмечают специалисты, сочетание эма- левого медальона с тиснёным рисунком делает подвеску уникальным произведе- нием ювелирного искусства. Аналогий у неё нет ни в византийских материалах, ни в древнерусских. Для того чтобы узнать, как и из чего именно была изготовлена уникальная подвеска, пришлось провести междисцип-  линарное исследование. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 33

Для понимания внутреннего строения подвески учёные обратились к нейтронной томографии. Этот метод позволяет полу- чать трёхмерные изображения объектов путём просвечивания потоком нейтронов с разных сторон и последующей компью- терной обработки. Золотая подвеска, как оказалось, состоит из пяти элементов: оборотной и лицевой пластин, петельчатого ушка, подложки под эмалевую вставку и рамки вставки. Под самой вставкой иссле- дование выявило небольшое скопление рыхлого вещества — предположительно, Эмалевая вставка крупным планом. это случайно забившийся грунт. Изучение методами растровой электрон- ной микроскопии с энергодисперсионным сделать выводы относительно материала рентгеновским микроанализом (РЭМ/ЭРМ) подвески. Все металлические элементы и масс-спектрометрии с индуктивно-свя- украшения сделаны из золота в одно занной плазмой с пробоотбором методом время — на это указывает практически лазерной абляции (МС-ИСП-ЛА) позволило одинаковое содержание в них этого метал- ла. А изучив состав микропримесей, исследователи предположили, что золото происхо- дит из россыпного месторождения и ювелир не добав- лял в него других металлов. Особое внима- ние было уделено медальону в центре подвески: на золо- 0 2 см Подвеска с эмалевой вставкой той круглой под- ложке три цветных из Великого Новгорода. кольца обрамляют Внизу: трёхмерная модель под- трилистник. Укра- вески с разделёнными деталями. шение сделано в технике перего- родчатой эмали: 5 мм рисунок намечен Источник: НИЦ «Курчатовский институт» золотыми перего- родками, припаян- ными к подложке, а пространство меж- ду ними заполнено эмалями разных цветов. Технология изготовления пере- городчатых эмалей проста: ячейки или желобки между пе- 34 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

регородками заполняются смоченным во- Ольги Румянцевой, научного сотрудника дой стекловидным порошком, затем мас- отдела археологии эпохи Великого пе- тер производит обжиг. От его професси- реселения народов и раннего Средневе- онализма зависит сложность композиции ковья ИА РАН, такая технология активно и её финальное качество. Для придания использовалась в эмальерном средневе- цвета эмали мастера использовали соли ковом производстве в Западной Европе, различных металлов: например, для синего например в лиможских эмалях. Мозаики цвета — соли кобальта, а для зелёного — собирали в разрушенных зданиях, очищали соли меди. В медальоне новгородской под- от поверхностных загрязнений, перети- вески центральный трилистник выполнен рали в мелкий порошок, добавляли в него красной эмалью, кольца — белой, синей и воду. Полученную смесь накладывали на снова красной эмалью, треугольник меж- металлическую поверхность, просушивали ду синим и красным кольцами заполнен и обжигали в специальных печах при тем- эмалью бирюзового цвета. Состав этих пературе, при которой порошок расплав- эмалей тоже подвергли анализу — мето- лялся, а металл — нет. дами РЭМ/ЭРМ и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной Методы изготовления украшений из плазмой (АЭС-ИСП-ЛА). стекловидного порошка и стилистические традиции не менялись на протяжении почти Исследователи получили очень интерес- полутора тысяч лет — от эпохи Римской ные результаты: по химическому составу империи до падения Византии. Поэтому эмали оказались близки древнеримским специалистам трудно определить время и ранневизантийским мозаикам. Авторы и место создания эмалей. Кроме того, на- даже смогли подобрать аналогии среди пример, на панели и оклады икон эмалевые известных образцов. Например, состав украшения укрепляли с расчётом на после- как у белой эмали обнаружен в тессерах* дующее возможное удаление с переносом мозаик несуществующей ныне базилики на новое изделие, что создавало разницу во Сан-Северо в Равенне, построенной в VI времени изготовления изделия и вставок. веке. При раскопках эти мозаики удалось Однако в данном случае медальон квадри- найти, перенести в местный музей, рестав- фолия, как считают археологи, занимает рировать и изучить. своё первоначальное место, поскольку весь декор подвески поддерживает главную Это сходство в составах эмали и смаль- роль в нём трилистника. «Вставка, как и всё ты мозаик не так уж и странно. По словам изделие, была создана или в Византии, или греческими мастерами в одном из русских __________ городов, — предполагает доцент кафедры археологии и всеобщей истории Казанско- * Тессеры — наборные элементы (чаще всего го федерального университета Светлана кубики) из непрозрачной («глушёной») стеклян- Валиулина. — Или же она могла быть вы- ной массы разных цветов, которая называется полнена в одной из мастерских Византии смальтой. Чем меньше модуль-тессера, тем более и привезена на Русь, где украсила золотой реалистичные мозаичные картины могут наби- квадрифолий местной работы. Но в любом рать мастера. А широкая палитра цветов позво- случае была использована импортная, ве- ляла мозаичистам добиваться точной передачи и роятно, византийская эмаль». тонких переходов оттенков в готовом изделии. Автор благодарит за помощь в создании материала руководителя Новгородской экспедиции Петра Григорьевича Гайдуко- ва и пресс-службу Института археологии Российской академии наук. Юлли УЛЁТОВА. Фото пресс-службы Института археологии РАН. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 35

 Самым оригинальным Фото: Simone/Wikimedia Commons/CC-BY 3.0 зданием автозавода счи- ся отель, концертный зал, жилась легенда, по которой тается первый крупный торговые площадки, боль- в глубине грота площадью завод итальянской фир- шой кинотеатр и факультет 15 000 м2 в каменном крес- мы FIAT, построенный в автостроения Туринского ле за каменным столом пригороде Турина в 1923 политехнического универ- сидит император Фридрих году. На крыше здания ситета. Трассу на крыше Барбаросса (1122—1190), устроена кольцевая трас- сохраняют как музей. ожидая воссоединения са длиной в километр для всех германских земель. испытаний сходящих с  В декабре 1865 года гор- Сейчас пещера прини- конвейера машин (при- мает сотни экскурсантов ведённый здесь снимок няки, добывавшие сланец каждый день, для них про- сделан в 1928 году). К 1982 на юге Германии, наткну- ложены тропы, проведено году завод устарел и про- лись на обширную пещеру освещение. изводство перенесли в в слоях гипса. Уже через другое место, а здание мо- полгода её обустроили и  Растение, показан- дернизировали, превратив превратили в туристиче- во многофункциональный ский объект. Вскоре сло- ное на снимке справа, центр. Здесь располагают- 2 Фото: Denkmalfotograf/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0 36 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

Фото: Ksenia Banes Фото: Ralf-André Lettau/Wikimedia Commons/CC 0 местные жители в Мексике то получите около 6000 1100 м. На камне постро- и на юге США называют результатов. Запрос о ена небольшая пагода, а «карандашным кактусом» юрском периоде приносит сам камень покрыт тонки- за множество тонких ве- около четырёх миллионов ми листочками позолоты, точек, действительно по- ссылок. Неужели юрский приносимыми многочис- хожих на карандаши. На период, длившийся 56 ленными паломниками. самом деле это не кактус, миллионов лет, был го- Хотя Мьянма — сейсми- а молочай, причём его раздо более богат собы- чески активная страна, а млечный сок очень ядо- тиями и привлёк больше камень с пагодой нависает вит. На концах некоторых внимания геологов и па- над пропастью, пока, во веточек располагаются леонтологов, чем мело- всяком случае, это чудо цветки диаметром до 7 мм вой, продолжавшийся 79 природы не обрушилось. и столь же мелкие лис- миллионов лет? Нет, дело точки. Распространён и в просто в том, что один из  Побит рекорд количест- Африке, где многие пле- этих периодов послужил мена используют его как местом действия для из- ва ног у многоножки — 750, лекарственное растение вестного сериала, а затем о котором журнал «Наука «от всего», от насморка и компьютерных игр, и и жизнь» сообщил ранее до рака. В Бразилии пы- научные сведения о нём в (№ 1, 2022 г., с. 70). Глу- тались получать из сока интернете будет нелегко боко под землёй на западе «карандашного кактуса» отсеять от развлекатель- Австралии нашли экземп- каучук, но идея не оправ- ных. ляр с 1306 ногами. Черве- далась. образное животное имеет  Одна из главных до- в длину 10 см, а в толщину  Если вам надо узнать всего 1 мм. стопримечательностей что-то о меловом периоде Мьянмы — позолочен-  Средний швед выбра- и вы обратитесь к поиско- ный гранитный камень на вой системе интернета, вершине горы высотой сывает за год около 8 кг очерствевшего или за- плесневевшего хлеба. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 37

О маятниках, скакалках и климатических моделях Кандидат физико-математических наук Константин ЮШКОВ. В научном мире давно сложилось пред- вернуть её в положение равновесия, про- ставление, что моделирование климата порциональна отклонению от положения Земли — проблема физики и нелинейной равновесия. Иными словами, чем больше динамики. Несомненным признанием этого мы натягиваем струну, тем большую силу факта стало и присуждение Нобелевской надо приложить и тем громче она будет премии по физике в 2021 году «за физи- звучать, но нота, на которой она звучит, ческое моделирование климата Земли, останется постоянной. Другое важное количественную оценку изменчивости и свойство всех линейных систем — принцип надёжное прогнозирование глобального суперпозиции: если в такой системе воз- потепления» («for the physical modelling of будить несколько колебаний на различных Earth’s climate, quantifying variability and частотах, они будут складываться, не влияя reliably predicting global warming») и «за друг на друга. открытие взаимодействия беспорядка и колебаний в физических системах от атом- Под действием периодической внешней ного до планетарного масштабов» («for силы (такие колебания называются вынуж- the discovery of the interplay of disorder and денными) линейная система совершает fluctuations in physical systems from atomic колебания на частоте воздействия, а не to planetary scales»)*. на собственной частоте колебаний, а вот амплитуда колебаний будет тем больше, В третьем номере журнала «Наука и чем ближе частота действия силы к соб- жизнь» за 2022 год опубликована статья ственной частоте колебаний системы. Это доктора географических наук Б. Г. Шерс- и есть классический резонанс. Для вынуж- тюкова «Почему изменяется климат?», денных колебаний можно найти и «фазовую где рассмотрена гипотеза резонансного задержку» — величину, характеризующую воздействия космических факторов на запаздывание колебаний системы отно- климат Земли. Мне бы хотелось проком- сительно действующей силы. На малых ментировать статью с точки зрения основ частотах линейная система колеблется теории колебаний. практически без задержки, на больших частотах колебания происходят с задерж- Классическими колебательными систе- кой на половину периода внешней силы, мами, с которых в физике начинается а в резонансе — с задержкой на четверть знакомство с теорией колебаний, являют- периода. ся маятник, струна или камертон, груз на пружине, электрический контур из катушки В статье «Почему изменяется климат?» индуктивности и конденсатора. Колебания автор пишет: «Собственная частота ма- во всех этих системах сопровождаются ятника определяется только длиной его периодическим преобразованием между нити. Его невозможно раскачать на другой двумя типами энергии — кинетической частоте…». Строго говоря, теория колеба- и потенциальной, а период колебаний ний утверждает обратное. Если на маятник не зависит от величины начального воз- действует периодическая внешняя сила, мущения, то есть смещения состояния то вначале в нём возникнут два независи- системы от состояния покоя (равновесия). мых колебания: на собственной частоте Линейной колебательной системе присуще маятника и на частоте внешней силы. Со следующее свойство: сила, стремящаяся временем собственные колебания затухнут и останутся только вынужденные колебания __________ на частоте внешней силы. Близость частоты внешней силы к собственной, резонансной, * См. «Наука и жизнь» № 11, 2021 г. частоте маятника определяет, насколько 38 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 В дополнение к напечатанному велика будет амплитуда этих вынужденных Потенциальная энергия Рисунок Константина Юшкова колебаний. В качестве примера можно привести приливы и отливы на море. Если 1 представить весь Мировой океан как рас- пределённую колебательную систему, в 2 ней, несомненно, возможны собственные 3 колебания типа волн цунами, но какова бы ни была частота таких колебаний, мы Смещение наблюдаем колебания уровня моря имен- но на частоте периодического внешнего Потенциальная энергия разных колеба- воздействия, связанного с суточным вра- тельных систем: 1 — линейная система, щением Луны и Солнца в земной системе 2 — маятник при больших отклонениях, отсчёта. 3 — гравитационно-взаимодействующая система двух тел. В физике колебаний широко рассматри- вается и другой тип периодического воз- пиально зависит от величины начально- действия на колебательную систему — так го возмущения. Чем большую энергию называемое параметрическое воздействие, сообщить системе в начале, тем больше при котором к системе не прикладывается будет период её колебаний. Это свойство внешняя сила, а периодически меняется ка- всех нелинейных колебательных систем кой-то из параметров системы. Классиче- называется неизохронностью. Степень ский пример параметрического воздей- преобразования кинетической энергии ствия на колебательную систему — качели. в потенциальную в процессе колебаний Когда родители раскачивают малыша на тоже может быть различной и выражена качелях, они периодически прикладывают тем сильнее, чем больше отклонение ор- внешнюю силу, причём делают это на час- биты от круговой. При движении лёгкого тоте колебаний качелей. Это классический искусственного спутника вокруг планеты по резонанс в системе с вынужденными ко- круговой орбите, например, ни его кинети- лебаниями, хотя при большой амплитуде ческая, ни потенциальная энергия вообще качели уже нельзя считать линейной сис- не меняются, поскольку скорость движения темой. А вот когда малыш подрастает, он и радиус орбиты постоянны. Нелинейным учится раскачиваться сам, периодически колебательным системам присущи такие приседая и вставая, но чтобы раскачаться явления, как неустойчивость и хаос. эффективно, нужно делать это два раза за период колебаний. Воздействия на часто- Орбитальный резонанс нескольких тах, кратных удвоенной собственной часто- спутников — пример, когда в нелинейной те колебаний системы, характерны именно колебательной системе свободы может для параметрических резонансов. Сам же устанавливаться стационарный режим с параметрический резонанс, в отличие от кратными частотами, например, с часто- простого резонанса, является пороговым тами 1:2:4 между спутниками Юпитера явлением, то есть сколь угодно малая сила Ганимедом, Европой и Ио или с часто- на резонансной частоте уже не способна тами 2:3 между Плутоном и Нептуном. раскачать колебательную систему. Происходит такой резонанс за счёт того, что при гравитационном взаимодействии А вот несколько гравитационно-взаи- меняются орбиты тел и, соответственно, модействующих тел, например, Солнце и их частоты обращения. А вот о возможных планеты, представляют собой нелинейную драматических последствиях нестабиль- колебательную систему. Сила гравитаци- ного орбитального резонанса написано в онного взаимодействия не увеличивается, а убывает, причём пропорционально квад- рату расстояния между телами. Период колебаний такой системы не является её собственной характеристикой и принци- «Наука и жизнь» № 5, 2022. 39

статье «Бессмертная Миранда» (см. «Наука которой его крутят. Поэтому приведённое и жизнь» № 3, 2022 г., с. 81). в статье рассуждение о гимнастке, враща- ющей обруч, как аналог вращения Солнца Тот или иной тип колебательной системы и планет вокруг общего центра тяжести, можно охарактеризовать зависимостью по- представляется неудачным. Хотя и та и тенциальной энергии от смещения системы другая системы имеют важное сходство — в от равновесного состояния. Для линейной отличие от линейных колебательных систем системы такая зависимость всегда будет у них отсутствует собственная частота ко- параболой, а для нелинейной — будет лебаний, — физически они принципиально отличаться. Например, если для маятника различны, и вращение твёрдого тела (об- учитывать большие угловые отклонения, по- руча) под действием внешней силы нельзя тенциальная энергия будет описываться ко- рассматривать как модель гравитационной синусоидой, которая при малых отклонениях связанной системы. совпадает с параболой. То есть маятник с хо- рошей точностью будет линейной системой и Климат Земли, как и любые сложные фи- иметь постоянную частоту колебаний только зические системы, наверняка относится к при малых отклонениях от равновесия. Из нелинейным системам. Кроме того, такие закона всемирного тяготения следует, что системы имеют много степеней свободы потенциальная энергия двух гравитационно- и, соответственно, много периодов ко- взаимодействующих тел описывается гипер- лебаний. Какие механизмы формируют болой и ни при каких условиях приближённо свойства этой колебательной системы, описываться параболой не будет (см. рис.). должно определяться физической моде- Устойчивые колебания в такой системе воз- лью, включающей как механические, так можны только при определённых начальных и термодинамические параметры. Ведь условиях. Например, если искусственному инерционность всей климатической сис- спутнику сообщить начальную скорость темы относится как к движению масс (на- меньше, чем первая космическая скорость, личию постоянных океанических течений он упадёт. Если начальная скорость будет и устойчивой циркуляции атмосферы), так больше первой, но меньше второй косми- и к теплоёмкости всех составляющих кли- ческой скорости, он выйдет на стационарную матической системы. Исходя из моделей, эллиптическую орбиту, то есть в системе можно делать вывод, являются ли наблюда- установятся устойчивые колебания. А если емые колебания системы собственными, то начальная скорость будет больше, чем есть могут существовать, если «выключить» вторая космическая, он улетит в открытый внешнее периодическое воздействие, или космос и колебания в такой системе снова вынужденными, поддерживаемыми внеш- не установятся. ней силой той или иной природы. Что же касается свободно вращающихся В заключение хотелось бы отметить, систем, таких как обруч, волчок или колесо, что вся современная физика построена они к колебательным системам вообще не на моделях — упрощённых и зачастую аб- относятся, хотя и совершают, казалось бы, страктных описаниях реальных физичес- периодические движения. Чем большую ких систем, позволяющих формализовать начальную кинетическую энергию сооб- определённую задачу на языке матема- щить волчку, тем быстрее он вращается, тики и получить её решение. Знакомство причём эта энергия в потенциальную не с теорией колебаний начинается с прос- преобразуется вообще. Вращение же об- той модели — математического маятни- руча (а также скакалок и других подобных ка — идеального недеформируемого тела, гимнастических снарядов) само по себе подвешенного за одну точку в однородном нельзя рассматривать как свободное, пото- поле тяготения. Чем сложнее модель, тем му что оно поддерживается периодическим разнообразнее описываемое ей поведение возмущением. Сами обруч и скакалка, как физической системы. Остаётся пожелать, и волчок, собственной частоты вращения чтобы предложенная модель резонансного не имеют и в резонанс входить с гимнас- воздействия на колебательные климати- том не могут, а частота вращения снаряда ческие системы принесла свои плоды в всегда определяется лишь частотой, с науках о Земле. 40 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Грозные силы природы Катастрофические природные пожары 2021 года: случайная аномалия или новая норма? Леонид ЮРГАНОВ, Университет Мэриленда (Балтимор, США). Леса принято называть «лёгкими пла- при высокой температуре почвенная орга- неты»: в процессе фотосинтеза они ника может разлагаться до метана (СН4), поглощают из атмосферы углекислый газ второго по важности парникового газа (СО2, или двуокись углерода) и выделяют после СО2. кислород. Молодой, растущий лес активно переводит атмосферный углекислый газ в По существующим данным*, при горении древесину. С увеличением возраста дере- бореальных лесов (то есть лесов умеренных ва этот эффект уменьшается и постепенно и холодных широт) на один килограмм СО2 сходит на нет. Дерево умирает, становится выделяется 85 г СО и около 4 г метана. При пищей для бактерий, и бактерии возвраща- торфяных пожарах выделяется 123 г СО и ют СО2 в атмосферу. Таёжные пожары Се- около 12 г метана на килограмм СО2. Одна- верного полушария считаются обычным и ко нужно учитывать, что тепловой эффект, даже положительным явлением, ведь огонь создаваемый СН4 для временнóго мас- освобождает леса от старых деревьев и штаба 20 лет, в 72 раза выше, чем эффект даёт возможность развиваться молодняку такого же количества углекислого газа**. и поглощать СО2. Выделяемые пожара- Поэтому выброшенные 4 г и 12 г СН4 экви- ми парниковые газы, в первую очередь валентны выбросу 288 г и 864 г СО2 для лес- углекислый газ, таким образом, — часть ных и торфяных пожаров, соответственно. естественного глобального углеродного Мы видим, что парниковый эффект метана, цикла. образовавшегося при горении торфа, прак- тически такой же, как и для СО2. Сказанное, однако, справедливо только в условиях устойчивого климата. Под воз- Оценка количества парниковых газов, действием деятельности человека климат выделяемых природными пожарами, в меняется, например, растёт температура, особенности в Сибири с её просторами что приводит к росту интенсивности и ко- и крайне редкой сетью наблюдений, не личества засух, способствующих пожарам. столь проста. Можно идти двумя путями. В Вклад природных пожаров в углеродный первом случае площадь сгоревших лесов баланс может расти. Двуокись углерода определяют по спутниковым наблюдениям и другие продукты горения добавляются к в видимой и ближней ИК-областях спектра. антропогенному СО2 и усиливают рост тем- Количество органического углерода в сго- пературы. Это называется «положительной ревшей биомассе на данной территории обратной связью». можно оценить по имеющимся, хотя и ред- ким, сетевым наблюдениям. Количество В последние годы таёжные леса России газообразных продуктов горения в расчёте (а также США и Канады) горят на огромных на килограмм сухой биомассы зависит площадях, и эти площади всё увеличива- от типа пожара — верхового, низового, ются. И тут встаёт вопрос, сколько же они выделяют парниковых газов в атмосферу? __________ Углекислый газ — результат полного сго- рания углерода. В условиях недостатка * Andreae M. O., Perlet P. Emission of trace кислорода, например при горении торфа, gases and aerosols from biomass burning // Global существенная часть торфяной органики Biogeochem. Cycles, 15 (4), 955—966, 2001. окисляется до моноксида углерода (СО), в просторечии — угарного газа. Кроме того, ** IPCC, 2014: Climate Change 2014: Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R. K. Pachauri and L. A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 41

170 Рис. 1. Средне- месячная кон- 160 центрация СО в августе 2020 и 150 в августе 2021 140 годов на высотах 5 км в ppb (цве- 130 товая шкала). Южная граница 120 карты соответ- ствует 30° с. ш. 110 Синий цвет (80— 90 ppb) отвеча- 100 ет фоновой кон- центрации (при 90 о т с у т с т в и и пожаров и/или 80 удалённости от них). В 2021 году 70 торфяного и т. п. Для простоты методики также искажают данные о концентрации такого рода называются «bottom-up» (снизу выброшенных газов. Поэтому комбина- вверх). Такой путь расчётов выбрала науч- ция этих двух независимых подходов для ная группа Амстердамского свободного исследования эмиссий парниковых газов университета (Vrije Universiteit Amsterdam, представляется наиболее надёжным источ- Нидерланды) под руководством доктора ником информации такого рода. Гвидо ван дер Верфа (Guido van der Werf). В этой статье использованы данные Другой путь оценки величины эмиссии измерений оксида углерода СО с помо- парниковых газов основан на измерениях щью орбитального спектрометра AIRS их концентраций в атмосфере: наземных, (Atmospheric Infrared Sounder) на спутнике самолётных или спутниковых. Принято Aqua, запущенном NASA в 2002 году. Это называть эти методики «top-down» (сверху один из наиболее длительных рядов наблю- вниз). Преимущество спутниковых измере- дений за атмосферой на сегодняшний день. ний концентраций перед остальными — гло- Программы обработки его спектральных бальный охват. Спутниковые спектрометры данных с целью измерения температуры, измеряют спектры излучения поверхности влажности, облачности и других параметров Земли в средней ИК-области или отра- на разных высотах в тропосфере созданы в жённого солнечного излучения в ближней Центре космических полётов им. Годдарда, ИК-области. Для пересчёта спектроскопи- США (NASA, Earth Observation Data). Эти ческих данных в концентрации газов, а за- программы постоянно совершенствуются, тем в скорости эмиссии разрабатываются последняя версия — уже седьмая по счёту. специальные программы. Основной недо- Данные обработки, включая вертикальные статок спутниковых методов — невысокая профили концентраций метана и СО, до- точность. Недостаточная чувствительность ступны исследователям всех стран мира спектральных измерений для нижних слоёв для анализа. атмосферы требует внесения поправок на основе сравнения с данными более точных Чем отличаются спутниковые изме- наземных спектрометров. Кроме того, рения СО от таких же измерений СО2 в облачность и дым от пожаров (аэрозоль) случае пожаров? Для оценки количества 42 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

основные пожары 170 горели в Якутии 160 и Красноярском 150 крае. Кроме того, 140 горели леса в Ка- 130 наде и США. Про- 120 дукты горения 110 (СО, СО2 , СН4 , 100 дым) заполнили 90 большую часть 80 полушария до 70 Северного полю- са. Рисунок по данным NASA Earth Observation Data (https:// earthdata. nasa.gov/earth- observation-data). выброшенных пожарами парниковых газов рация СО, то есть вне зоны влияния пожара, важна не просто концентрация сама по составила ~90 ppb (синий цвет на рис. 1). себе, а её изменение, вызванное пожаром. Получается, пожары повысили атмо- Например, катастрофические пожары в сферную концентрацию СО на 70—80 ppb, Индонезии в 2015 году привели к увели- что в 25—30 раз меньше, чем характерное чению средней концентрации СО2 во всей для пожаров изменение СО2 — 2000 ppb. толще атмосферы на 2 ppm (2000 ppb)* Однако по отношению к фону это составля- при фоновой концентрации (вне зоны ет 70—80%, то есть в 150 раз больше, чем пожаров) ~400 ppm**. Эффект пожаров, для СО2, и такая величина вполне может таким образом, составляет всего 0,5%. Эта быть измерена прибором AIRS, точность величина находится на пределе точности которого около 10%. Этот факт открывает самых совершенных спутниковых прибо- путь для проверки (валидации) оценок ров. Аналогичные по мощности пожары в эмиссии СО от пожаров, полученных груп- Якутии привели к росту концентрации CO пой ван дер Верфа. В частности, очень до 160—170 ppb (рис. 1). Фоновая концент- важен вопрос, растут ли с годами выбросы парниковых газов пожарами. __________ Нужно различать изменение концент- *  H� e��y�m�a�n�  �J .�,��R�e�u��t e��r  �M��. ,��B�u��c�h�w�i�t�z� M��.�,  рации газа и скорость его эмиссии, то Schneising O., Bovensmann H., Burrows J. P., есть количество газа, выброшенного за Massart S., Kaiser J. W., Crisp D. fCroOm2 emission of единицу времени. Пересчёт атмосферной Indonesian fires in 2015 estimated satellite-de- концентрации газа в его эмиссию от пожа- Rrivees.�d �L��a�et�tm�t�.o,��4s�p4�,h��1e�5r�i3�c7�C—��O1�2�5c�4o�4n�,c2�e0�n1�t7�ra.� tions // Geophys. ров — отдельная непростая задача. 17 лет ** Здесь и далее ppm и ppb — единицы изме- назад были опубликованы результаты ис- рения относительной концентрации в частях следований международной группы учёных на миллион и на миллиард по объёму, соответ-  из Японии, России, Бельгии, США, Герма- ственно; 1 ppm = 1000 ppb. нии, Швеции и Канады по эмиссии СО от *** Yurganov L. et al., Increased Northern катастрофических пожаров 2002 и 2003 Hemispheric carbon monoxide burden in the tropo- годов с использованием так называемой sphere in 2002 and 2003 detected from the ground резервуарной модели (box model)***. Ано- and from space, Atmos. Chem. Phys., 5, 563—573, doi:10.5194/acp-5-563-2005, 2005. «Наука и жизнь» № 5, 2022. 43

Рис. 2. Количество СО, выброшенное пожарами умеренных и высоких широт Северного полушария в миллионах тонн за месяц. Пики каждого года соответствуют июлю или августу. Оценки, сделанные двумя независимыми методами, хорошо согласуют- ся. Выбросы СО в 2021 году были беспрецедентно высокими. Данные для спутника (красные кружки на рисунке) получены методом, описанным в статье: Yurganov L. et al. Increased Northern Hemispheric carbon monoxide burden in the troposphere in 2002 and 2003 detected from the ground and from space // Atmos. Chem. Phys., 5, 563—573, doi:10.5194/acp-5-563-2005, 2005, и по данным GFED (голубые треугольники). мально высокие концентрации СО летом результаты для СО (рис. 2) сравниваются 2021 года побудили нашу исследователь- с оценками, сделанными научной группой скую группу вернуться к той методике и доктора Гвидо ван дер Верфа (GFED, повторить расчёт, используя новые изме- Global Fire Emissions Database, van der Werf рения. Суть резервуарной модели в том, et al., 2017 — Глобальная база данных о что изменение общего количества газа выбросах от пожаров). Наблюдается пре- за месяц в резервуаре (в данном случае красное совпадение результатов этих двух это вся атмосфера к северу от 30° с. ш. до независимых подходов для СО. Оба источ- полюса) слагается из эмиссии (со знаком ника данных говорят о беспрецедентно плюс) за тот же месяц и количества газа, высоких эмиссиях СО от пожаров в 2021 которое тем или иным способом удаляет- году в умеренных широтах Северного ся из резервуара (со знаком минус). СО полушария по сравнению с предыдущими удаляется из данного резервуара двумя годами (рис. 1 и 2). Разумно предполо- путями: через реакцию с гидроксилом жить, что и данные GFED для парниковых ОН и переносом ветрами в более южные газов СО2 и СН4 также верны. широты. Гидроксил — тропосферное короткоживущее химически активное На рис. 3а видно, каким образом меня- соединение (радикал), возникающее в лись выбросы СО2 и СН4 от всех видов при- ходе фотохимических реакций с участием родных пожаров, включая лесные, торфя- водяного пара и озона. Оба этих про- ные и степные, по расчётам группы ван дер цесса самоочищения имеют временной Верфа в годовом исчислении за последние масштаб, измеряемый месяцами. Общее 25 лет. Период катастрофических сибир- количество газа в столбе воздуха, изме- ских пожаров 1998, 2002 и 2003 годов ряемое спутниковым прибором, легко пересчитывается в общее количество газа __________ во всём резервуаре. Наши спутниковые * EDGAR — Emissions Database for Global Atmospheric Research, https://edgar.jrc.ec.europa.eu 44 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

сменился периодом плавно- а CO2 го роста эмиссий 2004—2020 CH4 годов. По сравнению со «спо- 2500 койным» 2005 годом выбросы 2000 как метана, так и углекислого газа выросли более чем в два раза. Новый рекорд поставил 1500 2021 год: рост выбросов обоих газов по сравнению с 21000 15 тем же 2005 годом превысил 2, % 4 раза. 500 10 Подробное обсуждение 45 причин усиления природ- ных пожаров выходит за рамки этой статьи. Можно 0 2000 2005 2010 2015 2020 0 отметить, тем не менее, что 1995 наиболее очевидная причи- Рис. 3. (а) Изменения от года к году количества выбро- на роста эмиссии парнико- вых газов от пожаров — из- шенного пожарами СО2 и СН4. Чёрные линии — линей- менение климата, в первую ная интерполяция методом наименьших квадратов. очередь, повышение тем- (б) Процентная доля выбросов СО2 в России по отно- пературы и усиление засух. шению к общим выбросам СО2 в умеренных и высоких Выброс СО2 от пожаров в широтах Северного полушария. Оба рисунка построены умеренных широтах Север- по данным GFED. ного полушария достиг в 2021 году 2,5 млрд тонн в год б 80 (включая 1,3 млрд т в Рос- сии), что более чем в 3 раза 70 превысило эмиссию в отно- 60 сительно спокойном 2005 году. Как это соотносится с 50 антропогенным выбросом данного газа? В результате 40 сжигания углеводородных 30 топлив в 2021 году к северу от 30° с. ш. было выбро- 20 шено в атмосферу около 21 млрд т СО2 (доля России 10 2000 2005 2010 2015 2020 2025 в них составила 1,6 млрд т)*. 0 Таким образом, выбросы 1995 от пожаров достигли 12% антропогенных выбросов во всём этом районе и 80% — в России. Вклад российских лесов в общий в обозримом будущем. Однако плавный выброс СО2 от пожаров в умеренных и тренд увеличения выбросов, наблюдав- высоких широтах Северного полушария шийся в 2005—2020 годах, скорее всего, составил в среднем 60%, в отдельные продолжится. При этом следует учесть, что годы превысил 70% и не бывал менее удаление СО2 из глобальной атмосферы — 40% (рис. 3б). процесс исключительно медленный, зани- мающий сотни и тысячи лет. Выброшенный Что же дальше? Разумеется, не исключён в 2021 году углекислый газ так и останется вариант, что рекордный выброс СО2 и мета- в атмосфере на долгие годы и окажет вли- на пожарами окажется непревзойдённым яние на повышение средней температуры «Наука и жизнь» № 5, 2022. 45

болота и пр. Время жиз- ни метана в атмосфере 7 около 10 лет. Половина 9 метана, выброшенного 6 8 пожарами в 2021 году, превратится в СО2 к 2031 7 году. Однако на отрезке 54 4 6 10 лет его влияние на 4 5 глобальную температуру может быть заметным. 4 Торфяные пожары 3 3 выделяют в три раза больше метана на то же 2 количество сгоревшей 2 1 биомассы, чем обыч- ный лесной пожар. Об- 1 наружение торфяного 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 пожара по снимкам со спутника — весьма труд- Рис. 4. Изменения массы метана в атмосфере между ная задача. Более того, торфяной пожар может 30°с. ш. и Северным полюсом по сравнению с предыдущим не погаснуть с наступле- годом. Данные AIRS (NASA, Earth Observation Data). нием зимы, да и снежный покров не препятствие для выделения газов в поверхности Земли как в самое ближайшее атмосферу. Учёт этого фактора для ме- время, так и в перспективе. •тана и СО2 — насущная задача. Интересен вопрос о роли природных Спутниковые измерения выбросов пожаров в наблюдаемых изменениях гло- бальной концентрации метана. Она росла метана от пожаров могут существенно до 1997 года, после чего оставалась ста- повысить точность оценок эмиссий этого бильной до 2006 года. Ускорение глобаль- важного парникового газа. Возможности ной концентрации этого газа после 2007 для этого имеются: на орбите находятся года до сих пор не находит убедительного сейчас не менее пяти спектрометров, спо- объяснения. В качестве примера на рис. 4 собных измерять метан по ИК-излучению показаны наблюдаемые прибором AIRS поверхности Земли, и немалое количе- ежегодные приросты общей массы СН4 ство приборов, работающих в ближней к северу от 30° с. ш. за последние 10 лет. ИК-области по отражённому солнечному Вплоть до 2020 года они были в среднем свету. Таким образом, в ближайшие годы 3,2 ± 0,7 млн т. В 2021 году прирост по можно ожидать прогресса в спутниковых сравнению с предыдущим годом составил измерениях концентраций не только СО, 6,5 млн т. Как видно из рис. 3а, по данным но и метана в целях мониторинга лесных Global Fire Emissions Database (GFED, пожаров. Запуск на орбиту в 2014 году Глобальная база данных о выбросах от по- спектрометра ОСО-2, (Orbiting Carbon жаров), пожары выбросили в том же году Observatory-2), построенного специально 9,4 млн т СН4. Сопоставление этих цифр для измерений СО2, создаёт основу для говорит о том, что гипотеза о существен- получения ценной информации о выбро- ной роли растущих пожаров в ускорении сах этого газа природными пожарами. роста метана имеет право на существова- ние. При этом не следует упускать из виду В заключение выражаю благодарность другие природные источники, эмиссия от Андрею Лапенису (Университет Олбани, которых также зависит от температуры: штат Нью-Йорк, США), в дискуссиях с ко- метаногидраты, арктическая мерзлота, торым родилась эта статья. 46 «Наука и жизнь» № 5, 2022.

 Книги в работе ТО НАВЗНИЧЬ, ТО НИЧКОМ Кандидат филологических наук Дарья ЗАРУБИНА. Кося затравленным зрачком, Этимологическом словаре русского живот себя вертел волчком языка под общей редакцией А. И. Сит- и на пол женщину качком никовой указывается, что «навзничь» бросал то навзничь, то ничком. «возникло в результате переоформле- ния наречия навзначь под влиянием Когда мне впервые встретилось сти- слов ниц, ничком». По мнению автора хотворение Евгения Евтушенко, с словаря, «навзничь — производное фрагмента из которого начинается этот от навзнакъ — “лицом вверх”, обра- текст, меня, как поклонника словесной зованного с помощью префикса от игры, конечно, зацепила строчка — «то взнакъ, в свою очередь восходящего к навзничь, то ничком». История в сти- накъ (ср. сербохорв. наком — “после, хотворении рассказана, казалось бы, за”)». А накъ — образовано при помо- несложная: путешественник, «непри- щи суффикса -къ от «на», причём хоть каянный гений» и «угрюмый сластёна», какого-то намёка на то, что это «на» оз- поражённый движениями танцовщицы начает, мы не находим, только попытку живота, захотел экзотической страсти. объяснить смысл суффикса -къ через Однако в постели тело уставшей и опус- сравнение с прок и поперёк. тошённой женщины «поверху умерло сплошь», ведь «для неё было высшее Можно догадаться, почему расплыв- счастье в неподвижности живота». чатое «навзнак» не сохранилось в языке или изменилось под влиянием Искушение воспринять образ «по- «навзничь», ведь в последнем отчётли- верху» было велико, и только уди- во обнаруживается корень «ник/ниц». вительная строчка, где встретились Причём в современном русском языке ничком и навзничь, заставила меня он вполне сохранился в обоих вари- задуматься о той борьбе «головы» и антах. «живота», которую описывает поэт. Со словом «ниц» более или менее Навзничь — это на спину, вверх ли- всё ясно — это наречие, обозначаю- цом; ничком — наоборот, лицом вниз. щее (возьмём определение из Малого Эти загадочные антонимы имеют один академического словаря под редакци- корень -нич-, восходящий к книжному ей Анастасии Петровны Евгеньевой) «ниц» и устаревшему «ник». Об этом «касаясь лицом, лбом земли». У слова упоминают в этимологических слова- «ниц» явственно книжное, даже цер- рях и Макс Фасмер, и Лев Васильевич ковное звучание, а вот ничком — раз- Успенский, и Николай Максимович говорное, только -ом на конце слова Шанский. У Макса Фасмера в Этимо- намекает на то, что было это наречие логическом словаре русского языка когда-то существительным в творитель- находим упоминание, что наряду с «на- ном падеже и отвечало на вопрос не взничь» «имеется на́взнак, на́взначь, «как», а «чем». Так каким же «ничком» взнак — то же, укр. на́взнак, навзнаки́, падает человек? Что это за «ничок»? цслав. възнакъ “supinus”, болг. въ́знак, словен. vznȃk, znȃk “навзничь, спиной”, Владимир Иванович Даль в Толковом чеш. vznak — то же, польск. wznak, словаре живого великорусского языка nawznak, в.-луж., н.-луж. Znak», а в приводит такое объяснение: «Ник м. (общее с немецк. Genick) затылок, загривок, задняя сторона шеи. Уда- «Наука и жизнь» № 5, 2022. 47

рить по нику, по шее. От этого никать, Затылок — часть «мира живота», зна- употребл. с предлогом, и никнуть, чит, «ник», с которым борется живот нагибаться, склоняться долу; хилеть, в своей агонии, нечто более глубин- упадать, вянуть, блекнуть, погибать; ное. Живот в стихотворении владеет изводиться». танцовщицей и мучает её, заставляя буквально вывернуться наизнанку или, Получается, что навзничь — затыл- как сказали бы в северных деревнях, ком, загривком о землю, ничком — за- наничку. Быть может, эти слова, так- тылком вверх. Если вдуматься в эту же однокоренные словам «навзничь» пару однокоренных слов, создаётся и «ничком», помогут докопаться до ощущение, что живот не просто «бил сути? об пол женской головой». Противник «живота» — этот самый «ник», но если У Даля в определении слова «ни́ка» перечитать строки стихотворения, находим и «нанику»: «НИКА, ничка ж. понимаешь, что это вовсе не затылок, ничей, ничек м. ничье ср. наника, на- ведь в самом начале есть строки «луною ничье, изнанка, тыл, испод, исподинка, жалкой, как желток, / взошёл живот, / выворот, выворотная сторона; проти- её живот / над пловом / и бутылками, / вопол. лицо, лицевая, личная сторона. над рёвом / и затылками, / над жиром, / Обернуть ткань никой, ничкою, нич- ртами, / над животами...». ком, ничьем, нанику, наничь, взничь, исподом кверху, изнанкою наружу, Фото Натальи Домриной лицом вниз, навыворот». От «наники», согласно Этимологи- ческому словарю Григория Алексан- дровича Крылова, произошло и слово «изнанка»: «Изна́нка. Первоначально имело вид изнаника и было образо- вано префиксальным способом от диалектального наника (“изнанка”). Наника существовало параллельно с наник, имевшим значение “ничком” и образованного слиянием предлога на и существительного ник (“затылок”)». Совершенно не понятно, как соче- тание «на затылок» стало обозначать падение затылком вверх. Быть может, ничком — это как раз не затылком, а «изнанкой», другой, нелицевой сто- роной? Ника, ничка — изнанка, нечто скрытое. Во многих словарях, напри- мер, в Малом академическом словаре или Толковом словаре Сергея Ивано- вича Ожегова и Наталии Юльевны Шведовой, мы обнаруживаем прямое значение слова «изнанка» — оборот- ная, внутренняя сторона (ткани, одеж- ды), и переносное — скрытая сторона чего-либо. Тогда всё становится более понятным. Навзничь — на обратную сторону, ничком — обратной стороной вверх. Если внешняя сторона обращена к людям, городу и миру, а в этом стихо- творении — живот к животам, то что же 48 «Наука и жизнь» № 5, 2022.