close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

В МИРЕ НАУКИ 8/9 2018

код для вставкиСкачать
168
102
СОДЕРЖАНИЕ
Темы номера
Август/сентябрь 2018
АС Т Р О Н О М И Я
Тайная жизнь Солнца
4
Ребекка Бойл
И С ТО РИ Я Р О СС И Й С КО Й Н А У К И
Биография ближайшей к нам звезды оказалась намного
более захватывающей, чем когда-то считали ученые
Мыслить симфонически
Валерий Чумаков
Н А У К А И О Б Щ Е С Т В О
Крым прирастать будет наукой
14
Наталья Веденеева
Глава Крыма Сергей Аксенов рассказал о роли науки
в развитии республики
А РХ Е ОЛ О Г И Я
Путешествие в царство мертвых
Академик Николай Янковский о «белой»,
20 «серой» и «черной» областях в генетике 62
Елена Кокурина
Ученые из Института археологии РАН обнаружили
в районе Севастополя некрополь из 300 захоронений
II–IV вв.
Генетика — одна из самых точных областей наук о жизни.
Но так ли нерушима устоявшаяся система координат
с позиций генетика?
С Е Л Ь С КО Е ХОЗ Я Й С Т В О
IN MEMORIAM
30 Жизнь науки
Продолжая знакомство с воспоминаниями С.П. Капицы,
предлагаем вашему вниманию рассказ о его работе
над книгой «Жизнь науки»
Наталья Веденеева
Всероссийский национальный НИИ виноградарства
и виноделия «Магарач» отмечает 190-летие
Русское поле в цифровую эпоху
36
Валерий Чумаков
70
С П Е Ц И А Л Ь Н Ы Й РЕ П О Р ТА Ж
Важнейшие вопросы науки
76
Что есть пространство-время? Что такое
темная материя? Что такое сознание? Как зародилась
жизнь? Где пределы манипулирования природой? Как много
мы можем знать?
Об аграрной науке, о проблемах российского сельского
хозяйства и о том, как можно их решить, —
вице‑президент РАН Ирина Донник
ФИЗИК А
Пересекая квантовый барьер
О творчестве уникального инженера и ученого Владимира
Шухова, со дня рождения которого в этом году исполняется
165 лет, — наша беседа с президентом Международного
Шуховского фонда Леонидом Штерном
ГЕНЕ ТИК А
Наталья Веденеева
Доля ангелов
52
42
Н Е Й Р О Б И ОЛ О Г И Я
Тим Фолджер
Можно ли прокачать вашего ребенка 102
Согласно квантовой механике, Вселенная управляется
законами вероятности, а наша повседневная
действительность выглядит строго определенной.
Где и почему одно царство перетекает в другое?
Эрик Ванс
Сотни игрушек созданы для того, чтобы ребенок
раньше начал читать, считать, ходить и учиться,
но их эффективность не обоснована научно
142
136
Э В ОЛ Ю Ц И Я
Правда о палеодиете
МЕДИЦИНА
Болезненная тайна
110
Джена Пинкотт
Наука долгое время безуспешно пыталась выяснить
патогенез эндометриоза, и лишь недавно появилась
надежда, что удастся сделать это и помочь миллионам
больных
П С И ХОЛ О Г И Я
Наука об антинаучном мышлении
120
Дуглас Кенрик, Адам Коэн, Стивен Нойберг
и Роберт Чалдини
Для того чтобы переубедить людей, сомневающихся
в изменении климата и эволюции, придется преодолеть
ряд укоренившихся когнитивных искажений
П С И Х ИЧ Е С КО Е З ДО Р О В Ь Е
Профилактика суицидов
128
Характер следов износа на ископаемых зубах дает
представление о том, что ели наши предки и как изменения
климата повлияли на эволюцию человека
Б И ОЛ О Г И Я
Часы внутри наших клеток
Циркадные ритмы: от народной медицины
до современной науки
Э Н Е РГ Е Т И К А
Создание «умных» сетей
электропередачи
Возобновляемые источники энергии станут
эффективными, если подключить метеоданные
З Д РА В О ОХ РА Н Е Н И Е
Убить комара
Дан Стрикман
136
Марта Зараска
Глобальное потепление климата заставляет животных
сокращаться в размерах — тенденция, чреватая опасными
последствиями
52
w w w.sci-ru.org
160
Питер Фэйрли
Социологи находят новые способы предотвращения
самоубийств
Э КОЛ О Г И Я
152
Вероника Гринвуд
Лидия Дэнуорт
Мельчание животных
142
Питер Ангар
168
Ученые разрабатывают новые инсектициды и ловушки,
а также генетические методы для уменьшения популяций
комаров — переносчиков заболеваний
Разделы
От редакции
50, 100, 150 лет тому назад
3
119, 176
160
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
1
Учредитель и издатель:
Некоммерческое партнерство «Международное партнерство
распространения научных знаний»
Наши партнеры:
Главный редактор:
В.Е. Фортов
Главный научный консультант:
президент РАН акад. А.М. Сергеев
Ответственный секретарь:
О.Л. Беленицкая
Зав. отделом иностранных материалов:
А.Ю. Мостинская
Шеф-редактор иностранных материалов:
В.Д. Ардаматская
Зав. отделом российских материалов:
О.Л. Беленицкая
Выпускающий редактор:
М.А. Янушкевич
Обозреватели:
В.С. Губарев, В.Ю. Чумаков
Администратор редакции:
О.М. Горлова
Научные консультанты:
д.с.-х.н. М.Н. Борисенко; д.и.н. С.Ю. Внуков; к.и.н. И.О. Гавритухин; акад. И.М. Донник;
акад. Н.А. Макаров; к.ф.-м.н. В.Г. Сурдин; акад. Н.К. Янковский
Над номером работали:
С.В. Аксенов, М.С. Багоцкая, Н.В. Веденеева, Е.В. Кокурина, Ю.И. Кривов, А.П. Кузнецов,
К.С. Лебедева, С.М. Левензон, А.И. Прокопенко, О.С. Сажина, А.Н. Свиридов, В.И. Сидорова,
Н.Н. Шафрановская, Л.М. Штерн, А.В. Щеглов
Дизайнер:
Д.А. Гранков
Верстка:
А.Р. Гукасян
Корректура:
Я.Т. Лебедева
Президент координационного совета НП «Международное партнерство
распространения научных знаний»:
В.Е. Фортов
Директор НП «Международное партнерство
распространения научных знаний»:
В.К. Рыбникова
Финансовый директор:
Л.И. Гапоненко
Главный бухгалтер:
Ю.В. Калинкина
Основатель и первый главный редактор
журнала «В мире науки / Scientific American»
профессор Сергей Петрович Капица
Адрес редакции:
Москва, ул. Ленинские горы, 1, к. 46, офис 138;
тел./факс: 8 (495) 939-42-66; e-mail: info@sciam.ru; www.sciam.ru
Иллюстрации предоставлены Scientific American, Inc.
Отпечатано:
в АО «ПК «ЭКСТРА М», 143405, Московская область, Красногор­ский р-н, г. Красногорск, автодорога
«Балтия», 23-й км, владение 1, д. 1
Заказ №8 18-08-00080
© В МИРЕ НАУКИ. Журнал зарегистрирован в Комитете РФ по печати. Свидетельство ПИ
№ ФС77–43636 от 18 января 2011 г.
Тираж: 12 500 экземпляров
Цена договорная
Авторские права НП «Международное партнерство распространения научных знаний».
© Все права защищены. Некоторые из материалов данного номера были ранее опубликованы Scientific American или
его аффилированными лицами и используются по лицензии Scientific American. Перепечатка текстов и иллюстраций
только с письменного согласия редакции. При цитировании ссылка на «В мире науки» обязательна. Редакция не всегда
разделяет точку зрения авторов и не несет ответственности за содержание рекламных материалов. Рукописи
не рецензируются и не возвращаются.
Торговая марка Scientific American, ее текст и шрифто­вое оформление являются исключительной собственностью Scientific American, Inc. и использованы здесь в соответствии с лицензионным договором.
От редакции
Барьеры между мирами
Поток новых фундаментальных открытий,
видимо, никогда не иссякнет. Иногда эти открытия касаются объектов, которые, как
нам кажется, хорошо известны. Статья «Тайная жизнь Солнца» посвящена именно такому объекту. Биография ближайшей к нам
звезды оказалась намного более захватывающей, чем когда-то считали ученые. Новые
исследования освещают прошлое и возможное будущее Солнца.
Каждый новый факт, который мы выясняем о Солнце, проливает свет на множество далеких миров, которые нам никогда
не удастся постичь настолько же глубоко.
Если говорить о темах, приводящих в замешательство, то это прежде всего странный,
основанный на вероятности квантово-механический мир, противостоящий нашему повседневному «классическому» миру. В статье
«Пересекая квантовый барьер» представлены сведения о предстоящей работе физиков,
имеющей целью выяснить, где одно царство
перетекает в другое.
«Любая система координат лучше, чем ее
отсутствие», — утверждает герой интервью
«Академик Николай Янковский о "белой", "серой" и "черной" генетике». Генетика — одна
из самых точных областей наук о ­ж изни.
w w w.sci-ru.org
Но так ли нерушима устоявшаяся система
координат с позиций генетика? «Есть явления, которые традиционная для нас наука
признает как несуществующие, например
выход за рамки закона сохранения энергии».
Н.К. Янковский условно относит такие явления к «белому» и «черному» полям науки. Однако существует еще и «серое» поле: недостаточно четко исследованные феномены, проблемы, к которым мы только подступаем
и которые в результате могут оказаться либо
в «белом» поле, либо в «черном».
«Красота спасет мир», — сказал писатель
Ф.М. Достоевский. А другой гений, Владимир Григорьевич Шухов, по всей видимости, сделал эту идею своим девизом. Творчеству уникального инженера и ученого, со дня
рождения которого в этом году исполняется
165 лет, посвящен материал «Мыслить симфонически».
Продолжаем вспоминать Сергея Петровича Капицу. На этот раз предлагаем вашему вниманию фрагмент из его воспоминаний, посвященный созданию книги «Жизнь
­науки».
Редакция журнала «В мире науки /
Scientific  American»
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
3
Астрономия
Солнечные вспышки: языки плазмы,
вырывающиеся с поверхности
Солнца, запечатлены космической
Обсерваторией солнечной
динамики NASA в 2014 г.
4
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Астрономия
АСТРОНОМИЯ
ЖИЗНЬ
СОЛНЦА
ТАЙНАЯ
Биография ближайшей к нам
звезды — намного более
захватывающая, чем когда‑то
считали ученые. Новые
исследования освещают прошлое
и возможное будущее Солнца
Ребекка Бойл
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
5
Астрономия
ОБ АВТОРЕ
Ребекка Бойл (Rebecca Boyle) — независимый журналист, обладательница нескольких журналистских наград, проживает
в Сент-Луисе, штат Миссури. Она сотрудничает с журналом Atlantic, ее статьи регулярно
появляются в журналах New Scientist, Wired,
Popular Science и других изданиях и были
включены в антологию «Лучшие публикации
об американской науке и природе».
Избранные главы
из жизни Солнца
СНАЧАЛА
PRECEDING PAGES: NASA’S SOLAR DYNAMICS OBSERVATORY AND AIA, EVE AND HMI SCIENCE TEAMS; Illustration by Ron Miller
ничего не было, только холод и мрак в промежутках между атомами, которые затем
превратились в Солнечную систему. Чуть
более 4,5 млрд лет назад не было никакого
Солнца, лишь легкое, как паутина, облако
из остатков сиявших когда-то звезд, среди которых попадались элементы, выкованные в горниле предыдущих космических катаклизмов, о которых у нас нет ни
малейшего представления. А затем что-то
случилось.
Возможно, гравитация пролетавшего мимо небесного странника подтолкнула какой-то процесс в облаке, возможно, где-то далеко взорвалась звезда
и от нее повеяло космическим ветром, который вызвал в облаке рябь, аналогично тому, как порыв ветра
может собрать опавшие листья в кучу. Так или иначе, атомы сгруппировались вместе и начался процесс уплотнения, пока вещество не разогрелось настолько, что вспыхнула реакция синтеза, превращающая водород в гелий. Солнце родилось, а спустя
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Когда-то астрономы считали, что Солнце — ничем
не примечательная звезда с заурядной историей.
Однако в последнее время ученые обнаружили, что
у Солнца были «мать», «тети» и «дяди» — а также целое
семейство «сестер». Возможно даже, что оно украло планету у одного из своих родственников.
Не исключено, что его генеалогическое древо продолжает расти. Астрономы обнаружили, что когда звезды
солнечного типа умирают, у них есть шанс «родить» новые звезды.
6
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
ПРЕДКИ
Возможно, у Солнца была
звезда-мать, которая родилась за несколько десятков
миллионов лет до него
и умерла, взорвавшись как
сверхновая (показано здесь),
засеяв космос тяжелыми
и радиоактивными элементами. Часть их вошла
в состав Солнца и планет
Солнечной системы. В 2012 г.
астрономы назвали эту
звезду Коатликуэ в честь
ацтекской «матери Солнца».
Астрономия
СМЕРТЬ
СЕСТРЫ
Солнце родилось из газово-пылевого облака, когда
достаточное количество его
вещества сжалось настолько, чтобы в нем зажглась
реакция термоядерного
синтеза. Это облако, вероятно, породило от нескольких
сотен до десятков тысяч
звезд, которые стали его
близнецами (изображено
здесь). С течением времени
эти звезды разлетелись
далеко друг от друга,
но недавно ученые выявили
по крайней мере одного
кандидата в сестры Солнцу.
w w w.sci-ru.org
ДЕТСТВО
Когда Солнце еще было
молодым, зерна пыли, обращающиеся вокруг него,
сгруппировались, образовав
небесные тела небольшого
размера. В течение всего
1 млн лет образовались астероиды, и еще через миллион
лет, возможно, появились
первые планеты с твердой
поверхностью. Земля, повидимому, сгруппировалась
в промежутке между 38 млн
и 120 млн лет после рождения Солнца.
Еще через 5 млрд лет жизнь
Солнца подойдет к концу.
Скорее всего, оно утратит
свою газообразную оболочку, которая, разлетевшись,
образует сияющую планетарную туманность. В ее
центре остатки солнечного
ядра превратятся в небольшой плотный белый карлик.
На этой стадии Земля
и планеты земной группы
исчезнут (будут поглощены
Солнцем в последние годы
его жизни), но астероиды
внешней области Солнечной
системы, такие как объекты
Пояса Койпера (изображены
внизу), сохранятся.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
7
Астрономия
2
­н епродолжительное время родилась и Земля. Менее чем через миллиард лет после этого появилась первая жизнь, по крайней мере на нашей
планете, — и вот мы здесь.
В общих чертах наука в течение
многих десятилетий рисовала следующее: рождение Солнца, унылое течение времени и, наконец, зарождеСолнечные протуберанцы вырываются с поверхности Солнца на этих фоние жизни. Однако новые мощные
тографиях 2013 (1) и 2012 (2) гг. Огненные языки простираются на высоту сокосмические телескопы и бурно раз- ответственно примерно 55 тыс. и 290 тыс. км над поверхностью Солнца.
вивающаяся область науки — космохимия, а также позаимствованные у биологии умерев, Солнце само станет «матерью», способметоды изучения родословной позволяют астро- ствуя образованию новых звезд, а может быть
номам сегодня написать гораздо более богатую и новых планет.
и более сложную биографию Солнца. Теперь учеИ добывая новые сведения о прошлом, настояные знают, что наша звезда не всегда была одино- щем и будущем нашего Солнца, ученые делают
кой. Когда-то у нее были сестры, и она, возможно, нечто большее, нежели просто описывают нашу
прихватила одну из их планет. И у Солнца, и у его историю. Возможно, во Вселенной неисчислимое
планет когда-то была мать (за неимением менее количество звезд, но изучить в непосредственной
антропоморфного термина): гигантская звезда, близости мы можем только одну. Каждый новый
чья короткая жизнь дала Солнечной системе эм- факт, который мы выясняем о ней, проливает свет
бриональный материал. Этот исходный материал, на облик множества далеких миров, которые нам
вероятно, был изолирован от остальной Галактики никогда не удастся постичь настолько же глубоко.
в течение по крайней мере 30 млн лет — достаточПредыстория: предки нашего Солнца
но долгий период «беременности», в результате чего
мы получили неверное представление о скорости, За миллионы лет до того, как Солнце вспыхнуло,
до того, как оно тускло засияло в спирали Млечнос которой Солнце рождало планеты.
Даже неизбежная смерть Солнца представляет- го Пути, его прародители доминировали в окрестся в новом свете. Астрономы знают, что пример- ности этой области Галактики. Эти звезды-предно через 5 млрд лет оно израсходует все свои за- шественницы сами были далекими прапрапрапасы водорода и начнет охлаждаться, раздуваясь правнуками первых звезд Галактики, и между
в опухшее чудовище, чья внешняя граница, веро- ними стояли десятки тысяч поколений. Спустя
ятно, поглотит и нашу планету. Но они все еще пы- несколько миллионов лет после своего рождения
таются выяснить, как предсмертный хрип Солн- некоторые из них начали умирать. В результаца повлияет на межзвездную среду (газ и пыль, за- те катастрофических актов их смерти наша обполняющие пространство между звездами), состав ласть Галактики была засеяна первыми тяжелыбудущих звезд и Галактику в целом. ­Возможно, ми элементами, такими как железо и алюминий.
8
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
ALAN FRIEDMAN (1); NASA’S SOLAR DYNAMICS OBSERVATORY AND AIA, EVE AND HMI SCIENCE TEAMS (2)
1
Астрономия
­ статки тех звезд дали начало следующим поколеО
ниям звезд, включая прародителей Солнца.
Астрономы реконструируют их историю, изучая метеориты — кусочки, оставшиеся от формирования Солнечной системы. Ученые сравнивают количество различных радиоактивных изотопов в метеоритах с их содержанием в межзвездной
среде Галактики, которое постоянно восполняется
в результате агонии умирающих звезд. Различие
в относительном содержании этих радиоактивных элементов, количество которых уменьшается
со временем по характерному для каждого элемента закону, служит астрономам временн й шкалой,
позволяющей определить, когда же окончательно
появились строительные кирпичики Солнечной
системы.
Отслеживая содержание одного из радиоизотопов алюминия, а именно 26Al, Матье Гунель
(Matthieu Gounelle) из французского Национального музея естественной истории и Жорж Мейне
(Georges Meynet) из Женевской обсерватории проследили генеалогическое древо Солнца на три поколения назад. 26Al — радиоактивный изотоп с периодом полураспада примерно 730 тыс. лет, а это
означает, что половина любого его количества распадается за это время. Он обнаружен в метеоритах, датируемых первыми годами существования
Солнечной системы, и многие астрономы считают,
что он образовался при вспышке сверхновой, взорвавшейся недалеко от Солнца, когда оно еще только формировалось. Но «салют» сверхновой в честь
рождения Солнечной системы был бы совпадением
исключительным. Вместо этого в 2012 г. и позднее
Гунель и Мейне показали, что 26Al, скорее всего, образовался внутри массивной звезды.
Согласно расчетам Гунеля и Мейне, эта звезда, по-видимому, была самой массивной в нашем
уголке космоса, массой примерно в 30 раз больше, чем у нашего Солнца. Как и другие звезды-гиганты, она, вероятно, прожила короткую, но захватывающую жизнь, взорвавшись через несколько миллионов лет после того, как зажглась.
Она, по-видимому, не только синтезировала 26Al,
но и во время своей смертельной агонии как сверхновая выбросила потоки газообразного водорода, тяжелых металлов и радиоактивных элементов, образовавшие газовое облако, которое и стало
впоследствии Солнечной системой. Ученые назвали эту звезду Коатликуэ в честь «матери Солнца»
в космогонии ацтеков. (C tl cue на языке науатль
означает «она в платье из змей», в мифологии ац‑
теков это богиня земли и огня, олицетворяющая
одновременно начало и конец жизни. — Примеч.
пер.).
Вдохновленные биологией, астроном Паула
Хофре с коллегами разработали генеалогическое древо для нашего уголка Галактики.
Они начали с 21 звезды, которые были похожи
на наше Солнце по цвету и яркости, и, чтобы
найти среди них родственников, проанализировали общие черты химического состава. Ученые обнаружили три различных семейства, каждое из которых, вероятно, было
рождено от различных небесных «родителей», в результате смерти которых космос
оказался засеян веществом для формирования нового поколения звезд. Группа Солнца
показана оранжевым и красным цветами, серые звезды не попали ни в одно из семейств.
Звезды показаны, как
если бы их рассматривать
из точки над плоскостью
Млечного Пути
Дуга вокруг каждой
звезды указывает ее
возраст:
5 млрд лет
9 млрд лет
Солнце
Моложе
Генеалогическое древо на основе схожести
химического состава
Сходство
Различие
Солнце
Каждая цветовая
группа представляет
различное семейство
звезд, образованное
на основе их возраста
и динамики
Старше
SOURCES: “COSMIC PHYLOGENY: RECONSTRUCTING THE CHEMICAL HISTORY OF THE SOLAR NEIGHBOURHOOD
WITH AN EVOLUTIONARY TREE,” BY PAULA JOFRÉ ET AL., IN MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY,
VOL. 467, NO. 1; MAY 11, 2017; HIPPARCOS CATALOGUE. EUROPEAN SPACE AGENCY, 1997; Graphic by Katie Peek
Местные семейства
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
9
Ученые нашли и другие ключи
к загадке происхождения строительных кирпичиков Солнечной
системы. Например, в 2014 г. австралийские ученые показали, что
некоторые из тяжелых металлов,
такие как золото, серебро и платина на Земле и в метеоритах,
объявились в наших краях где-то
за 100 млн лет до того, как зародилось Солнце. Часть редкоземельных элементов, таких как неодим,
прибыли в область, где зародилось
Солнце примерно за 30 млн лет
до того, как оно сформировалось.
Следовательно, Солнце взращивалось в течение длительного срока,
верхняя граница которого составляет 30 млн лет.
Хотя астрономы не могут путешествовать назад во времени, чтобы проверить истинность
картины формирования Солнечной системы, они могут сравнить
ее с другими планетными системами, имеющими схожий химический состав, рассказывает Меган Беделл (Megan Bedell), астрофизик из Института Флэтайрон
в Нью-Йорке. И, похоже, временная шкала хорошо согласуется
с данными наблюдений: «Мы рассматриваем Солнце в контексте
его окружения и видим, что это
вполне типичная звезда, если
речь идет об условиях ее формирования», — говорит она.
Помимо прослеживания предков Солнца ученые используют
инструменты из арсенала биологии для поиска его братьев, дядей
и прочих родственников — его
расширенного генеалогического древа. В то время как ботаник
для установления родства двух
Активные области Солнца, где перемешиваются магнитные поля, видны как
видов растений может воспольсолнечные пятна и показаны здесь белым цветом. В самом большом из них
зоваться анализом ДНК или изу- может поместиться несколько планет, таких как Земля. Крупный оторвавчением наследуемых признаков, шийся протуберанец летит по направлению вниз.
астрономы, чтобы выяснить степень родства различных звезд, исследуют содер- на систематике наследуемых черт. В прошлом году
жание в них химических элементов. Дидье Фрэ- Паула Хофре (Paula Jofr ) из Университета им. ДиБюрне (Didier Fraix-Burnet), астроном, в настоя- его Порталеса в Чили с коллегами использовала
щее время работающий в гренобльском Институте этот метод для построения эволюционного древа
планетологии и астрофизики, был одним из пер- звезд — соседей нашего Солнца.
Работая с биологом Кембриджского университевых, кто предложил эту методику в 2001 г. Он назвал ее «астрокладистикой», имея в виду биологи- та, группа Хофре использовала кластерный подческий термин «кладистика», который в этой нау- ход из инструментария биологов, называемый меке означает метод классификации, базирующийся тодом дистанционной матрицы, позволяющий
10 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
ALAN FRIEDMAN
Астрономия
Астрономия
построить эволюционное древо, в котором различные ветви соответствуют эволюционным изменениям. В астрономии ветви представляют семейство звезд, которые различаются возрастом
и картиной движения в Галактике. Представьте
себе два поколения звезд. В первом поколении две
звезды — одна большая и одна маленькая. Более
массивная звезда взорвется раньше и даст начало звезде второго поколения так же, как Коатликуэ умерла и родила новую звезду. «Второе поколение унаследовало информацию от первого. Между
ними существует нечто вроде "генетической" связи, — рассказывает Хофре. — Поэтому вы, возможно, найдете звезду и ее "дядю"».
Хофре с коллегами тщательно изучили 22 расположенные рядом звезды, аналогичные Солнцу, и сфокусировали свое внимание на 17 химических элементах, которые послужили им тем
же, чем у биологов служит ДНК, для определения
«родственных» связей. При таком анализе звезды группируют в соответствии с содержанием этих
элементов, что позволило
рассортировать их на два
четко выделенных семейства. Они также обнаружили несколько звезд, которые принадлежат к новой, неизвестной ранее
третьей группе, которая,
по словам Хофре, остается
загадочной.
­вокруг центра Галактики. Их текущее положение
почти невозможно привязать к месту рождения.
«Это очень напоминает ситуацию со мной и моим
братом-близнецом: мы формировались вместе,
но разбрелись далеко друг от друга и заняты каждый своим делом», — поясняет Кейт Хокинс (Keith
Hawkins), астроном из Колумбийского университета. Он говорит, что изучение химических маркеров (раздел астрономии, называемый космохимией), например сравнение содержания в звездах
определенных тяжелых и легких элементов, позволяет ученым установить между звездами связь, которую невозможно увидеть никакими иными способами.
В 2014 г. Иван Рамирес (Iv n Ram rez) начал искать близнецов Солнца и нашел одного. Сегодня
профессор Общественного колледжа Такомы, Рамирес начал работу с 30 кандидатами, которых он
выбрал на основе их химического состава, а также скорости и направления их движения в Млеч-
Девятая планета, теоретически
предсказанное гигантское небесное
тело, которое, как полагают астрономы,
скрывается на краю Солнечной
системы, — возможно, усыновленная
Солнцем планета одной из его сестер
Звезда и ее сестры родились
С момента рождения Коатликуэ и ее прародителей,
за несколько десятков миллионов лет до того как
сформировалось Солнце, в газово-пылевом облаке,
из которого оно возникло, постоянно шли какието процессы. Водород сжимался и вспыхивал термоядерным огнем, формируя другие звезды. Когда они зажглись, давление создаваемых ими звездных ветров и света, вероятно, выбросило газ из их
окрестностей наружу, и в конечном итоге это положило начало рождению еще большего числа звезд:
Солнца и его близнецов. Оценки числа этих близнецов варьируют от нескольких сотен до десятков
тысяч. Истина, вероятно, лежит у более низкой
границы, если учитывать достаточно стабильное
расположение планет Солнца: близко расположенные братья вызвали бы возмущение Солнечной системы, изменяя число и расположение планет внутри нее.
Хотя они родились относительно близко друг
к другу, близнецы Солнца давным-давно разлетелись. За многие миллионы лет часть из них,
взорвавшись, ушла в небытие, а другие разлетелись далеко друг от друга из-за небольшой разницы в скоростях, с которыми они обращаются
w w w.sci-ru.org
ном Пути. После углубленного анализа этих характеристик он сузил область поиска до одной-единственной звезды, называемой HD 162826. Она
примерно на 15% массивнее Солнца и чуть-чуть
более голубая, говорит он. Хотя Солнце и его сестры-близнецы, по-видимому, образовались недалеко друг от друга, сегодня HD 162826 находится
на расстоянии 110 световых лет от нас, в созвездии
Геркулес. Ее можно рассмотреть в приличный бинокль даже не очень большого увеличения над плечом Геркулеса, недалеко от яркой звезды Веги.
Рамирес говорит, что начал свои поиски из чистого интереса, но хотел также проверить стратегии, которые он и другие астрономы собираются использовать, когда получат в свое распоряжение колоссальный массив галактических данных
от нового спутника «Гея». Этот космический зонд
создан, чтобы измерить яркость и точное расположение на небосводе звезд, и будет отслеживать
миллиард звезд с целью построить самую подробную из имеющихся трехмерную карту Млечного Пути. Его последний пакет данных, ставший
доступным в апреле, включает точные измерения более чем 1,3 млрд звезд. Это число более чем
на порядок превышает количество звезд в лучшем
из вышедших ранее звездных каталогов.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
11
Астрономия
Рамирес считает, что «Гея» поможет астрономам
найти примерно половину потерявшихся сестерблизнецов Солнца. Тем самым эта карта, возможно, расскажет астрономам о том, в каких условиях окружающей среды зародилось наше Солнце,
и о маршруте его скитаний с тех пор по Млечному Пути. Сегодня Солнце обращается вокруг центра Галактики со скоростью примерно 225 км в секунду и, как полагают астрономы, совершило уже
по крайней мере 20 облетов Галактики.
Детство: рождение планет
Вскоре после того как Солнце и его сестры зажглись, крупицы пыли вокруг многих — если
не всех — из этих звезд начали соединяться в планеты. По крайней мере в нашей Солнечной системе формирование планет
происходило очень быстро.
Свидетельства, полученные
на основании данных о метеоритах, дают основание полагать, что после того как твердое вещество сконденсировалось, потребовалось менее
1 млн лет, чтобы образовалось
первое поколение астероидов.
В большой степени под воздействием распада 26Al куски
породы разогрелись и превратились в небесные тела с металлическим ядром и мантией из силикатов. Появление
более крупных планет не заставило долго себя ждать. Согласно одной из оценок, Марс
сформировался, вероятно,
не позднее чем через 2 млн
лет. Земля собралась в единое
целое в промежутке от 38 млн
до 120 млн лет после возникновения Солнца.
Примерно в это же время
наша звезда, по-видимому,
захватила планету у своей сестры. Гипотетическая Девятая планета, теоретически
предсказанное гигантское небесное тело, которое, как полагают астрономы, скрывается на дальнем краю Солнечной системы, — возможно, одна из планет сестры
нашего Солнца, удочеренная им через 100 млн лет
после рождения нашей звезды. Чтобы такой сценарий имел место, Девятая планета должна была
обращаться вокруг своей родной звезды на большом расстоянии, примерно в 100– 500 раз больше расстояния между Землей и Солнцем (от 100
до 500 астрономических единиц). В то же время
эта звезда должна была проскользнуть мимо своего брата-Солнца на расстоянии примерно в 1,5 тыс.
раз большем. Такой тип звездных свиданий относительно часто встречается в других скоплениях звезд, поэтому астрономы знают, что он вполне возможен. Если планеты размером с Нептун
распространены достаточно широко, то многие
звезды, вероятно, приютили планеты типа Девятой планеты на орбитах с б льшим эксцентриситетом, что делает их уязвимыми для похищения другими звездами.
В 2016 г. Александр Мустилл (Alexander Mustill)
и Мелвин Дэвис (Melvyn Davies), оба из Университета Лунда в Швеции, и Шон Реймонд (Sean
Raymond) из Университета Бордо во Франции рассчитали, что Солнце, вероятно, имело несколько возможностей заарканить Девятую планету.
Возможно даже, что Солнце прихватило ее, не затронув Пояс Койпера, кольцо из комет и астероидов
на краю Солнечной системы.
Дальнейшее изучение небесных тел на периферии
Солнечной системы поможет теоретикам вычислить
родословную Девятой планеты — если эта эфемерная планета действительно существует. И если это
на самом деле так, возможно, она — не единственный пришелец от другой
звезды, прибившийся к семье планет нашего Солнца или влившийся в нее.
В 2015 г. Эрик Мамаек (Eric
Mamajek), в то время работавший в Университете
Рочестера, с коллегами показали, что 70 тыс. лет назад — когда современные
люди вышли из Африки
и стали распространяться на другие континенты и когда еще были живы
неандертальцы — звезда,
названная звездой Шольца, вошла в облако Оорта, сферическую оболочку
из ледяных планетезималей, которые окружают
Солнце за орбитой Плутона. Эта звезда приблизилась к Солнцу на расстояние менее одного светового года — скользящий удар, который перекроил
траектории некоторых объектов облака Оорта, согласно результатам исследования 2018 г., проведенного Карлосом де ла Фуэнте Маркосом (Carlos
В наружных слоях
Солнца меньше
тяжелых элементов,
чем у других
аналогичных
ему звезд, и это
количество примерно
эквивалентно
нескольким массам
Земли. Одна
из интерпретаций
предполагает, что
это вещество заперто
в планетах земной
группы или ядрах
газовых гигантов
и поэтому исчезло
из наружного слоя
Солнца
12 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Астрономия
de la Fuente Marcos) из Мадридского университета
Комплутенсе. В настоящее время эта звезда от нас
на расстоянии почти 20 световых лет. И астрономы знают, что инородные небесные тела меньшего размера тоже иногда могут нанести нам визит.
Прошлой осенью Солнце в течение короткого промежутка времени приветствовало первого известного нам путешественника из-за пределов Солнечной системы: межзвездный астероид 1I, или Оумуамуа. Однако скала-странник пронеслась мимо
нас слишком быстро, чтобы иметь возможность
навсегда пристать к кругу небесных тел Солнца.
В то время, когда Солнце занималось формированием планет, оно и само тоже менялось. Беделл,
которая потратила несколько лет, пытаясь вычленить связь между химическим составом звезды
и историей ее возникновения, исследовала группу звезд — близнецов Солнца, которые не обязательно происходят из одного и того же семейства,
но чей химический состав точно совпадает с его
химическим составом. Если сравнивать Солнце
с другими звездами, то, как обнаружила Беделл
с коллегами, оно слегка отличается одним ключевым признаком: в его наружных слоях меньше тяжелых элементов, чем у других аналогичных ему
звезд, и это количество примерно эквивалентно нескольким массам Земли. Одна из интерпретаций предполагает, что это вещество «заперто
в планетах земной группы или ядрах газовых гигантов и поэтому исчезло из наружного слоя Солнца», говорит она. Если это так, то процесс формирования планет трансформирует и само Солнце,
так же как беременность изменяет фигуру женщин.
Это открытие, возможно, предоставит новый
путь поисков экзопланет. Если астрономы выяснят, что другие звезды солнечного типа имеют чуть более низкое содержание вещества пылевых облаков, они, вероятно, смогут сделать вывод
о том, что их тоже окружают планеты, полагает
Беделл.
В конце всего
Однажды, примерно через 5 млрд лет, в ядре Солнца закончится водород. Оно быстро увеличится
в размерах и вместо нынешней желтоватой звезды среднего размера превратится в красный гигант и поглотит ближайшие одну, две, а возможно и три планеты. Земля, скорее всего, окажется
возле, если не внутри поверхности состарившегося Солнца. Его ядро начнет охлаждаться, а ядерный горн станет медленно угасать. Когда Солнце
раздуется еще больше, гравитационные силы уже
не в силах будут удерживать его рассеянные внешние слои. Атмосфера его улетучится.
«Солнце превратится в красивейшую планетарную туманность с белым карликом в середине», —
рассказывает Хокинс. Белый карлик — небольшой
w w w.sci-ru.org
плотный шар, состоящий из остатков Солнца, —
со временем охладится и будет странствовать
по Галактике неисчислимые миллиарды лет.
Сможет ли Солнце, после того как погаснет, основать новое семейство? В 2016 г. Ганс ван Винкель (Hans Van Winckel) и Мишель Хиллен (Michel
Hillen), оба из Левенского католического университета в Бельгии, показали, что звезды солнечного
типа и в преклонном возрасте теоретически могут
образовать новую группу планет. Используя один
из крупнейших наземных телескопов, Очень большой телескоп (VLT), расположенный на вершине
горы Серро-Параналь в чилийской пустыне Атакама, они заметили горячий пылевой диск вокруг
старой умирающей звезды. Он напоминал протопланетный диск типа тех, что окружают нарождающиеся звезды. А значит, некоторые звезды —
возможно даже и Солнце — могут обрести второй
шанс образовать планеты. Однако такой сценарий, по-видимому, более вероятен в системах двойных звезд, а наша звезда — одинока.
Когда Солнце умрет, все, что от него останется,
в конечном итоге рассеется в межзвездном пространстве, где вероятность столкнуться с достаточно большим количеством другого вещества
и соединиться с ним в новую звезду весьма мала,
замечает Беделл. «Поэт сказал бы, что оно развеется в космосе и станет частью нового поколения
звезд, придумал что-нибудь про круговорот жизни
и тому подобное», — говорит она. Но Солнце, скорее всего, умрет «тихой смертью в отдаленной области Галактики». Мало чего останется, что могло
бы рассказать о его полной приключений жизни.
А пока мы все-таки здесь. Все, что мы узнали
о Солнце, — это не только сага о нашем небольшом уголке Вселенной, но и окно в мир множества
звезд, которые мы не можем изучить вблизи. «Я
слышала раньше, как говорили, что звезды в целом хорошо изучены и нерешенных проблем нет, —
заключает Беделл. — Но все еще остается много того, что мы не понимаем». Медленно, но верно
Солнце помогает нам изменить эту ситуацию.
Перевод: А.П. Кузнецов
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Пасачофф Д. Великое солнечное затмение 2017 года // ВМН,
№ 10, 2017.
Solar System Genealogy Revealed by Extinct Short-Lived Radionuclides in Meteorites. M. Gounelle and G. Meynet in Astronomy
& Astrophysics, Vol. 545, Article No. A4; September 2012.
Elemental Abundances of Solar Sibling Candidates. I. Ram rez et
al. in Astrophysical Journal, Vol. 787, No. 2, Article No. 154; June 1,
2014.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
13
НАУКА И ОБЩЕСТВО
КРЫМ ПРИРАСТАТЬ
БУДЕТ НАУКОЙ
Глава Крыма
рассказал о роли
науки в развитии
республики
14 Наука и общество
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
15
Наука и общество
В Крыму было жарко этим летом. В шести регионах администрация
вынуждена была ввести режим чрезвычайной ситуации. Урожай «горел»,
не хватало воды для орошения полей, республика потеряла половину
прибыли — в подобной обстановке любой руководитель схватился бы
за голову. Однако глава Крыма Сергей Валерьевич Аксенов не паниковал:
в такой непростой момент он, руководствуясь принципом «Знание — сила»,
неожиданно сделал ставку на науку. О первоочередных целях и задачах,
которые должен решить Крым при помощи Российской академии наук,
С.В. Аксенов рассказал в интервью журналу «В мире науки».
это, ­оказывается, осуществимо,
если привлечь на помощь специалистов. Я убедился в этом после встречи с президентом РАН
А.М. Сергеевым, а также после проведения Научно-технического совета, на который приехали вицепрезиденты РАН по всем направлениям науки. Для ряда программ,
которые уже разработаны, мы надеемся получить финансовую поддержку. Есть технические возможности, есть интеллектуальный
и административный ресурс, так
что все обязательно получится.
— Все имущественные вопросы, которые возникали на этапе
перехода институтов в федеральное управление, уже решены?
— Процесс идет, и мы ему всячески способствуем. Нами получеГлава Республики Крым С.В. Аксенов и члены правительства республики
но разрешение от правительства
знакомятся с ситуацией на экспериментальных площадях НИИ сельского
на то,
чтобы все имущество наших
хозяйства Крыма
научных ФГУП ставилось на ка— В этом году крымская наука получила боль- дастровый учет без оплаты. Кроме того что по нешую поддержку с вашей стороны. В мае вы которым организациям она доходила до 1,5 млрд
с академией наук провели первое заседание На- руб., а это, согласитесь, немалые деньги, этот проучно-технического совета Крыма, в июне при- цесс занимал очень много ценного времени.
няли участие в научно-практической конферен— Какой ущерб в связи с засушливым сезоном
ции с инновационной агротехнологической вы- вы прогнозируете в этом году?
ставкой «День поля — 2018». Это говорит о том,
— Мы потеряли в этом году по сравнению с прочто руководство заинтересовано в развитии на- шлым около 700 тыс. т зерновых. Урожайность соуки на полуострове. Расскажите, в каких иссле- кратилась почти в два раза: если в 2017 г. мы собидованиях Крым нуждается в первую очередь?
рали по 32 ц с гектара, то в 2018 г. — всего по 16,2 ц.
— У нас накопилось много вопросов, связанных Но федеральные власти оказывают нам поддержи с поиском дополнительных источников воды, ку: до 400 млн руб. выделяет Министерство селькоторой стало не хватать на полуострове после ского хозяйства по поручению премьер-министра
того, как Украина перекрыла нам Северо-Крым- Д.А. Медведева на то, чтобы погасить прямые поский канал, и с выведением новых засухоустой- тери сельхозпроизводителей. Если посчитать упучивых культур для сельского хозяйства, и с раз- щенную выгоду, выйдет, конечно, еще больше,
ведкой нефте- и газоносных месторождений. Все но нам бы вернуть затраченное.
16 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Наука и общество
— К засушливой погоде добавился еще и дефицит воды для планового орошения культур.
Что вы планируете делать для возмещения
объемов воды, ранее поступавших из СевероКрымского канала?
— Мы уже обсудили этот вопрос с А.М. Сергеевым. У академии есть большая группа ученых, которая может отыскать запасы воды, оценить их качество, подсчитать объем дебета, который может
дать каждая скважина. Речь идет даже о возможности полива некоторых культур сточными водами после их предварительной очистки в опреснительных установках. По поводу последних у меня
за четыре года было много предложений, но ни
один из проектов пока не реализовался.
— Почему?
— Все, кто приезжает, говорят про опреснение. Я
отвечаю: «Пожалуйста. Берете любой приморский
поселок с небольшим количеством населения, ставите установку на берегу, кидаете трубу в море
и подаете через нее воду. Если эта установка работает и дает необходимое качество при цене, сопоставимой с той, которую мы сейчас платим за пресную воду, мы готовы приобрести ее у вас». Но проблема в том, что, сколько ни подсчитываем, в итоге
получается, что куб воды стоит около 80 руб. А это
очень дорого, при том что сейчас на полуострове для всех без исключения действует единый тариф — 31,55 руб. за кубометр. Поэтому пока проектов, которые были бы реализованы, нет. Надеюсь,
что с РАН мы найдем способ решения этой задачи.
Мы попросили у главы государства сумму в размере 300 млн руб. на эту работу. Причем подписали
с А.М. Сергеевым соглашение о том, что единственным исполнителем по этому поручению будет Российская академия наук, компетентней людей, пожалуй, не сыщешь.
Есть у нас, кстати, еще один неучтенный ресурс пресной воды — это горные речки: ежедневно тысячи кубов влаги стекают из них в море. Если
удастся собрать и ее, то этим объемом мы сможем,
например, обеспечить водой целый Судак.
— Кстати, общественность и ученые очень
благодарны вам за то, что вы освободили гору
Ай-Петри от коммерческой застройки. Ведь
горы в Крыму — это один из главных концентраторов естественной влаги.
— Да, мы услышали ученых и экологов. По АйПетри была проведена большая работа. В итоге
собственники вели себя нормально, большинство
1
2
3
4
1. С.В. Аксенов
2. Руководитель НИИСХ Крыма В.С. Паштецкий (второй
справа) наглядно объясняет главе республики, какие проблемы стоят перед аграриями
3. Заместитель председателя Совета министров Республики Крым Ю.М. Гоцанюк (слева) и министр сельского хозяйства Крыма А.В. Рюмшин
4. Уборка зерновых
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
17
Наука и общество
из них сами разбирали свои объекты. Все,
кто поднимался на гору, говорят, что стало
приятно просто гулять: ни гостиниц, из которых лились грязные стоки, ни питейных
заведений, загораживающих восхитительный обзор. Надеемся, что на Ай-Петри такого больше не повторится никогда.
— Нехватку воды ощущают только
аграрии?
— Режим ЧС был введен и в 10% населенных пунктов. В отдаленные районы организовали подвоз питьевой воды. Транспортные расходы взяла на себя администрация региона. В итоге могу сказать
с полной уверенностью, что чистой питьевой водой наши жители обеспечены в полном объеме. А вот что касается мелиорации, тут, конечно, проблема есть. После
того как мы получали из Северо-Крымского канала до 3 млрд м3 воды в год, сейчас
мы остались с 700 млн м3. Аграрии, конечно, успели с нашей помощью быстро перестроиться: мы переориентировали сельское хозяйство с водозависимых культур
на засухоустойчивые. Особенно это касалось Северного Крыма. Нам, конечно,
очень жаль, что мы в итоге потеряли возможность выращивания множества культур, в частности прекратило существование одно из самых сильных в республике
рисовых хозяйств, дававших зерно высочайшего качества. Сейчас там, кажется,
высевают подсолнечник, бобовые, но есть
и совершенно неожиданные предложения
по засухоустойчивым растениям.
— Можете выделить самые интересные?
— Предложений много. Например, возрождение в Крыму плантаций хлопчатника. Я бы пока не торопился с оценкой, правильно это или нет. Есть те, кто считает,
что эта культура у нас не пойдет, другие
полны энтузиазма проверить это на практике, тем более что в середине прошлого
века в Крыму успешно выращивали хлопок. И я склоняюсь к тому, что даже фантастическим на первый взгляд идеям
надо давать шанс. Моя задача — оказать
содействие ученым в их работе на экспериментальной площадке. Задача аграриев — сделать правильный вывод о целесообразности выращивания здесь той или
иной культуры. Главный аргумент — это,
конечно, экономическая выгода.
— Интересная ситуация сложилась
с озимым рыжиком — еще одной новинкой крымских полей. Это и хорошее
сырье для производства ­биотоплива,
18 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Наука и общество
и устойчивая к засухе культура, только заказчиков у нас своих нет. Зато директору НИИ
сельского хозяйства Крыма звонят из немецкой
авиакомпании Lufthansa и просят засеять для
них большую плантацию...
— Думаю, со временем появятся и свои заказчики. А пока приглашаем и Lufthansa, и другие
компании, которым нужна наша помощь: пускай
приезжают, наша сельхозакадемия справится
с поставленной задачей, не сомневаюсь. Сейчас
вопрос заключается лишь в том, как правильно подать продукт, как выставить на торги. И везде решающую роль играют профессионалы своего дела.
Все начинается с человека.
— Вы умеете находить таких?
— Если я вижу, что есть специалист, который хочет реализовать свой проект, у него в хозяйстве
дело кипит, глаза горят, — знаю, с таким можно
смело браться за дело. А безынициативному человеку дай хоть золотую жилу, он все равно все провалит. Мы недавно с коллективом НИИ сельского
хозяйства Крыма провели собрание, наладили системную работу, определились с основными путями развития. Ищем инструменты, выбираем оптимальные варианты: в этих районах лучше будет
расти одна культура, в тех — другая.
— Вы как-то высказали сожаление, что в российских медучреждениях не используют в качестве лечебно-профилактического средства
вино. Предположим, такой указ поступил. Готов ли Крым стать основным поставщиком качественных вин на российский рынок?
— Конечно, современные объемы производства
не сравнить с теми, которые были лет 30 назад.
При СССР только наша республика имела более
160 тыс. га виноградников. Сегодня же, по статистике, на всю Российскую Федерацию приходится 90 тыс. га виноградников, из которых 30 тыс. —
крымские, да и то реально живых, то есть таких,
которые в ближайшие годы будут стабильно давать урожай, из них всего 15 тыс. га.
— Не хотелось бы возродить былую славу?
— Славу Крыма как винодельческой столицы
страны, безусловно, надо возрождать. Нам очень
нужны сейчас талантливые менеджеры с современным подходом к делу, которые могли бы наладить работу так, чтобы получать выгоду. Все должно приносить доход.
— В научном ключе интересна судьба Всероссийского национального НИИ виноградарства
и виноделия «Магарач». У ведущего научного учреждения, которое славилось когда-то своей
продукцией на всю страну и за рубежом, нет сейчас ни одного своего виноградника и производства. Как вы видите решение этой проблемы?
— Виноградников у «Магарача» практически
не было и при Украине. Институты еще тогда
были лишены своей сырьевой базы. Сейчас они
w w w.sci-ru.org
­получили шанс, мы ведем переговоры с Министерством науки и высшего образования, куда сейчас
перешли все институты после ликвидации ФАНО.
В настоящий момент на землях «Магарача» крупной компанией из Татарстана уже реализованы
два инвестпроекта. Всего под посадками находится около 2 тыс. га, средства от одной из них пойдут
в пользу ВННИИВиВ «Магарач». Плюс они получат
25 тыс. га бывших земель совхозов на Южном берегу Крыма, на которых раньше выращивались элитные сорта винограда. Я со своей стороны выразил
готовность (это было еще до выборов президента
страны) передать эти земли под экспериментальную базу института. Вот так мы участвуем в жизни
института. Ведь «Магарач» находится сейчас в сфере внимания РАН, его имущество — в ведении нового Министерства науки. Мы помогаем лишь с координацией планов, ищем сейчас частные средства
для развития, которые помогут оживить работу.
Самому ФГУП с такой задачей, увы, не справиться.
Из года в год администрация Крыма компенсирует частным фирмам до 50% средств, необходимых
на высадку садов и виноградников. Это позволяет
нам ежегодно высаживать до тысячи гектаров.
— Указ о передаче 25 тыс. га уже подписан?
— Мы пока готовим программу, а потом с президентом РАН обратимся к главе государства с просьбой нас поддержать и дать поручение правительству.
— Большого успеха достигли в Крыму археологи, извлекшие из-под земли более 40 тыс.
артефактов в рамках масштабного исследовательского проекта, связанного со строительством автотрассы «Таврида».
— Согласен. Это стало возможным после выхода
соответствующего закона о проведении археологической экспертизы перед любым строительством.
В будущем исторические памятники будут представлены не только в Крыму, но и во всем мире.
И ведь строительство трассы продолжается.
А это значит, что впереди нас ждут новые открытия. У нас еще столько древних курганов, что музеи в будущем можно строить вдоль всей трассы
от Керчи до Симферополя.
— А теперь позвольте задать личный вопрос.
Как вам удается на фоне этого находить душевную гармонию? Может, есть какие-то внутренние установки, которые помогают в выборе
правильных решений?
— Моя душевная гармония сохраняется, если я
уверен в своей правоте, если я знаю, что действую
не в личных интересах, а так, как нужно большинству граждан. Еще не было такого, что после
принятия решения меня удавалось кому-то переубедить. Если я внутренне принял его, с пути уже
не сверну.
Беседовала Наталья Веденеева
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
19
АРХЕОЛОГИЯ
1
ПУТЕШЕСТВИЕ
В ЦАРСТВО
МЕРТВЫХ
2
Ученые из Института
археологии РАН
обнаружили в районе
Севастополя некрополь
из 300 захоронений II–IV вв.
20 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Археология
4
5
3
6
1. Останки древнего жителя Тавриды
2. Некрополь «Фронтовое-3»
вмещает около 300 могил
3. Работа спасательных археологов
на территории древнего некрополя
4. Сотрудница Института архео­
логии РАН К.С. Лебедева работает
в могиле древней жительницы Крыма
5. Кроме своей посуды местные
жители использовали красивые
глиняные сосуды, которые
доставлялись из Херсонеса
6. Тонкой кисточкой аккуратно
расчищается каждый найденный
скелет
w w w.sci-ru.org
21
Археология
Кто-то скажет, что беспокоить умерших — не к добру. Однако никто
не возражает по поводу уточнения исторических данных, скрытых под
пологом тысячелетий. Но без археологических раскопок жилищ наших
далеких предков или их кладбищ таких артефактов не раздобудешь.
Уникальная, беспрецедентная по своим масштабам возможность пролить свет
на прошлое нынешней российской территории выпала нашим ученым в связи
со строительством новой автотрассы «Таврида» в Крыму. К 2018 г. представители
«спасательной археологии» (так уважительно называют тех, кто идет впереди
строительной техники, чтобы сохранить от уничтожения скрытую в древней
земле историю) обследовали почти 300-километровый ее участок. И вот
к 40 тыс. находок из восточной и центральной частей полуострова прибавились
открытия из юго-западной его части в районе Севастополя.
Крымская новостроечная экспедиция Института археологии РАН при раскопках на будущей автотрассе «Таврида» (одно из исторических названий древнего и средневекового Крыма) началась
весной 2017 г. Вдоль трассы, пересекающей полуостров с востока на запад, ученые обнаружили более 90 памятников истории, уходящей в прошлое до 80 тыс. лет — от эпохи палеолита до XIX в.,
а вместе с ними — более 40 тыс. уникальных предметов бытовой утвари, оружия и украшений. И вот
на подходах к Севастополю возле поселка Фронтовое впервые раскопан целый некрополь. Зафиксировано более 200 могильных сооружений (предположительно их там около 300) II–IV вв. н.э. на террасе левого берега реки Бельбек. Могильнику дали
название «Фронтовое-3».
МНОГОЛИКИЙ КРЫМ
Эта находка была огромной удачей для археологов.
Как рассказали в Институте археологии, в этом регионе Крыма предыдущие раскопки аналогичных
памятников широкими площадями проводились
в основном в 1940–1960-х гг., и, к сожалению, могильники не были тогда полностью исследованы,
а к настоящему времени оказались в значительной
степени разграблены. Сравнительно недавние раскопки затрагивали лишь небольшие участки, а несколько некрополей были уничтожены целиком —
современные мародеры ничего не оставили для изучения прошлого нашей ­с траны. ­Обнаруженный
22 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
во время строительства трассы некрополь «Фронтовое-3» сохранился полностью и поэтому представляет особый интерес для ученых.
Исследованная часть могильника датируется
от конца II в. до конца IV в. н.э. Население Юго-Западного Крыма в римское время было весьма неоднородным. В Херсонесе и его округе, находившихся под властью Римской империи, жили потомки
греческих колонистов и представители соседних
народов (варваров, как их называли греки и римляне). От реки Альмы до земель близ современного
Симферополя до середины III в. располагалось так
называемое позднескифское государство, население которого состояло, вероятно, из потомков скифов и пришедших позднее нескольких групп сарматов. Долина Бельбека, где находится Фронтовое,
лежала между этими двумя главными военно-политическими силами региона.
Неизвестно, были ли жители долины потомками «классических» скифов, кочевавших в степях
Северного Причерноморья примерно с VII в. до н.э.
и оставивших после себя знаменитые курганы.
На полуострове, постоянно контактируя, торгуя
и воюя с греческими Боспорским и Херсонесским
государствами, смешиваясь с местными варварами, строя крепости и занимаясь земледелием, бывшие кочевники настолько изменились, что некоторые современные исследователи стали сомневаться в том, что они — прямые потомки кочевых
скифов. Чтобы отличить новую культуру, ее и назвали позднескифской.
Археология
Позднескифское государство первоначально
играло заметную роль в истории Крыма. Оно постоянно угрожало Херсонесу и во второй половине II в. до н.э. захватило его сельскохозяйственную территорию на северо-западе полуострова.
В конце этого же столетия поздние скифы сражались с понтийским царем Митридатом VI, в первой
четверти I в. н.э. — с боспорским царем Аспургом,
а в 60-х гг. н.э. — с римлянами.
— Во II в. н.э. вслед за скифами на территорию
Юго-Западного Крыма вторглись кочевники сарматы, — поясняет начальник всей новостроечной
экспедиции вдоль трассы «Таврида» доктор исторических наук, ведущий научный сотрудник Института археологии РАН С.Ю. Внуков. — Они явились из южнорусских степей нескольким волнами,
как минимум тремя. Шли из-за Волги, из уральских и приуральских степей. Новые кочевники,
которых нельзя назвать единым народом, прогоняли своих сородичей, пришедших до них на данную территорию. Одной из ветвей сарматов были
воинственные аланы. В Крыму о них мало известно, но мы знаем, что они были на северном берегу
Бельбека во II в.
К середине III в. н.э. со стороны южной Балтики
(с территории современной Польши), а затем с земель современных Украины и Молдавии в Северном Причерноморье появляются новые завоеватели — группы так называемых восточных германцев, сильнейшими из которых были готы.
Получив корабли у жителей Боспора (части Восточного Крыма и Таманского полуострова), они делали набеги на Римскую империю, но в итоге были
разгромлены. Остатки расселились на просторах
от востока Румынии до Курской и Белгородской
областей России, смешавшись с местным населением (археологи называют эту общность «черняховская культура»), некоторые осели в Горном Крыму в стране Дори (носители готского языка здесь
сохранились до XVI в.!). Община, оставившая могильник «Фронтовое-3», эти потрясения тоже пережила: наряду с местными традициями испытала и влияние новых соседей.
— Яркая культура, впитавшая местные и новые
компоненты, представлена памятниками археологии от северных склонов Крымских гор до окрестностей современного Севастополя, — говорит старший научный сотрудник Института археологии
РАН И.О. Гавритухин. — Она развивалась до конца
IV или начала V столетия, когда в Таврию пожаловали новые завоеватели — часть гуннов и другие,
подчиненные им люди. Гунны — сложный этнос,
появившийся в Европе в IV в. н.э. По одной из гипотез, среди них были потомки хунну (по-китайски
сюнну), мощное государство которых с конца
III в. до н.э. по середину I в. (частично до середины
II в. н.э.) существовало на территории современных Северного Китая и Монголии. По описаниям,
w w w.sci-ru.org
В склепы ведут узкие коридоры-дромосы со ступеньками
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
23
Археология
это были степные кочевники, монголоиды, но никто доподлинно не знает, на каком языке они говорили. Они подчинили многие народы. Их держава
к середине V в. при Аттиле простиралась от Дона
до Среднего Дуная (с главной ставкой на территории современной Венгрии). Вскоре после смерти
Аттилы (в 453 г.) подчиненные народы восстали,
разгромили гуннов, прогнав их и сохранившие им
верность отряды в Восточную Европу, где те растворились среди новых волн кочевников, пришедших из Азии.
Был ли подчинен Юго-Западный Крым гуннам,
неизвестно, но к началу V в. многие могильники
здесь и в предгорьях Крыма перестают использоваться. Однако местное население не исчезло, оно
передвинулось в другие места на юго-западе и на
юге Крыма. Эту судьбу, судя по всему, разделили
и люди, предков которых хоронили во «Фронтовом-3». Их потомки приняли христианство, перешли на греческий язык и жили в Крыму до присоединения его к России в конце XVIII в.
На всю эту смесь народов Юго-Западного Крыма, по словам С.Ю. Внукова, оказывали огромное
влияние древнегреческий, римский, а потом византийский Херсонес Таврический, который находился на территории нынешнего Севастополя.
Но в долине Бельбека в рассматриваемый период
греки и римляне не жили, они были скорее основными торговыми партнерами местного населения.
Например, вся стеклянная и значительная часть
керамической посуды, найденной в захоронениях
«Фронтовое-3», — позднеантичная, и ввозилась она
главным образом через Херсонес.
Вице-президент РАН
Н.А. Макаров
на месте раскопок
24 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
НЕКРОПОЛЬ «ФРОНТОВОЕ-3» —
НОВОЕ ОКНО В ИСТОРИЮ
Открытие некрополя «Фронтовое-3» позволит
ученым получить множество новых артефактов,
подтвердить или опровергнуть существующие
­версии.
— Инфраструктура страны развивается, и наша
задача — обеспечить сохранение археологических
древностей в этой ситуации, предложить строителям обойти памятники археологии при прокладке
новых дорог и трубопроводов или провести их раскопки, документировать древние поселения и могильники до прихода строителей, — поясняет уже
на месте раскопок директор Института археологии вице-президент РАН Н.А. Макаров. — Этот могильник — не единственный некрополь римского
времени на юго-западе Крыма, но мы считаем его
выдающимся. Во-первых, потому что он предстал
перед нами почти в полной сохранности: до него
не добрались современные мародеры, а посещения древних грабителей затронули лишь отдельные погребения. Во-вторых, это первый некрополь
римского времени, который единовременно исследован широкими раскопками. Появляется возможность составить полный план могильника, документировать погребальный обряд во всех деталях,
используя современные технические средства,
и проследить развитие культуры и погребальных
обычаев одной древней общины с конца II в. до начала V в. н.э.
Археология
Стеклянный сосуд,
извлеченный из могилы
СП РАВКА
Тавры — местное население,
жившее до I в. н.э. на юго-западе
и, возможно, на востоке Крыма.
Скифы и поздние скифы — представители позднескифского государства, располагавшегося
в западном и центральном Крыму, столица — Неаполь Скифский
на территории современного
Симферополя.
Сарматы (часть территории современных Казахстана, России,
Украины, Молдавии, Румынии,
Сербии, Венгрии — степная зона
от Зауралья до Дуная).
Аланы — ираноязычный народ,
близкий сарматам. Их мощный
центр сложился во II в. на Северном Кавказе, дав там начало современным осетинам. С середины III в. власть аланов распространилась и на донские степи,
но в конце IV в. одна из групп аланов ушла с гуннами в Центральную Европу, другая вместе с германским народом вандалами
w w w.sci-ru.org
дошла до территорий Франции,
Испании и даже Алжира и Туниса
в Северной Африке. Аланы нанимались и в войска к позднеримским правителям. Набеги аланов
в первые века нашей эры затронули также Крым, в средневековых источниках они уже фигурируют среди крымских жителей.
Готы — восточногерманский народ, сначала занимали южное
побережье Балтики на территории Польши. Они были среди носителей археологической вельбарской культуры I–IV вв., распространившейся на юго-восток
вдоль Западного Буга до среднего течения Южного Буга и Среднего Поднепровья. Часть готов
наряду с другими германцами,
частью скифо-сарматских и славянских группировок была среди носителей археологической
черняховской культуры середины III в. — начала V в., простиравшейся от Восточной Румынии до Курской и Белгородской
областей России. Часть готов
­ ежала от гуннской угрозы на заб
пад, основав после многих миграций Вестготское королевство
на юге современной Франции,
в VI в. были вытеснены франками
на территорию Испании. Другая
группа была подчинена гуннам,
а после их разгрома во второй
половине V в — первой половине VI в. образовала Остготское
королевство на территории Западной Венгрии, части Хорватии,
Словении, Италии. Другие группы готов известны на территории
Северной Болгарии, еще одна —
близ Новороссийска, особая —
в горном Крыму (страна Дори, где
готский язык сохранялся дольше
всего — до XVI в.).
Греки (Херсонес и другие античные города Причерноморья).
Гунны — пришельцы из Азии,
в первой половине V в. создали
государство от Дона до Дуная
со ставкой на территории Восточной Венгрии.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
25
Археология
Из находок
в некрополе.
1. Фибула —
металлическая
застежка
для одежды,
одновременно
служащая
украшением.
2. Серьги.
3. Сосуды
из погребений.
4. Полихромный
браслет.
1
2
3
4
ТЕХНОЛОГИЯ ПОИСКА
Перед началом археологических
раскопок ученым нужно определиться с местом, найти сам
памятник. Для этого существует процедура археологической
разведки. На самом раннем этапе первыми обследуемую территорию проходят саперы, разминируют участки. Вдоль трассы
«Таврида» уже найдено множество патронов (россыпями и упаковками), гранаты. Самой опасной находкой стала 50-килограммовая авиабомба, найденная
26 СП РАВКА
в ­восточной части трассы. Такие
«подарки» чаще всего встречаются в районе Керчи и Севастополя.
После саперов к делу приступают сами археологи со своими методиками поиска. Через каждые
100 м они делают шурфы — вертикальные выработки на 2–3 м
в глубину, откуда поднимают землю и определяют, есть ли в данном месте древний культурный
слой. Он определяется по присутствующим в образцах фрагментам керамики, строительным
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­ атериалам и прочим находкам.
м
Жилые постройки из камня находить легче, чем могилы.
Некрополь
во «Фронтовом-3»
нашли уже после начала строительных работ. Когда техника сняла первый дерновый слой
почвы толщиной в 10–20 см, ученые увидели на оголенной подложке характерные темные пятна, по которым определяют места захоронений. Дальше почва
вскрывается только вручную, лопатами.
Археология
Журналисты прибыли в Фронтовое, когда часть
некрополя — в том месте, где должна проходить
трасса, — была уже отработана учеными: кости
древних жителей Бельбекской долины извлечены
и отправлены на экспертизу антропологам, посуда
и ювелирные украшения почищены и разложены
рядом под шатром, сами могилы тщательно расчищены, зачерчены и отсняты фотографами. Однако по обеим сторонам от будущего участка дороги, которая должна соединить Симферополь с Севастополем, раскопки еще продолжаются, справа
от трассы — более древнее захоронение, датируемое II в. н.э., слева — более поздние, IV в.
Сейчас сложно сказать, кем были люди, похороненные в некрополе «Фронтовое-3». Долина реки
Бельбек, где обнаружены захоронения, во время
поздней античности выступала контактной зоной многих народов: здесь обитали поздние скифы, к которым затем присоединились сарматы, возможно, германцы-готы. При этом жившие
здесь общины испытывали сильное влияние Херсонеса с грекоязычным населением, с I в. входившего в Римскую, затем в Византийскую империю.
Местная культура имела во многом эклектичный
характер, что подтверждают находки из могильника. Способы захоронения и найденные в них
предметы указывают на различные культурные
влияния. Очевидно, что могильник точно отражает бурные исторические события этого периода.
Два из них — появление готов в середине III в.
и гуннов в конце IV в. — во многом видоизменили
историю Крыма. Об этом можно судить по изменившимся формам захоронений и по находкам.
— У вас есть редкая возможность увидеть это
окно в древность, — поясняет Н.А. Макаров. — Через несколько дней, когда мы извлечем из могил
останки погребенных и древние предметы, сопровождавшие захоронения, эти объекты как целостные комплексы перестанут существовать, на площадку придет строительная техника. Останутся
коллекции археологических предметов, фотографии, чертежи, видеоматериалы.
Пока же здесь особые правила поведения. Журналистов сразу предупреждают, что на площадке
некрополя двигаться нужно очень аккуратно, чтобы не затоптать еще не раскопанные погребения,
а на расчищенные островки, где, по предположениям археологов, находятся новые захоронения,
вообще нельзя наступать.
Ранние погребения некрополя датируются концом II в. — первой половиной III в. н.э. Большинство представляют собой подбойные могилы, которые состоят из вертикального входного «колодца»
и ниши — погребальной камеры, устроенной в одной из стенок (иногда в двух). Погребенных укладывали на спине, у головы обычно помещали керамические и стеклянные сосуды, ножи и пищу,
которую клали покойным. Затем вход в камеру закладывали камнями.
Заглядываем в первую вскрытую подбойную могилу, где работает молодая сотрудница Института
археологии РАН К.С. Лебедева.
Тонкой кисточкой она аккуратно расчищает скелет молодой женщины. Ее юный возраст устанавливается по хорошо сохранившимся зубам в верхней и нижней челюстях, а также по ­у крашению:
Журналисты
предупреждены:
на площадке некрополя
двигаться нужно очень
аккуратно, чтобы
не затоптать еще
не раскопанные погребения.
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
27
Археология
позеленевшему со временем тонкому медному браслету на запястье. Лежащая рядом с изголовьем кость животного (когда-то она была с мясом) — свидетельство присутствия в загробной
«диете» мясной пищи, рядом — сосуд, в котором
когда-то, возможно, было вино.
Специальное изучение костей антропологами
со временем даст возможность более точно установить, чем питалась «хозяйка» могилы, диагностировать некоторые болезни, оценить общее состояние здоровья. С определением причины смерти
сложнее, ее удается выяснить лишь в редких случаях.
Если в женских погребениях больше украшений:
бус, браслетов, серег, стеклянных флаконов из-под
благовоний, пряслиц от веретен, — то в мужских
чаще встречаются оружие и конская узда. Впрочем, в некоторых из них археологи все же нашли
перстни и крупные бусы. Застежки-фибулы, пряжки, ременные наконечники входили в убор и тех
и других.
Переходим на более позднюю территорию кладбища, которое постепенно расширялось на юг
и восток. Большинство могил второй половины
III и IV в. н.э. также были подбойными, но появились и другие погребальные конструкции: грунтовые могилы с заплечиками — уступами, на которые опирались каменные плиты перекрытия,
а также грунтовые склепы.
Ученые особо предостерегают не наступать
на края одного из склепов, подчеркивая его хрупкость. Высота погребальной камеры — 3,5 м, это
намного глубже, чем на старой территории. В склепы ведут узкие коридоры-дромосы со ступеньками.
Осторожно заглядываем в один из таких склепов
и видим в нем останки сразу пяти человек. Многие
ученые считают, что такое коллективное захоронение — вклад сарматов и аланов. Но есть и другие версии, в частности о заимствовании традиций из Боспора, государства в Восточном Крыму
и на Таманском полуострове.
— Очень редко доводится видеть древние захоронения в таком нетронутом виде, — говорит один
из руководителей раскопок из Института археологии РАН А.Н. Свиридов. — Нашли его так: после
снятия дерна мы зафиксировали пятно удлиненной формы желтого суглинка (это признак дромоса
со ступеньками) и пятно, которое свидетельствовало о наличии просевшей погребальной камеры,
которая раньше была сводчатой. По ступеням дромоса родственники умершего заносили его в склеп,
а вход закрывали большим камнем, чтобы никто
не мог проникнуть обратно из мира мертвых в мир
живых. В склепе мы нашли останки пяти людей,
один из которых точно был воином, поскольку родственники положили в могилу щит и меч. Причину
их смерти мы установить пока не можем, да и надежды на антропологов тоже особой нет — в этих
28 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
местах очень агрессивная почва, которая вряд ли
оставила нам возможность для того, чтобы установить все детали жизни по костям. Кстати, эта
семья скорее всего отошла в мир иной почти одновременно: скелеты лежат не сдвинутые. Но мы
сталкивались и с тем, что в некоторые склепы родственники спустя годы докладывали трупы, занося их через те же дромосы и отодвигая камень.
Вместилища, в которых хоронили покойников,
были разные: и жестяные, и лубяные, и тканевые,
и выдолбленные ящики, напоминавшие гробы.
В некоторых могилах ученые находили нечто похожее на погребальные носилки.
В поздних погребениях, по словам ученых, найдено много оружия — мечей, фрагментов щитов.
В одной из могил лежал топор.
Возле черепов, так же как и в более ранних могилах, найдены сосуды, в которых было вино,
и остатки заупокойной пищи. Нетронутые захоронения позволили точно воспроизвести детали погребального обряда: в одном из склепов, где был похоронен взрослый мужчина, возле черепа лежало
несколько керамических и один стеклянный сосуд, в миске остались скорлупа яиц и кости птицы,
у правого плеча лежал клинок, вероятно, от древкового оружия, с левой стороны у ног — меч. К стене был прислонен щит, от которого сохранились
рукоять и умбон (накладка на центральную часть).
ФИБУЛА — ИСТОЧНИК ЗНАНИЙ
Но, пожалуй, самым красивым и довольно многочисленным артефактом из древних могил «Фронтового-3» стали фибулы — металлические застежки для одежды с пружинным механизмом и иглой,
продевающейся сквозь ткань. Одни были характерным признаком римского влияния, в других отразились элементы германских традиций. В частности, по словам И.О. Гавритухина, германцы
принесли в Крым двучленные прогнутые подвязные фибулы — в отличие от лучковых (не прогнутых) одночленных, которые местные жители носили раньше.
Население Крыма, по словам И.О. Гавритухина,
широко использовало в костюме металлические
украшения. В шатре, куда доставили очищенные от земли артефакты, нам показывают также
серьги, браслеты. Есть полихромные (разноцветные) вещицы, изготовленные из серебра, с позолотой и вставками из сердолика, бусы из стекла, полудрагоценных камней, янтаря. Интерес исследователей вызвал сложный, украшенный подвеской
наконечник ремешка для обуви III в. н.э., имевшей
вид полусапожек.
Заимствования касались не только украшений,
но и посуды. Кроме своей местные жители использовали красивые глиняные сосуды, которые доставлялись из Херсонеса. На горлышках амфор есть
Археология
­ ометки в виде букв. Это дипинти — что-то вроде
п
товарного знака производителей. По форме амфор
покупатели сразу различали «фирму». В ходу были
римские монеты, по которым археологи легко прослеживают время и место их изготовления.
Эти предметы на самом деле говорят исследователям о многом: о торговых отношениях, уровне
ремесленного мастерства, связях с другими племенами и даже социальной иерархии.
МУЗЕЙ В СЕВАСТОПОЛЕ ЖДЕТ
ПОПОЛНЕНИЕ КОЛЛЕКЦИИ
Немного жаль, что все это скоро будет сравнено
с землей и люди не смогут прикоснуться к вечности... Однако руководители раскопок успокаивают: во время этой работы они впервые применили метод фотограмметрии для создания трехмерной модели погребальных комплексов и уточнения
их архитектурных особенностей. Так что эффект
присутствия для желающих виртуально посетить
некрополь будет обеспечен.
Сейчас ученые завершают раскопки на юго-восточном участке некрополя и продолжают исследования на северо-западном, где могут находиться
еще более ранние захоронения. После окончания
работ участок будет сдан строителям, а материалы
раскопок отправлены в Херсонесский музей-заповедник в Севастополе.
— Хотелось бы поблагодарить Институт археологии РАН и Российскую академию наук за своевременную работу по поиску древних артефактов, — сказал нам присутствующий на раскопках
замгубернатора города Севастополя Ю.И. Кривов. — Эти находки на территории нашего города
федерального значения имеют большую ценность.
Для нас важен факт, что каждое строительство теперь предваряется научной экспертизой, впереди
строителей идут археологи. Причем происходит
это не только вдоль автотрассы, но и на всех других строительных объектах в городе и республике. Сегодня понимание того, что это необходимо
для сохранения нашей истории, пришло ко всем.
Второе обстоятельство, радующее нас, заключается в том, что все артефакты после находки и реставрации пополнят коллекцию Херсонесского
музея в Севастополе. Уверен, что они заинтересуют многих гостей нашего города, подчеркнут его
уникальность.
Подготовила Наталья Веденеева
Путешествовавшая в древнюю Тавриду автор материала Н.В. Веденеева
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
29
CЕЛ ЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
ДОЛЯ
АНГЕЛОВ
ЮБИЛЕЙ «МАГАРАЧА»:
ВОЗРОЖДЕНИЕ ТРАДИЦИЙ
РОССИЙСКОГО ВИНОДЕЛИЯ
Научный руководитель
крымского
Всероссийского
национального НИИ
виноградарства
и виноделия рассказал,
чем сейчас живет
институт
30 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
31
Cельское хозяйство
Кто знает о вине все? Кто знает, как возобновить
производство качественного ароматного напитка в России?
Конечно, ученые из крымского ВННИИ виноградарства
и виноделия «Магарач». В этом году прославленному
и когда‑то гремевшему на весь мир своей знаменитой
продукцией институту исполняется 190 лет. Научный
руководитель института доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Михаил Николаевич Борисенко рассказал о том,
как специалисты возрождают прежние традиции создания
и производства лучшего российского вина.
— В 1828 г., в год образования института, указом Николая I в его состав было включено училище виноградарства и виноделия. Принимали
в него только мальчиков. Почему? Виноделие —
сугубо мужское занятие?
— Да, в те времена и виноградарство, и виноделие, требующие тяжелого физического труда, были
исключительно мужской работой. Первыми учениками Магарачского казенного заведения были воспитанники военно-сиротских домов. Срок учебы
им определили в 15–20 лет. Возможно, так сложилось и потому, что у местного населения было просто не принято отпускать девочек на учебу. Есть
и другая версия, которая, впрочем, тоже связана
с традиционным укладом жизни людей, выдававших девушек замуж в довольно раннем возрасте.
Когда им было учиться, если только обрезчиков
виноградной лозы училище готовило более десяти лет! У нас сегодня за это время можно получить
два высших образования.
— Институт
пережил
разрушительные
1990‑е гг., удалось ли сохранить старинную
коллекцию вин?
— В нашей энотеке — 40 тыс. бутылок. Специалисты сохранили самое старинное вино, сделанное в России, — это вино, созданное еще при жизни А.С. Пушкина. И все благодаря тому, что на старом винзаводе были идеальные условия для его
32 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­ ранения. Сегодня энотека с 200-летними винами
х
перенесена в одно из помещений винзавода «Ливадия». В этом году благодаря ФАНО мы планируем
провести в этом помещении капитальный ремонт,
чтобы сохранить наше богатство для будущих поколений. Готовимся приобрести и смонтировать
промышленный кондиционер, который будет постоянно поддерживать необходимую температуру,
и систему для контроля влажности воздуха. На эту
работу выделено 4 млн руб. Деньги уже на счете,
и в сентябре мы собираемся начать реализацию наших планов. Проблему с неустойчивой температурой надо срочно решать. Ведь в неприспособленном
хранилище находится в том числе «Мускат белый
Магарач» — а это титульная марка нашего института, которая завоевала на международных выставках не одну золотую медаль. Технологии производства всех остальных марок, которые вы видите
в винных магазинах России и СНГ, — портвейнов,
мадер, кагоров — разработаны учеными нашего
института. Сегодня наши виноделы не стоят на месте и кроме новых разработок думают, как, например, создать классический белый портвейн образца
1960-х гг., используя новые сорта вино­града.
— К какому направлению науки виноделы
ближе?
— Согласно современному делению, виноделие
относят к направлению исследования «Продукты
Cельское хозяйство
питания и технологии их производства». А если говорить о Программе фундаментальных научных
исследований государственных ­академий наук
на 2013–2020 гг., то наши исследования в области
виноделия относятся к разделу Х «Сельскохозяйственные науки», подразделу (направлению) «Хранение и переработка сельскохозяйственной продукции».
— Насколько универсальны виноделы?
— Я в свое время учился в Крымском сельскохозяйственном институте, а одна из специальностей
на нашем потоке агрономов называлась «плодоовощеводство и виноградарство», мы знали и технологию возделывания виноградника, и технологию
производства вина. Сегодня, к сожалению, технолог не знает, как возделывается виноград, а виноградарь — как делается вино. В Европе, кстати, нет
разницы между агрономом и виноделом, как раньше было и у нас.
— До 1931 г. «Магарач» входил в состав Никитского ботанического сада, а потом отделился.
В чем причина?
— Да, действительно, постановлением заседания Малого Президиума ВАСХНИЛ от 20.09.1930 г.
было принято решение «Из системы Никитского ботанического сада выделить виноградо-винодельческий отдел "Магарач" со всеми виноградными площадями, какие там имеются, с тем чтобы
на базе этого отдела развернуть Крымскую зональную станцию виноградарства и виноделия...».
В 1937 г. станция была преобразована во Всесоюзную научно-исследовательскую станцию винодельческой промышленности «Магарач». Причина
прежде всего в решении поставленных тогда руководством страны задач по развитию виноградарства и виноделия Крыма и всего Советского ­Союза.
А накопленные к тому времени теоретические
и практические знания в области виноградарства
и виноделия, наличие кадрового потенциала этому способствовали.
— И дальше пошел расцвет вашей организации. Продавалось ли ваше вино в магазинах?
— В очень больших объемах! Была специальная автоколонна, которая развозила вино по всему СССР, и практически в каждом республиканском центре — от Прибалтики до Таджикистана —
был наш филиал! Потом, когда страна распалась,
из этих филиалов сделали национальные научноисследовательские институты. Все их сотрудники, которые учились и защищались в «Магараче»,
руководят сейчас ими. Был у нас «филиал» даже
в Париже, одно время сотрудник «Магарача» возглавлял Международную организацию винограда
и виноделия со штаб-квартирой во французской
столице. В 1990 г. на базе института была организована 70-я ассамблея МОВВ.
— Доступно ли было вино «Магарача» простому человеку ?
w w w.sci-ru.org
— Оно продавалось во всех магазинах и стоило
недорого.
— Что означает название марки «Магарач»?
— Нам больше по душе перевод с тюркского —
«источник». Есть в Ялте урочище Магарач, где
весной 1829 г. был заложен первый опытный виноградник, и мы сейчас боремся за то, чтобы эти
26 га остались, как и прежде, за нами. В настоящее время идет тяжба по поводу того, кто будет
владеть урочищем. Мы считаем, что было бы справедливым оставить его нам.
— Какими новыми научными разработками
может похвастаться институт?
— Мы занимаемся фундаментальной наукой,
которая хоть напрямую и не связана с производством, но ее результаты направлены на инновационное развитие виноградно-винодельческой
отрасли не только Крыма, но и всей Российской
Федерации, в том числе и в аспектах создания импортозамещающих, энергосберегающих и экологически чистых технологий, улучшения качества
жизни человека. Особенно хочется отметить две
новые разработки, актуальные на сегодня. Первая касается защиты виноградников от болезней
и вредителей. На Южном берегу Крыма очень много плантаций, расположенных рядом с населенными пунктами, с пляжами, и проводить там опрыскивание химическими препаратами нежелательно — экология нарушается. Мы решили создать
Профессор М.Н. Борисенко
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
33
Cельское хозяйство
систему защиты, которая будет оберегать растения без использования пестицидов.
— А каким образом?
— Сейчас мы готовим к внедрению систему защиты винограда на основе использования биопрепаратов, это будущее виноградарства.
Вторая наша разработка заключается в эффективном извлечении полифенолов винограда из отходов винодельческого производства — кожицы и семян. Используя полифенолы винограда,
мы создали новые продукты, например «Эноант».
По сути, это безалкогольный напиток, насыщенный полифенолами в десять раз больше, чем традиционное вино. В день его нужно выпивать всего 20 г, чтобы успешно вывести из организма свободные радикалы. Его можно давать маленьким
детям, склонным к аллергии, больным, проходящим курсы химиотерапии. В рацион экипажей
атомных лодок, стратегической авиации входит
­к расное столовое вино. Может, им бы лучше подошел наш безалкогольный продукт?
Многое делается также для насыщения рынка
столового винограда Российской Федерации отечественной продукцией, расширения конвейера потребления за счет сортов сверхраннего срока созревания, решения вопросов импортозамещения.
Нами поданы заявки на регистрацию двух новых
столовых сортов винограда — Солнечная гроздь
(столовый сорт раннего срока созревания) и Мускат Крыма (столовый сорт раннего срока созревания).
В плане совершенствования методов выявления фальсифицированной винопродукции установлены закономерности изменения энохимических показателей вин при их фальсификации путем внесения веществ, имитирующих цвет, аромат
и вкус. Обоснованы новые критерии, ­позволяющие
­ станавливать не виноградное происхождение пиу
щевых добавок (красителей, сахаросодержащих
компонентов, органических кислот, глицерина)
и диагностировать в винах их наличие. Издана монография «Методология идентификации подлинности вин»; коллективу авторов присуждена Государственная премия Республики Крым в области
науки и техники за 2017 г.
— В обществе сложилось мнение, что почти все вино нижнего и среднего сегмента цен,
которое продается в российских магазинах, —
из концентрата. Вы это подтверждаете?
— Безусловно, фальсификат имеет место, и правоохранительные органы должны внимательно
следить за тем, чтобы его не было, Ну а насчет того,
сколько фальсификата продается в наших магазинах, могу лишь сказать, что в последние годы
его доля существенно снизилась. Теперь о таре.
Раньше в СССР все портвейны, кагоры — все было
­бочковое. Сказать, что в нержавеющей или эмалированной бочке вино получается намного хуже,
нельзя. Просто уход за напитком, созревающем
в дубовой бочке, требует огромного длительного и кропотливого труда. Слышали про «долю ангелов», которая «улетучивается» из дубовых бочек
и поэтому их надо доливать? На самом деле вино
испаряется через древесину. Представьте производство, где используют тысячи бочек и постоянно их доливают. Сейчас, когда производители
тщательно считают деньги, они чаще склоняются
к алюминиевой таре.
— Какое время института вы бы назвали золотым?
— Лучшее время было, как ни странно, в конце 1980-х — начале 1990-х гг. Мы входили тогда в Министерство пищевой промышленности.
У нас был построен большой комплекс с крупным
СП РАВКА
В пользовании ВННИИ «Магарач»
в советские годы было не менее 600 га
виноградников, с которых собирали около
10 тыс. т с 1 га. Институту принадлежали два
перерабатывающих завода: в Отрадном
и в Вилине. Сейчас институт владеет только
одним заводом в Ливадии, который требует
реконструкции. Своих экспериментальных
плантаций пока нет.
34 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Cельское хозяйство
­винзаводом, огромными очистными сооружениями для сточных вод. Мы построили тогда целый
поселок городского типа — больше 30 домов для сотрудников в поселке Вилино.
Если заглянуть в более старые времена, «Магарач» процветал до войны и сразу после нее,
И.В. Сталин лично курировал наш институт. Если
возникали проблемы, то обращались к нему напрямую — и все вопросы решались.
— Какое у него было любимое вино?
— Он любил молодое столовое вино из Грузии.
А вообще, он очень ценил этот напиток и, как я уже
сказал, покровительствовал виноделам, хотел,
чтобы хорошее вино было доступно всем. Раньше шампанское было вином элиты, особенно военной элиты. Его могли, например, позволить себе
­ словия уже не позволяют выращивать какие-то
у
старые сорта. Вот мы и пытаемся подобрать такие
технологии, чтобы можно было создавать шампанское из современных сортов винограда. У нас
в ­и нституте есть целая лаборатория шампанских
вин, которая этим сейчас и занимается.
— На небе есть малая планета «Магарач». Кто
ее назвал и за что?
— Там есть не только планета «Магарач»,
но и планета «Авидзба», названная в честь нашего бывшего директора Анатолия Мкановича Авидзбы. Обе были так названы сотрудниками Крымской астрофизической обсерватории — и вполне
заслуженно. Люди помнят и уважают академика
А.М. Авидзбу. В свое время он был министром сельского хозяйства Крыма, затем коллектив института на несколько сроков подряд избирал его
директором.
В советские годы институт всегда был
состоятельной организацией, и до сих
пор, несмотря на сложные времена, мы,
наверное, единственные, кто обладает четырьмя коллекциями мирового уровня.
Первая — коллекция вина из 40 тыс. бутылок, вторая — ампелографическая коллекция из 4 тыс. сортов винограда, третья — это коллекция микроорганизмов
(дрожжей) для виноделия, и четвертая —
1 тыс. сортов табака, б льшую часть которых представляют крымские аборигены. Впервые за последние 15 лет в Крыму
высадили 60 га крымского табака. Болгарские коллеги взяли некоторые из них
на анализ и дали самую высокую оценку
полученному сырью.
В жизни виноградников, как
и в человеческой, со временем
многое меняется: климат,
новые почвенные условия уже
не позволяют выращивать
какие-то старые сорта. Вот
мы и пытаемся подобрать
такие технологии, чтобы можно
было создавать шампанское
из современных сортов
винограда
Беседовала Наталья Веденеева
гусары, получавшие большое жалование. Сталин же распорядился, чтобы у любого советского трудящегося по праздникам была на столе бутылка шампанского. Но мощностей классических заводов шампанских вин, где вино вызревало
в подвалах годами, не хватало, и тогда наши технологи предложили ускоренный способ производства шампанского. Так появилось акратофорное
«Советское шампанское». За это Сталин наградил
создателей сначала Сталинской, а потом и Ленинской пре­м иями.
— Слышала, что вы проводите новое исследование, связанное с шампанским. Не поделитесь
секретом?
— Традиционно сложилось так, что для производства шампанского подходят не все сорта винограда (Шардоне, Алиготе, Рислинг, Совиньон белый, сорта группы Пино и др.). Однако в жизни
виноградников, как и в человеческой, со временем многое меняется: климат, новые почвенные
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
35
Сельское хозяйство
Русское
в цифровую
поле
эпоху
СЕЛ ЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Об аграрной науке, о проблемах российского
сельского хозяйства и о том, как можно их
решить, мы говорили с вице-президентом РАН
Ириной Михайловной Донник.
36 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Сельское хозяйство
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
37
Сельское хозяйство
— Ирина Михайловна, вам не кажется, что у нас
сейчас все перевернуто с ног на голову? Считается, что самые важные науки — физика, химия... А ведь если разобраться, ничего нет важнее сельского хозяйства, без которого человечество просто не выживет.
— Все науки важны в гармонии развития,
а к аграрной науке отношение действительно часто достаточно снобистское. Но это, как правило, относится к людям, которые не сталкивались
близко с нашими разработками. А те, кто реально погрузился в тему, начинают настраиваться
на нашу волну. Возьмите, например, президента
РАН физика А.М. Сергеева. Чем больше он вникает
в проблемы сахарной свеклы, семеноводства и прочего, тем ему интереснее. И у него возникают все
новые и новые идеи.
— Есть все хотят, это вечная проблема человечества.
— Сегодня у нас на столе есть творог, молоко,
масло. Представьте, что всего этого у вас не будет,
заменят на синтетику. Не будет даже овощей. Если
думать о будущем, то надо уже сегодня заниматься
восполнением или заменой живых ресурсов, в том
числе искусственным мясом, искусственным молоком. Прокормить 10–12 млрд человек за счет животноводства вряд ли возможно.
­Однако для этого затраты на аграрный сектор
нужно увеличить в три, а то и в четыре раза.
— Но это же можно назвать стратегическими
вложениями?
— Конечно, и они себя оправдают. Но все это
надо делать комплексно, а мы пока вкладываемся
точечно. Сначала одна госпрограмма, потом другая, третья… Нам нужны сильная государственная поддержка и грамотная аграрная политика.
Не эпизодическая, а стройная система. А у нас как
получается? Объявили, допустим, программу «Семеноводство в области производства картофеля».
Ну, теперь в стране будет полно картофеля! В результате — обрушили цену. Как в прошлом году
с пшеницей получилось, с небывалым урожаем.
134 млн т собрали, и почти в два раза упала цена.
— Надо было излишки за границу продавать!
— Продаем, но экспортировать такой огромный
урожай сложно, там очень серьезная система допуска на рынок, это могут только избранные. Сертификация стоит очень дорого, надо получить деньги на вывоз, добиться, чтобы разрешили экспорт.
То же самое получилось с молоком. В апреле у нас
подняли закупочную цену на 15–20%, быстро затоварились и перестали принимать его у фермеров.
В результате фермеры начали разоряться, резать
коров, сливать молоко.
Сельхозтехника
на грани фантастики
Почем за морем телушка?
— Искусственное мясо... Может быть, есть
какие-то другие способы прокормить планету,
используя передовые технологии и научные достижения?
— На эту тему можно говорить много, перечислять достижения и неудачи. Не за горами будущее,
когда тракторы будут работать в беспилотном режиме. Мы идем к этому уже сейчас. Фермер сидит
дома у компьютерного дисплея и наблюдает, как
и где у него идут дела. Везде на ферме установлены
датчики, которые показывают, например, где участок сильно увлажненный, а где высохший. А система искусственного интеллекта, к которой сходится вся информация, автоматически выдает оптимальное решение.
— Это то, что называется цифровым сельским
хозяйством?
— Да, это «умное» сельское хозяйство, к этому идет весь мир. Роботизированные фермы, где
два-три человека обслуживают всю ферму, уже
есть и у нас, и в Беларуси, но таких пока не столь
много. Вот было бы у нас достаточное финансирование сельского хозяйства и особенно науки, отдача была бы колоссальная. Мы бы это быстро запустили, потому что уже есть технологии,
разработки ученых. Надо дать сельскому хозяйству возможность купить технику, дроны и т.д.
38 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
— Но если мы перепроизводим сельхозпродукцию, зачем тогда мы покупаем молоко и пшеницу за границей?
— Потому что импортное дешевле отечественного. Но всем известно: дешевое не значит качественное и выгодное, обычно бывает наоборот.
— Диетологи говорят, что человеку полезнее
питаться продуктами, которые растут рядом
с ним, а не теми, что выросли в другом полушарии.
— Это действительно так. В каждой местности
свои климатические условия, складывается определенная микрофлора, к которой организм местных жителей приспособлен лучше всего.
— Надо покупать местное и натуральное.
Только можно ли этим «натуральным фермерским продуктом» прокормить 7 млрд едоков?
— Можно, но на рынке лучше и больше продается
не натуральное, а дешевое. А натуральное и сейчас
дорогое, а скоро будет очень дорогое, не все смогут его себе позволить. Мои коллеги из Уральского государственного аграрного университета, где я
раньше работала, открыли учебный цех по производству колбас. Оказалось, что, например, у «Краковской», если ее делать строго по ГОСТу, себестоимость получается 700–800 руб. за 1 кг. Для того
чтобы получить хоть какую-то прибыль, надо ее
продавать минимум по 1 тыс. руб. Они попытались
Сельское хозяйство
сорт естественными способами, процесс растянут во времени. Как правило, человек
или животное успевают к этому изменению адаптироваться. В случае непосредственной
генной модификации изменения происходят резко, стрессово. И нет уверенности, что
такое изменение не запустит
в организме какой-то патологический механизм.
— То есть ГМО, по вашему
мнению, надо запретить?
— Ни в коем случае! Экспансия ГМО идет, и заниматься
этим надо, особенно в научных
целях. Надо и животных клонировать, и трансгенные технологии создавать, и в геном
вмешиваться, не просто отключать какие-то гены, а именно
видоизменять их. Но именно
Вице-президент РАН И.М. Донник и президент РАН А.М. Сергеев
в научных целях. До внедрения
эту колбасу реализовать через университетский в повседневную практику все эти новые продукстол заказов. Но за такие деньги не берут. Снизили ты и организмы должны проходить длительные
цену до 700 руб., потом до 500 руб., все равно ни- и тщательные испытания.
кто из сотрудников университета не берет, дорого.
Очевидно, что без удешевляющих добавок не обойВинная истина
тись. И ничего ужасного тут нет. Если, конечно, мы
добьемся хорошего качества продукта. Мы же со- — До последнего времени у России из 85 было
бак и кошек кормим сухими и консервированны- два сельскохозяйственных региона-лидера:
ми кормами, и они живут так же, как и те, которые Ставрополье и Краснодарский край. Ну, еще
Ростовская область и Алтайский край. Можно
питаются натуральным мясом.
— Я даже могу поверить, что первые живут ли надеяться, что с вводом Крымского моста
дольше, поскольку искусственный корм содер- в полную эксплуатацию к ним добавится еще
жит полезные добавки. С человеческой едой и Крым?
— Конечно! Крым в аграрном плане — прекраспока все обстоит сложнее. У нас весьма часто
встречаются добавки, мягко говоря, неполез- ная территория, кроме того, на полуострове еще
сохранился исконный сельский уклад жизни.
ные. Как страшное пальмовое масло...
— Ну, таким уж страшным его назвать нельзя. В результате антисанкций на нашем рынке резко
Если пальмовое масло натуральное, оно вполне упала доля импортной продукции. В отсутствие
годится в пищу. Однако к нам в страну поступает конкуренции сельское хозяйство Крыма имеет рене только натуральное, но и техническое, в кото- альную возможность развивать свое производство.
ром много синтетических составляющих, вот это- Поэтому у полуострова потенциал хороший.
Я немного опасаюсь, что слишком много инвего надо бояться.
— Еще одна страшилка — трансгены, ГМО. На- стиций в Крыму уходит в область виноградарства
и виноделия. Многие компании, успешные предсколько они опасны?
— Тут мнения экспертов разделились. Одни счи- приниматели выбирают, куда вкладывать деньтают, что генная модификация — это что-то типа ги, и начинают массово скупать земли под виноускорения селекции и опасаться тут нечего, дру- градники. Сухое вино покупатели хорошо берут,
гие — что к трансгенам надо подходить крайне так давайте мы сейчас все вокруг засадим виносторожно. Я отношусь ко второму лагерю. Конеч- ными сортами винограда. А Крым для них плохо
но, в мире происходят изменения, и создание лю- приспособлен, не тот климат, виноград не набирабого нового сорта — всегда изменение генотипа. ет столько сахара, чтобы получилось качественНо здесь есть два важных момента: длительный ное вино, как во Франции или Италии. К тому же
период изменения при обычной селекции и адап- предприниматели начинают все засаживать детация организма. То есть когда мы создаем новый шевой импортной лозой. Через какое-то время она
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
39
Сельское хозяйство
может полностью вытеснить нашу
лозу. И совсем не факт, что получаемое вино будет хорошего качества.
— Ну, не получится с импортной,
через несколько лет одумаются,
вернут отечественную. У нас же
есть «банки» виноградного посадочного материала?
— Конечно, есть Всероссийский
национальный научно-исследовательский институт виноградарства
и виноделия «Магарач», где хранятся образцы. Но все это хорошо для
научных исследований, как генные
банки. Для того чтобы из них восстановить долю отечественных сортов, должно смениться несколько
поколений растений. Должны пройти годы, чтобы получить первый настоящий урожай.
Еще вы должны учитывать, что
сорта недолговечны, любой сорт
нужно улучшать, иначе через пятьС вице-президентом РАН В.Г. Бондуром
шесть лет он начинает вырождать— Лейкоз — это белокровие, онкология?
ся. Да и с климатом надо разбираться, это пробле— Это болезнь инфекционная, у нее выявлен возма, которая после посещения Крыма меня волнует
более всего. Приоритетные направления, в кото- будитель. В 1991 г. мы все занимались этой прорых, как мне кажется, должна развиваться со- блемой. Ученые Беларуси, Украины, Молдавии,
временная сельскохозяйственная наука, — то- России собирались, обсуждали характер распротальная цифровизация и исследования в области странения, особенности борьбы с заболеваниклимата. Мы должны вывести сорта растений, ем. Зараженных животных было у всех примерно
приспособленные к стремительно меняющимся одинаково: 50–80% поголовья. На сегодня с этой
климатическим условиям, или адаптировать уже инфекцией в России справились только в Свердимеющиеся. Ведь, скажем, при засухе на одном ловской и частично в Ленинградской области.
и том же поле разные сорта той же пшеницы или Украинцы вообще забросили эту оздоровительячменя могут вести себя совершенно по-разному. ную программу, хотя они начинали первые, так
Я была на опытных полях НИИ сельского хозяй- же и молдаване. Приезжаю в Беларусь на конства Крыма, и там это видно очень хорошо. Рядом ференцию, а мне говорят: у нас среди животных
два участка, один засеян традиционными сорта- ­лейкоза нет. Действительно, болезнью поражено
ми, второй — недавно выведенным именно здесь, менее 0,03% коров. То есть белорусы единственпод крымский климат, сортом ячменя «Огоньков- ные из постсоветских республик сумели ликвидиский». Условия и уход одинаковые, только тради- ровать эту проблему.
— Что сыграло главную роль?
ционные сорта почти все лежат, а местные коло— Они сохранили свою науку, сберегли сельский
сятся в полную силу.
уклад. Существенно помог личный контроль президента. Надо сказать, что вообще мы с белорусаПолезные связи
ми сотрудничаем достаточно плотно. Заключается
— Президент РАН академик А.М. Сергеев, вы- много договоров между российскими институтаступая на II съезде ученых Республики Бела- ми и белорусскими, РАН активно взаимодействует
русь, сказал, что в плане аграрной науки нам с НАНБ. И объемы сотрудничества постоянно ране мешало бы брать пример с Беларуси.
стут. Поэтому я очень позитивно отношусь к тому,
— Он абсолютно прав. Беларуси удалось не про- что делают наши западные соседи-союзники. Ососто сохранить, но и приумножить прошлые до- бенно к белорусской сельскохозяйственной технистижения в этой области. У них все работает. Я ке. Особенно — к трактору «Беларусь».
уже почти 30 лет занимаюсь проблемой лейко— Считаете, российские тракторы хуже?
за крупного рогатого скота. От этого заболева— Не хуже, в России таких своих «средних»
ния крови животные страдают тотально по всей тракторов нет, мы их потеряли. У нас было мностране.
го тракторных заводов, а остались только те, что
40 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Сельское хозяйство
­п роизводят крупную технику: Кировский и «Ростсельмаш». А раньше средние тракторы выпускались еще в Челябинске и Липецке.
— А что скажете про тракторы китайские?
— Китайцы хватают технологии прямо на лету.
Они к нам приезжают, посещают предприятия,
институты, симпозиумы, конференции, совещания и все записывают. Ко мне как-то приехала девушка — руководитель технопарка в одной из китайских провинций. Говорит: «Ирина Михайловна,
мы все ваши работы проштудировали, дайте нам
любую вашу разработку, мы ее тут же внедрим.
Вам деньги заплатим, оборудование ­поставим для
совместной работы». Вот какой правильный у них
подход. И государство их финансирует, выделяет
очень большие деньги, а в этом — главный залог
успеха. Второе важное слагаемое — желание быстрее получить отдачу — у Китая также присутствует в полной мере.
— А вот нам этих компонентов явно не хватает.
— Нашему сельскому хозяйству однозначно
нужна серьезная поддержка государства на уровне Минсельхоза и Минэкономразвития. У нас
было 54 вида поддержки сельхозпроизводителей,
сейчас их свели в одну комплексную программу.
Идет погектарная поддержка, но принять участие
в конкурсе очень сложно, особенно для мелких хозяйств, для которых льготная налоговая политика
крайне важна.
— Но ведь для государства важнее крупные
холдинги!
— Это с какой стороны посмотреть. Задача крупных холдингов — снабжать продовольствием рынок. А мелкое производство должно прежде всего
обеспечивать себя и давать фермерам достойную
жизнь, что не менее важно.
Агроном — это звучит гордо
— Высокотехнологичное сельское хозяйство
возможно только при условии наличия хорошо
подготовленных специалистов.
— Образование — это очень большая тема, потому что без кадров мы вообще ничего не решим.
Даже импортные технологии кто-то должен обслуживать. Правда, мне один успешный владелец
сельхозпроизводства сказал: «Мы привезем специалистов из-за рубежа, я объявлю конкурс, будет
не менее двух-трех человек на место, а потом отберу такого, какого надо. И буду ему платить, а он
мне все производство поднимет на европейский
уровень».
— Разумно! Легионеры и спецы нам не раз помогали.
— Да не совсем разумно. Ну хорошо, приедет
сюда суперспециалист с иностранным образованием. И что он в нашей действительности сделает? Надо иметь свои кадры, привычные к нашей
w w w.sci-ru.org
­ еальности. В России 54 аграрных вуза достаточно
р
высокого уровня. Но там тоже все зависит от финансирования. Аграрные вузы, к сожалению, получают из бюджета на 30–40% меньше, чем все
остальные. И в этом, опять же, кроется причина
дефицита оборудования, скудных лабораторий
и т.д. Раньше сельскохозяйственные вузы наделяли землями, опытными учхозами, для студентов строили фермы. Это все, к сожалению, утеряно. Сейчас у вузов осталось совсем немного земли. Но она все равно есть, и это позволяет в полном
объеме осуществлять учебный и научный процесс.
— Вопрос в уровне обучения.
— Мне кажется, что наши кадры — лучшие
в мире. Наши ребята действительно любят село,
любят землю. Очень важно сохранить отечественное аграрное образование, и сохранить не в Министерстве науки и высшего образования, а именно
в Министерстве сельского хозяйства. Ведь аграрий — человек, живущий на земле. Он оканчивает вуз и идет работать на село. Он несет не только
Очень важно сохранить
отечественное аграрное
образование, и сохранить
не в Министерстве науки
и высшего образования,
а именно в Министерстве
сельского хозяйства.
Ведь аграрий — человек,
живущий на земле
знания, но и менталитет сельской интеллигенции.
Выпускнику, например, Высшей школы экономики (нисколько не хочу обидеть этим вуз) будет трудно встроиться в сельскую жизнь. А вот если сельский специалист учится в вузах Минсельхоза, он
за время студенчества впитывает в себя многое
из того, что пригодится потом на практике. В любом государственном аграрном вузе проводятся
внутривузовские встречи с практиками, аграриями, приезжают фермеры и успешные производители, читают лекции. И так практически во всех
54 вузах. Профориентация очень хорошая, все ориентировано на любовь к сельскому труду. А если
просто передавать студенту набор определенных
знаний согласно программе, если не воспитывать
энтузиастов своего дела, мы потеряем главное —
корни России.
Беседовал Валерий Чумаков
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
41
Физика
42 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Физика
ПЕРЕС
ФИЗИ КА
Согласно
квантовой
механике,
Вселенная
странна
и управляется
законами
вероятности,
в то же время
похоже, что наша
повседневная
действи­
тельность строго
определена.
Новые
эксперименты
имеют целью
разведать, где —
и почему —
одно царство
перетекает
в другое
Illustration by Maria Corte
Тим Фолджер
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
43
Физика
ОБ АВТОРЕ
Тим Фолджер (Tim Folger) — независимый журналист, пишущий для National
Geographic, Discover и других американских изданий. Кроме того, он р
­ едактор
серии в ежегодной антологии «Лучшая американская публикация о ­науке
и природе» (The Best American Science and Nature Writing).
ольшинство работ Симона Греблахера (Simon Gr blacher) не разглядеть невооруженным глазом. Одно из механических устройств, которое он изготовил в своей лаборатории в Делфтском техническом
университете, имеет в длину всего несколько миллионных долей метра (немногим больше бактерии) и 250 нм в толщину (примерно одну
тысячную толщины листа бумаги). Греблахер, вне всякого сомнения, мог бы сделать свои конструкции миниатюрнее, но у него другая
цель: он хочет увеличить их масштаб, а не уменьшить. «Мы пытались изготовить
вещи по-настоящему большие», — говорит он, выводя изображения своих устройств
на экран компьютера. Не забывайте, что для Греблахера, физика-экспериментатора, «по-настоящему большой» означает что-нибудь едва различимое без микроскопа, размером миллиметр на миллиметр.
Работая в этом невероятно мелком масштабе, Греблахер надеется ответить на исключительно важный вопрос: может ли один макроскопический
объект находиться в двух местах одновременно?
Может ли что-нибудь размером, скажем, с булавочную головку существовать и там и здесь в одно
и то же время? Это, казалось бы, невозможное условие — на самом деле норма для атомов, фотонов
и других частиц. Согласно сюрреалистическим законам квантовой теории, действительность на своем базисном уровне игнорирует ограничения, диктуемые нашим здравым смыслом: у частиц нет
фиксированных местоположения, энергии или
любого другого определяющего их поведение свойства — по крайней мере пока никто на них не смотрит. Они существуют во множестве состояний одновременно.
Но по каким-то причинам, непонятным для физиков, картина окружающего мира, которую мы
видим, иная. Наш мир и даже те его части, которые мы не можем наблюдать непосредственно,
оказывается явно неквантовым. По-настоящему
большие объекты — а это все что угодно размером
от вируса и больше — всегда проявляются в одном и только в одном-единственном месте. Существует лишь один Греблахер, беседующий с одним
страдающим нарушением циркадного ритма изза перелета через несколько часовых поясов и впо­
пыхах записывающим услышанное журналистом
в своей лаборатории в Делфте. В этом и заключается загадка: почему, если все построено на квантовой многозначности материи и энергии, мы сами
не ощущаем странностей квантового мира? Где
заканчивается квантовый мир и начинается так
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Микро- и макромир не перетекают друг в друга плавно: первым управляет вероятностная природа квантовой
­механики, в то время как второй демонстрирует более логичные «классические» правила.
Физики давно зашли в тупик, пытаясь ответить на вопрос, где заканчивается одно царство и начинается другое,
но предстоящие эксперименты вселяют надежду, что удастся подвергнуть проверке различные теории.
Одна такая возможность, получившая название непрерывной спонтанной локализации, предполагает, что квантовые вероятности случайным образом редуцируют в классические детерминанты. Если это справедливо, коллапсы
вызывают море фоновых колебаний во Вселенной, которые можно зарегистрировать экспериментально.
44 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Физика
Обособленные
миры
Квантовая механика демонстрирует
ряд странных эффектов в микромире,
но мы не видим этих явлений в нашей
макроскопической «классической»
действительности. Почему так происходит? Ученые никогда не понимали,
почему и каким образом Вселенная переходит из одного мира в другой и обратно, но несколько теорий, как рассказано здесь, предлагают возможные
объяснения.
Редукция
при измерении
Квантовый мир
Классический мир
A
B
Квантовый против классического
Согласно квантовой механике, частицы
не существуют в определенных состояниях — здесь или там, с такой или иной
энергией, — а принимают все возможные
состояния и местоположения. Теория
описывает частицы с помощью уравнений,
решения которых называются волновыми функциями и которые представляют
собой комбинацию или, как говорят, «суперпозицию» множества волн. Амплитуда
волновой функции характеризует вероятность найти частицу в любой конкретной
точке — например, в точке A или В, как
показано на рисунке.
Квантовый мир
Декогеренция
Квантовый мир
A
B
Странно, что когда ученые проводят измерение частицы, этот акт, по-видимому,
редуцирует все ее возможные квантовые состояния в одно, которое кажется
выбранным совершенно случайным
образом. Например, в ходе эксперимента
частица обнаруживается в точке А, и частица переходит в классическое царство,
переставая находиться в состоянии
суперпозиции.
Классический мир
A
Непрерывная
спонтанная
локализация
B
Illustrations by Jen Christiansen
Классический мир
w w w.sci-ru.org
B
Другая теория постулирует,
что в переходе частицы
из квантового мира в классический следует винить
ее окружение. До тех пор
пока частица остается непотревоженной каким-либо
внешним воздействием,
как утверждает теория, она
может оставаться в состоянии суперпозиции. Но когда
волновые функции других
частиц или расположенных
рядом объектов встречаются с ее собственной, они
интерферируют, вызывая
редукцию множества
квантовых возможностей
частицы в одну-единственную классическую действительность.
Квантовый мир
Классический мир
A
Одна из теорий того, каким
образом Вселенная совершает переход из квантовой
в классическую, состоит
в том, что в нем участвует
сам акт измерения. Частицы
могут пребывать в состоянии квантовой суперпозиции
(пунктирные желтые линии)
до тех пор, пока никто
слишком пристально на них
не взглянет, но когда человек
проводит измерение, частица вынуждена «выбрать»
определенное состояние
(непрерывные красные линии).
Вопросы, каким образом
это происходит и почему
измерение, проведенное
человеком, должно иметь
такое значение в физике,
продолжают ставить в тупик.
Еще один вариант решения
проблемы предполагает,
что редукция волновой
функции к одной-единственной возможности —
случайное событие, не связанное ни с человеком,
ни с воздействием окружения. Для любой отдельной
частицы вероятность
в любой конкретный момент претерпеть редукцию
чрезвычайно мала, но в макроскопических объектах,
состоящих из множества
атомов, коллапс по крайней
мере одной неизбежен, что
затем вызывает редукцию
всей структуры.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
45
Физика
­ азываемый классический мир ньютоновской фин
зики? Существует ли в нашем мире разлом, за которым квантовые эффекты просто перестают проявляться? Или же квантовая механика правит
везде, а мы по той или иной причине слишком слепы, чтобы это увидеть?
«Мы знаем, что микромир по своей природе квантовый, мы также так или иначе знаем, что живем
в мире классическом, что бы это ни означало, —
объясняет Анджело Басси (Angelo Bassi), физиктеоретик из Университета
Триеста. — Мы не имеем
представления об истинной природе материи, расположенной между микро- и макромиром». Эта
ничейная территория ставила в тупик физиков с момента рождения квантовой теории 100 лет назад.
Однако в последние годы
Греблахер и другие физики начали ставить исключительно чувствительные
лабораторные эксперименты, которые, возможно, однажды покажут, каким образом объекты осуществляют удивительный
переход из квантового состояния в обычное. Решат ли эти усилия загадки квантовой теории или же только их усугубят,
прогнозировать пока никто не может. Однако, исследуя дикое и туманное квантовое приграничье,
ученые имеют неплохие шансы совершить прорыв
в совершенно новое царство физики.
­окружающей нас действительности. Называемые
волновыми функциями, решения этих уравнений приписывают объекту вероятность быть обнаруженным в том или ином состоянии. В отличие от ньютоновской физики, где яблоки, планеты
и все остальное всегда обладают строго определенными свойствами, квантовая механика по своей
природе вероятностна. В некотором смысле о частицах, которые описываются волновыми функциями, нельзя даже сказать, что они существуют в полном смысле этого слова; у них нет ничего
определенного: ни положения, ни скорости, ни энергии — только вероятности. Но все меняется, когда ученые проводят акт
измерения. Именно тогда и появляются реально
осязаемые свойства, словно по мановению волшебной палочки, возникающие просто в результате
попытки их наблюдать. Теория не только не отвечает
на вопрос, почему измерения вызывают это превращение, она и не говорит
нам, почему реализуется именно эта, а не иная
из множества возможностей. Квантовая механика
говорит нам, что может произойти в результате измерения, а не что определенно произойдет. Другими словами, теория не дает механизма для перехода от вероятностного к фактическому.
Чтобы заставить крутиться шестеренки квантовой механики, один из легендарных создателей этой теории придумал почти метафизический
трюк. В конце 1920-х гг. Вернер Гейзенберг сформулировал и распространил концепцию, согласно
которой сам акт измерения вызывает «редукцию»
(или «коллапс») волновой функции частицы — множество потенциальных исходов мгновенно сужается до одного наблюдаемого результата. Единственный недостаток этой идеи таков: в уравнениях квантовой теории нет ничего, что говорило
бы о том, что происходит редукция, или описывало
бы объясняющий ее физический процесс. «Решение» Гейзенберга, по сути, приводит к новой загадке в физике: что именно происходит при коллапсе волновой функции? Эта квантовая головоломка
получила название «проблема измерения».
За прошедшие 90 лет физики, возможно, и свыклись с идеей редукции, но на самом деле она никогда им не нравилась. Представление, что воздействие человека — измерение — играет центральную роль в нашей основополагающей теории
Представление, что
воздействие человека —
измерение — играет
центральную
роль в нашей
основополагающей
теории мироустройства,
плохо укладывается
в голове любого, хотя
бы частично согласного
с концепцией
объективной реальности
Проблема измерения
Несмотря на все свои парадоксы, квантовая механика — самая мощная и строгая из когда-либо
созданных научных теорий. Предсказания теории соответствуют эксперименту с возмутительной точностью, в ряде случаев с погрешностью
не более чем несколько частей на триллион. Совершив революцию в нашем представлении об атомной структуре, она преобразила все области науки от биологии до астрофизики. Без квантовой теории не было бы ни электронной промышленности,
ни сотовых телефонов, ни поисковых программ.
Однако эта теория имеет один вопиющий недостаток. Стивен Адлер (Stephen L. Adler), физик-теоретик из Института перспективных исследований
в Принстоне, штат Нью-Джерси, формулирует его
так: «В квантовой механике ничего не происходит».
Загадочный комментарий Адлера относится к тому, что основные уравнения квантовой
теории говорят — или не говорят — о природе
46 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Физика
мироустройства, плохо укладывается в голове любого, хотя бы частично согласного
с концепцией объективной реальности.
«По большому счету у меня есть представление о том, какой должна быть идеальная
физическая теория, — рассказывает лауреат Нобелевской премии по физике Стивен Вайнберг из Техасского университета
в Остине, входящий в состав консультативного совета журнала Scientific American. —
Это должно быть некое теоретическое построение, никаким боком не связанное
с человеком как мыслящим существом. Это
должна быть теория, из которой можно вывести все остальное — включая все, что вы
можете систематически сформулировать,
говоря о чем угодно, будь то химия, биология или человеческие взаимоотношения.
Человек как разумное существо не должен
присутствовать в основании законов природы. И в то же время я не вижу никакого
способа сформулировать квантовую механику без пояснительного постулата, который объясняет, что происходит, когда человек собирается измерить ту или иную величину».
Лабораторная проверка
Физики хотят выяснить, могут ли макроскопические объекты вести
себя как квантовые. В одном из запланированных экспериментов
будет использована миллиметрового размера мембрана, похожая
на крошечный батут. Прикрепленную к кремниевому кристаллу, эта
мембрану можно заставить вибрировать в течение продолжительного времени. В конечном итоге ученые планируют использовать лазер, чтобы перевести мембрану в состояние квантовой суперпозиции. В этом эксперименте мембрана, возможно, будет колебаться
сразу с двумя различными амплитудами. Затем ученые хотят проследить, что случится, если система редуцирует и у мембраны установятся колебания с одной амплитудой. Если все пойдет успешно,
в будущих экспериментах будут, вероятно, участвовать и живые пассажиры — жучки длиной в полмиллиметра, называемые тихоходками, — расположившись для поездки
на мембране.
Лазерный луч
Центральная
мембрана
из нитрида
кремния
Выберите свою
собственную интерпретацию
Один из возможных ракурсов, позволяКремниевая
Нить из нитрида
подложка
ющий найти решение проблемы измерекремния
ния, — просто допустить, что никакой редукции не происходит. В начале 1970-х гг.
Тихоходка
Колеблющаяся мембрана из нитрида кремния
Хайнц-Дитер Це (H. Dieter Zeh), почетный
профессор Хайдельбергского университета, предложил процесс, который создает
видимость коллапса, полостью сохраняя
при этом квантовую многовариантность
волновой функции. В привычном нам мире,
утверждал Це, волновая функция любого данного объекта становится безнадежно сцепленной со всем остальным в своем окружении, делая невозможным дальнейшее отслеживание всех бесчисленных
квантовых взаимодействий, происходящих
вокруг нас. На квантовом языке: волновая
функция становится «квантово перепутанной» ­описывает, каким образом исходная волновая
в результате особого рода корреляции, которая функция — которая содержит в себе все возможсохраняет связь даже на огромных расстояниях. ные физические состояния частицы — декогерируНаблюдатель может лишь надеяться взглянуть ет при смешении с волновыми функциями других
на одну небольшую часть гигантской «квантово окружающих ее квантовых систем. Если модель
перепутанной» системы, так что любое конкрет- декогеренции верна, мы сами живем среди нитей
ное измерение охватывает всего лишь крохотный этой квантово перепутанной паутины, но видим
кусочек квантового мира.
лишь часть ее.
Це назвал этот процесс декогеренцией, и это
Не все физики считают, что декогеренция устрастало у физиков дежурным объяснением причи- няет проблему измерения. В первую очередь, она
ны, по которой мы не находим свидетельств кван- так и не объясняет, почему мы видим лишь одну
товых явлений на макроскопическом уровне. Он нить квантовой паутины и не видим другие. «Вы
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
47
Физика
48 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Зеркала обсерватории гравитационных волн LIGO
не показали никаких признаков перемещения под
воздействием квантовой встряски, предсказанной
теорией объективной редукции
из собственных эстетических предпочтений. «Я
по-прежнему возвращаюсь к тому, что у нас есть
один-единственный мир, который изменяется
во времени, — говорит Бленкоу. — По этой причине действительно необходим того или иного рода
коллапс, который был бы не просто правилом для
объяснения результатов экспериментов, а протекающим в действительности процессом».
Проверка редукции
Сам город Делфт можно рассматривать как квантово перепутанную систему. Его навевающие безмятежность каналы и средневековые строения
переплетаются в пространстве и времени с автомобилями, велосипедистами, магазинами сотовых телефонов и студентами, нетвердой походкой
возвращающимися домой после продолжавшейся
всю ночь напролет вечеринки по тем же самым узким улочкам, по которым когда-то ходил художник
Ян Вермеер. Лаборатория Греблахера находится примерно в 2 км к югу от центра старого города в пространстве, и такое впечатление, что через
несколько сотен лет после нас во времени. Теплым
весенним утром он показывает посетителю одну
LIGO LABORATORY California Institute of Technology and Massachusetts Institute of Technology
по-прежнему должны обращаться к постулату
о коллапсе волновой функции, который принимает форму квантово перепутанных состояний и утверждает, что должно быть выбрано одно из этих
возможных состояний и что обычно это происходит в приказном порядке», — говорит Майлз Бленкоу (Miles P. Blencowe), физик-теоретик из Дарт­
мутского колледжа. Для Бленкоу и других этот
процесс не затрагивает вопрос, каким образом мы
ощущаем объекты. «Я полагаю, у нас есть одинединственный мир и он развивается, — продолжает он. — Каким образом вы переходите из квантово перепутанного состояния к этому восприятию
мира, как всегда, находя один уникальный путь
в будущее? Многие физики, занимающиеся квантовой механикой, предпочли бы согласиться с необходимостью редукции для восстановления исключительности мироустройства в ходе его развития, нежели с существованием этой паутины
квантовой перепутанности, которая продолжает
разрастаться». Мнение Адлера о декогеренции более резко: «Она не предлагает никакого механизма
[для редукции]. Она не решает проблемы. Вообще».
Аспирант Принстонского университета 60 лет
назад предложил еще более радикальное решение
проблемы редукции. В своей диссертации 1957 г.
Хью Эверетт (Hugh Everett) утверждал, что волновая функция и не редуцируется, и не декогерирует. Наоборот, все ее компоненты физически реальны и представляют собой части бесконечно ветвящейся совокупности вселенных. Интерпретация
с так называемой множественностью миров Эверетта завоевала популярность среди космологов,
у которых есть свои причины считать, что мы, возможно, обитаем в мультивселенной. Однако никому до сих пор не удалось экспериментально провести границу между идеей множественности миров
и стандартной квантовой теорией.
То же самое можно сказать и в отношении других
интерпретаций квантовой механики. Французский физик Луи де Бройль (Louis de Broglie), один
из основателей квантовой теории, пытался устранить необходимость редукции введением понятия
«волн-пилотов», которые определяют путь электронов и всех других частиц. В версии квантовой теории де Бройля, которую американский физик Дэвид Бом (David Bohm) развил в 1950-х гг., нет никакой таинственной редукции; измерения просто
показывают взаимодействие волн-пилотов и связанных с ними частиц. Но опять-таки никто пока
не нашел экспериментальных свидетельств, которые показали бы отличия во взгляде на действительность с точки зрения волн-пилотов де Бройля — Бома и множественности миров Эверетта
или любого из еще примерно дюжины других подходов в квантовой механике. В результате приверженцы различных взглядов склоняются в пользу
того или иного описания исходя ­исключительно
Физика
из «по-настоящему больших» штуковин, которую
создали он и его коллеги: миллиметрового размера мембрану, прикрепленную к кремниевому кристаллу, едва заметную невооруженным глазом.
При взгляде с близкого расстояния (или в увеличенном масштабе на большой фотографии в прихожей офиса Греблахера) мембрана напоминает крошечный батут. Она изготовлена из нитрида
кремния, прочного керамического материала, который использовался для подшипников двигателей «Шаттла», а в ее центре расположено зеркальце
с очень высоким коэффициентом отражения. Одиночный толчок с помощью одного из компонентов
микросхемы может заставить мембрану колебаться в течение нескольких минут. Такие мембраны —
«очень хорошие колебательные системы, — говорит Греблахер. — С чем бы сравнить? Вы усаживаете кого-нибудь на качели, и от одного толчка
человек раскачивается в течение десяти лет». Несмотря на свои лилипутские размеры, мембрана
чрезвычайно прочна. «Мы прикладывали к ней
очень большое давление — 6 ГПа, — рассказывает Ричард Норте (Richard Norte), один из участников проекта. — Это в 10 тыс. раз больше давления
в вашей велосипедной шине, причем на штуковину, которая лишь примерно в восемь раз толще молекулы ДНК».
Такая высокая прочность делает эту мембрану
идеальным инструментом для изучения квантовых явлений — она, не разламываясь, безотказно колеблется при комнатной
температуре. Со временем
Греблахер и Норте собираются использовать лазер, чтобы
заставить мембрану перейти
в состояние суперпозиции —
квантовое состояние, в котором мембрана может одновременно колебаться с двумя
различными амплитудами.
Способность мембраны вибрировать в течение нескольких минут в принципе допускает возможность таким
квантовым состояниям сохраняться достаточно долго для того, чтобы увидеть, что происходит, когда (или если) мембрана
редуцирует в одно классическое состояние.
«Именно это и требуется, чтобы создать некое подобие квантовости, — объясняет Греблахер. — Вы
не хотите, чтобы она взаимодействовала с окружающей средой, поскольку это, по идее, вызывает декогеренцию. Поэтому вам требуется очень хорошо
изолированная система, вы переводите ее в квантовое состояние, а затем включаете собственный механизм декогеренции, что-нибудь, чем вы
управляете, — лазер. Мы пока еще не ­подошли
к точке, когда мы можем вызывать суперпозицию
колебаний системы. Но через несколько лет —
именно в этом и заключается наша цель».
Однако Греблахер и его коллеги не собираются
останавливаться на этом. В конечном итоге ученые надеются поместить на мембрану живое существо и затем перевести мембрану вместе с ее
пассажиром в состояние квантовой суперпозиции. Самыми перспективными кандидатами для
этого путешествия в квантовое пространство видятся восьминогие микроорганизмы, называемые
тихоходками, известные также как «маленькие
водяные медведи». «Это удивительные существа —
продолжает Греблахер. — Вы можете заморозить
их — они остаются живыми; вы можете разогреть
их — они по-прежнему живы; поместите их в вакуум — они снова живы». Он признается, что до этого
шага еще идти и идти. «Это не завиральная идея.
Как долговременная цель она хороша, но сначала
мы должны научиться переводить в состояние суперпозиции наши устройства, а уже затем будем
думать о переводе в него живого организма».
Непрерывная спонтанная локализация
С помощью или без помощи тихоходок такие эксперименты, возможно, помогут физикам проверить,
действительно ли природа каким-то образом цензурирует квантовые эффекты в масштабах выше
определенной шкалы. Некоторые физики предположили, что, возможно, редукция — это реальное физическое явление с поддающимися измерению эффектами.
Одна такая идея, получившая название «непрерывная
спонтанная локализация»
или «объективная редукция»,
заключается в том, что редукция волновой функции —
это просто одно из случайных событий, непрерывно
происходящих в микромире. Согласно ей, вероятность,
что одна любая частица претерпит редукцию состояний,
чрезвычайно мала — это может произойти раз в несколько сотен миллионов
лет, — но для большой совокупности частиц коллапс становится событием достоверным.
«Один-единственный протон должен прождать
1016 секунд, чтобы испытать редукцию, поэтому
она случается лишь несколько раз за время жизни Вселенной, — объясняет Басси. Но гигантское
число частиц в любом макроскопическом объекте
делает редукцию неизбежной. — Если вы возьмете
стол, количество частиц которого примерно равно числу Авогадро (1024), редукция произойдет почти сразу же. Если теория объективной ­редукции
Эксперименты
помогут физикам
проверить,
действительно ли
природа каким-то
образом цензурирует
квантовые эффекты
в масштабах выше
определенной шкалы
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
49
Физика
верна, то ни измерение, ни наблюдение никакой
роли в редукции не играют. При любом измерении данная частица и устройство, регистрирующее ее, становятся частью гигантского квантового массива, который очень быстро редуцирует.
Хотя кажется, что частица во время измерения переходит из состояния суперпозиции в одно определенное состояние, эта трансформация случается, как только частица взаимодействует с измерительным устройством, еще до того как измерение
имело ­место.
Если редукция окажется реальным физическим
явлением, практические последствия этого, вероятно, будут весьма существенными. Во-первых,
это, по-видимому, ограничит зарождающуюся технику квантовых компьютеров.
«В идеале вы хотели бы строить все более и более крупные
квантовые компьютеры, —
говорит Басси. — Но, возможно, вы не сможете прогнать
на них квантовые алгоритмы, поскольку редукция все
убьет». В течение многих десятилетий большинство физиков рассматривали редукцию как непроверяемый
в принципе аспект квантовой теории. Но объективная
редукция и другие ее модели
изменили ситуацию коренным образом. Например, модель объективной редукции
предсказывает, что воздействие коллапса породит легкую встряску частиц, вызывая повсеместно фоновые колебания, которые, вероятно,
можно измерить экспериментально. «Коллапс [в модели объективной редукции] — нечто универсальное для микро- и макросистем, — объясняет Басси. — Каждый раз когда
происходит редукция, вы немного сдвигаете частицу». Он и другие физики искали доказательств
этого в самых удивительных местах. Они просмотрели данные калибровки Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), инструмента, способного зарегистрировать движение в 10 тыс. раз более короткое, чем
диаметр протона.
В феврале 2016 г. LIGO впервые сообщила об обнаружении гравитационных волн. Эти волны —
рябь в пространстве-времени, вызванная столкновением двух удаленных черных дыр, — попере­
менно растягивают и сжимают пространство
между двумя зеркалами на площадках-близнецах в штатах Вашингтон и Луизиана, на которых
проводится эксперимент. Одна из таких проходящих волн сместила взаимное положение зеркал
установки LIGO на какие-то четыре тысячных диаметра протона, что отлично согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. Но Басси и его коллеги не обнаружили
в данных LIGO никаких свидетельств в пользу какого-либо дополнительного смещения, вызванного
чем-нибудь похожим на квантовые толчки, предсказанные моделью объективной редукции. Этот
результат их нисколько не удивил. Если квантовая редукция — реальное физическое явление,
оно неимоверно слабое. Вопрос в том, насколько
слабое. В настоящее время они установили чрезвычайно строгие рамки для
этого эффекта. «Если вы примените эту модель к зеркалу
обсерватории LIGO, зеркало
должно сдвинуться больше,
чем ожидалось, но оно почти
не сдвигается. Следовательно, шумы редукции не могут
быть слишком большими», —
рассуждает Басси.
Физики охотятся за признаками редукции также и в экспериментах по поиску темной
материи — гипотетических
частиц, которые, как считается, составляют 85% материи во Вселенной. В одной
из таких экспериментальных
установок, укрывшейся в испанских Пиренеях, используются германиевые детекторы
для поиска признаков частиц
темной материи, пролетающих через них и генерирующих вспышки рентгеновского
излучения. Коллапсирующая
волновая функция аналогичным образом должна
вызвать вспышку, но экспериментаторы не зафиксировали подобного излучения.
Эксперименты такого типа ужесточили ограничения на модели редукции значительно, но не фатально. В сентябре прошлого года Андреа Винанте (Andrea Vinante), физик из Саутгемптонского
университета в Англии, вместе с Басси и еще тремя коллегами сообщили об обнаружении предварительных данных в поддержку модели объективной редукции. Группа Винанте сконструировала
миниатюрную консоль (горизонтальная балка, закрепленная с одного конца) длиной всего в полмиллиметра и толщиной в два микрометра, на кончике которой помещался небольшой магнит. Ученые
тщательно экранировали установку от внешних
вибраций и охлаждали кронштейн до температуры в 40 тысячных долей градуса Кельвина выше
Несмотря на всю
странность
квантовой
механики,
б льшая часть
ученых продолжают
пользоваться
теорией и редко
задаются вопросом
о том, что квантовая
механика говорит —
или не говорит —
о фундаментальной
природе мироздания
50 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Физика
абсолютного нуля (0,04° К), чтобы устранить любую возможность движений, вызванных тепловыми процессами.
При таких условиях консоль почти не должна
была колебаться из-за теплового движения своих
частиц. Но фактическое дрожание оказалось больше, чем ожидалось. Датчик движения в этом эксперименте — чрезвычайно чувствительный инструмент, называемый сверхпроводящим квантовым интерферометром (СКВИД), — обнаружил, что
консоль и его магнит колеблются, как трамплин
для прыжков в воду, изгибаясь вверх и вниз на несколько триллионных долей метра. Адлер рассчитал 11 лет назад, что коллапсирующие волновые
функции, возможно, вызывают колебания примерно такой амплитуды.
«Мы видели какой-то необъяснимый шум, —
рассказывает Винанте, описывая свой эксперимент. — Это находится в хорошем соответствии
с тем, что мы ожидали исходя из моделей редукции, но, возможно, это результат эффекта, который мы абсолютно не понимаем». Он и его коллеги работают над усовершенствованным вариантом установки, чтобы повысить чувствительность
по крайней мере в десять раз, а может быть и в сто.
«Полагаю, мы сможем либо подтвердить, что происходит нечто аномальное, либо убедиться, что
ничего интересного мы не наблюдаем». Винанте
говорит, что для получения новых данных, возможно, потребуются еще год-два. Если учесть, что
господство квантовой теории в физике продолжается уже почти 100 лет, шансы обнаружить расхождение незначительны.
Но что если один из этих экспериментов принесет желаемые результаты и подтвердит явление
квантовой редукции? Ознаменует ли это конец
загадок и парадоксов в квантовой теории? «Если
бы редукция действительно имела место, это открытие поделило бы мир на различные масштабы, — говорит Игорь Пиковский, физик-теоретик
из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Выше определенного масштаба квантовая
механика перестала бы быть достоверной теорией.
Но ниже этого масштаба все, что мы знаем о квантовой механике, по-прежнему было бы справедливо. Поэтому все философские вопросы и интерпретации, которые тревожат нас сегодня, на нижнем уровне по-прежнему сохранились бы. У вас
по-прежнему было бы много миров для электронов
или атомов — но не для Луны! Поэтому это не решит часть проблем — я даже полагаю, это сделает
их еще более запутанными».
Модели, такие как объективная редукция, —
всего лишь предварительные попытки объединить эти два царства. Пока еще не будучи законченными теориями, они в конце концов, возможно,
помогут физикам построить более всеобъемлющую модель мироздания, чем позволяет сегодня
w w w.sci-ru.org
­к вантовая механика. «Сам я считаю, что квантовой механике необходима некая модификация, —
заявляет Адлер. — Я не вижу в этом никакой проблемы, Ньютоновская механика 200 лет считалась точным описанием законов природы, но это
не так. У большинства теорий есть область, в которой они хорошо работают, и в то же время существует область, за пределами которой они не работают и где требуется более общая теория».
Но, похоже, по крайней мере на сегодня квантовая механика с честью выдерживает все проверки. «Нет, нам не угрожает никакой кризис. И в этом
проблема! — убежден Вайнберг. — В прошлом мы
совершали прорыв, когда существующие теории
сталкивались с трудностями. Ничего подобного
с квантовой механикой не происходит. Она не противоречит наблюдениям ни в малейшей степени.
Проблема в том, чтоб она не согласуется с реакционными философскими предрассудками людей
вроде меня».
Однако, несмотря на всю странность квантовой
механики, большая часть ученых с радостью готовы оставить в ней все как есть. Они продолжают пользоваться теорией для управления своими
ускорителями частиц и детекторами темной материи и редко задаются вопросом о том, что квантовая механика говорит — или не говорит — о фундаментальной природе мироздания. «Я полагаю,
большинство физиков очень правильно, как мне
кажется, относятся к квантовой механике, — продолжает Вайнберг. — Следует продолжать ее использовать, пытаться раздвинуть границы наших
знаний и оставить философские вопросы для будущих поколений». Однако не так уж и мало тех,
кто не согласен ждать настолько долго. «Некоторые
скажут, что квантовая механика показала нам,
что мир странен и что мы должны с этим смириться, — говорит Басси. — А по-моему нет. Если что-то
странно, мы должны добиться более глубокого понимания».
Перевод: А.П. Кузнецов
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Массер Д. Прав ли Эйнштейн? // ВМН, № 12, 2004.
Бейер Г.Х. фон. Квантовая странность? Это все у вас в голове! // ВМН, № 12, 2013.
Mechanical Resonators for Quantum Optomechanics Experiments at Room Temperature. R.A. Norte et al. in Physical Review
Letters, Vol. 116, No. 14, Article No. 147202; April 8,2016. Препринт
доступен по адресу: https://arxiv.org/abs/1511.06235
Improved Noninterferometric Test of Collapse Models Using Ultracold Cantilevers. A. Vinante et al. in Physical Review Letters,
Vol. 119, No. 11, Article No. 110401; September 15, 2017. Препринт
доступен по адресу: https://arxiv.org/abs/1611.09776
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
51
ИСТОРИЯ РОССИ ЙСКОЙ НАУКИ
«Красота спасет мир», — сказал когда-то российский гений Федор Михайлович Достоевский.
А другой гений, Владимир Григорьевич Шухов,
по всей видимости, сделал эту идею своим девизом. О творчестве уникального инженера и ученого, со дня рождения которого в этом году исполняется 165 лет, мы беседовали с президентом
Международного Шуховского фонда Леонидом
Михайловичем Штерном.
Владимир Григорьевич
Шухов (1853–1939)
История российской науки
— Леонид Михайлович, имя В.Г. Шухова извест- ­построил по ­п ринципу шуховского гиперболоида.
но почти всем — хотя бы по его знаменитой В итальянском справочнике «Лучшие архитектобашне на Шаболовке в Москве. Кто-то еще мо- ры мира» из русских упомянут только В.Г. Шухов
жет рассказать про ажурные стеклянные пере- и больше никто, хотя на самом деле выдающихся
крытия торговых галерей ГУМа, ЦУМа, Москов- русских архитекторов много.
ского почтамта, «Метрополя». Но ведь этими
— И К.С. Мельникова там нет?
творениями его гений не исчерпывается?
— Нет ни К.С. Мельникова, ни В.И. Баженова,
— Конечно, это лишь мизерная часть того, чем ни М.Ф. Казакова, ни А.В. Щусева... У нас создали
цивилизация обязана этому выдающемуся ин- в РАН комиссию по изучению творчества В.Г. Шуженеру и ученому. В.Г. Шухов занимался самыми хова и по увековечению его памяти. Ученый серазнообразными видами инженерного творчества: кретарь комиссии И.А. Петропавловская за 40 лет
строил мосты, доменные печи, нефтепроводы, не- работы собрала подробный перечень творефтеперерабатывающие установки, танкеры, лафе- ний В.Г. Шухова, на основе которого РАН и МШФ
ты для пушек, батопорты для ремонта кораблей, осуществили издание «Летопись инженерной и наэлеваторы… Трудно все перечислить. Были попыт- учной деятельности почетного академика В.Г. Шуки составить «Алфавит Шухова» от А до Я, и почти хова». И теперь у меня мечта — издать все это с илна каждую букву нашлись его творения. Разноо- люстрациями. Потому что у Шухова потрясающие
бразнейшее наследие оставил этот необыкновен- чертежи, дивные рисунки. Он же, кроме всего проный изобретатель, и очень часто рядом с названи- чего, многие свои чертежи тонировал акварелью.
ями его творений значится «впервые в России» или
«впервые в мире».
Наполним музыкой чертеж
— Но башня на Шаболовке — это его фирмен— А как вы сами стали шуховедом?
ный знак?
— Я учился на мехмате в МГУ и был при этом за— Конечно, башня — настоящее событие в инженерной и архитектурной практике. Гиперболоид- ядлым театралом. Мне, юному студенту, надоеные конструкции Шухова — это вечная, неустаре- ло стоять в очередях за билетами в театры, я сдевающая идея, подобно таблице Менделеева. Недав- лал перерыв в обучении и пошел работать в Театр
но в Китае, в Гуанчжоу, построили самую высокую на Таганке монтировщиком сцены. Там жизнь кив мире башню, и ее создатели признали, что в про- пела, членом художественного совета был С.П. Каекте использовали патенты В.Г. Шухова. Благода- пица, он там часто появлялся, и я имел уникальря нашим немецким партнерам-шуховедам во гла- ную возможность видеть этого легендарного челове с директором Института строительной истории века и даже контактировать с ним. Я также часто
и охраны памятников архитектуры при Инсбрук- по работе и не только общался с Ю.П. Любимоском университете им. Леопольда и Франца про- вым, который позже выписал мне в театр «вечный
фессором Райнером Грефе интерес к В.Г. Шухову сейчас возрождается не только в России,
но и в Европе, во всем мире.
Мы также вносим свою посильную лепту в популяризацию его
идей.
— То есть на Западе про Шухова тоже помнят? Не оспаривают его приоритеты, как
в случае с радио Попова — Маркони?
— Там авторитет В.Г. Шухова непререкаем и сомнению
не подлежит. В Мюнхене, в архитектурном университете, регулярно проводятся шуховские чтения. В Цюрихе чтения тоже проводятся довольно
регулярно. Знаменитый архитектор Норман Фостер говорит, что считает В.Г. Шухова одним из своих учителей.
Свой небоскреб «Корнишон» он Президент Международного Шуховского фонда Л.М. Штерн
54 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
История российской науки
пропуск». После того как я ушел
из театра, я окончил университет и получил диплом. Работая
в отраслевом научно-исследовательском институте, я получил более 30 авторских свидетельств СССР на изобретения,
из них десять были внедрены
в нашу промышленность. А внедрить что-либо тогда было очень
непросто. И вдруг я читаю об инженере В.Г. Шухове и вижу в нем
человека, который непрерывно реализовывал свои идеи в самых разных областях. Он стал
мне таким близким, что я начал
копаться в его биографии, наследии. Я еще застал людей, которые помнили В.Г. Шухова, знали
его лично. Например, букинист
Л.А. Глезер рассказывал мне
про Владимира Григорьевича
Шуховские идеи широко используются во всем мире. Здание «Кибертектурное
разные удивительные истории.
яйцо», Мумбаи, Индия, 2008 г. Проект компании James Law Cybertecture
В том числе как Шухов ему по- International, вариации патентов В.Г. Шухова.
могал продавать книжки с лотка
в конце 1920-х — начале 1930-х гг. Когда происхо- Позже художник В.А. Кафанов оформил его
дили революционные события в 1905, 1916–1917 гг., ­э лектровиолончель коллажем на тему конструкон, уже известный инженер, бегал по городу с фото- ций Шухова и назвал ее «виолончель Шухова». Изаппаратом, перелезал через заборы... Жена его от- вестный композитор С.М. Чечетко, работающий
читывала, говорила: «Тебе уже 50 лет, а приходишь в «Геликон-опере», написал симфоническую поэму
домой с порванными штанами».
«Инженер Шухов».
— Он ко всему был еще и фотографом?
— Почему музыканты так тянутся к инженеру?
— Владимир Григорьевич про себя сам писал:
— Потому что он и сам композитор, только в тех«Я по профессии инженер, а в душе — фотограф». нике — инженер-композитор. Когда я написал
Мы сняли документальный фильм «Шухов — по- книжку «Петербургское crescendo инженера Шуследний герой русского Ренессанса», я с ним езжу хова», меня спрашивали: почему крещендо? Шупо университетам, люди смотрят с интересом. Мы хов считал свои конструкции живыми. Погрудаже попали с ним на 68-й Каннский кинофести- жаясь в мир шуховских размышлений, открываль.
тий, расчетов, мечтаний о новых инженерных
— Вы так активно занимаетесь популяризаци- горизонтах, я понял, что его творения звучат,
ей В.Г. Шухова...
они сродни музыке, мощной и глубокой, полифо— Мне кажется, Шуховым можно заинтересовать нической и уникальной. И звучание не утихает
любого человека. В прошлом году мне довелось по- с годами его творчества, а, наоборот, нарастает,
общаться со всемирно известным виолончели- становится более ярким и значимым. Крещенстом Б.Б. Струлевым. Я ему рассказал про В.Г. Шу- до — музыкальный термин, означающий нарасхова, который был родом из Белгородской губер- тание звука. Так и жил гениальный русский иннии. Выяснилось, что Струлев едет в Белгородскую женер Шухов, с нарастанием силы звука свообласть проводить музыкальный фестиваль их творений. Всем нам знакомы слова Фридриха
BelgorodMusicFest. На него произвел такое впечат- Шеллинга о том, что «архитектура — это застывление масштаб личности инженера, что он предло- шая музыка». Шуховская музыка застыла в аржил включить в программу фестиваля показ доку- ках мостов, удивительных сплетениях конструкментального фильма и лекции о нем. Когда я 20 лет ций вокзалов и особняков, в гениальных решениназад приезжал в Белгород, там мало кто знал, кто ях промышленных строений, которые до сих пор
такой В.Г. Шухов. Теперь Белгородский государ- радуют и удивляют нас. Инженерная мысль звуственный технологический университет носит его чит в его архитектурных музыкальных композиимя, а студенты с гордостью называют себя шу- циях ярко и сильно. В.Г. Шухов писал: «Техничеховцами. На встрече с ними Б.Б. Струлев сказал, ская мысль неотделима от искусства, литератучто «между Бахом и ­Шуховым есть много ­общего». ры и музыки. Не мыслю инженера вне культуры.
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
55
История российской науки
Не ­п риобщившись к Пушкину и Чайковскому, Рахманинову и Толстому, он не достигнет ничего...»
А еще его любимое высказывание: «Нужно, голубчик, приучать себя симфонически мыслить».
— Сказано, безусловно, красиво. Однако хотелось бы поподробнее определиться, что понимать под таким «симфоническим мышлением»?
— Вот как на этот вопрос отвечает ближайший
сотрудник Шухова А.П. Галанкин: «В музыке симфония — звучание различных инструментов, дающих в целом то настроение, какое желал дать
слушателю композитор. Так и в технике мыслить
симфонически — значит мыслить всесторонне,
разнообразно, но так, чтобы в конечном результате, в целом получалось гармоническое сочетание
прочности, простоты изготовления и монтажа, дешевизны изготовления, малого веса, долговечности сооружения, удобства в эксплуатации и внешней красоты».
Соавтор Нобеля
— Я знаю, что перед В.Г. Шуховым, например,
неф­тянка в большом долгу.
— На эту тему очень хорошо сказал исследователь шуховского творчества Г.М. Ковельман:
«Нефть, поднятая из недр шуховскими насосами,
рационально переработанная в шуховских крекинг-аппаратах, хорошо сохраненная в шуховских резервуарах, дешево и без потерь доставленная наливными шуховскими баржами и шуховскими нефтепроводами, сжигается с извлечением
максимального количества тепла шуховскими
форсунками в шуховских котлах». Звучит как
гимн, не правда ли? В промышленной ­архитектуре
1
2
1. Мост через Кию. Транссибирская
железная дорога, 1898–1899 гг.
2. Мост через Китой. Транссибирская железная дорога, 1898 г.
3. Мост через Енисей. Транссибирская железная дорога, 1899 г.
4. Мост через Ушайку. Транссибирская железная дорога, 1898–1899 гг.
56 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­подобный гимн В.Г. Шухову так же уместен. Он
создавал цеха для пороховых заводов, ангары для
самолетов, в Петербурге он придумывал даже увеселительные аттракционы. В.Г. Шухов сделал систему для подъема колоколов на Исаакиевский собор, разработал платформу для посадки царской
семьи в поезд, спроектировал подземные тоннели
под Варшавским вокзалом.
— Это же явно чьи-то заказы, государственные, частные... У В.Г. Шухова был какой-то менеджер, администратор?
— Конечно был, возможно, не менее гениальный, но больше в области управления. К сожалению, его имя сейчас мало кто помнит, хотя без
него, возможно, талант В.Г. Шухова не раскрылся
бы так мощно и всесторонне, таким прекрасным
букетом. После окончания в 1876 г. Императорского Московского технического училища В.Г. Шухов
как лучший выпускник был отправлен на годовую
практику в технически продвинутые США, в Филадельфию. И там он повстречал А.В. Бари, тоже
очень увлеченного и талантливого инженера, который еще до встречи с В.Г. Шуховым проектировал
сооружения, аналогичные нашему ГУМу, для Всемирной выставки в Филадельфии. Выставка была
первой, проводившейся не в Европе. На ней были
впервые представлены такие чудеса техники, как
телефон Белла и печатная машинка «Ремингтон 1».
Именно к этой выставке Франция подарила США
Статую Свободы. Павильоны, которые спроектировал А.В. Бари, были очень красивые, ажурные,
он за них получил золотую медаль.
— Судя по имени-отчеству, он был русским?
— Русского происхождения. Когда Александр
Вениаминович повстречался с В.Г. Шуховым, ему
История российской науки
так понравился его подход к реализации своих
идей, что он ему предложил остаться в Америке,
чтобы творить в стране больших возможностей
великие дела. В.Г. Шухов категорически ­о тказал
и вернулся домой. Но и А.В. Бари в Штатах не особенно задержался и уже через год перебрался
с семьей в Россию, в Петербург. И там он вместе
с отставным инженером-полковником Н.А. Сытенко организовал первую в России инжиниринговую фирму «Бари, Сытенко и Ко», куда и пригласил В.Г. Шухова в качестве главного инженера. Он
согласился, но потом разболелся, и ему пришлось
в поисках лучшего климата поехать в Баку. Тогда
у А.В. Бари и возникла идея заняться перспективным нефтяным бизнесом. Одной из крупнейших
российских компаний в этой области было «Товарищество братьев Нобель», его еще часто называли «Бранобель», хотя на самом деле это было не название, а телеграфный адрес, как современная
электронная почта.
— Это товарищество имело какое-то отношение к Альфреду Нобелю, которому мы обязаны
Нобелевской премией?
— Самое непосредственное, Альфред как раз был
одним из этих четырех братьев, третьим по старшинству. Главным был Людвиг Нобель, но паи
были поделены поровну. Кстати, мало кто знает, но Нобелевская премия только на 70% состоит
из денег, полученных Альфредом за изобретенный
им динамит, а оставшиеся 30% приходятся как
раз на долю в нефтяном товариществе.
В то время перед нефтяниками остро встал вопрос транспортировки нефти. Ее возили с месторождения в Балаханах на перегонный завод в бурдюках и бочках. Под это были задействованы более
10 тыс. лошадей, мулов, верблюдов и ослов. Однако добыча росла такими темпами, что «транспорта» стало не хватать. И тогда А.В. Бари получил от Нобелей заказ на решение проблемы. И вот
140 лет назад в.Г. Шухов спроектировал и построил первый в России и в Европе десятикилометровый нефтепровод с двумя насосами, также созданными В.Г. Шуховым. Этот нефтепровод был введен
в эксплуатацию в декабре 1878 г. — и окупил себя
уже за первый год работы.
— Но 10 тыс. транспортировщиков осталось
без работы.
— Да, такова цена прогресса. Были волнения,
нефтепровод пытались уничтожить, поэтому пришлось призывать на помощь казачьи патрули.
Дальше, опять же по заказу Нобелей, А.В. Бари
и В.Г. Шухов создали первые «наливные вагоны»,
сегодня известные как цистерны, «наливные баржи» (металлические танкеры), нефтяные резервуары. Кстати, последнее изобретение — пожалуй,
одно из самых по сию пору распространенных.
Огромные круглые резервуары В.Г. Шухова сейчас
стоят по всему миру, где требуется хранить нефть
и нефтепродукты.
— А что там изобретать? Круглая клепаная металлическая «кастрюля» — и все тут.
— Не скажите. До того в России нефть хранилась просто в выкопанных прудах. А в США, у Рокфеллера — в прямоугольных металлических нефтехранилищах, которые были очень ненадежны и дороги. А В.Г. Шухов придумал несколько,
как сейчас бы сказали, ноу-хау. Во-первых, его резервуары были круглыми. Как известно, при одинаковом периметре площадь круга существенно
больше площади прямоугольника, так что при
3
4
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
57
История российской науки
1
3
2
1. В.Г. Шухов и А.В. Бари:
­сотрудничество, породившие
­великие результаты
2. А.В. Бари — основатель
«­Строительной конторы А.В. Бари»
3. Водонапорная башня, Николаев,
1906 г. Высота 25,6 м., 600 тыс. л.
одинаковой затрате металла шуховские хранилища вмещали значительно больше нефти. Вовторых, Шухов отказался от фундамента: его резервуары имеют тонкое дно и устанавливаются
на песчаную ­подушку, что тоже значительно удешевляет конструкцию абсолютно без потери качества. И, наконец, главное изобретение. В американских нефтехранилищах приходилось делать
толстые стенки, так как десятки тонн хранимой
нефти просто разрывали тонкие листы металла.
Шухов же сделал толщину стенок резервуара неодинаковой — наверху, где давление минимально,
она делалась из одиночного листа, ниже, где давление побольше, из двух, дальше — из трех и т.д.
В результате надежность была фантастической,
а экономия такой, что и сам Рокфеллер довольно
быстро поменял почти все свои «коробки» на шуховские «кастрюли». Тогда даже писали, что «тысячи тонн металла плачут из-за своей неиспользованности по вине Шухова».
— И до сих пор нефтехранилища остаются
в том виде, в котором В.Г. Шухов их спроектировал?
58 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
— Изменения чисто косметические, основа вся
шуховская.
— Если нобелевская премия на треть состоит
из акций товарищества Нобелей, для которых
Шухов сделал так много, значит и в самой премии есть его часть? Процентов десять?
— Если не больше. Кроме работы у Нобелей
А.В. Бари исправно снабжал своего главного инженера-конструктора заказами и обеспечивал всем
необходимым для их скорейшей и оптимальной реализации.
— Иными словами, А.В. Бари паразитировал
на таланте В.Г. Шухова?
— Ну нет! Сам Шухов, проработав с Бари почти 40 лет, после его смерти в 1913 г. рассказывал:
«Говорят, что Бари эксплуатировал меня. Это верно. Но и я эксплуатировал его, заставляя выполнять мои даже самые смелые предположения».
Так что А.В. Бари оказался идеальным партнером для В.Г. Шухова. И кроме того что они были
работягами, оба были крупными меценатами,
много делали для улучшения жизни своих рабочих. А.В. Бари с самого начала учил В.Г. Шухова,
История российской науки
4
6
5
4. Водонапорная башня, Москва, Винный и дрожжевой
з­ авод Б.А. Гивартовского, 1910 г. Высота 17 м., 120 тыс. л.
5. Первая в мире ветряная электростанция, Крым,
Балаклава, 1937 г.
6. Павильон-ротонда, XVI Всероссийская промышленная
и художественная выставка в Нижнем Новгороде, 1896 г.
Общий вид и разрез с мембранным висячим покрытием
в середине и сетчатым висячим покрытием.
что с народом надо делиться. Бари на своих заводах ввел вместо 12-часового девятичасовой рабочий день, больничные выплаты, бесплатное питание и даже позволял рабочим выпивать в обед
рюмку водки. Говорил: «Это для меня гораздо выгоднее, потом что голодный рабочий меньше сделает, чем сытый. А мне нужна продукция, а не
хронометраж». Тем не менее, когда начался революция 1905 г., эти рабочие, которые трудились далеко не в каторжных условиях, как на других заводах, — эти самые рабочие начали бунтовать
как все. И на бунты эти приезжал друг А.В. Бари,
Л.Н. Толстой, уговаривал: «Сколько вы работаете?
Знаете, сколько соседи ваши работают? А вот вы
сколько получаете? Так что расходитесь, ребята,
не надо вам бунтовать, я вас очень прошу, я, граф
Лев Николаевич Толстой». Вот такие происходили
интересные вещи. Поэтому мы в рамках подготовки к 165-летию со дня рождения В.Г. Шухова рассказываем и о личности А.В. Бари.
В штаб-квартире ООН в Нью-Йорке 5–6 июня
была представлена экспозиция «Российские
ученые, изменившие мир», подготовленная
w w w.sci-ru.org
­М инистерством промышленности и торговли
РФ и Международным Шуховским фондом. Была
представлена галерея инженеров, которыми может гордиться наша страна, и там А.В. Бари стоит в одном ряду с В.Г. Шуховым, Н.Е. Жуковским, В.К. Зворыкиным, И.И. Сикорским и т.д.
Мы планируем снять про Бари документальный
фильм, уже увлекли этой идеей хорошего режиссера. Его жизнь — богатейший материал для издания биографии в серии ЖЗЛ.
— Нет планов предложить ЮНЕСКО включить
Шуховскую башню в список Всемирного культурного наследия?
— Я в прошлом году пытался подать заявку
на президентский грант для составления каталога
конструкций В.Г. Шухова. Акцентировал, что это
­делается для того, чтобы выделить объекты для
Всемирного наследия ЮНЕСКО, сделать на территории башни мемориальный комплекс Шухова.
Но грант не дали, а башню изуродовали.
— Ну хоть не разобрали, а ведь хотели!
— Они уничтожили объект. Была легкая
ажурная конструкция, а теперь внутри стоят
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
59
История российской науки
­металлические ноги, каждая из которых весит
почти столько же, сколько вся башня. У Шухова —
паутинка, сама воплощенная легкость, прочность
и эстетика. А что теперь? И те, кто пытался спасти
эту башню, сами разочарованы таким решением.
— Но осталось же еще много других сохранившихся шуховских гиперболоидных построек?
— В декабре позапрошлого года президент России В.В. Путин подписал указ о придании статуса
памятника федерального значения башне опоры
ЛЭП, которая стоит на Оке. Высота ее 128 м, она
ненамного ниже 149-метровой Шаболовской башни. На низком берегу Оки по плану ГОЭЛРО таких
«высоток» В.Г. Шуховым было построено две. Одну
в 2005 г. распилили на металлолом, несмотря на то
что она уже была объявлена памятником регионального значения, другую удалось сберечь. Вообще, у нас еще остались шуховские гиперболоидные
башни. Сохранилась даже первая, удивительно
красивая, которую он построил в 1896 г. для выставки в Нижнем Новгороде, высотой с современную десятиэтажку.
— Но в 1896 г. не было ни радио, ни линий
электропередач. Для чего была нужна такая
высотная конструкция?
— Это была водонапорная башня. После выставки ее должны были разобрать, но она так
понравилась знаменитому меценату, владельцу
стекольного завода в Гусь-Хрустальном Ю.С. Нечаеву-Мальцову, что он ее выкупил и перевез
в свое имение Полибино в Липецкой губернии,
где она стоит до сих пор. Вообще, В.Г. Шухов
в ­т ечение жизни построил более 200 таких башен. А сколько их в мире построено, и сосчитать
невозможно. Причем далеко не всегда их создатели ссылались на имя российского инженера. Так,
еще в самом начале прошлого века американцы
начали строить линкоры «Делавэр», «Флорида»,
«Вайоминг», «Невада» и другие с гиперболоидными мачтами. При этом они ни разу не вспомнили про В.Г. Шухова и, естественно, не заплатили
ему ни копейки. Более того, когда в 1907 г. на наших броненосцах «Андрей Первозванный» и «Император Павел I» поставили шуховские мачты,
наши адмиралы доложили царю: «Государь, мы
сейчас применили новейшие ­т ехнологии, поставили на наших кораблях американские мачты».
— А что же Шухов?
— Шухов ничего не сказал. Он к этой несправедливости относился... как бы поточнее сказать…
— Стоически?
— Да, в самую точку — именно стоически. Он
не настаивал на своих правах.
— Даже если предположить, что ему не нужны были большие деньги, неужели у него
не было простых честолюбивых амбиций и ему
не хотелось, чтобы хотя бы элементарно спасибо сказали?
— Трудно сказать. Конечно, амбиции у него
были, но направлены они были на другое: как
бы создать даже в старой области что-то не просто новое и оригинальное, но еще и оптимальное
по всем параметрам. Его друг профессор П.К. Худяков вспоминал, что шуховские разработки часто не нравились высокопоставленным чиновникам из-за того,
что они были «безобразно дешевы» и не оставляли возможности
для «откатов», к которым те привыкли.
— В.Г. Шухов и с коррупцией
боролся таким оригинальным
и красивым образом?
— Вместе с А.В. Бари. Что же касается честолюбивых амбиций,
их действительно почти не было.
Возможно, тут свою роль сыграла детская психологическая травма. В четвертом классе гимназии,
когда учитель, выдающийся педагог К.Д. Краевич, попросил его
изложить доказательство теоремы Пифагора, Владимир доказал
ее своим оригинальным методом.
Учитель его похвалил и поставил... двойку, сказав: «Тебе велели
выучить урок, ты этого не сделал,
значит — выказал неуважение
к великому математику, жившеМосква, крыша Верхних торговых рядов (ГУМа) в процессе строительства
му 2 тыс. лет назад».
60 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
История российской науки
В.Г. Шухов не доказывал свои права, не отста- в ­т ечение года проводим различные мероприяивал приоритеты, как Томас Эдисон, Александр тия: круглые столы, симпозиумы, семинары, конБелл и Сэмюэл Морзе, он творил, изобретал, рабо- ференции — эдакий юбилейный шуховский матал.
рафон. Планируем в сентябре устроить в здании
— Может, поэтому и успел сделать за жизнь Киевского вокзала под сводами шуховского детак много.
баркадера «Ночь Шухова» с лекцией, просмотром
— Когда в 1923 г. в Москву приехала американ- фильма, обменом мнениями. Ждем, что придет
ская комиссия Гарри Синклера, чтобы разобрать- много студентов. В первой половине сентября
ся с приоритетами по поводу крекинга нефти, за- по маршруту «Белгород — Москва» отправится попатентованного в США в 1912 г., В.Г. Шухов их при- езд имени В.Г. Шухова. Пассажирами будут преднял и показал свои патенты от 1891 г. Они поняли, приниматели, инженеры, ученые, представители
что весь крекинг, то есть процесс непрерывной пе- власти, студенты БГТУ им. В.Г. Шухова. Имеются
регонки нефти для получения керосина, бензина соответствующие соглашения с РЖД.
и прочих нефтепродуктов, — это все шуховские
Особый предмет нашей гордости — осущестидеи, разработки, и приоритет по праву принад- вленный Международным Шуховским фондом солежит ему. Они хотели переманить Шухова в Аме- вместно с компанией Gazprom International проект
рику, предложив фантастические деньги. Но Вла- издания «Избранные труды почетного академидимир Григорьевич сказал: «Я работаю на государ- ка В.Г. Шухова» в трех томах, где представлены как
ственной службе, и мне достаточно того, что мне опубликованные ранее, так и неизвестные материдает государство».
алы, извлеченные из архивов.
— Подозреваю, что даже если бы он согласил— Интересное и перспективное начинание —
ся, его бы все равно не отпустили.
особенно на фоне того, что в последнее время
— Почему? В 1923 г. страна была еще не так то- престиж этой важной профессии наконец-то
тально закрыта и уехать было возможно. Многие начал расти. Инновации сегодня в тренде.
уезжали, а В.Г. Шухов не захотел. Когда эти пар— Более того, я готов утверждать, что инновани из синклеровской комиссии уходили из каби- ционный вирус В.Г. Шухова жив и сейчас, причем
нета Шухова, одни из них, показывая на стояв- готов распространиться до масштабов эпидемии.
шую в углу модель Шаболовской башни, сказал: Которая, если ее правильно поддержать, может
«А все-таки, мистер Шухов, вы американских ин- стать одной из самых полезных в истории нашей
женеров тоже цените, держите у себя в кабине- страны, а возможно — и всего мира.
те эту американскую гиперболоидную башню».
Беседовал Валерий Чумаков
На что Шухов молча подошел к шкафу, достал оттуда пыльный журнал 1897 г.
и показал им фотографию своего мегаэкспоната на Нижегородской выставке. Это все про
амбиции честолюбивые. Что же
касается амбиций материальных, в 1929 г. Владимир Григорьевич передал СССР все свои
патенты с правом получения
по ним доходов.
— Приближается 165-летний юбилей инженера. Чем вы
собираетесь отметить его память?
— В прошлом году Международный Шуховский фонд и Национальная палата инженеров обратились к В.В. Путину
с инициативой объявить 2018 г.
годом инженера. Мы получили
поддержку от ректоров 25 ведущих инженерных вузов, а также
министерств, ведомств и крупных корпораций. Однако наше
начинание пока не увенчаБатопорт сухого дока в Севастополе, 1914–1915 гг.
лось успехом. Тем не менее мы
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
61
ГЕ Н ЕТИ КА
Академик
Николай
Янковский
О «БЕЛОЙ»,
«СЕРОЙ»
И  «ЧЕРНОЙ»
ОБЛАСТЯХ
В ГЕНЕТИКЕ
Академик Николай Казимирович Янковский в течение
десяти лет возглавлял легендарное для российской науки
учреждение — Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН.
Когда он оставил свой пост и стал научным руководителем
института, у него, по его словам, появилось больше времени
для разработки новых тем, поиска новых людей и новых
подходов к решению проблем.
Неслучайно, возможно, наш разговор состоялся
в Дхарамсале — Н.К. Янковский был в числе десяти российских
исследователей, принявших участие в конференции
«Постигая мир» с участием Далай-ламы. И посвящен он
был мировоззрению исследователя. Генетика — одна
из самых точных областей наук о жизни. Но так ли нерушима
устоявшаяся система координат с позиций генетика?
62 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Генетика
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
63
Генетика
— Николай Казимирович, вы делите науку, в частности генетику, на «белую», «серую»
и «черную» области. Как определить границы
между ними?
— С одной стороны, существуют общепринятые
традиционной (в Индии ее называют «западной»)
наукой факты, и обычно исследователи предпочитают оперировать этими установленными фактами и признанными понятиями. С другой — есть
явления, которые традиционная для нас наука
признает как несуществующие, например выход
за рамки закона сохранения энергии. Я условно
отношу такие явления к «белому» и «черному» полям науки.
Однако существует еще и «серое» поле: недостаточно четко исследованные феномены, проблемы,
к которым мы только подступаем и которые в результате могут оказаться либо в «белом» поле, либо
в «черном». Но здесь мы по крайней мере знаем,
как и что исследовать. Вот, например, генетический контроль условного рефлекса. Это не инстинкты, которые тоже представляют собой рефлексы,
только безусловные, «напечатанные» на генетическом уровне, — когда нового стимула нет, а признак появляется; в частности поведенческие: новорожденный ребенок уже знает, что надо сосать
материнскую грудь, его никто этому не учил, но он
с первого раза делает это успешно. Способность
и потребность дышать, сердцебиение — это даже
инстинктами не называется, это физиологические особенности организма, которые контролируется генетически. Если бы это не было предопределено, не были бы реализованы соответствующие генетические свойства, то сердце не билось
бы, мы бы не дышали и, соответственно, умирали сразу при рождении. Но данные свойства, способности появились когда-то очень давно, когда
еще не было сердца (в процессе эволюции оно существовало не всегда), когда наши далекие предки жили под водой и дышать им, как это делаем мы
сегодня, раздвигая легкие, было незачем. А вот человек почему-то умеет делать это немедленно, как
только выйдет из «безвоздушного» пространства
внутри матери.
Подобные особенности складывались в течение
десятков и сотен миллионов лет. Нам пока непонятен генетический контроль таких признаков, как
безусловный рефлекс (инстинкт) — целесообразная реакция на сигнал среды, с которым организм
сталкивается в первый раз. Ясно, что генетический контроль для каждого инстинкта существует, но сегодня это можно отнести к «серому» полю,
поскольку ученым еще не известны механизмы его
контроля.
У буддистов, кстати, этот вопрос рассматривается гораздо шире. Они считают, что жизнь не существует в отрыве от сознания, что элементы сознания разлиты в природе и реализуются в том
64 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Академик Н.К. Янковский
­ч исле в человеке. Это одновременно и материальное, и духовное, они составляют единое.
Согласно традициям западной науки, мы привыкли все исследовать, расчленяя на элементы
и рассматривая эти элементы как будто бы в лупу:
есть этот элемент или нет, какой он, что с ним происходит, если изменить условия его существования, и т.д. Это подход всех естественных наук —
химии, физики, биологии. И с этой точки зрения
книга Далай-ламы «Вселенная в одном атоме», которую я прочитал перед конференцией, показалась мне очень интересной. Она не отрицает факты, которые я считаю установленными, но ставит
вопрос о том, что такое целое, к которому эти факты относятся.
Но! Это совершенно другая система координат,
которую я как ученый на данный момент не использую. У меня есть своя, очень четкая система —
что такое ген, где он находится, как он работает
и т.д. Я не говорю, что традиционная для нас наука знает все. Многие явления будут открываться
и изучаться все глубже, вероятно, в течение всего
существования человечества, но сама система координат не отменяется, а лишь становится более
дифференцированной.
А у буддистов своя система координат, и мы
­попытались взглянуть на нашу систему с точки
Генетика
­зрения их системы: что в нашей экспериментальной науке может быть приложимо к проверке положений буддизма. И, наоборот, посмотреть с их
точки зрения на то, что мы делаем, и по-новому поставить задачи. Для меня лично это «взгляд со стороны» на собственные взгляды: что может сделать
генетика, какие новые вопросы могут быть перед
ней поставлены. И главный из них, ключевой для
буддистов — сознание, которым, с их точки зрения,
проникнуто все, вся природа, человек: когда оно появилось, каковы этапы его развития? Это в западной науке сформулировано недостаточно четко.
Сейчас, применив новые генетические подходы,
можно ставить задачи для таких исследований,
о чем я раньше, в течение 50 лет проработав в генетике, даже не задумывался.
— Какие, например?
— Например, как применить генетический подход к изучению самого понятия сознания. Необходимо выявить объективные этапы уровней сознания, которые фиксируются объективными методами, и тогда генетический подход заключался бы
в нескольких вещах.
Первое: индивидуальное развитие (онтогенез)
повторяет развитие всего живого (филогенез). Что
может означать термин «сознание» в отношении
одной клетки? Или в отношении плода, то есть
до того, как человек родился. Есть ли вообще сознание или его элементы у клетки? Плод умеет видеть и слышать, но еще ничего не умеет делать.
Он реагирует на сигналы, сначала невербальные, затем начинает реагировать на слова, и это,
наверное, уже новый этап сознания. Если кто-то
из представителей других специальностей (физиологи, психологи, когнитивисты, философы) формализует этапы развития сознания у ребенка, то для
генетика появится возможность понимания связи
онтогенеза и филогенеза.
Генетикам более или менее понятно, что происходит в индивидуальном развитии, а ведь формирование признаков у ребенка в первые пять
лет — это «развертывание» того, что происходило
за миллионы лет эволюции у приматов, а до них —
у млекопитающих, позвоночных, беспозвоночных.
Мы, наблюдая этапы онтогенеза, можем ставить
какие-то вопросы поэтапно, ориентируясь на то,
что представляет собой сознание на предшествующих филогенетических этапах его развития. Такая постановка вопроса не существовала для меня
до сих пор, но теперь она актуальна.
— Как к этому подойти экспериментально?
— Каждый из этапов филогенеза и каждый
из этапов его реализации в онтогенезе основан
на том, что у нас есть определенный генетический
материал, который позволяет конкретному признаку проявиться на своем уровне. В чем он заключается, мы не знаем, но понимаем, как вообще исследовать связь онтогенеза с филогенезом,
w w w.sci-ru.org
регистрируя внешне наблюдаемые признаки с помощью приборов. То есть мы можем это объективизировать. Если мы определим этапы развития
сознания, то сможем определить и его нарушения — признаки психических расстройств, искажение восприятия реальности, его переведение
в собственное поведение. И психические расстройства могут служить моделью расстройства сознания.
Существуют явления более простого порядка,
которые укладываются в понятие сознания, например память, эмоции — проявления биохимии,
про которые мы знаем, что они контролируются
генами. И если мы переходим на более простые
уровни, то можем добраться и до генетической информации, расчленяя ее, доходя до основ определенных состояний. Подытожу: если рассматривать «центральное сознание» (согласно буддизму)
как признак, который есть у человека, то мы можем разложить его на генетические составляющие, применяя объективные методы.
Другой подход: выделение для исследования
только определенной части наблюдаемого признака. Такую часть признака называют «эндофенотип». Эндофенотипы — это относительно более
просто генетически контролируемые признаки.
Скажем, тревожность может быть эндофенотипом каких-то психических болезней. Или эйфория — эндофенотип более простого уровня, который можно выделить при других психических болезнях.
Подобные схемы активно применяются в современной генетике. После общения с буддистскими
учеными я подумал, что «центральное сознание»
с генетической точки зрения можно рассматривать как сложно контролируемый признак человека. Если мы сможем разложить его на составляющие, то их можно исследовать методами, которые
применяются в нашей традиционной генетике.
Ну и третий подход — модельные животные.
С его помощью также можно найти внешне наблюдаемые признаки сознания. Модельные объекты
очень широко применяются и при изучении различных заболеваний — гипертонии, ожирения,
и их можно попытаться применить в исследовании
сознания. Только нужно четко определить, какие
внешне наблюдаемые явления для животного соответствуют таким же внешне наблюдаемым признакам у человека. Все эти подходы пока не реализованы, но схема работы, генетический подход
к предмету исследования понятен.
Однако существует серьезное противоречие:
буддисты считают, что сознание проникает в органическую материю даже до того, как материя
появилась. Мне это непонятно по самой постановке вопроса, поскольку я генетик и ограничен в своих представлениях тем, что есть в генах. А у буддистов постановка гораздо шире, их учению
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
65
Генетика
2,5 тыс. лет, в нем существуют свои логика, аксиоматика, и, возможно, при такой логике и гены
не нужны — это вообще зависит от того, как мы
определим то, что имеем в виду. Для меня очень
важно научиться посмотреть иначе на границы
знания, к которым я привык за полвека в своей области науки.
— Но если предположить, что существуют
формы сознания, которые не имеют отношения
к генетике…
— Я не понимаю, что это такое, но говорить, что
если я чего-то не понимаю, значит этого не существует, просто глупо. В этой области я не могу
иметь профессиональное суждение, у меня нет
картины мира, в которой я могу это как-то представить. У меня есть естественная картина мира,
в рамках которой я могу работать. У меня есть
своя система взглядов, я вырос в конкретной стране в конкретное время, и хотя я человек неверующий, но я «православный неверующий», как говорил П.Л. Капица.
Любая система координат лучше, чем ее отсутствие. Переходить в другую систему координат
мне в мои 70 лет не хочется, но игнорировать ее
бессмысленно (а я вижу, что люди общаются в этой
системе координат 2,5 тыс. лет, помогая друг другу выживать и чувствовать себя более удовлетворенными).
Меня как генетика приучили все исследовать
через гены, и для меня в системе, где отсутствуют гены, не может быть ничего живого. Гены тоже
появлялись во времени постепенно. У каждого
из нас есть предок на протяжении всего времени
существования живого, и мы можем пройти назад
по филогенетической лестнице через ныне живущих «родственников»: обезьяны, млекопитающие,
позвоночные, беспозвоночные, одноклеточные...
Это все разложено наукой на протяжении многих
предыдущих лет. Для меня это естественный эволюционный подход. А буддисты, кстати, всю нашу
традиционную науку заранее признают «правильной», считая, что она просто конкретизирует их
видение природы.
— Этот новый ракурс как-то повлияет на планы ваших исследований?
— Сначала нужно сформулировать проблему,
чтобы она была хотя бы умозрительно доступной для исследования. Потом нужно запланировать исследование: инструментарий, методы. Генетические исследования развиваются сейчас
очень бурно, и для изучения новых явлений нужно определить новый объект или новый признак.
Продумывание этого я считаю интересным. Доживу ли я до реализации, не знаю. Но сама постановка вопроса разумна: если я вижу признак, который у нас есть (а я думаю, что сознание, как его
ни формулируй, каждый считает одним из человеческих признаков), значит его можно исследовать
66 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
г­ енетическими методами, поскольку все признаки, как и определяющие их структуры и функции,
без генетики существовать не могут.
— Возвратимся к началу разговора: получается, что изучение сознания — это «серое» поле.
А что в генетике за последние годы из «серого»
поля перешло в «белое»?
— Поразительно быстро из почти «черного» явления в «белое» превратилось перепрограммирование клеток — когда развитие клеток, органов или
тканей обращают «вспять во времени» и получают
почти исходную клетку, из которой формируются
все ткани и органы данного человека. При этом последовательность нуклеотидов (четырех букв генетического текста) сохраняется одинаковой во всех
клетках: в оплодотворенной клетке, в мозге, мышцах, печени. Но почему-то сердце — это сердце,
а мозг — это мозг, их структуры и функции неодинаковы. Связано это с тем, что в этих органах поразному произошла дополнительная «разметка»
генетических букв (ее называют модификацией).
Привычно было думать, что условием для появления определенного признака обязательно становится изменение последовательности буквнуклеотидов. Функция исчезает из-за того, что
исчезла буква-структура и поэтому текст читается по-другому. Это условие осталось правильным, но не единственным. Сейчас благодаря расшифровке генома человека мы получили дополнительные данные об этих процессах и их новое
понимание. Нам теперь известно, что на кодирующую белок часть приходится небольшой процент
информации генома — всего 3%. А что же остальные? Оказалось, что изменения, варианты генетического текста могут возникать и вне генов и тоже
способны влиять на появление признака.
Но именно в этом пространстве, в некодирующей
части генома, расположены регуляторы, иногда
очень далеко от гена, на расстоянии миллионов
нуклеотидов. Многие такие «дальние» регуляторы составляют часть целостной системы формирования признака. Это как аккордеон: нажмешь
одну кнопку, а звучит целый аккорд. Так же бывает
и в геноме — нажатию кнопки аккордеона соответствует химическая модификация отдельной буквы-нуклеотида, при этом зазвучит определенный
«аккорд» из генов, и они будут «играть» в сочетании
с другими существующими аккордами из генов,
которые в этот момент не работают, «замолкают».
Это было показано на растениях, но то же самое
происходит, вероятно, в каких-то случаях и у человека, как и у любого многоклеточного организма.
Оказалось, что число участков в геноме, регулирующих сложнейшие признаки, в некоторых случаях очень невелико. Например, сложнейшие признаки, возникновение которых требует вовлечения
десятков или сотен генов, могут ­р егулироваться
всего тремя-четырьмя «кнопками». Это открытие
Генетика
одновременно и усложняет, и упрощает картину
регуляции работы генных ансамблей при формировании признака.
Где эти «кнопки» у человека, мы пока не знаем, но,
возможно, как и у растений, для возникновения
сложнейших признаков необходимо всего лишь
небольшое число регулирующих участков — тричетыре «кнопки аккордеона», которые управляют
работой сочетаний сотен генов.
— А мутации? Какова их роль?
— Мутация внутри гена способна менять его
структуру. Ген при этом может испортиться и не
работать. Это известно более 100 лет. Но ген, как
и лампочку, можно выключить, не ломая, а нажав,
как и в лампочке, генетический переключательрегулятор, расположенный очень далеко от него.
И это знание имеет огромное значение и для науки, и для медицинской генетики, поскольку нас
ведь интересует не то, что происходит с конкретным геном, а то, какой получится признак. А каж-
уровнях реализации генетической информации
в признаке, и, с одной стороны, эта картина регуляции гораздо более сложная, но с другой — нам теперь понятно, что именно исследовать и, более того,
как это делать. Все это связано с геномикой: фактически мы ищем координаты действия регуляторов,
наблюдая, какие участки ДНК (а они все известны с точностью до одной буквы, одного нуклеотида) взаимодействуют с белками или с регуляторами
при химической модификации самой ДНК.
Сколько этих уровней, мы еще не знаем, но ясно,
что и самих красок много, и уровней известно
по крайней мере два. И это предмет экспериментальных структурно-функциональных исследований генома, которые сейчас активно ведутся
во всем мире.
— Как вы можете оценить сейчас, спустя
20 лет, значение расшифровки генома человека?
— Расшифровка генома человека — безусловно,
фантастический базовый результат, интересный
для науки. Но с точки зрения изучения живого гораздо более важно, что появились
методы исследования любого генома —
растений, животных, человека, микроба,
вируса. Вообще, разнообразие, совокупность разных генов, которые есть в различных бактериях, намного больше, чем генов
в человеческом организме. Такое знание
очень много дает с практической, медицинской точки зрения. Приведу в пример лишь
одно понятие, ставшее модным, — микробиом. Это совокупность генетического материала всех видов микробов в кишечнике одного человека, что открыло новые возможности диагностики и лечения самых
разных заболеваний.
— Что вас лично занимает сейчас больше всего, после того как вы оставили
пост директора и стали научным руководителем института?
— Пожалуй, меня больше всего интересует то,
каким образом реализуется собственно генетическая информация. Необходимо найти способ обнаружения трех-пяти тех самых «кнопок» — регуляторов, критическим образом влияющих на признак. Конечно, это меняет всю картину того, что
мы должны делать с точки зрения диагностики
каких-то заболеваний, но главное — их лечения.
Ведь если есть центральная «кнопка» и она может
сработать как-то иначе, это совсем другой путь,
нежели «перебирать» гены в поисках того самого, на который нужно воздействовать (а такой ген
не обязательно только один).
Поэтому сейчас необходимо найти возможность подтвердить или опровергнуть существование передачи регулирующих «кнопок» в поколениях или возможности появления этой «раскраски»
как ­п ризнака, наследуемого вместе с хромосомой.
Сложнейшие признаки,
возникновение которых
требует вовлечения
десятков или сотен генов,
могут регулироваться
всего тремя-четырьмя
«кнопками». Где эти
«кнопки» у человека, мы
пока не знаем
дый признак — это сотни одновременно работающих и одновременно не работающих генов. Комбинаторика того, как работает весь генетический
текст в формировании того или иного признака,
фантастически велика. Вот это новое! И к этому
привела нас геномика.
— Что же все-таки дает это новое знание —
возможно, не для немедленного применения,
но для практических подходов?
— Все мы состоим примерно из 300 видов тканей,
которые образуют органы. Но ведь 300 — это ничтожное число, это не миллионы, а количество сочетаний этих регуляторов на много порядков величин больше. И формирование конкретного органа
определяется тем, какая, условно говоря, появится
разметка генетического текста (модификация каких букв-нуклеотидов) — в каком моменте индивидуального развития, в каком месте ­генетического
текста. То есть мы можем говорить о нескольких
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
67
Генетика
То есть его возникновение в следующем поколении
аналогично мутации, хотя и не приводит к появлению последовательности новых нуклеотидов.
Здесь появляется необходимость новой терминологии, этому феномену нужно дать новое определение. Оно будет в чем-то совпадать с предыдущим:
мутация — это наследуемое изменение, связанное
со структурой ДНК. Но в данном случае — не с точки зрения присутствия определенной буквы,
а с точки зрения ее функционирования.
Это очень интересно, и в последние три года я увлечен тем, чтобы найти подтверждения существованию этого явления, которое можно обозначить
как регуляцию генных ансамблей, а не только отдельного гена. В 70-е гг. прошлого столетия появилась генная инженерия, она перешла в технологию, в умение использовать знание структуры для
получения полезных продуктов, лекарств, метаболитов, но все это — исследования, которые, повторяю, были связаны с отдельными генами.
Экспериментируя с растениями, мы уже можем
управлять генными ансамблями, нажимая на несколько «кнопок», играя аккордами, менять признаки — например, сделать длинный или короткий корень.
Это пример того, как фундаментальная наука
сначала развивается просто ради познания, а потом вдруг оказывается, что полученные результаты всем нужны. У бактерии существует иммунитет устойчивости к паразитам, она способна
«разрубить» ДНК паразита, который в нее проник.
И если такая бактерия, уже содержащая в себе кусочки вируса, с этим вирусом встречается, она
включает механизм, который убивает генетический текст вируса целиком. Эту систему (ее генетика понятна) разобрали, как машинку, на кусочки, потом собрали в пробирке, и мы можем в любом
организме, зная «адрес» из 20 букв-нуклеотидов,
выбрать мишень в геноме паразита, уничтожить
ее, а наш организм останется живым. Такая система редактирования генома называется CRISPR,
и она стала настоящим открытием в науке.
Казалось бы, зачем изучать, как бактерии, чуждые нам, защищаются от вируса, который нас
не заражает? Оказалось, что это нужно всем — генетикам растений, генетикам животных, человека.
Совершенно другой пример, уже из моей непосредственной работы, которой я сейчас занимаюсь. Мы инициировали создание программы, которая называется «ДНК-идентификация». Началось с террористического акта в Домодедове, когда
погибло много людей. Было известно, что бомбу взорвал террорист, обнаружили его останки,
но у следствия не было возможности выяснить, кто
он такой. Обратились к генетикам. По вариантам
определенных участков генетического текста можно определить территорию происхождения предков и родственников данного человека, а ­через
68 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
это — и его самого. Исследовав генетический материал, принадлежащий террористу, мы выяснили, что данная особенность генетического текста
встречается лишь в одном конкретном регионе нашей страны, территориально очень ограниченном,
и искать надо именно там. Личность террориста
была установлена за неделю!
Почему это стало возможным? Так получилось,
что регион, откуда террорист родом, уже был исследован в рамках фундаментальной работы в области геномной географии. Была фундаментальная наука, интересная генетикам, антропологам,
этнологам. И были выявлены генетические особенности населения некоторых регионов, сформировавшиеся исторически, в результате расселения
и смешения разных потоков миграций. Такие исследования могут иметь очень серьезные перспективы. После этого случая государство выделило
большие средства на данную работу, чтобы ее результаты были применимы на всей территории нашей страны.
Подводя итоги. Моя задача как научного руководителя института — поиск и привлечение в институт новых лидеров и формулирование принципиально новых тем научных работ. Как мы уже говорили, сегодня в генетике открываются новые
горизонты, новые направления исследований,
о которых раньше и речи быть не могло. Я стараюсь создать условия для развития в институте
этих новых направлений. У меня для этого есть
все возможности: я знаю всех, кто пришел в институт до меня, знаю генетиков, которые не в полной
мере реализовали себя в других институтах, и стараюсь сделать так, чтобы сотрудник мог проявить
и развить свои качества как генетик именно в нашем Институте общей генетики им. Н.И. Вавилова
РАН. Нужно создавать людям привлекательные условия, по крайней мере психологические, для работы в своей стране.
Самая важная работа, по моему мнению, — привлечение в наш институт новых лидеров науки.
И это происходит. Были созданы новые лаборатории и отделы: генетических основ биотехнологии,
генетики и геномики, биоинформатики и системной биологии, геномной географии. К нам приходят исследователи, которые продуктивно работают здесь и параллельно возглавляют лаборатории,
например, в США. Считаю, это хорошо, поскольку
они владеют пониманием и умением организации
науки в другой стране, которая в настоящий момент более продуктивна. Эти исследователи приходят со своими уникальными представлениями,
а я стараюсь найти задачи, которые сейчас интересны для такого сильного специалиста, для нашего института, для нашей страны и потому — для
всего мира.
Беседовала Елена Кокурина
Жизнь науки
I N MEMORIAM
Продолжаем знакомство с книгой Сергея Петровича Капицы
«Мои воспоминания». Предлагаем вашему вниманию фрагмент,
в котором он рассказывает о своей работе над книгой «Жизнь науки».
(Из книги С.П. Капицы «Мои воспоминания»)
У моего деда Алексея Николаевича Крылова была громадная библиотека, которая хранилась частично дома, частично в здании академии наук, в его большущем кабинете. Значительная часть этих
книг была посвящена кораблестроению
и прочим специальным вещам, которыми дед занимался. Но кроме своей прямой специальности А.Н. Крылов серьезно занимался историей науки. Он перевел на русский язык работы Ньютона,
70 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­ ополнив их подробными глубокими комд
ментариями; интересовался сочинениями Эйлера. В его библиотеке была коллекция книг многих великих людей, сочинений замечательных ученых прошлого.
В октябре 1945 г. в возрасте 83 лет
Алексей Николаевич скончался. В его кабинете в здании академии наук был организован мемориальный музей, и при
его создании мне предложили отобрать
книги, которые я хотел бы оставить себе.
На память о деде я забрал часть библиотеки, произведения великих ученых. Эти книги до сих пор
стоят у меня в Москве, недавно только я подарил
несколько томов старой инженерной энциклопедии музею А.Н.Крылова в Алатыре на его родине.
В то время я занимался в МАИ, изучал математику, механику, математику, физику. Конечно,
в наши дни учить механику по Ньютону или математику по Эйлеру бессмысленно: «Коперник целый век трудился, чтоб доказать Земли вращенье…», а сейчас этому посвящено несколько строчек в учебнике. Сейчас мы усваиваем и объясняем
идеи классиков гораздо лучше и полнее, чем это
делалось тогда, когда они совершали открытия
и создавали свои книги; сегодня в их трудах наиболее ценен метод. В своих работах о прошлом науки А.Н. Крылов всегда обращал на это внимание,
именно это и привлекало его в трудах великих ученых. Я тоже понимал, что эти книги представляют
интерес прежде всего с исторической точки зрения, но, читая классиков, обратил внимание на то,
что в них есть материал, который актуален и сегодня: это предисловия. В предисловиях авторы
объясняют, зачем они написали книгу, кому они
адресуют ее, какие мотивы их побудили писать,
w w w.sci-ru.org
что они думают о проблеме в целом. Поставленные в единые рамки, ограниченные объемом, они
должны кратко описать ход своей мысли — и это
интересно нам сейчас с исторической и методической точки зрения.
Сами предисловия очень перекликаются между собой и по форме, и по содержанию. Это похоже на сочинения «Как я провел лето», которые дети
пишут после каникул. Один был у бабушки в деревне, другой ездил в пионерлагерь, третий оставался в городе, и каждый должен на четырех-пяти страницах по некоторому плану расписать свое
времяпрепровождение. Мне казалось, что великие ученые — Коперник и Ньютон, Везалий и Дарвин, Менделеев и Планк — так же как школьники,
вернувшиеся с каникул, ограниченные небольшим объемом и определенной задачей, писали
эссе о собственном сочинении. Причем предисловие писалось уже после того, как книга сверстана,
именно поэтому страницы предисловия обозначались римскими цифрами и подшивались к основному сочинению. Авторы оказывались в одинаковом положении: дело сделано, труд написан и готов к печати, остается кратко изложить его суть
и задачу.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
71
In memoriam
1
2
1. Дед С.П. Капицы А.Н. Крылов
2. Заседание памяти А.Н.Крылова в Морской академии, 1945 г.
Это удивительное сходство — при всем их различии — предисловий, написанных великими учеными прошлого, меня поразило, и в какой-то момент
мне стало понятно, что, собранные вместе, они могут раскрыть путь развития науки от эпохи Возрождения до наших дней. Я предпринял систематическое изучение предисловий к трудам великих
ученых и просмотрел более 500 разных книг, пользуясь, естественно, не только тем, что мне досталось от деда, — это была малая, но очень важная
часть. Я занимался этим около трех лет, в вечернее время, дома и в библиотеке, работа ­т ребовала
­времени: тогда ксерокса не было и приходилось копировать материалы. В основном я пользовался
Ленинской библиотекой, иногда искал в других местах. Многое я нашел в замечательной серии «Классики науки», она до сих пор издается в таких темнокрасных переплетах — я потом вошел в ее редколлегию. Это прекрасное издание, очень качественно
сделанное, сейчас в нем более сотни томов.
Примерно четверть материалов пришлось заново перевести на русский язык с оригинала или
с других изданий. Каждому персонажу нужно было
написать биографию и подобрать хороший портрет. Я старался найти портреты великих ученых
в ­молодости, ведь именно в этом возрасте они делали свои открытия — хотя сами сочинения могли
быть написаны позже. Все привыкли видеть на портретах маститых старцев, «классиков науки», и никто не узнает, например, Макса Планка*: все видели его портрет на монетах в Германии — лысый
72 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­ ереп, — а тут молодой человек, тот самый, который
ч
в 25 лет разработал основы квантовой теории. Для
своей книги я старался подбирать гравюры, потому
что они гораздо лучше воспроизводятся, чем фотографии, к тому же это вносило единообразие. Пришлось просмотреть всевозможные коллекции гравюр. Замечательный гравюрный кабинет есть при
Государственном музее изобразительных искусств
им. А.С. Пушкина в Москве, но главная коллекция
гравюр находится в Ленинграде, в Эрмитаже, где
директором тогда был Борис Борисович Пиотровский**. Он меня очень ласково принял и рассказал,
что гравюрный кабинет основан еще Павлом I, который интересовался гравюрами. Это одна из самых
больших коллекций в мире — около полумиллиона листов, и чуть ли не со времен Павла кабинетом
заведовала некая старая дама. Б.Б. Пиотровский
сказал, что не может ей ничего диктовать, она —
ответственный хранитель. «Но если вы сумеете ее
очаровать, она вам откроет доступ к коллекции, —
добавил он. — Единственное, что я могу сделать,
чтобы вам помочь, это попросить фотолабораторию
не задерживать ваши заказы».
Я пошел к этой даме, и мы с ней хорошо поладили. В результате я провел там дня три. Она мне показывала совершенно необычайные вещи, среди
них, например, серийные офорты Рембрандта, где
по ряду отпечатков можно видеть, как возникает
конечный продукт. Сейчас такие вещи выставляются, а тогда я впервые увидел эти листы. В Эрмитаже я нашел очень хорошие гравюры с портретами многих моих авторов.
Любопытный эпизод: мне нужен был портрет Роберта Гука — современника Ньютона, который написал книгу «Основы микроскопии». Ищу в литературе — нигде портрета Гука нет. Хотя иконография
Ньютона, его современника, содержит 37 портретов. А Гука — нет. Я написал в ­Лондонское
In memoriam
­ оролевское общество. Мне ответили: да, действик
тельно, портретов Гука нигде нет, ни скульптурных, ни живописных, потому что когда тот умер,
Ньютон, который в то время был президентом
Королевского общества, велел все его портреты
сжечь. Пришлось поместить вместо портрета Гука
титульный лист его сочинения.
Ньютон вообще был несносным человеком,
не терпел никого рядом с собой. Поэтому не создал
школы, был один — и все. Это привело к тому, что
английская наука после Ньютона пришла в упадок на весь XVIII в. Ньютон очень долго прожил,
больше 80 лет, и под конец жизни занялся теологией, причем это было очень похоже на ересь: он
усомнился в догмате троицы. В то время в Англии
шли борьба с папством и утверждение англиканской церкви, и тех, кто допускал малейшую критику церкви, немилосердно истребляли — это было
как троцкизм у нас. Ньютон жил и работал в Кембридже, друзья понимали его значение и перевели
его в Лондон, где они могли присмотреть, чтобы он
не слишком вдавался в вольномыслие. Потом его
как абсолютно честного человека сделали директором монетного двора. Талант Ньютона
проявился и на этом поприще: он укрепил денежное обращение, и при нем чуть
ли не в пять раз увеличилось производство монет. Но науку он подавил, считал, что он уже все сделал и больше ничего не надо.
Забавно, что в 2003 г. Королевское общество озаботилось восстановлением доброго имени Гука. По крайней мере, электронная газета «Русский Лондон» опубликовала такое сообщение:
«В Лондонском королевском обществе
выставлен изготовленный в наши дни
портрет Роберт Гука — талантливого английского ученого и изобретателя XVII в.
Как установили исследователи, при жизни Гук
был злейшим врагом сэра Исаака Ньютона, который прилагал все усилия, чтобы очернить своего соперника и умалить его научные достижения.
Именно по вине Ньютона сразу после смерти Гука
был уничтожен его единственный портрет.
Роберт Гук был одним из наиболее выдающихся
натурфилософов XVII в. В 1665 г. он опубликовал
труд "Микрография", а годом позже принимал активное участие в восстановлении Лондона после
пожара...»***
Другой случай был в Германии, в Мюнхене. Там
есть замечательный музей — Немецкий музей достижений естественных наук и техники, доказывающий очень точно, что Германия — родина слонов. Его основал в конце XIX в. доктор Оскар фон
Миллер, он говорил, что каждый немецкий мальчик должен обязательно хотя бы раз побывать
в Немецком музее. Это действительно храм науки,
оплот немецкой науки и техники: например, закону Ома посвящен целый зал. Наш Политехнический музей — это в некотором роде копия Немецкого музея, он даже внешне очень похож на него.
В этом музее я искал портреты немецких ученых,
в частности хотел найти Эйнштейна, но обнаружил лишь две жалкие фотографии. Я спросил хранителя: «Почему?» — «Ну, вы понимаете, были обстоятельства…» А ведь это уже 1972 г.! Там возникла еще одна трудность: когда меня спросили, зачем
мне портреты, и я объяснил, что готовится книга,
мне предложили оплатить авторские права. СССР
тогда еще не подписал конвенцию, и я им долго пытался это объяснить. Я готов был заплатить пять
марок за фотографические работы, но выкладывать 25 марок за авторские права я не хотел: платить пришлось бы из своего кармана. Я с ними
долго торговался и в конце концов сказал, что я
могу воспроизвести те же фотографии из вторичных публикаций, но при этом качество будет совершенно другим, нежели если я буду пользоваться замечательными отпечатками из их фотолаборатории. И это их убедило.
При жизни Гук был
злейшим врагом сэра
Исаака Ньютона, который
прилагал все усилия,
чтобы очернить своего
соперника и умалить его
научные достижения
w w w.sci-ru.org
Самое длинное и абсолютно современное предисловие принадлежит Кеплеру: на 20 страницах он
рассуждает о Боге, о соотношении науки и религии. О том, что Богу — Богово, кесарю — кесарево,
а ученым — знание. Еще о Боге много писал Коперник, он адресовал свое предисловие папе римскому
и составил его так хитро, что 70 лет его сочинение
не запрещали.
Позже при издании моей книги возник вопрос,
с какой буквы писать «Бог» — с прописной или
со строчной. У меня везде, где надо, «Бог» написано
с большой. Такой же спор был у А.И. Солженицына
с цензурой, это описано в его книге «­Бодался ­теленок
с дубом», и он проиграл, а мне удалось каким-то образом оставить прописную «Б», я даже не знаю как.
Интересный эпизод был связан с Галилеем. Галилей обнаружил спутники Юпитера и описал это
в «Звездном вестнике». И вот с чего он начинает
свою книгу:
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
73
In memoriam
ЗВЕЗДНЫЙ ВЕСТНИК
Посвящается Козимо II Медичи,
Четвертому герцогу Этрурии
Превосходительнейшие сенаторы, главы пре‑
восходительного Совета десяти, нижеподпи‑
савшиеся, будучи ознакомлены сенаторами
реформаторами Падуанского университета
через сообщение двух лиц, кому это было по‑
ручено, то есть уважаемого о. инквизитора
и осмотрительного секретаря сената Джов.
Маравильи, с клятвой, что в книге под заглави‑
ем «Звездный вестник» и т.д. Галилео Галилея
не содержится ничего противного святой като‑
лической вере, законам и добрым нравам и что
эта книга достойна быть напечатанной, дают
разрешение, чтобы она могла быть напечатана
в этом городе. Дано в первый день марта 1610 г.
Ант. Валарессо Николо Бон Лунардо Марчелло,
главы превосходительного Совета десяти.
Бартоломей Помин, гекретарь славнейшего
Совета десяти, 1610 г., в день 8 марта, зареги‑
стрировано в книге, лист 39.
Астрономический вестник, содержащий
и обнародующий наблюдения, произведенные
недавно при помощи новой зрительной трубы
на лике Луны, Млечном Пути, туманных
звездах, бесчисленных неподвижных звездах,
а также четырех планетах, никогда еще до сих
пор не виденных и названных Медицейскими
светилами.
Фактически это разрешение на публикацию
со стороны церковной власти, по существу точная
копия тех заключений, которые мы должны были
писать о каждом издании. Мы их называли «клятвами», что в книге нет ничего противного партии
и правительству.
Наверное, академический цензор тоже заметил
сходство, потому что он меня вызвал и стал уговаривать этот текст удалить. Но я сказал, что не могу:
я пользуюсь академическим изданием сочинений
Галилея, изданным под редакцией С.И. Вавилова,
который был президентом академии наук, и чтолибо менять было бы неправильно. Конечно, полностью победить цензуру не удалось: вставить Фрейда и Гамова мне не дали. Но это небольшие потери,
всего не сделаешь. К тому же предисловие Фрейда
было не очень интересным.
Работа длилась более трех лет, и результатом
стала книга «Жизнь науки», где собрано ­около
74 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­с отни предисловий от Коперника до наших
дней. Она была издана в серии «Классики науки»,
но в другом переплете: ведь хотя она и основана
на классических сочинениях, саму ее таковым назвать нельзя. Меня очень поддерживал в этой работе И.Г. Петровский, который был ректором университета и главой этой самой серии «Классики науки».
По установившейся традиции мне надо было
найти авторитетного титульного редактора. По общему мнению, лучшим редактором мог бы быть
Лев Андреевич Арцимович. Когда я пришел к нему
с этим предложением, он спросил: «Что это вы занялись таким пустым делом? Лучше бы строили
свои ускорители».
Мне показалось, что он согласился без особого
удовольствия, но потом идея его увлекла. Он просил передать ему рукопись, как только она будет
готова. Рукопись попала ко Льву Андреевичу, когда он лежал в больнице на улице Грановского. Он
написал мне, что в ближайшие дни собирается заняться редактированием и с удовольствием посвятит этому прекрасному занятию время своего пребывания в больнице.
Через месяц я вновь увидел рукопись, в которой
было более тысячи страниц, и почти на каждой —
его пометки. С тех пор вопросы, затронутые в этой
книге, часто служили поводом для наших бесед
о науке, ее прошлом и будущем. В феврале 1973 г.
я принес ему последнюю корректуру, которую он
и утвердил к печати. А через несколько дней Льва
Андреевича не стало.
При подготовке книги у меня возникали сомнения, следует ли затрагивать в ней казнь Лавуазье. Лев Андреевич считал, что даже о неприятных событиях прошлого надо писать прямо, давая
им четкую оценку, уметь видеть главное и быть
выше мелких страстей. Он так сформулировал
заключительный этап в биографии великого химика: «В период якобинской диктатуры Лавуазье
­вместе с 27 другими откупщиками был арестован.
Он был приговорен трибуналом к смертной казни
и через три дня, 8 мая 1794 г., гильотинирован,
несмотря на все попытки жены и влиятельных
друзей спасти ученого. Лагранж, присутствовавший на казни своего друга, заметил: "В один момент мы лишились головы, и пройдет, быть может,
еще 100 лет, пока появится еще такая". При вынесении приговора судья, движимый, по-видимому,
еще и чувством личной мести, заявил, что "республика не нуждается в ученых, и правосудие должно идти своим чередом". Однако история показывает, какое видное место заняла наука в революционную эпоху, когда крупнейшие ученые того
времени были привлечены к государственным делам Франции».
Л.А. Арцимович занимал весьма ответственные
посты, но влияние его было значительно шире,
In memoriam
хотя он никогда не говорил
об этом. Его решения и суждения оказали заметное влияние на нашу науку. Лев Андреевич всегда умел быть объективным
в конфликтны х
ситуациях, он не принадлежал к каким-либо группам или
группировкам и к решению
сложных кадровых вопросов,
в которых так часто проявляются групповые симпатии, он
всегда стремился подходить
по-государственному, исходя
из интересов дела.
Как-то он начал со мной обсуждать одно предложение.
Даже самое черновое его опробование обошлось бы крайне
дорого, а научные основы при
самом элементарном и оптимистическом рассмотрении казались недостаточно солидными. Мы несколько раз возвращались к этому предложению, С.П. Капица и Л.А. Арцимович
и однажды я сказал: «Ну, ладно, дайте им деньги, пусть работают, не получит- ­ценностей, которая должна управлять государся то, что предлагают, так что-то другое выйдет. ством и людьми, в том числе и учеными, и никогда
Люди ведь дельные». Лев Андреевич очень рассер- от нее не отступал.
В то же время Лев Андреевич был очень добрым
дился, сказал, что такой подход — это обман и беспринципность. Он выработал для себя ­систему человеком, быть может, даже слишком добрым,
и старался компенсировать это своей любовью
к оружию, особенно холодному.
Он в равной мере мог говорить с человеком, стоящим на любой ступени общественного положения, во всех случаях сохраняя достоинство ученого. Его интересовали и крупнейшие инженерные сооружения современности, и игрушечные
автомобильчики, он был блестящим знатоком
мировой литературы и сам сочинял чудесные
сказки, он оказывал влияние на создание целых
отраслей промышленности и отправлялся с детьми на поиски клада, участвовал в сложнейших
физических экспериментах и обожал стрелять
из пистолета, даже игрушечного. Таков был этот
многогранный и талантливый в любых проявлениях человек.
Л.А. Арцимович
всегда умел быть
объективным
в конфликтных
ситуациях, он
не принадлежал
к каким-либо
группам и к решению
сложных кадровых
вопросов всегда
стремился подходить
по‑государственному,
исходя из интересов
дела
w w w.sci-ru.org
* Планк Макс (1858–1947), немецкий физик-теоретик, лауреат Нобелевской
премии по физике (1918).
** Пиотровский Борис Борисович (1908–1990), российский археолог и востоковед, академик АН Армении (1968), академик АН СССР (1970). Герой
Социалистического Труда (1983). Директор Эрмитажа (с 1964). Труды
по истории и археологии Закавказья и Древнего Востока.
*** http://www.russianlondon.com/print/18623/
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
75
СПЕЦРЕПОРТАЖ
И
ПРИ ПОДДЕРЖКЕ ФОНДА КАВЛИ
76 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Cover and main illustrations by Chris Gash
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
Глядя на звезды
Как писал Оскар
Уайльд, «Все мы барахтаемся в грязи,
но некоторые из нас
смотрят на звезды».
С давних времен
первобытные люди,
сидя
у тлеющи х
углей
в зимнюю
ночь, размышляли
над тайнами бытия. Что за мелкие
блестящие точки
усыпают небо? Как зарождается новый человек
в женском чреве? Откуда возникает жизнь? Что
такое жизнь? Как я могу уберечь новорожденного
от всякого вреда?
Подобные вопросы на протяжении веков занимали не только простых людей, но и философов, а позже и ученых. За последние несколько сотен лет мы
узнали так много удивительного о мирах вокруг
нас и внутри нас, что может создаться впечатление, что ни один уголок не остался неизведанным,
не осталось ни одного чуда, которое не получило бы
своего объяснения. Но сущность познания заключается в том, что каждое новое открытие открывает перед нами еще более глубокие вопросы. Мы знаем, что такое звезды, но их движение не поддается
объяснению. Мы можем заглянуть в самые дальние закоулки Вселенной, но чем больше узнаем,
тем сильнее подозреваем, что никогда не сможем
осознать все в целом. Довольно хорошо представляя себе работу органов нашего тела, мы тем не менее остаемся в неведении относительно глубинного устройства разума. Мы знаем, что есть жизнь,
но не знаем, что положило ей начало. Мы можем наблюдать мельчайшие объекты, но чем больше пытаемся их контролировать, тем эффективнее они
ухитряются избежать нашей хватки.
Этот специальный репортаж под названием
«Важнейшие проблемы науки», который публикуется как в журнале Scientific American, так и журнале Nature, поддержан Фондом Кавли. Он был
подготовлен независимо редакциями обоих журналов, которые несут ответственность за содержание репортажа. Помимо выбора спонсировать конкретно эту подборку материалов, Фонд
Кавли не внес никакого вклада в содержание
cоставляющих ее статей.
СОДЕРЖАНИЕ
Что есть пространство-время?
78
Джордж Массер
Физики считают, что на самых мельчайших
шкалах пространство происходит из квантов.
На что же похожи эти кирпичики мироздания?
Что такое темная материя?
83
Лиза Рэндалл
Пронизывающая Вселенную неуловимая
субстанция повсеместно оказывает
наблюдаемое гравитационное влияние,
но сама по себе ускользает от прямого
обнаружения
Что такое сознание?
84
Кристоф Кох
Ученые приступили к решению проблемы,
которая давно интересует философов
Как зародилась жизнь?
90
Джек Шостак
Для того чтобы разобраться в происхождении
жизни, нужны тончайшие эксперименты
и крупномасштабные наблюдения
Где пределы
манипулирования природой?
94
Нил Сэвидж
Проникнув в квантовый мир, ученые надеются
заполучить новые рычаги управления материей
и энергией
Как много мы можем знать?
98
Марсело Глейзер
Пределы досягаемости научного метода
обусловлены ограничениями наших инструментов
и имманентной непостижимостью некоторых
из самых глубоких тайн природы.
Главный редактор специального репортажа
Мадхусри Мукерджи (Madhusree Mukerjee)
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
77
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
КВАНТОВАЯ ГРАВИТАЦИЯ
Что есть
пространствовремя?
Физики считают, что на самых
мельчайших шкалах пространство
происходит из квантов. На что же
похожи эти кирпичики мироздания?
Джордж Массер
78 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
ЛЮДИ ВСЕГДА ВОСПРИНИМАЛИ КОСМОС
КАК НЕЧТО САМО СОБОЙ РАЗУМЕЮЩЕЕСЯ.
Космос — это ведь всего лишь пустота, фон ко всему прочему. Точно так же время есть некая абсолютная данность, непрерывно отбивающая такт. Однако
физики, затратив огромные усилия на объединение
своих теорий, могут с уверенностью утверждать, что
пространство и время образуют систему ошеломляющей сложности, способную бросить вызов самым
блестящим теоретическим концепциями и экспериментам.
Альберт Эйнштейн наблюдал за событиями, происходившими в начале ноября 1916 г. Годом раньше он сформулировал свою общую теорию относительности, согласно которой гравитация — это
не распространяющаяся через пространство сила,
но свойство самого пространства-времени. Когда
вы подбрасываете мяч высоко в воздух, он возвращается обратно на землю, потому что Земля искривляет пространство-время вокруг мяча таким
образом, что пути мяча и Земли снова пересекаются. В одном письме к другу Эйнштейн размышлял над проблемой объединения общей теории относительности с другим своим детищем — зарождающейся квантовой теорией. Тогда пространство
могло бы не только искривляться, но и вообще
пропадать. Эйнштейн почти не представлял, какая математика должна лежать в основе подобного объединения. В письме он писал: «Как же меня
измучили эти попытки!»
Эйнштейн никогда не заходил очень далеко.
Даже сейчас существует почти столько же спорных идей о квантовой теории гравитации, сколько
и ученых, работающих над этой проблемой. Споры затемняют важную истину: конкурирующие
подходы, все без исключения, исходят из того, что
пространство произошло из чего-то более фундаментального — концепция, которая разрушается
после 2,5 тыс. лет научного и философского осмысления.
Вниз по черной дыре
Обычный кухонный магнитик может продемонстрировать проблему, с которой столкнулись физики. Магнит удерживает лист бумаги вопреки
силе притяжения всей Земли. Гравитация слабее
магнетизма или электрических или ядерных сил.
Вне зависимости от квантовых эффектов она все
равно слабее. Единственное реальное доказательство того, что такие процессы вообще происходят
(имеются в виду процессы квантовой гравита‑
ции. — Примеч. пер.), — это пестрая картина распределения вещества в ранней Вселенной, которая, как считается, вызвана квантовыми флуктуациями гравитационного поля.
w w w.sci-ru.org
Черные дыры — лучший полигон для тестирования квантовой гравитации. По словам Теда
Якобсона (Ted Jacobson) из Мэрилендского университета в Колледж-Парке, «это самое близкое,
что у нас есть для экспериментов». Он наряду
с другими теоретиками изучает черные дыры как
своего рода теоретические «опорные точки». Что
происходит, когда вы выводите уравнения, прекрасно описывающие ваши лабораторные эксперименты, и экстраполируете их на наиболее экстремальную из мыслимых ситуаций? Проявит
ли себя какой-нибудь тонкий недостаток ваших
уравнений?
Общая теория относительности предсказывает,
что вещество, попадающее в черную дыру, неограниченно сжимается по мере приближения к центру — математическому тупику, который называется сингулярностью. Теоретики не могут экстраполировать траекторию объекта за пределы
сингулярности, на этом его временная линия обрывается. Даже говорить о происходящем там
проблематично, поскольку само пространствовремя, которое определяло бы местоположение
сингулярности, перестает существовать. Исследователи надеются, что квантовая теория сможет
сфокусироваться на этой сингулярной точке и отследить, что все-таки станет с попавшим внутрь
веществом.
На границе черной дыры вещество не так сильно сжато, гравитация слабее и, следовательно, известные законы физики еще не должны нарушаться. Озадачивает то, что этого не происходит. Черная дыра отграничена от внешнего пространства
горизонтом событий, границей невозврата: так,
вещество, которое попадает под горизонт, уже никогда не может вернуться обратно во внешнее пространство. Падение к центру черной дыры становится неизбежным. Это составляет проблему, потому что все известные законы фундаментальной
физики, в том числе квантовой механики, обратимы. По крайней мере, вы в принципе должны
иметь возможность обратить движение всех частиц и восстановить то, что у вас было первоначально.
Очень похожая головоломка бросила вызов физикам в конце 1800-х гг., когда они размышляли
о математическом обосновании «черного тела» —
идеализированного объекта, полости, заполненной электромагнитным излучением. Теория
электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла предсказывала, что такой объект будет поглощать все падающее на него излучение и что он никогда не сможет прийти в состояние равновесия
с окружающим веществом. Как объясняет Рафаэль Соркин (Rafael Sorkin) из Института теоретической физики «Периметр», «оно будет поглощать
бесконечное количество тепла из резервуара, поддерживаемого при фиксированной температуре».
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
79
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
В ­т ерминах температуры абсолютно черное тело
имело бы температуру абсолютного нуля. Этот вывод противоречил наблюдениям реальных черных
тел (например, печи). Следуя работе Макса Планка, Эйнштейн показал, что черное тело может достичь теплового равновесия, если энергия излучения приходит дискретными порциями, или квантами.
Физики-теоретики уже почти полвека пытаются добиться решения аналогичной проблемы для
черной дыры. Покойный Стивен Хокинг (Stephen
Hawking) из Кембриджского университета сделал огромный шаг в середине 1970-х гг., применив квантовую теорию к полю излучения вокруг
черных дыр (впервые это осуществил Я.Б. Зель‑
дович. — Примеч. пер.). Он показал, что черные
дыры имеют ненулевую температуру. Таким образом, они могут не только поглощать, но и излучать энергию. Хотя теоретические исследования
Хокинга увели проблему черных дыр в область
термодинамики, он заострил проблему необратимости. Дело в том, что излучение черной дыры
исходит непосредственно с ее границы и не несет никакой информации о ее внутренней области. Это случайная тепловая энергия. Если бы
вы обратили процесс и подали энергию обратно,
то упавшее в черную дыру вещество уже не вылетело бы оттуда, а вы просто получили бы больше тепла. Вы никак не сможете определить, там
ли еще исходное вещество, находится ли оно просто в ловушке внутри черной дыры. Ведь поскольку черная дыра излучает, то она сжимается и, согласно расчетам Хокинга, в конечном итоге исчезает совсем.
Указанная проблема носит название «информационный парадокс», поскольку черная дыра уничтожает информацию о попадающей в нее частице,
что делает невозможным восстановить ее исходные характеристики. Если физика черной дыры
действительно обратима, то что-то должно выносить информацию наружу — и наша концепция
пространства-времени, возможно, потребует изменений для учета этого обстоятельства.
Атомы пространства-времени
Теплота — это случайное движение микроскопических частей, таких как молекулы газа. Поскольку черные дыры могут нагреваться и остывать, то вполне понятно, что они составные, или,
если говорить в более общем смысле, они обладают
микроскопической структурой. Поскольку черная
дыра — просто пустое место (согласно общей теории относительности, падающее вещество проходит через горизонт не задерживаясь), то структурные элементы черной дыры должны быть частями
самого пространства. Как бы просто ни выглядело
пустое пространство, оно обладает скрытой огромной сложностью.
80 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Даже классические теории, в которых пытались сохранить традиционное понятие пространства-времени, в конечном итоге привели к выводу
о существовании чего-то, скрывающегося за безликим фасадом. Так, в конце 70-х гг. прошлого
века Стивен Вайнберг (Steven Weinberg), в настоящее время работающий в Техасском университете в Остине, пытался дать описание гравитации,
схожее с описанием всех остальных взаимодействий в природе. Он обнаружил, что пространство-время радикально иное в самых микроскопических масштабах.
Изначально физики представляли себе микроскопическое пространство как мозаику из маленьких «кусочков» пространства. В приближении
к планковской шкале, к почти непостижимо маленькому размеру 10 -35 м, ожидалось увидеть чтото вроде шахматной доски. Но такое представление не совсем верно. С одной стороны, линии сетки шахматного пространства предоставят своего
рода привилегию одних направлений перед другими, создавая, таким образом, асимметрии. Последние же противоречат специальной теории относительности. Например, свет разных цветов может
двигаться с разной скоростью — как в преломляющей свет на составные части стеклянной призме.
Хотя процессы в малых масштабах обычно трудно
увидеть, нарушения законов теории относительности были бы там довольно очевидны.
Термодинамика черных дыр ставит под сомнение представление пространства как простой мозаики. Путем измерения теплового поведения любой системы вы теоретически можете пересчитать ее составные части. Нужно вбросить энергию
и следить за показаниями термометра. Если температура подскочит вверх, то эта энергия с необходимостью должна быть распространена среди
сравнительно небольшого числа молекул. Фактически измеряется энтропия системы, которая характеризует ее микроскопическую сложность.
Если осуществлять обсуждаемый эксперимент для обычного вещества, то количество молекул будет увеличиваться с ростом объема материала. Так и должно быть: если увеличить радиус пляжного мяча в десять раз, то внутри него
станет в 1 тыс. раз больше молекул. Однако если
увеличить в десять раз радиус черной дыры,
то предполагаемое число молекул возрастет только в 100 раз. Количество «молекул», из которых состоит черная дыра, должно быть пропорционально не ее объему, а площади ее поверхности. Черная
дыра может выглядеть трехмерной, но ведет себя
так, как если бы она была двумерной.
Этот странный эффект носит название «голографический принцип», потому что напоминает голограмму, предстающую перед нами в виде трехмерного объекта. При ближайшем рассмотрении, однако, оказывается, что это изображение, ­созданное
двумерной поверхностью. Если с помощью голографического принципа можно подсчитать микроскопические составляющие пространства и определить их свойства (что общепринято среди физиков,
хотя и не без исключений), то этот принцип должен
содержать в себе и нечто большее, нужное для построения пространства, а не только для соединения вместе его маленьких кусочков.
В любом случае соотношение между частями
и целым редко бывает простым. Молекула Н2О —
это не просто маленький кусочек воды. Подумайте, на что способна жидкая вода: она течет, образует капли, предстает рябью и волнами, замерзает и кипит. Отдельные молекулы Н2О не делают
ничего из этого: свойства воды — это коллективное поведение всех ее молекул. Точно так же строительные блоки пространства не должны быть
пространственными. По словам Даниэле Орити
(Daniele Oriti) из Института гравитационной физики Общества Макса Планка, «атомы пространства — это не мельчайшие части самого пространства, а его составляющие. Геометрические
свойства пространства порождаются новыми, коллективными, приближенными свойствами системы, составленной из многих таких атомов».
Что в точности представляют собой эти строительные блоки, сильно зависит от теории. В петлевой квантовой гравитации это кванты объема,
построенные с применением квантовых принципов. В теории струн это поля, похожие на электромагнитные, которые расположены на поверхности, заметаемой движущейся и несущей энергию
одномерной струной, прямой или в форме петли. В M‑теории, которая связана с теорией струн
и даже может лежать в ее основе, строительные
блоки представляют собой особый тип частиц:
мембрану, сжатую в точку. В теории нечетких множеств они — события, связанные сетью причинноследственных связей. В теории амплитуэдров и некоторых других современных подходах вообще нет
строительных блоков — по крайней мере ни в каком обычном смысле.
Хотя основополагающие принципы всех этих теорий отличаются, они все стремятся поддерживать некоторую версию так называемого рационализма, философского направления, восходящего
к XVII–XVIII вв., к имени немецкого философа Готфрида Вильгельма Лейбница. Рационализм в широком смысле учит, что пространство возникает,
изначально обладая конкретными взаимосвязями
между объектами. С этой точки зрения пространство представляет собой головоломку из множества элементов. Перед вами целая куча деталей
пазла, и вам нужно понять, как они соединяются,
и соответственно их разместить. Если две части
пазла имеют схожие свойства, такие, например,
как цвет, то они, по всей вероятности, будут размещаться где-то рядом друг с другом. Если же они
w w w.sci-ru.org
сильно различаются, то вы предварительно поместите их далеко друг от друга. Физики обычно выражают эти отношения в виде сети с определенным шаблоном связей. Отношения продиктованы квантовой теорией или другими принципами,
и пространственная конфигурация сети следует
этим принципам. Фазовые переходы — еще одна
распространенная тема. Если космос «собран», подобно картинке-пазлу, то он мог быть и «разобран»;
после этого все строительные блоки могут организоваться в нечто такое, что совсем не похоже
на привычное нам положение вещей. Как говорит
Тхану Падманабхан (Thanu Padmanabhan) из Межуниверситетского центра астрономии и астрофизики в Индии, «подобно тому, что вам доступны
разные фазы состояния вещества, такие как лед,
вода и водяной пар, атомы пространства также могут образовывать разные фазы». В таком представлении черные дыры могут оказаться тем местами,
где пространство «тает». Известные физические теории перестают работать, но более общая теория
могла бы дать описание тому, что происходит в новой фазе состояния пространства. Даже когда пространство достигает своего конца, физика продолжается.
Запутанные сети
Большим достижением последних лет, которое
смогло преодолеть старые границы нашего научного познания, стало понятие квантовой запутанности. Это мощнейший тип корреляции, присущий квантовой механике. Запутанность, похоже, затрагивает более глубинные слои, чем само
пространство. Например, экспериментатор может
создать две частицы, которые летят в противоположных направлениях. Если они находятся в состоянии квантовой запутанности, то они остаются синхронными друг с другом независимо от того,
насколько далеко они могут друг от друга находиться.
Традиционно, когда говорят о «квантовой» гравитации, подразумевают квантовую дискретность, квантовые флуктуации и почти любой другой квантовый эффект, описанный в учебнике.
О квантовой запутанности — ни слова. Ситуация
изменилась, когда черные дыры «заявили» об этой
проблеме. За время жизни черной дыры в нее могут попадать частицы, находящиеся в состоянии
квантовой запутанности. Но после того как черная
дыра полностью испаряется, партнеры этих частиц, оставшиеся во внешнем пространстве, оказываются в состоянии запутанности с... ничем.
Как говорит Самир Матхур (Samir Mathur) из Университета штата Огайо, «Хокинг должен был назвать это проблемой запутывания».
Даже в вакууме, без частиц вокруг, электромагнитные и другие поля обладают внутренней запутанностью. Так, если вы измерите поле в двух
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
81
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
разных точках, то ваши показания будут перемешиваться случайным, но скоординированным образом. Если же вы разделите область на две части,
они будут скоррелированы. Степень их корреляции будет зависеть от единственной геометрической величины, которой они сообща обладают:
от площади их взаимодействия. В 1995 г. Тед Якобсон утверждал: запутывание обеспечивает связь
между присутствием вещества и геометрией пространства-времени, что может объяснить закон
гравитации: «Большее запутывание подразумевает более слабую гравитацию, другими словами, более "жесткое" пространство-время».
Несколько подходов к построению квантовой
гравитации — прежде всего теория струн — теперь рассматривают эффект квантового запутывания как решающий. В теории струн голографический принцип применяется не только к черным
дырам, но и ко всей Вселенной в целом, предоставляя рецепт того, как породить пространство — или
по крайней мере его часть.
Так, двумерное пространство может быть пронизано полями, которые при заданной нужным образом структуре смогут генерировать дополнительное пространственное измерение. Исходное
двумерное пространство будет служить границей
более обширной области, известной как объемлющее пространство, или «балк». Квантовое запутывание — это то, что сошьет объемлющее пространство в непрерывное целое.
В 2009 г. Марк Ван Раамсдонк (Mark Van Raamsdonk) из Университета Британской Колумбии привел элегантный аргумент в пользу этого процесса.
Предположим, что поля на границе не находятся
в состоянии квантовой запутанности, а образуют пару некоррелированных систем. Последние
соответствуют двум отдельным вселенным, между которыми невозможно перемещаться. Когда системы приходят в состояние квантовой запутанности, то это эквивалентно образованию туннеля,
или червоточины, которая открывает путь между
этими вселенными, и космический корабль может
пролететь от одной вселенной в другую. По мере
увеличения степени запутанности длина туннеля
будет уменьшаться, как бы подтягивая одну вселенную к другой, пока, наконец, они не станут единой вселенной. По словам ученого, «возникновение
большого пространства-времени непосредственно
связано с запутыванием этих степеней свободы теории поля». Когда наблюдаются корреляции в электромагнитном и других полях, они представляют
собой остатки запутывания, связывающего пространство в единое целое.
Многие другие особенности пространства, помимо его близости, также могут приводить к эффекту запутывания. Ван Раамсдонк и Брайан Свингл
(Brian Swingle), в настоящее время работающий
в Мэрилендском университете в Колледж-Парке,
82 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
утверждают, что повсеместность запутывания
способна объяснить универсальность гравитации — другими словами, ее влияние на все объекты без исключения и невозможность ее экранировки. Что касается черных дыр, то Леонард Сасскинд
(Leonard Susskind) из Стэнфордского университета
и Хуан Малдасена (Juan Maldacena) из Института
перспективных исследований в Принстоне, штат
Нью-Джерси, предполагают, что запутывание
между черной дырой и излучением, которое она
испускает, способно породить червоточину и «черный ход» в черную дыру. Такое решение может помочь сохранить информацию и обеспечить обратимость физики черных дыр.
Обсуждаемые концепции теории струн работают
только для особых геометрий и реконструируют
только одно пространственное измерение. В то же
время некоторые исследователи пытаются объяснить, каким образом все пространство может возникнуть из ничего. Так, Чуньцзюнь Цао (ChunJun
Cao), Спиридон Михалакис (Spyridon Michalakis)
и Шон Кэрролл (Sean Carroll), которые работают в Калифорнийском технологическом институте, начинают подобное построение с квантового
описания системы, не опираясь непосредственно
ни на пространство-время, ни даже на материю.
Если это описание будет содержать правильный
шаблон корреляций, то систему можно будет разделить на составные части. Последние могут быть
идентифицированы как различные области пространства-времени. В такой модели степень запутанности определяет понятие пространственного
расстояния.
В физике и в целом в естественных науках пространство и время — это основы всех теорий.
Но мы никогда не наблюдаем пространство напрямую. Скорее мы делаем вывод о его существовании из повседневного опыта. Мы предполагаем,
что наиболее разумное и естественное объяснение
наличия пространства вокруг нас — это некий механизм, оперирующий в пределах пространствавремени. Главный же урок квантовой гравитации
заключается в том, что не все явления аккуратно вписываются в пространство-время. Физикам
нужно будет найти какую-то новую фундаментальную структуру, и когда они это сделают, они
завершат революцию, которую Эйнштейн начал
более века назад.
Джордж Массер (George Musser) — автор и редактор
издательства Scientific American. Автор книг
«Призрачное действие на расстоянии» (Spooky Action
at a Distance, 2015) и «Путеводитель по теории струн
для полного идиота» (The Complete Idiot’s Guide to
String Theory, 2008).
Перевод: О.С. Сажина
Что такое
темная материя?
Пронизывающая Вселенную
неуловимая субстанция
повсеместно оказывает
наблюдаемое гравитационное
влияние, но сама по себе ускользает
от прямого обнаружения
Лиза Рэндалл
Физики и астрономы установили, что бóль­
шая часть вещества во Вселенной — это
темная материя, существование которой
мы определяем по ее гравитационным
эффектам. В отличие от привычного нам
вещества темная материя не участвует
в электромагнитных взаимодействиях.
Согласно одной из самых простейших
физических концепций, темная материя
может быть такой загадочной из-за несовершенства нашего восприятия. Так,
у каждого из нас есть пять чувств, каждое
из которых основано на электромагнитном взаимодействии. Зрение, например,
основано на нашей чувствительности
к свету, представляющему собой электромагнитные волны определенного диапазона частот. Мы можем видеть материю,
с которой знакомы, потому что атомы,
из которых она состоит, излучают или
поглощают свет. Электрические заряды,
переносимые электронами и протонами
в атомах, дают нам возможность видеть.
Однако вещество вовсе не обязательно
состоит из атомов. Бóльшая его часть может быть сформирована из чего-то совсем
другого. Вещество — это любой материал,
который гравитационно взаимодействует,
например превращаясь в галактики и скопления галактик.
Необязательно, чтобы вещество всегда
состояло из заряженных частиц. Однако
вещество, не взаимодействующее электромагнитно, окажется невидимым для наших глаз. Так называемая темная материя
не несет электромагнитного заряда (или,
во всяком случае, несет его пренебрежимо мало). Никто не видел темную материю ни собственными глазами, ни даже
чувствительными оптическими приборами. Тем не менее мы считаем, что темная
материя все-таки существует, потому что
она оказывает многочисленные гравитационные влияния на видимое, обычное вещество. Так, темная материя воздействует
на звезды в Галактике (которые вращаются
со слишком большой скоростью, как если
бы этой скоростью управляли гравитационные силы только видимого вещества),
влияет на движения галактик в скоплениях
(опять же слишком быстрые, чтобы быть
объясненными исключительно видимым
веществом). Темная материя отпечатывается в реликтовом излучении, которое
осталось со времен Большого взрыва. Оно
влияет на траектории видимой материи
при взрывах сверхновых, оно искривляет
w w w.sci-ru.org
траектории лучей света — эффект, известный как гравитационное линзирование.
Наконец, видимая и невидимая материя
могут быть реально разделены при наблюдениях слияний скоплений галактик.
Однако, пожалуй, самое значимое свидетельство существования темной материи — это само наше существование.
Дело в том, что, несмотря на свою невидимость, темная материя имеет решающее
значение для эволюции Вселенной и появления звезд, планет и даже жизни. Так
происходит потому, что темная материя
заключает в себе в пять раз больше массы, чем обычное вещество. Кроме того,
темная материя не взаимодействует непосредственно со светом. Оба эти свойства имели принципиальное значение для
формирования таких образований, как
галактики, что происходило в течение промежутка времени, который, как мы знаем,
представляет собой типичное время жизни
галактики, в частности для формирования
галактики размером с Млечный Путь. Без
темной материи излучение слишком долго
препятствовало бы формированию крупномасштабной структуры, по существу уничтожая ее и сохраняя Вселенную гладкой
и однородной. Галактика, необходимая
для зарождения нашей Солнечной системы и нашей жизни, сформировалась только
из‑за существования темной материи.
Некоторые люди, впервые услышав
о темной материи, ощущают некоторую
тревогу. Как же может существовать то,
чего мы не видим? По крайней мере после
революционной модели Коперника люди
должны быть готовы признать тот факт,
что их положение во Вселенной — отнюдь
не центральное. Тем не менее каждый раз,
когда люди узнают об этом в новом контексте, многие озадачиваются или удивляются. На самом же деле нет никаких причин
полагать, что видимое нами вещество —
это единственно возможный тип вещества
во Вселенной. Существование темной материи ожидаемо и вполне совместимо с нашими текущими знаниями о природе.
Возможно, какая-то путаница кроется
в названии. Темную материю в действительности следовало бы назвать прозрачной материей, потому что, как и любое
прозрачное вещество, она просто пропускает свет через себя. Природа же темной
материи очень далека от прозрачности.
Физики и астрономы хотели бы понять
на более фундаментальном уровне, что
такое темная материя. Новый ли это тип
фундаментальных частиц или просто множество невидимых компактных объектов
типа черных дыр? Если это все же частицы, то обладают ли они каким-либо (хотя
бы и очень слабым) взаимодействием
со знакомой материей, кроме гравитационного? Взаимодействуют ли эти частицы
друг с другом и могут ли быть нам доступны наблюдения таких взаимодействий?
Существуют ли типы таких частиц, и если
да, то каким взаимодействиям подвергаются частицы различных типов?
Я и мои коллеги-теоретики допускаем
ряд интересных возможностей. Однако
в конечном итоге мы узнаем об истинной
природе темной материи только с помощью дальнейших наблюдений. Последние
могут заключаться в более подробных измерениях гравитационного влияния темной
материи. Если нам очень повезет и темная
материя совершит какое-нибудь крошечное негравитационное взаимодействие
с обычным веществом, которое до сих пор
так и не удалось наблюдать, то крупные
подземные детекторы, спутники в космосе
или Большой адронный коллайдер все-таки
смогут в будущем обнаружить частицы
темной материи. Но даже и без таких взаимодействий с обычной материей наблюдаемые последствия могут иметь и взаимодействия частиц темной материи между собой.
Например, внутренняя структура галактик
в малых масштабах будет различаться, если
взаимодействие темной материи с самой
собой как-то перераспределит вещество
в центрах галактик. Компактные объекты, а также структуры, схожие с Млечным
Путем, и яркие облака газа и звезды, которые мы видим на ночном небе, могут указывать на один или несколько различных
видов частиц темной материи, которые взаимодействуют друг с другом. Один из предполагаемых видов частиц темной материи,
частицы, называемые аксионами, которые
взаимодействуют с космическими магнитными полями, могут быть обнаружены в лабораториях или в космосе.
Для теоретика, наблюдателя или экспериментатора темная материя — перспективная цель исследований. Мы знаем, что
такая материя существует, но пока не определили, что она собой представляет на фундаментальном уровне. Причина, по которой
мы этого не знаем, может оказаться тривиальной: просто темная материя недостаточно интенсивно взаимодействует, чтобы заявить нам о себе — по крайней мере до сих
пор. Если темная материя обладает еще
какими-то интересными свойствами, помимо просто факта своего существования,
то исследователи готовы их искать и в этом
увлекательном процессе раскрыть тайну загадочного вещества.
Лиза Рэндалл (Lisa Randall) — профессор Гарвардского университета. Входит
в группу консультантов журнала Scientific
American. Одна из ее многочисленных книг —
«Темная материя и динозавры: удивительная взаимосвязанность Вселенной» (Dark
Matter and the Dinosaurs: The Astounding
Interconnectedness of the Universe, 2015).
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
83
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
84 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
НЕЙРОБИОЛОГИЯ
Что такое
сознание?
Ученые приступили к решению
проблемы, которая давно
интересует философов
Кристоф Кох
СОЗНАНИЕ — ЭТО ВСЕ, ЧТО ВЫ ОЩУЩАЕТЕ.
Это мелодия, которая крутится в вашей голове, сладость шоколадного мусса, пульсирующая зубная
боль, огромная любовь к своему ребенку и горечь
от понимания того, что все эти чувства когда-нибудь
кончатся.
Со времен античности и до наших дней оставались загадкой происхождение и суть этих переживаний, или, как их еще называют, квалиа.
Представители современной аналитической философии сознания, в частности сотрудник Университета Тафтса Дэниел Деннетт (Daniel Dennett),
говорят, что само существование сознания настолько невыносимо оскорбляет бессмысленность
Вселенной, состоящей лишь из материи и пустоты, что они готовы признать его иллюзией. Таким образом, они или сомневаются, что квалиа
существуют, или утверждают, что наука никогда
не сможет осмысленно изучать сознание.
Если бы все было так, эта статья была бы заметно
короче. Мне всего лишь нужно было бы объяснить,
почему вы, я и подавляющее большинство других
людей настолько убеждены, будто что-то ощущают. Однако если у меня абсцесс зуба, то даже самые мудреные убеждения в ­и ллюзорности боли
w w w.sci-ru.org
не уменьшат ее ни на йоту. И поскольку мне не нравится такое безнадежное решение проблемы души
и тела, я буду разбираться дальше.
Большинство исследователей принимают сознание как данность и пытаются понять его связь
с объективным миром, который описывает наука.
Мы с Фрэнсисом Криком более 25 лет тому назад
решили оставить в стороне философские дискуссии о природе сознания, привлекающие ученых
еще со времен Аристотеля, и вместо этого заняться
поисками материальных следов его присутствия.
Где этот крайне возбудимый участок мозга, который порождает сознание? Как только мы найдем
его, мы приблизимся к решению более фундаментальных проблем.
В частности, мы искали нейронные корреляты сознания (НКС), то есть минимальный набор
нейронов, совместной работы которых достаточно для какого-либо определенного сознательного
ощущения. Например, что должно произойти в вашем мозге, чтобы вы почувствовали зубную боль?
Должны ли импульсы идти по волокнам с какой-то
волшебной частотой? Должны ли возбуждаться некие особые «нейроны сознания»? В каких областях
мозга могли находится эти клетки?
Нейронные корреляты сознания
В определении НКС важное условие — «минимальный». Весь мозг целиком можно было бы считать НКС, ведь он изо дня в день создает ваши
ощущения. Но все-таки центр сознания должен
быть более конкретен. Возьмем спинной мозг, эту
трубку нервной ткани 30 см длиной, укрытую позвонками, содержащую миллиард нервных клеток.
Если вследствие травмы спинной мозг будет поврежден в области шеи, то пострадавший не сможет пошевелить ногами, руками или туловищем,
не сможет контролировать кишечник и мочевой
пузырь, а также потеряет кожную чувствительность. И все-таки такая тетраплегия (паралич четырех конечностей) не помешает ощущать жизнь
во всех проявлениях: после травмы, которая радикально изменила жизнь этих людей, они видят,
слышат, обоняют, переживают эмоции и воспоминания так же ярко, как и раньше.
Или посмотрим на мозжечок, этот «маленький мозг», расположенный в задней части мозга.
Это один из самых древних отделов, он участвует
в контроле движения, поддержании позы, походке и отвечает за плавность перехода между последовательными действиями. Игра на пианино, набор текста на клавиатуре, фигурное катание или
подъем по отвесной скале — для всего этого нужна
работа мозжечка. В нем расположены самые знаменитые нейроны во всем мозге — клетки Пуркинье, чьи отростки расходятся веером, как морские
кораллы, и обеспечивают сложную электрическую
активность. Кроме того, большинство ­нейронов
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
85
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
сосредоточены именно в мозжечке, их там около
69 млрд (в основном гранулярные клетки, похожие на звездочки). Это в четыре раза больше, чем
во всех остальных частях головного мозга вместе
взятых.
Что же происходит с сознанием, если хирург удалит кусочек мозжечка или там случается инсульт?
Почти ничего! Пациенты с повреждением мозжечка жалуются на определенные нарушения, такие как потеря плавности при игре на пианино
или наборе текста, но никогда на потерю какойлибо часть своего сознания. Они прекрасно слышат, видят, ощущают, у них сохраняется чувство
собственного «я», они могут вспомнить события
из прошлого и представить себя в будущем. Даже
у тех, кто родился без мозжечка, это заметно не повлияло на сознательный опыт.
Весь этот огромный мозжечковый аппарат
не связан с сознательными переживаниями. Почему? Объяснение можно найти в клеточной
структуре мозжечка, которая очень однообразна и состоит из параллельных элементов (похоже на параллельное соединение батареек). Сигнал
в мозжечке передается почти по прямой: от первых нейронов ко вторым, которые в свою очередь
отправляют его третьим. Нет никаких сложных
обратных петель, по которым электрическая активность возвращалась бы назад после того, как
прошла вперед. Поскольку для развития сознательного восприятия требуется много времени, большинство теоретиков считают, что в этот
процесс вовлечены петли обратной связи в мозге. Более того, мозжечок функционально разделен
на сотни независимых вычислительных модулей.
Они работают параллельно, каждый со своим входом и выходом, обеспечивая контроль различных
движений. Такие модули почти не перекрываются
и не взаимодействуют между собой, то есть у мозжечка нет еще и этого необходимого для сознания
свойства.
Из примеров мозжечка и спинного мозга можно вынести один важный урок: сознание не появляется просто из-за возбуждения любой нервной
ткани. Нужно что-то большее. Такой дополнительный фактор нашелся в сером веществе, образующем всем известную кору больших полушарий,
которая покрывает наш мозг. Кора — это слоистый лист размером с крупную пиццу, состоящий
из сложно соединенных между собой нервных клеток. Два таких листа, плотно сложенные и снабженные сотнями миллионов отростков (это белое
вещество), упакованы в череп. Все, что мы знаем
на текущий момент, доказывает, что именно кора
вызывает наши ощущения.
Мы можем определить местоположение сознания еще точнее. Возьмем, например, эксперименты, в которых испытуемым показывали разные
стимулы для правого и левого глаз. Представьте
86 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­портрет Доналда Трампа, который вы видите только левым глазом, и портрет Хиллари Клинтон, который видите только правым. Можно было бы подумать, что вы увидите какое-то странное наложение этих двух портретов друг на друга. На самом
деле вы увидите на несколько секунд Трампа, затем он исчезнет и появится Клинтон, затем она
пропадет и снова появится Трамп. Эти два образа так и будут меняться в бесконечном танце, который нейробиологи называют бинокулярной конкуренцией. Она возникает, потому что ваш мозг
не может решить, Трамп это или Клинтон.
Если в это время вы будете лежать в магнитнорезонансном томографе, где будет регистрироваться активность вашего мозга, экспериментаторы
увидят, что активны многие участки коры, которые часто называют задней горячей зоной. Это теменные, височные и затылочные области, расположенные в задней части коры. Именно они определяют, что мы видим. Любопытно, что первичная
зрительная кора, которая получает информацию
от наших глаз и передает ее дальше, не сообщает,
что видит человек. Подобное разделение труда характерно и для звуков и прикосновений: первичная слуховая и соматосенсорная кора напрямую
не обеспечивают сознательные слуховые или тактильные ощущения. Они появляются уже на следующих этапах обработки, в той самой задней горячей зоне, которая обеспечивает сознательное
восприятие, в том числе и изображений Трампа
или Клинтон.
Наиболее яркие доказательства были получены двумя путями: с помощью электрической стимуляции коры или при изучении пациентов с нарушениями в этих областях, вызванными либо
травмой, либо болезнью. Перед тем как удалить
опухоль в мозге или определить очаг эпилепсии,
нейрохирург строит функциональную карту близлежащих областей коры, стимулируя их через
электроды. Стимуляция задней горячей зоны вызывает множество различных ощущений и чувств.
Это могут быть вспышки света, геометрические
формы, искаженные лица, слуховые или зрительные галлюцинации, чувство знакомости или нереальности происходящего, желание пошевелить
какой-либо конечностью и т.д. Стимуляция передней части мозга дает совсем другие эффекты, как
правило не связанные с непосредственным ощущением.
Другой источник открытий в этой области — неврологические больные первой половины X X в.
Хирургам иногда приходилось удалять большие полосы префронтальной коры в лобной доле.
Удивительно, насколько эти пациенты казались обыкновенными. Потеря фрагмента лобной
коры имела ряд вредных последствий: пациенты
не могли затормозить неподходящие эмоции или
действия, у них были моторные нарушения или
Первичная соматосенсорная кора
Задняя горячая зона наиболее активна
во время сознательного переживания
Первичная моторная кора
ТЕМЕННАЯ ДОЛЯ
Нейронные
корреляты
сознания
ЛОБНАЯ ДОЛЯ
Первичная
слуховая кора
ЗАТЫЛОЧНАЯ
ДОЛЯ
ВИСОЧНАЯ ДОЛЯ
МОЗЖЕЧОК
Материальные
свидетельства сознания
СТВОЛ
МОЗГА
Первичная
зрительная
кора
Illustration by Mesa Schumacher
Осознаваемые переживания тесно связаны с работой коры полушарий — складчатого слоя нервной ткани с большим количеством внутренних связей. Каждое переживание соответствует определенным типам нейронной активности, так называемым нейронным коррелятам сознания (НКС), наблюдаемым в задней части мозга, которая состоит из теменной, затылочной
и височной доль коры. Сложность картины возбуждения этих нейронов после воздействия электромагнитным импульсом используется для определения уровня сознания человека.
они ­навязчиво непроизвольно повторяли определенные действия или произносили слова. Однако
после операции их личность и интеллект сохранялись, и такие люди жили еще долгие годы, не давая оснований считать, что удаление лобной коры
значимо повлияло на их сознательное восприятие.
Разрушение даже небольшого участка в задней
части мозга, где расположена горячая зона, наоборот приводило к выпадению целого класса сознательных ощущений. Пациенты не могли распознать лица, увидеть движение, цвет или пространство.
Итак, судя по всему, образы, звуки и другие ощущения, которые мы воспринимаем, возникают
в задней части коры. Насколько мы можем судить,
там берет свое начало почти весь сознательный
опыт. В чем ключевая разница между задними областями коры и префронтальной, которая напрямую не вовлечена в создание субъективных ощущений? Честно говоря, мы не знаем. Тем не менее
w w w.sci-ru.org
недавние исследования вселяют надежду, что нейробиологи смогут продвинуться в решении данного вопроса.
Измеритель сознания
У врачей пока не появилось прибора, который
мог бы напрямую измерить, есть ли или нет сознание у неподвижного пациента. Например, во время
хирургических операций используют наркоз, чтобы обездвижить человека, стабилизировать кровяное давление, выключить боль и не дать сформироваться травматическим воспоминаниям. К сожалению, этого не всегда удается достичь: каждый
год тысячи пациентов сохраняют сознание во время действия анестезии.
Другие пациенты, у которых из-за аварии, инфекции или сильного отравления был серьезно поврежден мозг, могут существовать годами,
не имея возможности что-то сказать или как-то
среагировать на речь. Для клинической практики
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
87
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
важно уметь установить, воспринимают ли чтото эти люди. Представьте себе астронавта, затерянного в открытом космосе, который слышит,
как с ним пытаются связаться из центра управления полетом. Его радиопередатчик испорчен,
и он чувствует себя потерянным в этом мире. Таково бедственное положение пациентов с травмой
мозга, не позволяющей общаться с окружающим
миром, — это самая крайняя степень одиночного заточения.
В начале 2000-х гг. Джулио Тонони (Giulio
Tononi) из Висконсинского университета в Мадисоне и Марчелло Массимини (Marcello Massimini),
сейчас работающий в Миланском университете, впервые использовали технологию, названную «стимуляция и сжатие» (zap and zip), для того
чтобы определить, находится ли человек в сознании или нет. Ученые располагали электромагнитную катушку над черепом и подавали на нее импульс, который вызывал кратковременный электрический ток в нейронах, расположенных под
ней. В свою очередь, такая активность возбуждала или тормозила следующие связанные нейроны, и вся волна активности распространялась
по коре до момента полного угасания. Набор электродов для электроэнцефалографии (ЭЭГ), расположенных на поверхности головы, фиксировал
электрические сигналы. Распространение активности во времени и пространстве давало определенную картину.
Такая запись не была полностью случайной,
в ней можно было вычленить определенные повторяющиеся фрагменты. Интересно, что чем более предсказуемыми были смены возбуждения
и торможения, тем с большей вероятностью мозг
был без сознания. Ученые смогли оценить это количественно с помощью компьютерного алгоритма zip‑архивации. Степень сжатия позволяла просчитать сложность ответа мозга. У добровольцев
в состоянии бодрствования «индекс сложности
пертурбации» (perturbational complexity index) был
в пределах 0,31–0,7 и опускался ниже 0,31 во время
глубокого сна или анестезии. Массимини и Тонони проверили свой метод на 48 пациентах с травмами мозга, но находящихся в сознании, и убедились, что в каждом случае их способ подтверждает
поведенческие данные о наличии сознания.
Затем ученые протестировали 81 пациента, которые находились в состоянии либо минимального сознания, либо безответного бодрствования.
Среди первой группы, пациенты которой демонстрировали некоторые признаки более сложного
поведения, чем простые рефлексы, с помощью данного метода правильно определили наличие сознания у 36 из 38 человек и ошибочно решили, что
у двух больных сознание отсутствует. Среди 43 пациентов с синдромом безответного бодрствования,
с которыми не удалось установить коммуникации,
88 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
у 34 было диагностировано бессознательное состояние, но у девяти — нет. Их мозг работал так же,
как и у контрольных испытуемых, находившихся в сознании. Следовательно, эти люди были в сознании, но не могли общаться со своими близкими.
Продолжаются исследования, чтобы улучшить
и стандартизировать метод «стимуляции и сжатия» для применения в неврологии и расширить
его использование для пациентов психиатрических и педиатрических отделений. Рано или поздно ученые откроют, какие нейронные механизмы порождают тот или иной сознательный опыт.
Но хотя эти исследования имеют важное клиническое значение и помогут друзьям и близким пациента, они еще не дают ответ на некоторые фундаментальные вопросы: почему именно эти нейроны,
а не другие; почему именно эта частота, а не другая? В самом деле, остается неприступной загадкой, как и почему кусок высокоорганизованной
активной материи порождает сознательные ощущения. В конце концов, мозг работает по тем же
физическим законам, что и печень, сердце и любой
другой орган. В чем же разница? Какие биофизические свойства этого скопления сильно возбудимой мозговой ткани превращают серую склизкую
массу в наш повседневный опыт, заполненный высококачественными звуками и цветными изображениями?
В конечном счете нам нужна такая теория сознания, которая сможет предсказать, при каких
условиях данная физическая система, неважно,
сеть ли это нейронов или кремниевых транзисторов, будет иметь сознательные ощущения. Кроме того, надо объяснить, почему эти ощущения
качественно различаются. Почему ясное голубое
небо настолько непохоже на визг плохо настроенной скрипки? Нужны ли для чего-то подобные различия, и если да, то для чего? Такая теория позволит определить, какая система может что-либо
чувствовать. Пока у нас нет теории, которая дает
проверяемые предсказания, любые предположения насчет искусственного интеллекта будут основываться на нашей интуиции, а как показывает
история науки, интуиция — не совсем надежный
ориентир.
Есть две наиболее популярные теории сознания, и они вызывают ожесточенные споры. Одна
из них — теория глобального нейронного рабочего пространства (ГНРП, Global Neuronal Workspace)
психолога Бернарда Баарса (Bernard Baars), нейробиолога Станисласа Деана (Stanislas Dehaene)
и Жан-Пьера Шанже (Jean-Pierre Changeux). Согласно теории, когда вы осознаете что-то, сразу многие части мозга получают доступ к этой
информации. С другой стороны, если вы что-то
не осознаете, информация локализована в своих специфических сенсорных или моторных
­системах. Например, если вы быстро печатаете,
то делаете это автоматически. Если вас спросить,
как вы это делаете, то окажется, что вы не знаете.
У вашего сознания почти нет доступа к информации, которая находится в областях мозга, связывающих ваши глаза и быстрые движения пальцев.
На пути к фундаментальной теории
Теория ГНРП утверждает, что сознание возникло из определенного типа обработки информации,
известного еще с ранних этапов развития искусственного интеллекта, когда все специализированные программы получают доступ к маленькому хранилищу информации. Какие бы данные ни
вносились в эту рабочую область, они становились
доступны для множества вспомогательных процессов: рабочей памяти, языка, модуля планирования и т.д. По теории ГНРП, сознание возникает,
когда входящая сенсорная информация поступает
в хранилище подобного рода и становится доступной для множества когнитивных систем, которые
могут использовать эти данные для речи, сохранения в памяти и извлечения из нее или для выполнения действия.
Поскольку рабочее хранилище имеет ограниченный объем, в каждый момент мы может осознавать небольшое количество информации.
Предполагается, что сеть нейронов, отвечающих
за распространение этой информации, находится
в лобной и теменной долях коры. Как только разрозненные данные попадают в эту сеть, они становятся общедоступны и информация проникает
в сознание. То есть в этот момент человек ее чувствует. И хотя у современных машинных алгоритмов не такой уровень когнитивной сложности,
это всего лишь вопрос времени. Согласно теории
ГНРП, в будущем у компьютеров сформируется сознание.
У теории интегрированной информации (ТИИ,
Integrated Information Theory), разработанной Тонони и его коллегами (в том числе и мной), совсем
другая отправная точка — ощущение само по себе.
Каждое переживание имеет определенные неотъемлемые свойства. Оно внутреннее и существует
только для определенного субъекта, оно структурировано (желтое такси тормозит перед коричневой собакой, переходящей улицу), оно специфично и отличается от любого другого сознательного
переживания, как отдельный кадр в кино. Более
того, оно цельное и определенное. Когда в теплый
солнечный день вы сидите на скамейке в парке
и наблюдаете за детской игрой, то различные элементы вашего восприятия, такие как легкий ветерок в волосах и радость слышать смех вашего малыша, не могут быть изъяты так, чтобы само переживание не исчезло.
Тонони полагает, что любой механизм со сложными внутренними связями, если его структура
w w w.sci-ru.org
кодирует причинно-следственные отношения, будет иметь эти свойства и, значит, иметь некий уровень сознания. Он будет что-то чувствовать внутри себя. Однако сознания не будет, если у него,
как, например, у мозжечка, недостаточно сложности и внутренних связей. ТИИ утверждает, что
сознание — это естественное следствие высокой
сложности механизма, такого как человеческий
мозг.
Из ТИИ также вытекает, что от сложности системы с большим количеством внутренних связей (неотрицательное число, обозначается греческой буквой фи) зависит сложность сознания. Если = 0,
то система никак себя не ощущает. Соответственно, чем больше , тем больше причинно-следственных связей обрабатывает система и тем больше
у нее сознание. У мозга с его огромным количеством разнообразных связей будет высокое значение , что означает высокий уровень сознания.
ТИИ позволяет многое объяснить — например, почему мозжечок не вовлечен в сознание и почему работает метод «стимуляции и сжатия» (измеряемый
показатель — по сути, грубая оценка числа ).
ТИИ также предсказывает, что сложная имитация работы человеческого мозга на компьютере не может иметь сознания, даже если она говорит как человек. Точно так же как моделирование
массивного гравитационного притяжения черной
дыры на самом деле не деформирует пространство-время вокруг компьютера, реализующего
астрофизическую программу, моделирование сознания никогда не создаст сознательный компьютер. Сознание не может быть вычислено: оно должно быть встроено в структуру системы.
Перед нами две задачи. Первая состоит в том,
чтобы, используя все более точные инструменты,
наблюдать и изучать огромные блоки разнообразных нейронов, образующие мозг, чтобы в будущем
выявлять признаки присутствия сознания. Такая
работа займет десятилетия, если учитывать изощренную сложность центральной нервной системы. Другая задача в том, чтобы проверить две теории сознания, доминирующие сейчас. Или же,
возможно, из обломков этих двух создать новую
теорию, которая лучше объяснит главную загадку нашего существования: как полуторакилограммовый орган с консистенцией сыра тофу порождает ощущение жизни.
Кристоф Кох (Christof Koch) — начальник научного
отдела и президент Института Аллена по изучению
мозга, расположенного в Сиэтле, консультант
журнала Scientific American и автор многих книг,
в том числе «Сознание: откровение редукционистаромантика» (Consciousness: Confessions of a Romantic
Reductionist, 2012).
Перевод: М.С. Багоцкая
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
89
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
Как зародилась
жизнь?
Для того чтобы разобраться
в происхождении жизни,
нужны тончайшие
эксперименты
и крупномасштабные
наблюдения
Джек Шостак
Существование жизни на Земле —
счастливая случайность или неизбежное следствие законов природы? Может ли жизнь просто
возникнуть на недавно сформированной планете или для этого нужна серия маловероятных событий?
Благодаря достижениям в таких
непохожих областях науки, как
астрономия, планетология и химия, появилась надежда, что мы
скоро сумеем в этом разобраться.
Ученые надеются найти доказательства, что жизнь в нашей галактике
воз­никала несколько раз, поскольку
это означало бы, что путь к ее появлению не так уж сложен. Более того,
если окажется, что порог от химии
к биологии легко преодолеваем,
значит Вселенная может буквально
кишеть жизнью. Открытие тысяч
экзопланет вновь вызвало интерес
к исследованиям происхождения
жизни. Удивительно, что почти все
недавно открытые планетарные
системы очень непохожи на нашу.
Значит ли это, что странность нашей Солнечной системы благоприятствует возникновению жизни?
Обнаружить признаки жизни на планете, вращающейся вокруг далекой
звезды, будет нелегко, но технологии для выявления едва различимых следов жизни развиваются так
стремительно, что, если повезет, мы
сможем обнаружить далекую жизнь
через одно-два десятилетия.
Для того чтобы понять, как может
появиться жизнь, мы сначала должны выяснить, как и из каких компонентов формируются планеты.
С помощью нового поколения радиотелескопов, особенно Атакамской
большой решетки миллиметрового/субмиллиметрового диапазона
в чилийской пустыне Атакаме, были
получены красивые изображения
протопланетных дисков и карты их
химического состава. Благодаря
этой информации создаются лучшие модели того, как планеты собираются из пыли и газов в диске.
В пределах нашей солнечной системы космический аппарат Rosetta посетил комету, а OSIRIS-Rex долетит
до астероида и даже попытается
90 Зарождение жизни
Ученые обсуждают разные идеи о происхождении жизни на Земле.
Большинство сценариев учитывают геохимические процессы
на поверхности планеты.
В ранней Вселенной огромные
облака пыли и газа сконденсировались, сформировав
протозвезду, окруженную протопланетным диском.
Мельчайшие крупицы пыли, состоящие
из силикатов, покрытых
льдом, сталкивались
и объединялись в более
крупные частицы.
Сформировалась Земля.
Поскольку на ней было
не слишком жарко и не слишком холодно, не слишком
сухо и не слишком мокро,
на поверхности имелась вода
в жидком состоянии.
Первая суша, вероятно,
была создана благодаря
вулканической деятельности, сформировавшей
островные дуги в океане.
Пруды или озера в вулканических регионах были наиболее вероятным местом
зарождения жизни.
В ранней атмосфере
не было кислорода. Она
состояла в основном
из азота и углекислого
газа с примесью водорода, воды и метана.
Под воздействием молний, ударов метеоритов
и ультрафиолетового
излучения от Солнца
в атмосфере возникла
синильная кислота — соединение, содержащее
водород, углерод и азот.
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Выпадая в виде осадков
в вулканические или кратерные озера, синильная
кислота реагировала
с железом, которое текущая через камни вода вымывала на поверхность.
Цианид
Железо
Полученный цианид
железа накапливался
некоторое время, образовывалась концентрированная смесь активных
реагентов.
Для жизни в тех ее
проявлениях, которые
нам знакомы, требуется РНК. Некоторые
ученые считают, что
РНК появилась прямо
из этих активных
реагентов благодаря
изменениям условий
среды.
Сначала сформировались нуклеотиды,
составляющие РНК,
затем они соединились друг с другом,
образовав нити РНК.
Некоторые этапы этого процесса до сих пор
не вполне понятны.
УФ-излучение
Кислород
Углерод
Азот
Фосфор
Простые сахара
Фосфаты
Производные синильной кислоты
Нуклеотид РНК
1
После того как РНК была
сформирована, некоторые ее
цепочки оказались окружены
маленькими пузырьками,
образованными случайно
сгруппировавшимися
в мембраны жирными
кислотами (липидами), — так появились
первые протоклетки.
Ультрафиолетовое
излучение управляло
превращением цианидов
в простые сахара.
2
Фосфаты катализировали химические реакции между этими сахарами и производными синильной
кислоты.
3 В присутствии ультрафио-
лета и фосфатов сформировались нуклеотиды РНК.
Нуклеотиды
Липидная мембрана
РНК
Липиды
Когда мембраны набирали
больше жирных кислот, они
вырастали и делились, в то же
время внутренние химические реакции управляли
репликацией РНК.
Пузырек
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
91
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
вернуться оттуда с образцами, что может дать нам
необходимую информацию о материалах, из которых собиралась наша планета.
Когда сформировалась такая планета, как Земля,
не слишком горячая, не слишком холодная, не слишком сухая и не слишком влажная, какие химические
процессы должны произойти для зарождения жизни? В 1950‑х гг. был проведен широко известный
эксперимент Миллера — Юри: через смесь воды
и простых химических соединений пропустили
электрический ток (чтобы имитировать воздействие молний), и было показано, что синтезировать
аминокислоты, составные элементы белков, очень
просто. Однако другие молекулы, необходимые для
жизни, синтезировать оказалось сложнее, и теперь
очевидно, что нам надо переосмыслить путь от химии к жизни. В первую очередь, необходимо учитывать универсальность РНК, длинной молекулы, выполняющей множество жизненно важных функций
во всех существующих формах жизни. РНК может
действовать как фермент, а может хранить и передавать информацию. Примечательно, что все белки
во всех организмах сделаны с помощью каталитической активности РНК, содержащейся в рибосоме.
Рибосомы — это клеточные органеллы, которые
считывают генетическую информацию и производят молекулы белков. Поэтому предполагается, что
РНК играла важнейшую роль на ранних стадиях эволюции жизни.
Центральная тема современных исследований
происхождения жизни — вопрос, как химические
условия на молодой Земле привели к появлению
РНК и клеток на ее основе. Некоторые специалисты думают, что жизнь изначально использовала
более простые молекулы и только потом перешла
на РНК. Однако другие ученые вплотную занимаются происхождением РНК, и захватывающие идеи
вызывают бурю в когда-то тихой заводи ­химических
92 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­исследований. В излюбленных геохимических сценариях присутствуют вулканы или метеоритные
кратеры со сложными органическими веществами,
разнообразные источники энергии и циклы «свет —
темнота», «тепло — холод» и «влажно — сухо».
Поразительно, что многие промежуточные продукты на пути к синтезу РНК выкристаллизовываются из реакционных смесей самоочищаясь.
Возможно, они накапливались на ранней Земле
в виде органических минералов — запаса материала, который оживал при изменении условий.
Даже предположив, что ключевая проблема решена, нам все еще нужно понять, как РНК реплицировалась в первых примитивных клетках. Исследователи
сейчас выясняют, какие источники химической энергии могли обеспечить возможность РНК копировать
себя, и многое еще остается неясным. Если эти проблемы удастся решить, мы сможем создать в лаборатории клетки на основе РНК, способные делиться
и эволюционировать, и повторим таким образом
возможный путь возникновения жизни.
Что дальше? Химики уже интересуются, есть ли
только один путь к зарождению такой жизни, как
наша, или много дорог могут привести от примитивной химии к жизни, основанной на РНК, и к современным живым существам. Другие изучают, могут
ли быть разные химические варианты жизни, и ищут
намеки на возможное разнообразие жизни в других
местах Вселенной. В случае успеха мы наконец узнаем, насколько сложен переход от химии к биологии
и, следовательно, наполнена ли Вселенная жизненными формами или кроме нас там никого нет.
Джек Шостак (Jack Szostak) — профессор генетики
в Гарвардской медицинской школе и один из лауреатов Нобелевской премии по физиологии или медицине 2009 г.
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
94 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
НЕЙРОНАУКИ
Где пределы
манипулирования
природой?
Проникнув в квантовый мир, ученые
надеются заполучить новые рычаги
управления материей и энергией
Нил Сэвидж
МЭТТ ТРУСХАЙМ (MATT TRUSHEIM) щелкает переключателем в затемненной лаборатории, и мощный зеленый лазер освещает крошечный алмаз, закрепленный под объективом микроскопа. На экране
компьютера появляется изображение — размытое
зеленое облачко, усыпанное яркими зелеными точками. Сияющие точки — это цветовые центры в алмазе, крошечные дефекты в тех местах, где два атома углерода замещены одним атомом олова, сдвигающие длину волны света, проходящего через него
с одного оттенка зеленого к другому.
Затем этот алмаз охладят до температуры жидкого гелия. Ученые из Лаборатории квантовой фотоники Массачусетского технологического института, возглавляемой физиком Дирком Энглундом
(Dirk Englund), полагают, что, управляя кристаллической структурой алмаза на атомарном уровне,
охлаждая его до температуры почти абсолютного
нуля и прикладывая магнитное поле, им удастся
подобрать квантово-механические свойства фотонов и электронов с такой точностью, что они смогут передавать секретные коды, не поддающиеся
расшифровке.
w w w.sci-ru.org
Трусхайм, работающий в лаборатории после защиты диссертации, — один из многих исследователей, пытающихся решить задачу, какой именно атом, внедренный в какой именно кристалл
и при каких условиях даст им нужный тип воздействия. Действительно, ученые во всем мире бьются над сложнейшей проблемой управления природой на уровне атомов и ниже, вплоть до электронов
и даже долей электронов. Их цель — найти рычаги, которые управляют фундаментальными свойствами материи и энергии, и научиться использовать их для подчинения себе материи и энергии,
построения сверхмощных квантовых компьютеров или создания сверхпроводников, работающих
при комнатной температуре.
Ученые столкнулись с двумя основными проблемами. На техническом уровне эта работа чрезвычайно трудна. Некоторые кристаллы, например,
нужно довести до чистоты 99,99999999% в вакуумных камерах, где разрежение больше, чем в космосе. Фундаментальная проблема заключается
в том, что квантовые эффекты, которые эти ученые хотят использовать, — например, способность
частицы находиться одновременно в двух состояниях, вроде шредингеровского кота, — проявляются на уровне отдельных электронов. Здесь же,
в макромире, все волшебство улетучивается. Поэтому ученые, проводящие манипуляции с материей на самых нижних уровнях, пытаются убедить
природу вести себя так, чтобы как можно ближе
подойти к пределам, налагаемым законами фундаментальной физики. Степень, до которой им это
удастся, поможет определить наше научное понимание и технологические возможности на десятилетия вперед.
Мечта алхимика
Манипулирование материей — это в значительной степени просто управление электронами. В конце концов, поведение электронов в том
или ином материале определяет его свойства в целом — независимо от того, металл ли это, диэлектрик, магнит или что-либо иное. Некоторые ученые пытаются изменить коллективное поведение
электронов, чтобы получить то, что называется
квантовыми синтетическими материалами. Ученые предвидят, что «мы сможем взять диэлектрик
и превратить его в металл или полупроводник
и даже в сверхпроводник. Мы можем немагнитный
материал превратить в магнитный, — утверждала
физик Ева Андреи (Eva Andrei) из Рутгерского университета на одной из недавних конференций. —
Это не что иное, как воплощение мечты алхимика».
Эта мечта, возможно, приведет к настоящим научным прорывам. Например, в течение нескольких десятилетий ученые пытаются получить
сверхпроводники, работающие при комнатной
температуре, материалы, которые позволили бы
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
95
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
строить линии электропередач, где энергия не теряется. В научном открытии 1957 г., которое принесло им Нобелевскую премию в 1972 г., Джон Бардин (John Bardeen), Леон Купер (Leon Neil Cooper)
и Джон Роберт Шриффер (John Robert Schrieffer)
показали, что сверхпроводимость возникает, когда свободные электроны в металле, таком как
алюминий, группируются в так называемые куперовские пары. Даже если они находятся относительно далеко друг от друга, каждый электрон
в паре связан с другим с противоположным спином и импульсом. Примерно так же, как у пар,
танцующих на переполненной дискотеке, движение спаренных электронов скоординировано друг
с другом, даже если между ними проходят другие
электроны.
Подобное построение позволяет току течь в материале, не испытывая сопротивления и, следовательно, без потерь. Все практически работающие
сверхпроводники, созданные до сих пор, прежде
чем в них устанавливается такое состояние, требуют охлаждения до температуры в пределах нескольких градусов выше абсолютного нуля. Однако недавно ученые обнаружили, что облучение
материала с помощью мощного лазера также приводит к образованию куперовских пар, пусть даже
на короткое время. Дэвид Се (David Hsieh), занимающийся физикой конденсированного состояния в Калифорнийском технологическом институте, создал фотоиндуцированную сверхпроводимость в одном из типов материалов (называемом
диэлектриком Мотта), который становится изолятором при очень низких температурах. Свет, попадая на диэлектрик, возбуждает электроны, заставляя их на короткое время спариться. «Такую
встряску нужно делать очень резко, — объясняет Се. — Мгновенно электрическое поле возрастает до очень большой величины — но это продолжается настолько короткое время, что не выделяется
много тепла».
Чтобы лазерное излучение не испарило материал, Се освещает его импульсами, которые длятся несколько десятков или сотен фемтосекунд
(1 фс = 10 -15 с; в одной секунде столько же фемтосекунд, сколько секунд в 32 млн лет.) К сожалению, индуцируемая таким образом сверхпроводимость длится немногим дольше. Задача, стоящая
перед учеными, ведущими аналогичные исследования, — придумать способ, как сделать этот эффект достаточно продолжительным, чтобы его
можно было использовать в практических целях.
Се рассказывает об этой и других работах в области квантовых материалов: «Что мы пытаемся сделать — так это придумать такие структуры, в которых, даже если речь идет о большой группе электронов, та квантово-механическая странность,
которая обычно присуща одиночным частицам,
все еще сохранялась бы».
96 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Коды, не поддающиеся расшифровке
Научиться управлять электронами — именно таким образом и Трусхайм с Энглундом надеются разработать не поддающийся расшифровке метод квантового кодирования. В их случае цель — не изменить свойства материалов,
а транслировать фотонам, которые передают
криптографические ключи, квантовые свойства
электронов внутри модифицированных алмазов. Спин электронов, мечущихся в цветовых центрах кристаллической решетки алмазов в лаборатории Энглунда, можно измерить, приложив
сильное магнитное поле. Спин, который совпадает с направлением поля, можно назвать спином 1,
а спин, направление которого не совпадает с ним,
спином 2 — что равносильно 1 и 0 цифрового бита.
«Это квантовая частица, поэтому она может одновременно находиться в двух состояниях», — говорит Энглунд. Это превращает ее в квантовый бит,
или кубит, способный выполнять множество вычислений одновременно.
Именно здесь на сцену выходит загадочное свойство, получившее название «квантовая перепутанность». Представьте себе ящик, в котором находятся красный и синий мячи. Вы можете найти их рукой, не заглядывая внутрь, взять один из мячей
и положить его в карман, а затем поехать на другой конец города. Прибыв на место, вы вынимаете
мяч из кармана и обнаруживаете, что он красный.
Это сразу же говорит вам, что мяч, оставшийся
в коробке — синий. Это и есть квантовая перепутанность. Этот эффект, перенесенный в квантовый мир, позволяет передавать информацию мгновенно и на огромные расстояния.
Цветовые центры в алмазе из лаборатории Энглунда передают квантовые состояния своих
электронов фотонам посредством квантовой перепутанности, образуя то, что Энглунд называет «летящими кубитами». Так же, как и в системах
обычной оптической связи, фотон можно передать
на приемник — в данном случае вакансии в другом алмазе — и его квантовое состояние передастся новому электрону, и таким образом два электрона станут скоррелированными. Передача таких
квантово перепутанных битов дает возможность
двум людям обмениваться криптографическим
ключом. «Каждый из этих ключей представляет собой последовательность нулей и единиц, или электронов со спинами, направленными вверх и вниз,
которая, если ее рассматривать локально, выглядят случайной, но они идентичны», — рассказывает Энглунд. Используя этот ключ как множитель
для других переданных данных, они могут создать
безопасный канал связи. Если бы злоумышленник
попытался перехватить ключ в процессе его передачи, то тот, кто послал его, сразу же узнал бы об
этом, поскольку акт измерения квантового состояния меняет это состояние.
…К КУБИТУ…
ОТ БИТА…
Бит может находиться в одном
из двух состояний, 0 или 1, его
можно представить как две стороны
монеты.
Биты против
кубитов
Illustration by Jen Christiansen
Кубиты обещают гораздо бóльшую
вычислительную мощность из-за
двух квантовых свойств: суперпозиции и квантовой перепутанности.
Благодаря суперпозиции кубит
не обязан быть просто 0 или 1, а может, например, принимать значение
0 с вероятностью 30% и 1 с вероятностью 70%. Квантовая перепутанность означает, что изменение любого одного кубита влияет на все
остальные, находящиеся с ним
в состоянии квантовой перепутанности. Оба эти свойства вместе
взятые создают возможность для
чего-то вроде массово-параллельной обработки данных, одновременной проверки всех возможных
решений задачи и выполнения
вычислений, слишком сложных для
современных компьютеров.
Кубит, квантовая версия бита, может
находиться одновременно в гораздо
большем числе состояний, которые
можно представить в виде точек
на сфере, и каждая точка имеет различные координаты. Одна такая точка
из многих показана здесь.
Хотя принцип суперпозиции, казалось бы, дарует кубиту бесконечное число возможных координат,
квантовая механика требует, чтобы
в момент измерения результат
«схлопывался» в 0 или 1, что соответствует Южному или Северному полюсу. Вероятность каждого зависит
от «широты» кубита.
30%
Энглунд экспериментирует с квантовой сетью,
посылая фотоны по оптическому волокну между
своей лабораторией, расположенной в помещении
недалеко от Гарвардского университета, и другой, в Лаборатории им. Линкольна Массачусетского технологического института, в находящимся неподалеку городке Лексингтоне, штат Массачусетс. Ученым уже удалось передать квантовый
криптографический ключ на гораздо большие
расстояния: в 2017 г. китайские ученые сообщили
об успешной передаче такого ключа со спутника
на орбите вокруг Земли на две наземные приемные
станции, расположенные в горах Тибета на расстоянии 1,2 тыс. км. Однако скорость передачи
данных в китайском эксперименте была слишком
мала для задач практической связи: ученые регистрировали лишь одну квантово перепутанную
пару из 6 млн подобных. Новый метод, который
позволит сделать наземные квантово-криптографические системы практически применимыми, —
w w w.sci-ru.org
…И К КВАНТОВО
ПЕРЕПУТАННЫМ КУБИТАМ
Когда два кубита квантово перепутаны, они уже больше не имеют различных квантовых состояний; вместо этого они взаимно дополняют друг друга.
Например, в состоянии, называемом
максимальным квантовым перепутыванием, если один кубит принимает
значение 1, другой будет находиться
в состоянии 0. Измерение состояния
одного кубита мгновенно говорит вам
о состоянии другого. Это происходит
независимо от того, как далеко разнесены кубиты. Альберт Эйнштейн
назвал это свойство, когда измерение
одной квантово перепутанной частицы
определяет значение другой, «призрачным дальнодействием».
70%
или
это квантовые повторители, устройства, расположенные через определенные интервалы по всей
сети, которые усиливают сигнал, не изменяя его
квантовых свойств. Цель Энглунда — найти материал с требующимися атомными дефектами, чтобы сформировать сердце этих квантовых повторителей.
Весь трюк в том, чтобы получить достаточное
количество квантово перепутанных фотонов, которые несут данные. Электрон в азотной вакансии сохраняет свое спиновое состояние в течение
длительного времени — около секунды, — увеличивая шансы для лазерного излучения при прохождении через нее образовать квантово перепутанный фотон. Но атом азота слишком мал, и он
не заполняет полностью пространство, где должен располагаться недостающий атом углерода. Это несоответствие приводит к тому, что в результате фотоны будут слегка отличных цветов
и поэтому уже не будут сочетаться друг с другом.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
97
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
­ ругие атомы, такие как олово, плотно ложатся в кристалличеД
скую решетку и генерируют излучение со стабильной длиной волны. Но эти атомы не сохраняют свой спин столь же продолжительное время, поэтому работа в поисках идеального баланса продолжается.
Разнесенные концы
Пока Энглунд и другие ведут борьбу с отдельными электронами,
другие ученые вгрызаются еще глубже в квантовый мир, пытаясь
манипулировать уже не целыми электронами, а отдельными их частями. Эта работа стала логическим продолжением эксперимента,
проделанного в 1982 г., когда ученые Лабораторий Белла и Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса изготовили сэндвич из двух пластинок кристаллов различных полупроводников,
охладили их почти до абсолютного нуля и приложили сильное магнитное поле, удерживая электроны в плоскости, разделяющей два
слоя кристаллов. В результате такой компоновки образовалось нечто вроде квантового супа, в котором на движение каждого отдельного электрона влияли заряды остальных. «Это уже по существу
не отдельные частицы, — рассказывает Майкл Манфра (Michael
Manfra), возглавляющий Группу систем на основе квантовых полупроводников Университета Пердью. — Представьте себе балет, в котором каждый из танцовщиков делает не то, что ему заблагорассудится, а танцует в соответствии с движением своего партнера или
остальных танцовщиков. Существует такой тип обобщенного отклика».
Самое странное в этом собрании электронов состоит в том, что
оно может иметь дробный заряд. Электрон — это неделимая частица, ее нельзя разрезать на три части, однако группа электронов в определенном состоянии может образовать так называемые
квазичастицы с зарядом, равным трети заряда электрона. «Это как
если бы электроны удалось раздробить, — рассказывает Мохаммад
Хафези (Mohammad Hafezi), физик Объединенного квантового института, совместного исследовательского проекта Мэрилендского университета и Национального института стандартов и техники. — Это очень странно». Хафези создает этот эффект в охлажденном до сверхнизких температур графене, одноатомном слое атомов
углерода, и недавно показал, что можно манипулировать движением этих квазичастиц, освещая графен лазером. «Теперь этим
можно управлять, — говорит он. — Внешние рычаги, имеющиеся
в моем распоряжении, такие как магнитное поле и излучение, можно включать и выключать. И в результате природа этого коллективного состояния изменяется».
Манипулирование квазичастицами, возможно, позволит создать
особый вид кубитов — топологические кубиты. Топология — это область математики, изучающая свойства объекта, которые не изменяются, даже когда этот объект искривляют или деформируют. Типичный пример — бублик: если бы он был абсолютно пластичным,
можно было бы превратить его в чашечку для кофе, не изменяя ничего существенного; дырка в бублике стала бы играть новую роль —
отверстия в ручке чашечки. А вот чтобы сделать из бублика крендель, нужно было бы проделать в нем новые дырки, меняя тем самым его топологию.
Топологический кубит сохраняет свои свойства даже при изменении внешних условий. Обычные частицы изменяют свои квантовые состояния, или «декогерируют», когда что-нибудь вызывает возмущение в их окружении, например даже очень слабые колебания,
вызванные теплом. Но если сделать кубит из двух ­квазичастиц,
98 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Как много мы
можем знать?
Пределы досягаемости
научного метода обусловлены
ограничениями наших
инструментов и непостижимостью
некоторых тайн природы
Марcело Глейзер
«То, что мы наблюдаем, — это не сама
природа, а лишь ее часть, доступная нашим методам изучения», — писал немецкий физик Вернер Гейзенберг, который
первым разглядел неопределенность,
присущую квантовой физике. Для тех, кто
рассматривает науку как прямой путь к истине, эта цитата, должно быть, покажется
неожиданной, возможно, даже опрокидывающей их представления. Неужели
Гейзенберг говорит, что наши научные
теории целиком зависят от нас как наблюдателей? Если он действительно так
утверждает, а мы воспринимаем его слова серьезно, не означает ли это, что все
то, что мы называем научной истиной, —
не более чем заблуждение?
Люди на это возразят: почему же тогда
самолеты летают, а антибиотики лечат?
Почему мы можем строить машины, которые обрабатывают информацию с такой
удивительной эффективностью? Ну конечно же, такого рода изобретения и еще
многие другие базируются на законах
природы, которые действуют независимо
от нас. Во Вселенной существует порядок,
и наука шаг за шагом раскрывает механизм, на котором он строится.
Относительно этого никаких сомнений
нет: во Вселенной существует порядок,
и значительная часть науки занимается
поиском моделей поведения — начиная
с кварков, млекопитающих и далее до галактик, — которые мы преобразуем в общие законы. Мы срываем шелуху ненужных усложнений и фокусируем внимание
на том, что существенно, на ключевых
свойствах изучаемой нами системы. Затем
мы строим описательную модель ее поведения, которая в ряде случаев позволяет
даже делать на ее основе предсказания.
Зачастую, увлекшись исследованием научной проблемы, мы не замечаем, что методология науки требует взаимодействия
с системой, которую изучаем. Мы наблюдаем поведение, измеряем ее свойства
и строим математические или понятийные
модели, чтобы как можно глубже в нее
проникнуть. А чтобы это проделать, нам
требуются инструменты, которые проникают в царства, недоступные для восприятия нашими органами чувств: очень мелких объектов, очень быстрых процессов
или практически не достижимых никаким
способом объектов, вроде находящихся внутри нашего мозга или ядра Земли.
То, что мы наблюдаем, — это, собственно,
не сама природа, а ее образ, распознанный
на основе данных, которые мы получаем
с помощью машин. Как следствие, научное
видение мира зависит от той информации,
которую мы можем получить с помощью
наших инструментов. А если принимать
во внимание тот факт, что возможности наших инструментов ограничены, становится понятно, что наше видение мира неизбежно страдает близорукостью. Природу
вещей мы видим лишь до определенной
глубины, и наш постоянно меняющийся
взгляд на мир отражает это фундаментальное ограничение нашего восприятия
действительности.
Просто представьте биологию до и после изобретения микроскопа или разработки методов определения последовательности нуклеотидов ДНК, или
астрономию до и после изобретения телескопа, или физику элементарных частиц
до и после строительства коллайдеров или
разработки сверхбыстрых электронных
устройств. Сегодня, так же как и в XVII в.,
теории, которые мы конструируем, и картины мироустройства, которые мы рисуем,
меняются по мере трансформации наших
инструментов исследований. Эта тенденция — ­фирменный знак науки.
w w w.sci-ru.org
Иногда люди воспринимают утверждение об ограниченности научных знаний
как пораженческие настроения: «Если
мы не можем проникнуть в самую суть
вещей, зачем вообще беспокоиться?»
Такого рода реакция просто неуместна.
В понимании ограниченности научного
подхода к знанию нет никакого пораженчества. Наука остается нашей лучшей
методологией для выработки единого
взгляда на внутренний механизм природы. Что следует изменить, так это чувство
чрезмерной веры в науку — веры, что ни
один вопрос не лежит вне досягаемости
научной проблематики.
В науке существуют имманентно непостижимые вещи — резонные вопросы,
ответ на которые мы не можем найти,
не нарушив признанные наукой в настоящее время законы природы. Один из примеров — мультивселенная: гипотеза,
что наша Вселенная — всего лишь одна
из множества других, каждая из которых, возможно, обладает отличным
от нашего набором законов природы.
Другие вселенные лежат вне нашего горизонта причинно-следственных связей,
это значит, мы не можем получить от них
информацию или послать к ним сигнал.
Свидетельства их существования, вероятно, будут косвенными: например, следы
в виде неоднородности пронизывающего
космос излучения вследствие случившегося когда-то столкновения с соседней
вселенной.
Другие примеры непостижимых вещей
можно объединить в три категории в зависимости от того, о чем ведется речь:
о Вселенной, о жизни и о человеческом
разуме. Научные представления о происхождении Вселенной неполны, поскольку
даже для того, чтобы начать работать, они
должны основываться на концептуальной
платформе: например, сохранении энергии, теории относительности, квантовой
физике. Почему Вселенная управляется
этими законами, а не другими?
Аналогично до тех пор, пока мы не сможем доказать, что только одна из очень небольшого числа биохимических реакций
ведет от неживой материи к жизни, мы
не можем знать наверняка о том, как зародилась жизнь на Земле. Для понимания
природы сознания проблема — прыжок
от материального к субъективному, например от активации нейрона к чувству
боли или восприятию красного цвета.
Возможно, некоторый зачаток рудиментарного сознания сможет возникнуть в достаточно сложной машине. Но как мы сможем
это распознать? Как установим — не предположим, а именно убедимся, — что нечто
обладает разумом?
Как это ни странно, именно посредством нашего разума мы воспринимаем
окружающий мир, даже если не вполне
адекватно. Можем ли мы полностью разобраться в том, часть чего мы собой представляем? Как мифическая змея, которая
кусает свой собственный хвост, исследователи застряли внутри круга, который
начинается и заканчивается в живом
опыте постижения мира. Мы не можем отделить наше описание действительности
от того, как воспринимаем эту самую действительность. Это площадка, на которой
разворачивается игра в науку, и если мы
играем по правилам, то видим лишь очень
немногое из того, что находится за ее
пределами.
Марсело Глейзер (Marcelo Gleiser) — профессор натурфилософии и профессор физики
и астрономии Дартмутского колледжа, где
он руководит Институтом междисциплинарного взаимодействия. Автор нескольких книг, среди которых «Остров знаний:
пределы науки и поиск смысла» (The Island
of Knowledge: The Limits of Science and the
Search for Meaning, 2014).
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
99
ВАЖНЕЙШИЕ ВОПРОСЫ НАУКИ
удаленных друг от друга на некоторое расстояние, — скажем, расположить их на противоположных концах нанопроволоки, — это, по сути, будет
разделением электрона. Обе его «половинки» для
того, чтобы декогерировать, должны подвергнуться одинаковому возмущению, а это вряд ли может
произойти случайно.
Такое свойство делает топологические кубиты
весьма привлекательными для построения квантовых компьютеров. Благодаря способности кубита одновременно быть в состоянии суперпозиции множества состояний
квантовые компьютеры
должны иметь возможность решать не решаемые никаким иным способом задачи, требующие
большого числа вычислений, такие как моделирование физики Большого
взрыва.
Работа
Манфры, по существу, —
лишь
часть
глоба льной программы компании Microsoft по созданию
к ва нтовы х
ком п ью теров на основе топологических кубитов. Существуют и другие, вероятно,
более простые подходы.
Google и IBM, например,
пытаются создать квантовые компьютеры на основе
проволок, ох лаждаемых
до сверхнизких температур, при которых они становятся полупроводниками, или ионных решеток,
удерживаемых лазерным
излучением в вакуумных
камера х. Проблема этих
методов заключается в том, что они более чувствительны к возмущениям окружающей среды,
чем топологические кубиты, особенно когда число таких кубитов растет.
Поэтому топологические кубиты, вероятно, ознаменуют революцию в наших возможностях манипулировать мельчайшими объектами. Есть, однако, одна существенная проблема: они пока еще
не существуют. Ученые отчаянно бьются, чтобы
построить их из объекта, называемого майорановской частицей. Эта частица, гипотезу о существовании которой в 1937 г. выдвинул Этторе Майорана (Ettore Majorana), — античастица самой себе.
Электрон и его античастица позитрон имеют одинаковые свойства за исключением заряда, но заряду майорановской частицы полагается быть нулевым.
Ученые предполагают, что определенные конфигурации электронов и дырок (вакансий электронов) могут вести себя как майорановские частицы.
Они, в свою очередь, вероятно, когда-нибудь будут
использованы в качестве топологических кубитов.
В 2012 г. физик Лео Коуэнховен (Leo Kouwenhoven)
из Делфтского технического университета в Нидерландах с коллегами измерил то, что, повидимому, было майорановскими частицами
в сети сверхпроводящих и полупроводниковых нанопроволок. Тем не менее, возражает Санкар Дас
Сарма (Sankar Das Sarma)
из Мэрилендского университета в Колледж-Парке,
единственный способ доказать, что эти квазичастицы существуют, — построить на них топологический кубит.
Однако другие эксперты в этой области настроены оптимистично. «Я считаю, вне всякого сомнения,
в конце концов кому-нибудь удастся сделать топологический кубит, просто
потому что это интересно,
и они найдут способ сделать это», — уверен Стив
Саймон (Steve Simon), теоретик в области физики
конденсированного состояния из Оксфордского университета. — Самый большой вопрос — по тому ли
пути мы идем, чтобы в будущем построить квантовый компьютер?»
Квантовые компьютеры,
а также высокотемпературные сверхпроводники
и не поддающееся расшифровке квантовое шифрование, возможно, появятся уже через несколько
лет, а возможно, этого так никогда и не удастся достичь. Ну а пока ученые продолжают продираться по тернистому пути, вперед к загадкам природы на ее мельчайших уровнях. Ученые пока еще
не знают, как глубоко им удастся продвинуться
в этом направлении. Они уже прошли удивительно далеко, но чем ниже они спускаются, тем сильнее сопротивление природы.
Благодаря способности
кубита одновременно
быть в состоянии
суперпозиции
множества
состояний квантовые
компьютеры должны
иметь возможность
решать не решаемые
никаким иным
способом задачи,
требующие
большого числа
вычислений, такие как
моделирование физики
Большого взрыва
100 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Нил Сэвидж (Neil Savage) — научный журналист
из Лоуэлла, штат Массачусетс.
Перевод: А.П. Кузнецов
Нейробиология
102 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Н Е Й РОБИОЛОГИЯ
МОЖНО И
ПРОКАЧАТЬ
ВАШЕГО
РЕБЕНКА
Сотни игрушек созданы для того, чтобы ваш
ребенок пораньше начал читать, считать,
ходить и учиться, но с научной точки зрения
их эффективность ничем не обоснована
Photo Illustration by Dan Saelinger
Эрик Ванс
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
103
Нейробиология
ОБ АВТОРЕ
Эрик Ванс (Erik Vance) — автор научно-популярных статей. Его первая
книга «Человек внушаемый» (Suggestible You, 2016), посвящена тому, как
убеждения влияют на наш мозг. Недавно он стал отцом.
ет Поллак (Seth Pollak) и его жена Дженни Саффран (Jenny
Saffran) отправились в магазин детских игрушек, расположенный неподалеку от их дома в Мадисоне. Они хотели купить зубное кольцо своему годовалому сыну — ничего особенного, просто колечко, которое охлаждают, чтобы обезболить
десны ребенка. Пробравшись сквозь ряды медведей и велосипедов, они нашли нужную полку. Супруги увидели искомый
товар, который стоил довольно дорого, и прочли на его упаковке: «Способствует развитию речи и речевой моторики».
Раньше они никогда не встречались с подобными заявлениями. Обычные родители, переживающие, не отстает ли в развитии их ребенок, купили бы эту штуку не задумываясь. Но Поллак и Саффран — не обычные родители. «Моя жена — один
из ведущих мировых специалистов в области речевого развития, и у нас с ней докторские степени
по психологии развития, — объясняет Поллак. —
Мы посмотрели на это и сказали: "Какого черта?
Каким образом жевание холодного предмета может способствовать речевому развитию"»?
Данное утверждение ничем не подтверждено.
И это всего лишь один пример несоответствия научных данных и рекламы, спекулирующей на развитии ребенка.
Все родители хотят, чтобы их дети пораньше
добились успеха в жизни. Можно ли использовать для этого игрушки? Если ваш ребенок играет с правильным оборудованием в определенные
критические периоды развития, то, как обещает
реклама товара, малыш становится умнее, более
скоординированным и успешным, чем другие младенцы.
Но сама мысль, что игрушка нужна, чтобы обеспечить вашему ребенку преимущество, это «глобальное непонимание процессов развития», говорит Элисон Гопник (Alison Gopnik), ведущий специалист по детской психологии в Калифорнийском
университете в Беркли и автор научно-популярных статей. Даже если бы специалисты могли разрабатывать такую продукцию, «при этом потерялась бы вся сущность детства», которая, по ее
словам, заключается в том, чтобы ребенок формировал себя сам.
Будь то черно-белый мобиль, якобы сделанный
специально, чтобы завладевать вниманием малыша, или вертолет, который учит младенца программированию, индустрия американских развивающих игрушек процветает. Но действуют ли
они? Гопник и другие специалисты по психологии
развития считают, что существует разрыв между
товарами и исследованиями. Часто научные обоснования эффективности таких игрушек весьма
сомнительны, или их нет вообще.
Тем не менее, по данным аналитической компании Technavio, в 2018 г. в Северной Америке ­рынок
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Многие производители обещают, что так называемые развивающие игрушки раньше срока научат детей читать, считать и ходить, однако с научной точки зрения их эффективность почти ничем не обоснована.
Даже если дети освоят какой-то навык в раннем возрасте, не существует исследований, доказывающих, что это даст
им некое преимущество в долгосрочной перспективе.
Быстрая смена кадров телевизионного или видеоизображения может затруднить для ребенка восприятие мира с реальной скоростью, что проявится в проблемах с удержанием внимания.
Во время игр основную пользу ребенок получает от взаимодействия с другим человеком, поэтому родителям необходимо выделять время для участия в детских играх.
104 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Нейробиология
развивающих игрушек оценивался более чем
в $4 млрд и стремительно рос. Эксперты говорят,
что это произошло из-за глубокой обеспокоенности американских родителей. Не слишком ли долго их дочь находится на грудном вскармливании?
В правильное ли дошкольное учреждение ходит их
сын? Если малыши не начинают рано ползать, ходить, говорить, читать и даже считать, значит они
запаздывают в развитии.
Барбара Сарнека (Barbara Sarnecka), специалист
по когнитивной психологии из Калифорнийского
университета в Ирвайне, изучающая освоение речевых и математических навыков, говорит: «В нашей культуре вокруг детей — паника и страх: "Ах,
боже мой, он отстает"».
Несмотря на то что ученые усиленно пытаются
понять, как развивается человеческий мозг, чтобы помочь малышам, действительно отстающим
в развитии или имеющим социальные нарушения,
многие производители игрушек предполагают, что
у ребенка можно развить суперспособности. Насколько обоснованы такие притязания?
Раньше не значит лучше
Производители начинают использовать родительскую тревожность с того момента, как сперматозоид встречается с яйцеклеткой. Будущим мамам
приходится тщательно контролировать питание
и уровень стресса, опасаясь, что любые ошибки будут иметь долгосрочные последствия для их детей.
И, конечно, в животе у матери ребенку нужна соответствующая музыка.
Именно так: раннее развитие начинается в матке с прослушивания музыки. Существует большое количество товаров, проигрывающих музыку, которые рекомендуется прикреплять к животу
матери. Но создатели устройства под названием
Babypod пошли еще дальше: грушевидный динамик предлагается вводить женщине во влагалище. На сайте продукта говорится: «Мы предполагаем, что музыка активирует участки мозга, способствующие развитию речи и коммуникативных
навыков. Другими словами, обучение начинается
в утробе».
То, что младенцы учатся еще в утробе и что музыка полезна маленьким детям, — правда. Но нет
никаких доказательств того, что она полезна для
плода. Создатели прибора Babypod опубликовали статью в журнале Ultrasound Британского общества ультразвуковых медицинских исследований, где показано, что плод интенсивнее реагирует на звук их продукта, чем на внешние динамики.
Однако это не означает, что подобная реакция полезна и способствует развитию интеллекта в будущем.
«Мне ничего не известно о том, чтобы такая стимуляция как-то влияла на младенца», — говорит
Кэти Хирш-Пасек (Kathy Hirsh-Pasek), специалист
w w w.sci-ru.org
по психологии развития из Университета Темпл
и президент Международного конгресса по исследованиям новорожденных. На стене в ее офисе можно увидеть ее самые нелюбимые игрушки,
созданные для тревожных родителей.
Освоение речи — это, пожалуй, главная веха
в развитии маленького ребенка, условие для дальнейшего развития мышления и рабочей памяти.
Результаты исследований свидетельствуют о существовании у детей критических периодов, когда эти способности стремительно прогрессируют. По некоторым данным, скорость освоения новых слов у младенцев позволяет прогнозировать
дальнейшие способности: разговорчивые дети,
как правило, более красноречивы и в более позднем возрасте.
Но всегда ли раньше значит лучше? Десятилетиями ученые пытались связать раннее появление речи с интеллектом. В исследовании 1982 г.
в Огайо обнаружилось, что у рано заговоривших
детей в дальнейшем был более высокий IQ. Интересно, что, когда ученые сделали поправку на наличие когнитивных проблем и социально-экономическое положение, этот эффект пропал. ХиршПасек говорит, что в этом-то как раз и заключается
вся суть. Раньше ребенок заговорит или позже —
не повлияет на его успешность, а место жительства повлияет. Бедность, неполноценное питание
и насилие порождают стресс, который задерживает речевое развитие и приводит к отставанию
в школе. Во многих неблагополучных семьях с малышами просто мало разговаривают, и недостаточность речевого развития способствует отставанию в других областях. Однако многие производители игрушек выворачивают эту ситуацию
в необоснованное утверждение, что если отсутствие речи приводит к отставанию, то избыток
речи должен приносить дополнительные преимущества.
Сарнека говорит, что это «просто фантазии,
из которых извлекают выгоду». Умственная стимуляция для маленьких детей действует как витамины — ее должно быть достаточно, но если ее
больше, то лучше от этого не будет. Однако существуют тысячи приложений для малышей. В среднем у 18-месячного ребенка есть по крайней мере
семь DVD. «Думаешь, что уже видел худшее, что
может быть, но потом на рынке появляется чтото еще, — говорит Хирш-Пасек. — Среди моих безусловных фаворитов, конечно, "Ваш младенец может читать" (Your Baby Can Read), на что я отвечаю:
"Нет, он не может"».
Your Baby Can Read — наборы карточек, видео
и книжек, с помощью которых якобы можно научить читать ребенка в возрасте от трех месяцев
до пяти лет. Товар был создан исследователем Робертом Тицером (Robert Titzer), утверждавшим, что
научил своих двух дочерей читать в младенческом
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
105
Нейробиология
возрасте. Были проведены исследования, показавшие, что малыши не понимают написанных слов.
Однако компания, продающая этот товар, ссылается на впечатляющие, но нигде не опубликованные результаты исследований и блистательные отзывы, например, про младенца, читающего книги
о Гарри Поттере.
Хирш-Пасек — не единственная, кто заметил эту
навязчивую рекламу. Федеральная торговая комиссия (FTC), имеющая юридические полномочия,
завела два дела, обвиняя в мошенничестве компании, с которыми работал Тицер.
Юристы F TC обратились за консультацией
к Сьюзан Нейман (Susan Neuman) из Нью-Йорк­
ского университета. Нейман — специалист по освоению речи. Она провела рандомизированное
контролируемое исследование с участием 61 младенца, с которыми занимались с помощью Your
Baby Can Read, и 56, с которыми не занимались,
и опубликовала результаты в журнале Journal of
Educational Psychology. Используя 14 разных параметров, таких как обработка речевой информации,
выучивание слов, узнавание букв и чтение с пониманием смысла, она не обнаружила различий
между двумя группами детей.
Тицер, в свою очередь, заверил меня, что не участвовал в создании рекламы и никогда не утверждал, что младенец может читать «Гарри Поттера».
Но он защищает свою методику и говорит, что Нейман использовала ее неправильно и некорректно
формулировала вопросы при проверке обучения
младенцев.
В итоге Тицер в 2014 г. выплатил по иску FTC
$800 тыс. FTC пообещала гораздо больший штраф,
если он попытается снова давать подобные обещания. Сейчас он работает в Infant Learning Company,
которая торгует набором DVD-дисков, карточек
и книжек под названием «Ваш младенец может
учиться!» (Your Baby Can Learn!) и набором «Ваш
ребенок может читать!» (Your Child Can Read!). Тицер утверждает, что изменил рекламу: «Теперь мы
говорим, что младенец рассматривает книжки.
Все специалисты советуют это делать, поэтому я
не вижу в этом ничего плохого».
Десятки исследований показывают, что множество обучающих видеопрограмм не дают реальных
результатов. Тицер настаивает на том, что его продукция значительно эффективнее, и говорит, что
работает над статьей, которая это подтверждает.
Юрист из FTC Аннет Соберац (Annette Soberats)
утверждает, что разговаривала с коллегами, участвовавшими в разбирательстве по поводу Your
Baby Can Read, и ее агентство считает данное дело
закрытым.
Карточки + видео = математические навыки
Конечно, игрушки не существуют в вакууме.
«Есть запрос со стороны потребителей, ­желающих
106 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­ бедиться, что игрушки развивающие, особену
но те, которые для малышей, — говорит Клемент
Чау (Clement Chau), специалист по детскому развитию и директор компании игрушек LeapFrog
Enterprises. — Мне кажется, что сейчас принято считать так: "Я хочу, чтобы мои дети пошли
в Гарвард, поэтому собираюсь купить им игрушку в LeapFrog, чтобы они точно потом попали
в Гарвард"». Может показаться, что это фантазия,
но игрушки все еще могут быть частью обучающего процесса, добавляет директор.
И, наконец, неясно, можно ли вообще так вложиться в младенца, чтобы это улучшило его способности в будущем. По крайней мере, в этом сомневается Дэвид Барнер (David Barner), который
точно должен знать, потому что очень старался
«прокачать» свою дочку.
Барнер — специалист по психологии развития
и изучает особенности математического обучения
у детей, которое, в чем он уверен, важно для когнитивных и бытовых навыков. Поэтому он хотел сделать свою двухлетнюю дочку математическим гением. Сам он никогда не был силен в этой науке —
они с женой предпочитали чтение.
Однако Барнер ежедневно занимался со своим
ребенком с помощью карточек, видео, игр и книжек с комиксами, сделанных специально для обучения малышей математике. И хотя он с удовольствием наблюдал, как детский ум осваивал эту науку, этим все и ограничилось, поскольку у его дочки
развилось отвращение к математике. А что она действительно любит и умеет? Читать, конечно.
Барнер считает, что родители влияют на детей
в меньшей степени, чем «друзья, школа и доступ
к хорошим ресурсам». Кроме того, многие исследования с участием разлученных близнецов показывают, что личные склонности и особенности
удивительно сильно зависят от наследственности.
В работе Баннера продемонстрировано, что многие дети трех-пяти лет, которые умеют считать
и даже вроде бы складывать, на самом деле не понимают, что такое число, а просто запоминают
правильные ответы.
В погоне за золотом
Не все родители мечтают о том, чтобы их любимая
малютка получила Филдсовскую премию по математике. Некоторые предпочитают олимпийское
золото. Для этого они интересуются развитием
двигательных навыков. «Если мой малыш пошел
в десять месяцев, а не в 13, означает ли это, что
ему прямая дорога в футбол? — вопрошает Карен
Адольф (Karen Adolph), детский психолог из НьюЙоркского университета. — Дает ли ускоренное
развитие двигательных навыков долгосрочный
эффект»?
По сравнению с языковыми и математическими умениями развитие двигательных навыков
Нейробиология
$4 млрд
Объем рынка развивающих игрушек в Северной Америке
$2,8 млрд
MATHIAS DARMELL Getty Images; SOURCES: GLOBAL EDUCATIONAL TOYS MARKET 2017–2021. TECHNAVIO, JULY 2017
(markets); “SCREEN MEDIA AND LANGUAGE DEVELOPMENT IN INFANTS AND TODDLERS: AN ECOLOGICAL PERSPECTIVE,”
BY DEBORAH L. LINEBARGER AND SARAH E. VAALA, IN DEVELOPMENTAL REVIEW, VOL. 30, NO. 2; JUNE 2010 (DVDs)
Объем мирового рынка образовательных
приложений для детей 0–4 лет
7+
Более семи DVD-дисков в среднем есть
у 18-месячного малыша
изучалось в меньшей степени, и на многие базовые вопросы до сих пор нет ответов. Но кое-что
уже известно. Во-первых, внезапно выяснилось,
что можно раньше обычного развить способности
младенца садиться, ползать и даже ходить. В известном эксперименте 1935 г. специалист по психологии развития Миртл Макгроу (Myrtle McGraw)
научила младенца плавать, ползать и кататься
на роликах, а его брат-близнец тем временем оставался в кроватке. Но как только Макгроу позволила играть так же другому близнецу, он быстро догнал первого. «Тренировка двигательных навыков
ускоряет моторное развитие на короткое время, —
говорит Адольф. — Но нет никаких доказательств,
что это что-то дает в долгосрочной перспективе».
w w w.sci-ru.org
Если вы хотите вырастить будущего
Усейна Болта, раннее начало ходьбы ничего не даст. Однако этот навык обеспечит
некоторое когнитивное преимущество: ребенок, умеющий ползать и садиться, быстрее доберется до предметов, следовательно, раньше начнет исследовать мир.
По словам Адольф, есть и другое важное
различие между двигательным и умственным развитием: те родители, которые
встречались ей в лаборатории, гораздо
реже пытаются научить младенцев двигательным навыкам, и это видно по рынку
игрушек. Никто не продает наборы «Ваш
ребенок может делать сальто». Правда, некоторые товары, вроде маленьких тележек
и ходунков, продают, чтобы научить ребенка ходить, но эта реклама звучит тихо,
и в первую очередь речь идет просто о развлечении ребенка. Если вы дадите ребенку погремушку, он научится ее трясти.
Считается ли это первым шагом к карьере
барабанщика группы Rush? Нет.
Адольф упоминает культуры бегунов,
вроде племени тараумара в Мексике, они
бегают с детства, но раннее начало ползания и ходьбы для них нехарактерно. Сейчас она работает в Таджикистане, где малыши остаются привязанными большую
часть дня. Из-за этого они позже начинают ходить, но, по ее данным, ходят они совершенно так же, как дошкольники в западном обществе.
Сначала изучите гравитацию
Результаты научных исследований говорят о том, что родители не могут развить суперспособности у ребенка. Но это
не значит, что ученые не могут посоветовать, чем занять детей.
Игра невероятно важна для развития
мышления. Как еда питает тело, так игра
обеспечивает формирование языка, мышления, пространственных представлений и других
способностей. Ученые до сих пор не до конца понимают, как это происходит. И так же, как в случае
с пищей, иногда самый простой вариант оказывается оптимальным.
Например, кубики и лего часто упоминаются в научной литературе. У детей, строящих конструкции, лучше пространственное мышление
и математические навыки. По мнению специалистов, в строительных играх нет ничего сверхъестественного, кроме того, детям полезны игрушки
типа мячиков, грузовиков и наклонных поверхностей, поскольку с их помощью дети приобретают
представление о гравитации, форме и движении.
Страшно наблюдать за ребенком, свесившимся
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
107
Нейробиология
с высоты вниз или заглядывающим в приоткрытую дверь, но он всего лишь проводит физические
эксперименты, чтобы понять, как действует гравитация и могут ли два объекта быть в одном и том
же месте.
Вероятно, самые важные эксперименты проводятся для изучения наиболее загадочного явления — времени. Оказывается, дети понимают время ничуть не лучше, чем гравитацию или
инерцию. И некоторые специалисты выражают
тревогу, что если это обучение нарушено, то искаженные представления могут иметь долгосрочные
последствия.
Димитри Кристакис (Dimitri Christakis), детский
психолог из Вашингтонского университета, руководящий детским центром в Детской больнице Сиэтла, изучает, как на малышей влияет время, проведенное у видеоэкрана. Это очень важно, потому
что они все больше используют планшеты, телефоны и ноутбуки. Он обнаружил, что проблемы
возникают не из-за экрана, а из-за скорости событий на нем. Игры и мультфильмы, где действие
ускорено или сцены быстро сменяют одна другую,
могут повлиять на «внутренний метроном» ребенка, то есть на механизмы, которые, как считает
Кристакис, развиваются в первые три года жизни, чтобы помочь человеку понять скорость окружающего мира. Если скорость слишком велика,
это может привести к проблемам с вниманием.
Он подкрепил данную теорию исследованиями,
в которых нарушались внимание и когнитивные
функции у мышей.
Кристакис сравнивает старые телевизионные
передачи, такие как «Наш сосед мистер Роджерс»
(Mister Rogers’ Neighborhood), с современной бурной мультипликационной и видеопродукцией
для детей, вроде той, что одно время создавалась
компанией Baby Einstein. Он обеспокоен тем, что
не только телевидение и видеоигры стали быстрее,
но и потребители — младше. Хирш-Пасек соглашается. В ее лаборатории было показано, что какими бы интерактивными ни были игры или передачи, все равно они не так полезны, как живой человек — в личном общении или через видеотелефон.
Чтобы игра развивала, нужен другой человек, который общается с ребенком в нормальном темпе.
Директор компании LeapFrog Чау согласен, что
видеопродукция не должна заменять общение с человеком, но говорит, что она может способствовать
развитию ребенка. Вместо того чтобы играть с настоящим клином или рычагом, малыш может делать это на экране в тот момент, когда не взаимодействует с живыми людьми.
Однако Кристакис опасается, что экраны могут
оказать длительный неблагоприятный эффект.
Наблюдая за тем, как разные отделы мозга использовали глутамат, один из основных нейромедиаторов, участвующий в процессах обучения и ­памяти,
108 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
он обнаружил повышенную склонность к кокаиновой зависимости у мышей с нарушенным вниманием. Чрезмерная стимуляция приводила к большему удовольствию от кокаина, меньшей к нему
чувствительности и еще большей гиперактивности. Это еще не значит, что с людьми обстоит
так же или что перевозбуждение приведет детей
к употреблению наркотиков, но совершенно точно
склонность к зависимости связана с системой подкрепления в мозге и с формированием привычки.
Чтобы лучше в этом разобраться, Кристакис сейчас изучает зависимость от экранов у двухлетних
детей. Десять лет назад такое нельзя было бы себе
представить. Он говорит, что обнаружил зависимость примерно у 10% обследованных детей.
«Я боюсь, что мы увидим, как данный процесс
усиливается, и это будет начинаться все раньше
и раньше, поскольку все больше и больше малышей проводят время у экранов, — говорит Кристакис. — Подобные устройства обладают многими
свойствами, вызывающими зависимость».
Может показаться, что скрытая опасность таится лишь в некоторой продукции. Но даже если
предназначенные для малышей образовательные
ресурсы не приносят вреда, практически нет доказательств, что в долгосрочной перспективе они
могут быть полезны. Если вам надо просто купить
хорошую игрушку, найдите ту, с которой вам самим хотелось бы поиграть. Ведь специалисты единодушны в том, что время, которое малыш проводит с вами — слушая ваши разговоры и наблюдая
за тем, как вы взаимодействуете с миром, — это
лучшее образование, которое вы можете ему дать.
Но вернемся к Поллаку и Саффран. Глядя на этикетку к зубному кольцу, им надо было решить, хотят ли они улучшить развитие речевой моторики
своего ребенка. Они посмеялись и вернули кольцо
на полку.
«Мы пошли в продуктовый магазин и купили ему
упаковку замороженных пончиков за 99 центов, —
говорит Поллак. — Я достал один из морозилки
и позволил сыну его погрызть. Его десны немного
онемели, и он перестал плакать».
Перевод: М.С. Багоцкая
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Гопник Э. Как думают дети // ВМН, № 10, 2010.
Becoming Brilliant: What Science Tells Us about Raising Successful Children. Roberta Michnick Golinkoff and Kathy Hirsh-Pasek.
American Psychological Association, 2016.
The Gardener and the Carpenter: What the New Science of Child
Development Tells Us about the Relationship between Parents and
Children. Alison Gopnik. Farrar, Straus and Giroux, 2016.
Блог Гвен Дьюар (Gwen Dewar) для родителей, которым нужна
научно обоснованная информация: www.parentingscience.com
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Эндометриоз,
подобно
отравленному
питью,
распространяется
по всему
организму. Сегодня
этому недугу,
сопровождаемому
мучительной болью
и бесплодием,
подвержены
176 млн женщин.
Наука долгое
время безуспешно
пыталась выяснить
его патогенез,
и лишь в последнее
время появилась
надежда, что это
удастся сделать,
а значит, помочь
миллионам больных
Джена Пинкотт
Illustration by Katherine Streeter
БО ЕЗНЕННАЯ
ТАЙНА
110 МЕДИ ЦИ НА
Медицина
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
111
Медицина
ОБ АВТОРЕ
Джена Пинкотт (Jena Pincott) — журналист и писатель, которую интересуют в первую очередь запутанные, малоизученные научные сферы.
Публикуется в таких изданиях, как
Wall Street Journal, Psychology Today
и Nautilus. Автор нескольких книг.
Приступ боли
Эндометриоз — мучительный недуг, которым страдает
примерно 10% женщин по всему земному шару, — до сих
пор остается загадкой для врачей и ученых. В его основе лежит миграция клеток, образующих выстилку матки,
к другим органам и тканям и внедрение в них.
Ретроградная менструация
Каждая женщина с эндометриозом прекрасно помнит, когда она поняла, что боль в области живота ведет себя
как-то необычно. У Эммы (имя вымышленное) это произошло, когда она, десятиклассница, потеряла сознание от боли
на уроке истории. «Ощущение было такое, будто у меня выскабливают внутренности», — вспоминает она. Гинеколог, к которому обратилась Эмма, счел,
что это спазмы, и прописал ей таблетки.
Они помогли, но лишь отчасти.
«Гораздо позже я поняла, что если женщина не может четко описать, что с ней происходит, то другие
не смогут ей помочь», — говорит 30-летняя Эмма.
Только через шесть лет после того первого обморока она попала к врачу, который посоветовал ей
сделать лапароскопию брюшной полости, чтобы
выяснить причину болей. Тогда и стало ясно, что
у пациентки эндометриоз — патологическое состояние, при котором клетки выстилки матки (эндометрия) попадают в другие органы и внедряются
в них. Распространившись на органы малого таза,
эндометрий оплетает их, подобно ползучему лиановидному растению кудзу.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Эндометриозом страдает примерно 10% женщин
по всему земному шару, и тем не менее это заболевание во многом остается загадкой.
Исследователи не понимают, почему клетки выстилки матки иногда внедряются в ткани других органов,
вызывая нестерпимую боль, воспаление, образование
спаек и рубцов.
Патологии долгое время не уделялось должного внимания, но сегодня в медицинских кругах растет понимание ее серьезности. Разработка инновационных методов диагностики, исследования и лечения дает пациенткам надежду на выздоровление.
112 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Согласно наиболее признанной гипотезе, причиной
эндометриоза становится занос клеток эндометрия
ретроградным током менструальной крови в фаллопиевы трубы, а затем в брюшную полость. Куда бы
ни проникали эти клетки, они делятся там синхронно
с менструальным циклом, вызывая повреждения
в тканях и органах.
Фаллопиева труба
Повреждения
(спайки, рубцы)
Медицина
Аденомиоз
Ткань эндометрия,
вросшую в стенку матки, трудно обнаружить,
хотя процесс врастания сопровождается
мучительной болью.
Эндометриоз такого
типа диагностируется
только при взятии
биоптата, что крайне
затруднительно.
Ретроградная менструация
Повреждения
(спайки, рубцы)
МАТКА
КИШЕЧНИК
Повреждение
эндометрия
МАТКА
ЯИЧНИК
МОЧЕВОЙ ПУЗЫРЬ
Перекрученная
фаллопиева труба
При тяжелой форме эндометриоза появляются анатомические аномалии, например
перекручивание фаллопиевых труб, что затрудняет захват и прохождение по ним
яйцеклеток. Это одна из причин женского бесплодия.
МА ЛЫЙ ТАЗ
Киста шоколадного цвета
(эндометриома)
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
Illustrations by David Cheney
Разрастающиеся эндометриозные импланты образуют
кисты на яичниках, что
вызывает боль и затрудняет
высвобождение яйцеклеток.
113
Медицина
Такое сравнение вполне уместно. Как и кудзу, эндометриозная ткань обволакивает все попадающиеся на пути поверхности, вызывая образование
спаек (рубцов). Нередко спайки распространяются на мочевой пузырь, кишечник, фаллопиевы трубы и другие органы. Удаленные хирургическим путем, они часто появляются вновь: более половины
женщин, подвергшихся операции, в течение семи
лет вынуждены ее повторить.
Несмотря на отчетливость проявлений, эндометриоз остается загадочной патологией. Известно, что он имеет семейный характер и связан с несколькими генными вариантами — наследуемость
составляет примерно 50%, но одни только генетические факторы не определяют частоту его встречаемости. Степень рубцевания и число локализации спаек далеко не всегда связаны с тяжестью
симптомов, которые помимо боли могут включать
кровотечения, дискомфорт во время полового акта,
спазмы желудка и бесплодие. Одним пациенткам
помогают хирургическое вмешательство и медикаментозная терапия, другие — даже при небольших повреждениях — так и живут с непрекращающейся болью.
Многие десятилетия эндометриозу не уделяли
должного внимания, соответствующим исследованиям не хватало финансирования. По данным организации Global Study of Women’s Health, обнародованным в 2011 г., боль и другие симптомы приводят к тому, что женщина не в состоянии работать
более 11 часов в неделю, а это примерно 40% нормы (обследования охватили 1,4 тыс. женщин из десяти стран).
Серьезность ситуации заставила медицинское
сообщество пересмотреть отношение к этой патологии. Сегодня разрабатываются инструменты
для изучения природы заболевания, его диагностики и целенаправленного лечения больного.
Загадочная инвазия
«Прежде всего нужно выяснить, как эндометрий оказывается за пределами матки», — говорит Линда Гриффит (Linda G. Griffith), профессор
биоинженерии из Массачусетского технологического института. Как директор Центра генетических основ патологий и жертва эндометриоза, она
кровно заинтересована в разрешении этой загадки. Примерно 100 лет назад господствовала теория, согласно которой виной всему — ретроградная менструация. Гинеколог Джон Сампсон (John
Sampson) обнаружил, что менструальная кровь,
содержащая клетки эндометрия, может затекать
в фаллопиевы трубы; возможно, эти клетки прикрепляются к поверхности органов малого таза
и абдоминальной выстилке или плавают в жидкости тазовой области и распространяются оттуда по всему телу. Такая утечка происходит почти у всех женщин, и в норме покинувшие матку
114 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
клетки эндометрия уничтожаются компонентами иммунной системы. Но иногда они внедряются
в стенки органов и становятся недосягаемыми для
защитных систем организма. Имплантировавшие
клетки ведут себя так, будто они находятся в матке: обзаводятся рецепторами гормонов и отвечают
на гормональные сигналы. Каждый месяц перед
менструацией эндометриозная ткань разрастается в унисон с выстилкой матки, а по окончании
цикла сжимается. Но в отличие от эндометрия она
запускает процесс воспаления в месте имплантации, и со временем там образуются рубцы.
Мнения исследователей по поводу причины эндометриоза разделились. Может быть, виной всему «посевной материал» — аномальные клетки эндометрия, а может быть, «почва» — окружающая
среда, в которую эти клетки проникают. В первом
случае под подозрение попадают дефектные клетки
эндометрия, во втором — отклонения в работе иммунной системы. Есть и третий вариант: изменение «посевного материала» под действием «почвы».
«У женщин с эндометриозом клетки эндометрия
остаются в норме до тех пор, пока повреждения
в ткани, куда они внедрились, не достигнут критических масштабов», — поясняет Гриффит, полагая, что движущей силой патологического процесса
выступает иммунный ответ на повреждения. Воспаление может привести к изменению уровня прогестерона и количества эстрогеновых рецепторов
на поверхности клеток эндометрия, в результате
чего клетки секретируют больше эстрадиола (одной
из форм эстрогена), который вызывает разрастание
повреждений, не контролируемое прогестероном.
В опытах на бабуинах, проведенных в 2006 г., у животных вызывали эндометриоз введением нормальных клеток выстилки матки в брюшную полость.
Кевин Остин (Kevin G. Osteen), профессор акушерства и гинекологии Университета Вандербильта, высказал предположение, что по крайней мере
в некоторых случаях определенную роль в запуске
патологического процесса играют токсины, присутствующие в окружающей среде. В своих исследованиях он сосредоточился на одних из наиболее
распространенных токсичных веществ, побочных
продуктах производства диоксина — полихлордифенилах (ПХД). Эти соединения обнаруживаются в мясе, рыбе, молочных продуктах и — в разных количествах — в органах и тканях человека.
Остин полагает, что при их попадании в матку нарушается физиология образования эндометрия.
Ткань эндометрия, подвергшаяся воздействию диоксина, становится нечувствительной к прогестерону и склонной к воспалению. В результате не подавляется активность ферментов под названием
«матричные металлопротеиназы», которые участвуют в регуляции образования выстилки матки, эндометрий приобретает способность к инвазии и распространяется за пределы матки.
Медицина
Органы
на чипе
Кишечник
и иммунная система
Яичник
Такие системы можно будет
использовать для тестирования лекарственных препаратов, предназначенных для
борьбы с эндометриозом.
Каждый чип состоит из настоящих тканей, только в миниатюре; через микротрубочки их
снабжают искусственной кровью с питательными веществами, гормонами, компонентами
иммунной системы, инъецируют лекарственные препараты.
На представленном здесь чипе
выстилка матки (эндометрий)
и яичник сообщаются с кишечником и костным мозгом; все
они участвуют в метаболизме
и формировании иммунного
ответа. Эта система под названием PhysioMimetics создана
в Массачусетском технологическом институте.
Миксер
Эндометрий
Печень
и иммунная
система
Костный мозг
Микроскопические
насосы и сосуды
По мнению Гриффит, какова бы ни была причина эндометриоза, начинается патологический процесс задолго до появления каких-либо симптомов.
Во многих случаях у его истоков действительно
находится ретроградная менструация, но к Гриффит это, по-видимому, не относится: первые признаки отклонения от нормы появились у нее в доменструальный период. Возможно, у таких пациенток занос эндометриальных клеток происходит
во время вагинального кровотечения, часто возникающего у новорожденных девочек. Подобные
клеткам эндометрия или стволовые клетки могут оказаться вне матки — иногда даже в легких
или головном мозге — еще до появления ребенка на свет (свидетельства тому получены при обследовании выкидышей и абортусов). «Эти клетки находятся там, никак себя не проявляя, до тех
пор пока девочка не достигнет половой зрелости.
Они — как бомба с часовым механизмом», — говорит Гриффит.
Подобно раку, у эндометриоза множество причин
и проявлений. «Это скорее не одна болезнь, а несколько», — полагает она.
Многоликая боль
Первое, на что жалуются женщины, страдающие
эндометриозом, — это боль. И самое ужасное, что
они иногда слышат в ответ: «Боль у вас в голове».
Такое пренебрежение к страданиям женщин имеет давнюю историю. В 2008 г. в журнале Academic
Emergency Medicine была опубликована статья,
w w w.sci-ru.org
в ­которой сообщалось, что в отделениях неотложной помощи женщины с острой болью в животе
ожидают назначения обезболивающего дольше,
чем мужчины с аналогичными симптомами, а опиоидные анальгетики им прописывают на 15– 25%
реже. Анализ данных по больным с сердечно-сосудистыми патологиями показал, что мужчинам
чаще прописывают болеутоляющие, а женщинам — седативные препараты. И даже когда последние получают обезболивающее, его безопасность
и действенность бывают недостаточны, поскольку
клинические испытания многих анальгетиков проводятся на мужчинах или мышах мужского пола.
После того как Эмме был поставлен диагноз, она
в возрасте 26 лет лишилась одного яичника. Спустя десять лет у нее родилась дочь, и сегодня Эмма
почти не испытывает болей, но хорошо помнит
о годах страданий — без диагноза и лечения.
Одна из причин, по которой врачи и пациенты
не придают должного значения боли — главному
симптому эндометриоза, заключается в том, что
эта боль усиливается во время менструации, когда женщина «должна» чувствовать себя неважно.
«Спазмы — это "нормальная" боль, и очень трудно
понять, когда она становится аномальной», — поясняет Хью Тэйлор (Hugh S. Taylor), заведующий
кафедрой акушерства и гинекологии Медицинской
школы Йельского университета. К тому же по этическим соображениям открытое обсуждение аномальных болевых ощущений при менструации
или половом акте не приветствовалось, а ­между
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
115
Медицина
тем эти ощущения — симптомы эндометриоза.
«К счастью, эти барьеры постепенно снимаются
и врачи все более свободно обсуждают с пациентками их проблемы», — добавляет Тэйлор.
Все более активную роль играют сами женщины. Так, они принимают участие в исследовании,
проводимом в рамках проекта Сitizen Scientist, через приложение Phendo; этот проект был недавно
запущен экспертами по биомедицинской информатике из Колумбийского университета. Пользователи идентифицируют свое состояние и особенности его возникновения, и эти данные используются для изучения причин патологии и выбора
способа лечения.
«Раньше страдающие эндометриозом варились
в собственном соку, — говорит Кейси Берна (Casey
Berna), активистка движения, направленного
на информирование и просвещение страдающих
эндометриозом. — Сегодня патерналистский подход отходит на второй план. Пациентки включаются в процесс выбора лечения, особенно если речь
идет о сложных случаях».
рост эндометрия и предотвращать воспаление.
В результате воспаление безудержно разгорается: простагландины (липиды, быстро образующиеся в поврежденных тканях) и цитокины воздействуют на нервные окончания и повышают болевую чувствительность. Со временем в пораженной
ткани образуются рубцы, отрицательно влияющие на работу органов и усиливающие боль.
Одна из неприятных особенностей эндометриозной боли заключается в том, что она почти не зависит от локализации повреждений и их серьезности. Женщина с минимальным их числом может
чувствовать себя так, будто ее органы перемалывают в мясорубке, в то время как на IV стадии заболевания, когда весь живот покрыт шишками,
боль может отсутствовать. Если эндометриальная
ткань локализуется в стенке матки, эндометриоз часто не диагностируется. Возникающие здесь
повреждения бывает трудно увидеть даже при хирургическом вмешательстве, при том что пациентка испытывает нестерпимую боль. У многих женщин боль не исчезает, даже когда повреждения
сошли на нет или удалены
хирургическим путем.
Но при эндометриозе страдают не только внутренние
органы, нарушается также
работа центральной нервной системы. Головной мозг
так долго реагирует на болевые сигналы, что не может переключиться, когда боль уходит. В этом состоянии,
называемом
ЦНС-сенсибилизацией, нервная система находится
в постоянной «боевой готовности». Любой раздражитель — будь то менструация или половой акт — вызывает чувство боли. Даже при немногочисленных
небольших повреждениях женщина может испытывать изнуряющую хроническую боль — предпосылку ЦНС‑сенсибилизации. И при этом врач скорее
всего будет ее уверять, что ничего страшного не происходит: многие гинекологи не знают о существовании ЦНС‑сенсибилизации. «Не будучи неврологами,
они не в курсе достижений неврологии в исследовании природы боли», — говорит Страттон.
Сама она, хорошо ориентируясь в обеих
этих областях медицины, учитывает фактор
ЦНС‑сенсибилизации при лечении своих пациенток. «Если какое-то вещество устраняет боль
на длительное время, то центральная нервная система может перестроиться и повысить порог болевой чувствительности», — полагает она. При ее
участии проводятся клинические испытания одного такого вещества, ботулинического токсина (известного под названием «ботокс»). Инъецированное в основание тазовой области, оно расслабляет мышцы и модифицирует химические вещества,
Очень часто при эндометриозе,
сопровождающемся хронической болью,
происходит ЦНС‑сенсибилизация:
головной мозг не может перейти
к нормальному режиму работы после
того, как источник боли устранен
В апреле этого года Берна с коллегами обратилась к Американской коллегии акушеров и гинекологов с требованием повысить профессиональный
уровень врачей в отношении диагностики эндометриоза и способов борьбы с ним. В частности, они
выступили против необоснованного удаления матки. «Мы призываем коллегию работать в тесном
контакте с активистами нашего движения и экспертами с тем, чтобы мобилизовать все их ресурсы на преодоление кризиса в лечении страдающих
эндометриозом», — говорит Берна.
Эксперты сходятся во мнении, что слишком часто эта патология проходит мимо внимания медиков. «Педиатры и большинство врачей первичной
помощи плохо осведомлены о ней», — говорит Тэйлор. А недиагностированный эндометриоз чреват
осложнениями. «В эндометриозной ткани повышено содержание ароматазы, фермента, опосредующего эстрогеновую доминантность повреждений,
что в свою очередь провоцирует ее разрастание», —
говорит Памела Страттон (Pamela Stratton), гинеколог из Национальных институтов здравоохранения. Повреждения приобретают также резистентность к прогестерону, который мог бы сдерживать
116 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Медицина
опосредующие распространение болевых импульсов. Окончательные выводы о действенности подобного способа обезболивания можно будет сделать к осени 2019 г., после того как завершится наблюдение за пациентками в течение года.
Очень хотелось бы, чтобы все ожидания Страттон оправдались. Хроническая боль вызывает бессонницу, тревогу, депрессию, раздражительность
и спутанность сознания. Исследования головного мозга с помощью методов визуализации показывают, что у больных с таким состоянием происходят изменения серого вещества, в частности
уменьшается объем гипоталамуса (что может объяснить ослабление памяти) и префронтальной области коры головного мозга (что может привести
к ослаблению регуляции болевых ощущений и изменению когнитивных функций). У больных эндометриозом, сопровождаемым хроническими болями, уменьшены таламус, островок Рейля и другие
области, связанные с модуляцией болевых сигналов. Проанализировав данные по пациентам с хронической болью в спине, исследователи из СевероЗападного университета обнаружили, что объем
серого вещества у них уменьшался на 1,3 см3 в год,
что сравнимо с таковым при нормальном старении
организма в течение 10–20 лет.
Риск бесплодия
Женщин с эндометриозом беспокоит прежде всего угроза бесплодия: почти у половины неспособных к деторождению пациенток обнаружен эндометриоз. Закупорка фаллопиевых труб приводит
к тому, что яйцеклетки не могут попасть в матку, а воспаление в области рубцов или хирургического вмешательства уменьшает качество и количество яичниковых фолликул. Провоцирующие
воспаление цитокины и другие элементы, присутствующие в перитонеальной жидкости, могут
уменьшать подвижность спермиев в фаллопиевых
трубах и повреждать яйцеклетки. Появляются отклонения и в гормональной сфере. В норме после
овуляции концентрация эстрогеновых рецепторов
в стенке матки уменьшается, что создает нужные
для овуляции условия. В то же время уровень прогестерона повышается, подготавливая эндометрий
к присоединению и питанию оплодотворенной яйцеклетки; матка под его действием расслабляется.
При эндометриозе выстилка матки становится нечувствительной к прогестерону, на первый план
выходят конкурирующий гормон эстрадиол и другие факторы, под влиянием которых среда становится менее благоприятной для бластоцисты. Даже
если имплантация произойдет, нечувствительность к прогестерону может привести к повышению риска выкидыша и преждевременным родам.
Еще более усложняет картину наличие эндометриального микробиома, который при эндометриозе тоже изменяется. Недавние исследования
w w w.sci-ru.org
­показывают, что у большинства женщин в матке
преобладает бактерия Lactobacillus, способствующая имплантации оплодотворенной яйцеклетки и росту зародыша. Хроническое воспаление
при эндометриозе может привести к полной гибели лактобактерий, дисбактериозу, прогрессированию воспаления и в конечном счете — к бесплодию. В одном из исследований, результаты
которого были обнародованы в 2016 г. в журнале
American Journal of Obstetrics & Gynecology, сообщалось, что при доминировании микроорганизмов,
отличных от лактобактерий (это как раз и наблюдается при эндометриозе), имплантация происходит в три раза реже нормы, а число выкидышей
возрастает. Причина такой корреляции не установлена, но подобные исследования указывают
на то, что отклонение эндометриального микробиома от нормы играет определенную роль в развитии эндометриоза, и прежде чем бороться с бесплодием, необходимо исследовать культуральную
среду матки.
В борьбе с бесплодием при эндометриозе достигнут определенный прогресс. При экстракорпоральном оплодотворении у 43–55% женщин
с этим недугом наступает беременность при первом же раунде процедуры, а вероятность рождения нормальных младенцев такая же, как у женщин, не страдающих эндометриозом. При этом
симптомы эндометриоза во время беременности,
как правило, смягчаются. Благотворно сказывается на здоровье матери и грудное вскармливание
ребенка. Результаты наблюдения за 70 тыс. женщин, обнародованные в 2017 г., показывают, что
риск эндометриоза уменьшается на 14% за каждые три месяца кормления грудью по сравнению
с ситуацией, когда такое кормление прекращается по прошествии месяца. Вопрос о том, влияют ли
гормоны и иммунологические факторы, связанные
с лактацией, на симптомы уже имеющегося эндометриоза, остается открытым.
Инновационные методы диагностики и лечения
От появления эндометриозной боли до постановки
диагноза проходит в среднем семь лет, и за это время процесс может зайти слишком далеко. Как же
распознать первые симптомы заболевания? В последнее время эксперты по ранней диагностике сосредоточили свои усилия на выявлении в тканях
и физиологических жидкостях так называемых
микроРНК — коротких некодирующих РНК, которые регулируют экспрессию генов. В 2016 г. Тейлор
с коллегами идентифицировали три микроРНК, содержание которых повышается при эндометриозе.
Основываясь на этом открытии, компания DotLab
намеревается разработать метод ранней диагностики эндометриоза по результатам тестирования
слюны. По словам Тейлора, точность метода составит 90% с лишним.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
117
Медицина
Как заявляет Жюли Ким (Julie Kim), профессор
акушерства и гинекологии Северо-Западного университета, скоро лечение больных с эндометриозом будет начинаться с взятия у пациентки кусочка кожи. Клетки образца перепрограммируют,
чтобы они превратились в плюрипотентные стволовые, из которых можно будет получить эндометриальные клетки, клетки печени, почек и множества других органов и создать на их основе
«микроорганы», образующие в совокупности миниатюрную — размером с таблетку — копию тела
пациентки, ее медицинское воплощение («аватар»).
Несколько таких органов на чипе уже разработано. Один из них — под названием EVATAR (от Eve
(Ева) и avatar) — создала Ким в сотрудничестве
с Woodruff Lab из Северо-Западного университета.
Конструкция воссоздает женскую репродуктивную систему в миниатюре, состоящую из яичников, фаллопиевой трубы, матки, шейки матки и печени. Все эти «органы» сообщаются друг с другом
через микроскопические «кровеносные сосуды»,
подсоединенные к компьютеру. Текущая по ним
искусственная кровь содержит гормоны, питательные вещества, факторы роста и компоненты иммунной системы. EVATAR имитирует весь менструальный цикл, исключая кровотечение.
С помощью системы EVATAR для конкретной пациентки можно будет подобрать оптимальные лекарственные препараты. «Мы, например, намереваемся
провести тестирование препарата, предназначенного для устранения эндометриозных повреждений», —
говорит Ким, описывая эксперимент, который она
собирается осуществить с использованием системы EVATAR. По ходу «менструального цикла» предполагается собирать и анализировать информацию
по каждому «органу», чтобы посмотреть, безопасно
и эффективно тестируемое вещество или нет. Это помогает решить проблему проверки лекарственных
веществ исключительно на мужчинах или лабораторных животных и переноса результатов на женщин, что оправдано далеко не всегда.
К сожалению, создание EVATAR-системы, пригодной для рутинного тестирования противоэндометриозных препаратов, займет не менее пяти лет.
«Проект удастся реализовать только при наличии
ресурсов и должного внимания к проблеме эндометриоза», — говорит Ким.
Как отмечает Гриффит, тестирование препаратов для индивидуального пациента — крайне
дорогостоящее мероприятие, но затраты можно
уменьшить, если провести классификацию всех
женщин с эндометриозом по нескольким молекулярным маркерам — аналогично тому, как это делается при раке молочной железы, — а затем подобрать оптимальную терапию для каждой группы. «Разумеется, каждый пациент индивидуален,
но мы полагаем, что у членов данной группы есть
много общего», — считает она.
118 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Для идентификации таких групп Гриффит предлагает построить компьютерные модели заболевания и классификационные схемы. Далее она намеревается набрать группу из нескольких сотен
пациенток из разных клиник и проверить на них
построенные модели. Гриффит надеется, что
из них удастся сформировать от трех до пяти подгрупп, каждая со своим типом дисфункции и спе­
цифическими молекулярными маркерами.
Разработанную Гриффит систему органов
на чипе, названную PhysioMimetics, можно подсоединить к десятку мини-органов, в том числе —
к эндометриозной ткани, полученной Кристи Кук
(Christi Cook), бывшей аспиранткой Гриффит.
Ткань состоит из полимерной подложки, на которую нанесены слои разных клеток эндометрия.
В эндометрий можно вводить гормоны и вещества,
вызывающие воспаление.
После идентификации подгрупп пациенток
Гриффит планирует использовать свою систему
для тестирования лекарственных веществ, нацеленных на устранение специфичных для каждой
группы повреждений. Если конкретное вещество
будет безопасным и эффективным, его можно будет применить для лечения больных с определенными симптомами.
Несмотря на все эти инновации, до победы над
эндометриозом еще очень далеко. Финансирование исследований в этой области медицины несравнимо мало с таковым, например, для диабета:
$7 млн и $1 млрд соответственно на 2018 г. «Обратившись к онлайн-архивам PubMed, вы обнаружите более 20 тыс. публикаций, посвященных проблемам эректильной дисфункции, и всего 2 тыс.
связанных с аденомиозом (внутренним эндометриозом)», — говорит Гриффит.
Исследования эндометриоза в высшей степени
наукоемки, что привлекает к ним талантливых
ученых, но пока основным способом лечения остаются хирургическое вмешательство и устранение
боли. Когда хроническая боль уходит, мозги «встают на место», серое вещество восстанавливается.
Но, как и кудзу, эндометриоз трудно искоренить.
Чтобы избавиться от него навсегда, нужны совместные усилия ученых и врачей, а также осознание медицинским сообществом серьезности проблемы.
Перевод: Н.Н. Шафрановская
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Созданное в Колумбийском университете приложение Phendo
для отслеживания эндометриоза: http://citizenendo.org/phendo
Диагностика эндометриоза по результатам тестирования
слюны от DotLab: www.dotlab.com
50, 100, 150 лет тому назад
АВГУСТ 1968
Дышать водой. «Если бы у человека была возможность дышать не воздухом, а водой, это
позволило бы преодолеть серьезные препятствия для проникновения в глубины океана
и полетов в дальний космос. Вообразите, что мы приготовили
некий изотонический раствор,
подобный по составу плазме крови, и насытили его
кислородом под повышенным давлением. В 1961 г.
я провел в Лейденском университете первые эксперименты на мышах. После первоначального беспокойства мыши приходили в себя и не выказывали
никаких признаков дыхательной недостаточности. Они совершали медленные ритмичные дыхательные движения, как бы вдыхая и выдыхая жидкость. Стало очевидным, что главным фактором,
ограничивающим выживание мышей, был не недостаток кислорода, а трудность достаточно быстрого удаления диоксида углерода». — Йоханнес
А. Кильстра (Johannes A. Kylstra).
АВГУСТ 1918
Водянка военного времени.
Д-р Ф.С. Паркс (F.S. Parks) из Торонто был узником лагеря для
военнопленны х
в Миндене
и в течение 18 месяцев практиковал среди тысяч своих товарищей по плену. Многие из них
страдали от безбелкового оте­
ка, или водянки — заболевания, наиболее распространенного в лагере весной
и в начале лета 1917 г., когда недостаток питания
был самым острым. Пища была крайне бедна белками (необходимыми для формирования тканей)
и практически не содержала жиров. В основном это
был суп, поэтому для получения минимального количества питательных веществ
требовалось поглощать много жидкости. Избыток жидкости
был слишком велик, чтобы слабое сердце и перегруженные почки могли удалить его, что и приводило к отеку.
Боевой грецкий орех. Для изго-
товления самолетных воздушных
винтов и ружейных лож требуется все больше древесины грецкого ореха. В ходе четырехлетней
проверки в условиях нынешней
войны она показала себя наилучшим материалом для названных
выше изделий. Правительству
w w w.sci-ru.org
нужно, чтобы каждое ореховое дерево охранялось.
«Сражайтесь своими ореховыми деревьями!» — таков сегодняшний лозунг Отдела твердой древесины Бюро авиационной промышленности и Отдела
стрелкового оружия Артиллерийского управления.
АВГУСТ 1868
Велосипедное помешательство. Экипажи, называемые ве-
лосипедами, всего за несколько
месяцев приобрели необычайную популярность, особенно
в Париже, где они стали модными и любимыми средствами
передвижения. Затраты усилий
ездока меньше, чем при ходьбе, а тренировка мышц не менее полезна и бодряща. Раньше велосипеды были в основном детскими
игрушками, их возможности были поняты и оценены недавно. На рисунке изображен велосипед,
использовавшийся известными братьями Хэнлон
в их представлениях.
Теория бешенства. Распространено мнение, что
середина лета — время наибольшего распространения водобоязни (бешенства), из-за чего
в это время принимаются дополнительные меры
по ограничению свободы собак и снабжению их
намордниками. Практика убийства собак с наступлением летней жары имеет древние корни, и таможня рекомендует ее. Есть, однако, мнение, что
нынешним летом собаки ответственны за вспышку бешенства не больше, чем в любое из других.
Если, как было установлено, бешенство вызывается возбуждением из-за неудовлетворенного полового инстинкта взрослой собаки, то естественно, что июльская и августовская жара этому способствует.
Бронзовый век. Секретарь Северокитайского от-
деления Королевского азиатского общества Томас
Кингсмилл (Thomas W. Kingsmill)
утверждает, что в Китае и Японии бронза до сих пор используется для изготовления режущих инструментов: «Это факт, что в Китае и Японии бронзовые режущие
инструменты используются в середине железного века. В провинции Кантон у каждого школьника можно увидеть складной нож,
у которого корпус, пружина и лезвие сделаны из бронзы. Для создания режущей кромки в бронзовое
лезвие вделана тонкая стальная
пластинка. Однако встречаются и полностью бронзовые ножи,
Велосипеды стали очень модными — правда, ненадолго, 1868 г.
иногда украшенные медью».
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
119
Психология
120 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
ПСИХОЛОГИЯ
НАУКА ОБ
АНТИНАУЧНОМ
МЫШ ЕНИИ
Для того чтобы переубедить людей, сомневающихся
в изменении климата и эволюции, придется преодолеть
ряд укоренившихся когнитивных искажений
Дуглас Кенрик, Адам Коэн, Стивен Нойберг
и Роберт Чалдини
Illustration by Heads of State
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Научное мышление часто вызывает
неоднозначные реакции. Изобретение
летательных аппаратов тяжелее воздуха или смартфонов одобряется. А выводы, оспаривающие политические или
религиозные убеждения, могут вызвать
осуждение и протест.
w w w.sci-ru.org
Как сделать, чтобы люди уделили
должное внимание результатам научно
обоснованного исследования? Простого
перечисления фактов мало. Это может
дать даже обратный эффект, поскольку
иногда люди склонны отказываться от
принятия рациональных решений.
Мы часто используем простые решения, укрепляем существующие убеждения и поддаемся давлению участников различных групп, к которым принадлежим. Психологи, изучающие модели
мышления, разработали стратегии для
противодействия таким склонностям.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
121
Психология
принципе наука должна отличаться от шума, создаваемого мелкими спорами. Ведь ученые приходят к своим выводам, проверяя теории об устройстве реального мира. Рассмотрим, например,
дельфина. Из-за внешнего вида и места обитания это животное
считали рыбой. Но исходя из строения костей, отсутствия жабр
и наличия генов, характерных для наземных теплокровных животных, его можно уверенно отнести к млекопитающим.
Однако с фактами не всегда так легко соглашаются. Взгляните на ленту новостей. Государственные
структуры регулярно проводят политику, не учитывающую существующие уже несколько десятков лет доказательства изменения климата. Судя
по опросам общественного мнения, большинство американцев уже более века предпочитают
не принимать существование естественного отбора и эволюции. Интеллигенция пишет слово «наука» в кавычках, а представители общественности
публично отказываются прививать своих детей.
Научные открытия уже давно вызывают неоднозначную реакцию. Безлошадные экипажи или
последние модели смартфонов сразу встречают
на ура. Но так же быстро возникает и враждебность, если ученые бросают вызов существующим политическим или религиозным убеждениям. Некоторые британские священнослужители
решительно сопротивлялись теории эволюции путем естественного отбора, предложенной Чарлзом
Дарвином. Оксфордский епископ Сэмюэл Уилберфорс спрашивал сторонника естественного отбора Томаса Гексли, известного как «бульдог Дарвина», по какой линии его родословной Гексли ведет
свое происхождение от обезьяны.
Во времена Галилея представители Римско-католической церкви, хорошо образованные и прогрессивные во многих отношениях, возмущались, когда ученый эпохи Возрождения сообщал
об астрономических наблюдениях, ставивших под
сомнение существующие представления о Земле
как о центре Вселенной. Галилей был помещен под
домашний арест и вынужден отказаться от своих
взглядов как от еретических.
По идее, благодаря научному мышлению должны приниматься решения, учитывающие всю имеющуюся информацию по данному вопросу. Когда
ученые сталкиваются с аргументами, основанными не на логике и фактических данных, то обычно предполагают, что носители таких альтернативных взглядов либо незнакомы с фактами, либо
122 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
скрывают их по корыстным причинам: например,
табачные компании утаивают сведения о связи
употребления табака с раком легких. Столкнувшись с неразумными или предвзятыми оппонентами, ученые обычно становятся более резкими.
Они начинают излагать факты более громко и четко в надежде, что их собеседники примут более
обоснованные решения.
Однако, как показывают исследования, проведенные в разных областях, простое изложение
множества фактов не всегда повышает объективность принятия решений. На самом деле, иногда такой подход может иметь обратный эффект.
Люди — разумные существа, способные к великим
интеллектуальным достижениям. К сожалению,
мы не всегда рационально принимаем решения.
Для того чтобы понять, почему люди могут мыслить нерационально, требуется объединить знания из разных направлений психологии. Каждый
из авторов этой статьи изучает свою тему, касающуюся возникновения предвзятых взглядов. Один
из нас (Роберт Чалдини) специализируется на эвристике, он изучает правила, помогающие нам быстро принимать повседневные решения. Другой
автор (Дуглас Кенрик) исследует, как на наши решения влияют социальные мотивы, такие как желание найти себе пару или защитить себя от физических повреждений.
Еще один из нас (Адам Коэн) исследовал, как
на суждения влияют религиозные убеждения.
И, наконец, Стивен Нойберг изучал простые когнитивные искажения, из-за которых люди сохраняют свои прежние взгляды, несмотря на получение новой, опровергающей информации. Все мы,
каждый по-своему, пытались глубже разобраться
в психологических механизмах, искажающих рациональность.
Для того чтобы развеять ложные убеждения,
циркулирующие среди политиков, студентов
и даже дезинформированных соседей, крайне
важно объяснить, почему мышление ­сбивается
Психология
Марш в поддержку науки в ЛосАнджелесе, один
из многих проведенных в прошлом году с целью укрепить
поддержку научного сообщества и способствовать решению таких проблем,
как изменение климата. В ответ сторонники Трампа тоже сплотились.
SARAH MORRIS Getty Images
с ложного пути. Исследования, которые провели
мы сами и наши коллеги, позволили выявить ключевые препятствия, стоящие на пути ясного научного мышления. Мы изучали, почему такие препятствия возникают, как с ними можно бороться
и в итоге ликвидировать. Среди множества проблем особенно выделяются три.
Сокращение усилий. У человеческого мозга есть
простой способ борьбы с перегрузкой. Если мы перегружены или у нас слишком мало времени, мы
полагаемся на простые решения, такие как согласиться с мнением группы или поверить эксперту.
Предвзятость подтверждения. Даже когда
у нас достаточно времени и интереса и нет необходимости сокращать усилия, мы зачастую обрабатываем информацию не как беспристрастный судья, а как адвокат, работающий на мафию. У нас
появляется естественная склонность обращать
внимание на одни факты и игнорировать другие,
а все двусмысленности интерпретировать в пользу своих уже существующих убеждений.
Социальные цели. Даже если нам удастся преодолеть первые два препятствия, мощная социальная мотивация может помешать объективному
анализу имеющихся фактов. Независимо от предубеждений на вывод, который сделает человек, может повлиять желание завоевать определенное положение, не выделяться из толпы или даже привлечь партнера.
Остерегайтесь легкого пути
Для того чтобы понять науку, необходимо разобраться в некоторых сложных вопросах. Возьмем
дарвиновскую теорию естественного отбора. Для
ее понимания нужно осмыслить несколько логических предпосылок — то, что при ­ограниченности
w w w.sci-ru.org
ресурсов преимущество получают те, кто лучше
добывает еду, жилье и полового партнера, и таким
образом особенности, обеспечивающие эти навыки, с большей вероятностью передадутся следующему поколению. Чтобы разобраться в теории Дарвина, нужно иметь еще и некоторые знания по сравнительной анатомии (например, что
у китов скелет больше похож на человеческий, чем
на рыбий). Необходимо также знакомство с экологией, современной генетикой и палеонтологией.
Несмотря на то что теория естественного отбора относится к числу наиболее основательно подтвержденных научных теорий, среднестатистический гражданин не сумел целиком прочитать
учебник, содержащий эту информацию. На самом
деле даже многие из тех, у кого есть ученая степень
в области естественных наук или медицины, никогда не проходили курса по эволюционной биологии. Поэтому большинство из нас, столкнувшись
с такими вопросами, полагаются на упрощения
или мнения значимых людей, а обе эти стратегии
могут привести к заблуждению. Иногда люди действуют на свой страх и риск и предпочитают доверяться собственным интуиции или чутью.
Мы используем простые решения, потому что часто они оказываются эффективны. Если компьютер неисправен, можно потратить месяцы на изучение его деталей и их соединений — или же позвать компьютерного мастера. Если у ребенка
возникают серьезные проблемы со здоровьем, родители могут заняться чтением медицинской литературы — либо обратиться к врачу.
Но иногда простые решения помогают плохо.
Рассмотрим классическое исследование, которое
провел в 1966 г. психиатр Чарлз Хофлинг (Charles
Hof ling). Он показал, какими ­неприятностями
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
123
Психология
ОБ АВТОРАХ
Дуглас Кенрик (Douglas T. Kenrick) — профессор психологии в Университете штата
Аризона, изучавший разные формы поведения, начиная от альтруизма и заканчивая гомицидальными фантазиями.
Стивен Нойберг (Steven L. Neuberg) —
профессор и глава факультета психологии в Университете штата Аризона, анализирует стереотипы, предрассудки
и влияние религии на конфликты.
­ ожет закончиться доверие авторитету врача.
м
В ходе исследования медсестрам, работающим
в загруженном больничном отделении, позвонил
мужчина, назвавшийся врачом пациента с этого этажа. Незнакомец по телефону просил дежурных медсестер сходить к аптечке, взять незнакомое им лекарство под названием астротен и ввести
пациенту в дозе, в два раза превышающей максимальную, нарушив тем самом не только указания,
крупно напечатанные на упаковке, но и больничные правила об обязательности рукописных рецептов. Отказались ли медсестры? Нет, 98% повиновались незнакомому «доктору», не задавая никаких вопросов. Они были остановлены на пути
к палате пациента с потенциально опасным лекарством в руках. Медсестры приняли простое решение, слишком легко подчинившись человеку, занимающему ответственное положение.
Предвзятость подтверждения
Если мы достаточно интересуемся вопросом
и у нас есть время об этом подумать, мы не принимаем простое решение, а переходим к системному анализу имеющихся фактов. Но даже когда
мы стараемся сохранить объективность, нам могут мешать уже имеющиеся знания.
Множество данных свидетельствуют о том, что
люди избирательно уделяют внимание тем аргументам, которые подкрепляют их собственную
точку зрения. Несогласие им неприятно, и они
склонны не любить сторонников позиции, противоречащей их нынешним убеждениям. Но что происходит, если интеллигентные люди вынуждены
рассматривать доказательства обеих сторон?
В 1979 г. Чарлз Лорд (Charles Lord), работавший
тогда в Стэнфордском университете, вместе с коллегами провел исследование с участием студентов, которые должны были быть способны к разумным суждениям о научных данных. Студентам
несколько раз предъявляли научную информацию
об отмене смертной казни. Сначала они получали возможность прочесть описание исследования,
124 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Адам Коэн (Adam B. Cohen) — профессор психологии в Университете штата
Аризона, исследует психологические
основы религиозных убеждений.
Роберт Чалдини (Robert B. Cialdini) — почетный профессор психологии и маркетинга в Университете штата Аризона, изучает причины, по которым люди выполняют чьи-то просьбы в повседневной жизни.
в котором обсуждалось, предотвращает ли существование смертной казни серьезные преступления. Там сравнивали количество убийств за год
до и после введения смертной казни в 14 штатах.
В 11 штатах после того, как была введена смертная
казнь, уровень убийств вырос, что означает отсутствие сдерживающего эффекта.
Затем студенты услышали аргументы других
ученых о том, что данные, полученные в этом исследовании, могут быть неубедительны. Потом
первые ученые выступили с контраргументами.
А затем студенты услышали о другом исследовании, которое вроде бы дало противоположные результаты: по его данным, смертная казнь заставляла других отказаться от совершения преступления. В этой работе сравнивали уровень убийств
в десяти парах соседних штатов, где различались
законы о смертной казни. В восьми парах штатов
уровень убийств был ниже там, где допускалась
смертная казнь, что свидетельствовало в ее пользу. Затем студенты услышали, что доказательства
не так уж однозначны, и вновь появились контраргументы в ответ на эту критику.
Если первоначально у студентов было сильное
убеждение за или против, а затем они провели холодную, рациональную оценку фактов, то, услышав смесь доказательств за и против смертной
казни, вероятно, они должны были бы теперь тяготеть к промежуточной точке зрения. Но этого
не произошло. Те студенты, которые раньше были
за смертную казнь, укрепились в своем мнении,
а противники стали еще сильнее против. Очевидно, что студенты в обоих случаях не обрабатывали
информацию объективно. Они верили, что доказательства, подтверждающие их позицию, более убедительны, а опровергающие — менее. Так что даже
если контраргументы пробьются к нашему сознанию, мы будем склонны оценивать их предвзято.
Выводы, полученные в этой работе, были позже подтверждены в исследовании, которое провели Энтони Уошберн (Anthony Washburn) и Линда Скитка (Linda Skitka) из Иллинойсского
Психология
­ ниверситета в Чикаго. Ученые проверяли теоу
рию, что консерваторы с б льшим недоверием относятся к научным доказательствам, чем либералы, вероятно потому, что для них характерны
негибкое мышление и меньшая открытость для
нового опыта. Однако оказалось, что и правые
и левые отвергают научные открытия, не соответствующие их политической идеологии. Авторы предоставили 1347 участникам исследования
научные доказательства по шести актуальным вопросам — изменения климата, контроль над оружием, реформа здравоохранения, иммиграция,
ядерная энергетика и однополые браки. При поверхностном взгляде на данные из научных исследований создавалось впечатление о правоте одной из сторон: например, абсолютное количество
преступлений в городах с более жестким контролем над оружием могло быть выше, чем в городах,
где этого нет. Но при более внимательном изучении оказывалось, что данные свидетельствовали в пользу противоположной точки зрения: процентное сокращение преступности в тех же городах могло быть больше, чем в городах, где не было
законов о контроле над оружием.
Если первоначальный поспешный просмотр
данных соответствовал ожиданиям противников закона о контроле над оружием, они обычно
не всматривались внимательнее, довольствуясь
результатами, подтверждающими их предвзятое
мнение. Если результаты не соответствовали ожиданиям сторонников оружия, они более тщательно вглядывались в детали, пока не обнаруживали
статистику, указывающую на противоположный
вывод. Кроме того, если исследователи потом говорили, что результаты свидетельствуют в пользу противоположной стороны, участники были
склонны скептически относиться к ученым, проводившим работу.
Социальное давление
Дополнительные препятствия возникают из-за
мощных социальных механизмов, помогающих
нам ладить с окружающими. Представим себе корпоративную вечеринку, на которой коллеги одного
из сотрудников озвучивают ошибочные утверждения об эволюции, глобальном потеплении или доказательства связи прививок с аутизмом. Оказавшись в такой ситуации, будет ли он протестовать
или промолчит, чтобы не выделяться?
Психологи начали исследовать конформизм уже
давно. В классическом исследовании групповой
динамики, проведенном в 1951 г., Стэнли Шехтер
(Stanley Schachter) наблюдал, что происходит с человеком, который не соглашается с мнением большинства. После безуспешных попыток изменить
его мнение другие участники группы прекратили любое дальнейшее общение, отвергнув несогласного. В 2003 г. с помощью ­функциональной
w w w.sci-ru.org
­м агнитно-резонансной томографии Киплинг
­ ильямс (Kipling Williams) из Университета Пердью
У
вместе с коллегами показал, что при социальном
отвержении активируется дорсальная часть передней поясной коры — эта же область задействована при физической боли. В 2005 г. исследователи под руководством профессора нейроэкономики
из Университета Эмори Грегори Бернса (Gregory
Berns) обнаружили, что несогласие со своей группой связано с повышением активности в миндалине — области мозга, включающейся в ответ на разные типы стресса. Эмоционально тяжело сохранять свое мнение, если оно отличается от мнения
остальных участников группы, даже когда оно правильное. Поэтому неудивительно, что люди часто
неохотно принимают доказательства, противоречащие убеждениям, принятым в их группе.
Социальное давление может повлиять и на то,
как мы обрабатываем новую информацию. Единодушное мнение группы способно побудить нас
принять простое решение или упорно держаться
за определенную точку зрения, и все это помешает
объективному мышлению.
Даже если множество
препятствий мешают
объективному мышлению,
это не значит, что
невежество и предвзятость
всегда побеждают.
Социальная психология
предлагает множество
способов решения проблемы
В работе, которую провела наша собственная исследовательская группа, участники должны были
судить о красоте серии абстрактных картин и узоров, а затем читать текст, который должен был вызвать у них либо романтическое настроение, либо
стремление к самозащите. В последнем случае вас
просили представить себе, что вы дома в одиночестве и проснулись от громкого звука. По мере развития событий становится ясно, что в дом проник
злоумышленник. Вы представляете себе, что тянетесь к телефону, но выясняется, что он отключен.
Попытка позвать на помощь остается без ответа.
Внезапно дверь в спальню распахивается и виден
темный силуэт стоящего на пороге незнакомца.
Либо же вы случайно попали в число тех, кто
должен представить себе романтическую встречу. Вас просят вообразить, что во время отдыха
вы встречаетесь с привлекательным человеком,
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
125
Психология
­ омантично проводите с ним день и все заканчир
вается страстным поцелуем. Затем вам предлагают зайти в виртуальную комнату и присоединиться к трем другим участникам, чтобы оценить абстрактные изображения, и среди них то, которое
вы уже раньше оценили как среднеинтересное. Однако прежде чем оценить его повторно, вы узнаете, что другие участники дали этому изображению
значительно более низкую оценку.
Итак, изменили ли участники свое первоначальное мнение, чтобы соответствовать окружающим?
Реакция людей зависела от их целей. Те участники, кто читал сценарий про проникновение
со взломом, чаще соглашались с суждением группы. Те же, кому досталась любовная история, отвечали в зависимости от пола: женщины проявляли
конформизм, а мужчины чаще шли против суждения группы.
В других наших исследованиях выяснилось, что
страх побуждает и мужчин и женщин соглашаться с мнением группы, тогда как половая мотивация может вызвать у мужчин желание выделиться из группы — вероятно, чтобы показать себя
достойным партнером. В таком настроении мужчины чаще идут против мнения большинства
и рискованность их действий повышается. Однако
во всех случаях взгляды участников нашего исследования зависели от их социальных целей на данный момент. Люди не обрабатывали доступную им
информацию непредвзято.
Что делать
Если в человеческий разум встроено такое количество препятствий для объективного научного
мышления, следует ли нам просто сдаться и признать, что невежество и предвзятость всегда побеждают? Вовсе нет. Исследования в области социальной психологии показывают, как преодолеть
упрощенное мышление, предвзятость и социальное давление.
Мы увидели, что люди часто полагаются
на упрощенное мышление, когда у них недостаточно времени или интереса для тщательного изучения доказательств. Но эту проблему несложно преодолеть. В эксперименте, который провели
специалисты по исследованию рынка Джозеф Альба (Joseph Alba) и Говард Марморштейн (Howard
Marmorstein), участники осмысляли информацию
о десятке разных особенностей двух фотокамер.
Бренд A превосходил бренд B только по четырем
параметрам, но это были особенности, значимые
для работы камеры, например точность экспозиции. Бренд B был лучше по восьми параметрам,
но все они были относительно неважны, например
наличие плечевого ремня. Некоторые участники
могли исследовать каждый параметр не более двух
секунд, у других же было больше времени для изучения всей информации.
126 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Когда для оценки каждого параметра давалось
по две секунды, всего несколько человек (17%) выбрали камеру лучшего качества, большинство же
предпочли ту, у которой больше незначимых функций. Однако когда людям предоставили достаточно времени и позволили напрямую сравнить две
камеры, две трети выбрали камеру, у которой ключевые особенности были лучше. Эти результаты
показывают, что при получении сложной информации нужно больше времени, чтобы переключиться с упрощенного мышления на то, которое
обеспечит правильную оценку.
Предвзятость подтверждения обычно можно
преодолеть, если изменить угол зрения. Те же ученые, которые исследовали отношение к смертной
казни, изучали и то, как это можно изменить. Некоторых студентов они просили сохранять объективность и беспристрастно оценивать доказательства, принимая решение о допустимости
смертной казни. Эта просьба никак не помогла.
Других студентов просили выступить в роли адвоката дьявола, подумав, каково было бы их мнение,
если бы результаты исследования об эффективности смертной казни противоречили их взглядам.
Предвзятость внезапно исчезла, студенты больше
не использовали все новые данные для подтверждения своих убеждений.
Один из способов противостоять социальному давлению — разобраться, действительно ли
внутри группы существует единое мнение. Те,
кто не согласен с ошибочным мнением, иногда
могут вернуть здравое мышление остальным.
В 1955 г. в Scientific American была опубликована
статья, в которой социальный психолог Соломон
Аш (Solomon Asch) описывал исследование конформизма, где обнаружилось, что если хотя бы
один участник группы не согласен с остальными,
то единодушие нарушается. Также и в знаменитом
эксперименте Стэнли Милгрэма (Stanley Milgram),
где участники думали, что подвергают человека с нездоровым сердцем болезненным ударам током, слепое послушание рассеивалось, если другой
член группы решал не подчиняться.
Страх усиливает склонность к конформизму.
Если вы хотите убедить других людей сократить
выбросы углекислого газа, задумайтесь, кого вы
пугаете: сообщение, вызывающее страх перед
мрачным будущим, достигнет цели, если аудитория считает изменения климата реальностью, но,
вероятно, вызовет обратный эффект у скептически
настроенных слушателей.
Мы привели несколько простых советов для преодоления психологических препятствий на пути
к научному мышлению. Существует большое количество литературы про убеждение и социальное
влияние, которая может быть весьма полезна для
тех, кто пытается общаться с группой людей, чьи
взгляды противоречат научным данным. В свою
Психология
очередь, ученым нужно использовать более упорядоченный подход для получения информации
об эффективности различных стратегий борьбы
с антинаучным мышлением в конкретных областях. Важно понять, почему человек не воспринимает четкие доказательства — из-за упрощенного
мышления, предвзятости или тут есть конкретные
социальные причины.
Разобраться в этом важно, поскольку антинаучные убеждения могут приводить к сокращению
финансирования исследований и, как следствие,
к невозможности полностью понять потенциально важные явления, влияющие на качество жизни
населения. В последние десятилетия сократилось
государственное финансирование исследований
последствий хранения оружия и снижения вреда от загрязнения воздуха. Хранящееся дома оружие часто используется подростками при суициде, и подавляющее большинство научных данных
свидетельствуют о необходимости немедленного
введения мер в связи с глобальным потеплением.
Легко ощутить свою беспомощность, столкнувшись с нежеланием принимать новые научные открытия. Но есть и некоторые причины для оптимизма: большинство соотечественников Галилея
и даже папа римский сейчас признают, что наша
w w w.sci-ru.org
планета вращается вокруг Солнца, а большинство соотечественников Дарвина поддерживают
теорию эволюции. Более того, директор Англиканской церкви по связям с общественностью выступил с заявлением в поддержку Дарвина по случаю
200‑летия со дня его рождения. Если ученые смогут использовать знания о психологических препятствиях к рациональному мышлению, больше
людей примут объективные данные о реальном
устройстве мира.
Перевод: М.С. Багоцкая
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Чалдини Р. Психология влияния. М.: Эксмо, 2017.
Кенрик Д., Гришкевичус В. Рациональное животное. Как
эволюция повлияла на развитие мозга. СПб.: Питер, 2017.
Нисбетт Р. Мозгоускорители: как научиться эффективно
мыслить, используя приемы из разных наук. М.: А льпина
Паблишер, 2017.
Attitude Roots and Jiu Jitsu Persuasion: Understanding and Overcoming the Motivated Rejection of Science. Matthew J. Hornsey and
Kelly S. Fielding in American Psychologist, Vol. 72, No. 5, pages
459–473; July–August 2017.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
127
Психическое здоровье
128 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Психическое здоровье
Профилактика
ПСИХИЧ ЕСКОЕ ЗДОРОВЬЕ
суицидов
Illustration by Brian Stauffer
Социологи находят новые способы
предотвращения самоубийств
Лидия Дэнуорт
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
129
Психическое здоровье
ОБ АВТОРЕ
Лидия Дэнуорт (Lydia Denworth) живет в Бруклине и занимается
­популяризацией науки. Она автор книги «Я слышу твой шепот: глубокое погружение в науку о звуке и языке» (I Can Hear You Whisper: An
Intimate Journey through the Science of Sound and Language, 2014). Сейчас
она работает над книгой об исследовании дружеских отношений.
олчаса и карточка для записей. Это все, что нужно клиническому психологу Крейгу Брайану (Craig Bryan), чтобы составить
план действий в кризисной ситуации для солдата, совершившего попытку самоубийства. «Расскажите мне о том дне, когда вы
попытались покончить с собой», — просит Брайан. Затем он слушает и задает вопрос, предназначенный для укрепления доверия и выявления тревожных признаков: «Как вы определяете,
что у вас стресс?» Затем следуют составление плана и определение способов саморегуляции, например физических упражнений. Еще Брайан спрашивает, зачем
стоит жить. «Что есть хорошего в вашей жизни, даже когда все плохо?» И, наконец,
солдат записывает на карточке элементы «сети безопасности» — список экстренных
служб: горячая линия, терапевт, 911 и скорая помощь.
Такой простой подход имеет несколько отличий
от традиционных способов помощи. Он фокусируется именно на суицидальных мыслях и поведении, а не на симптомах депрессии, посттравматического стрессового расстройства или других психологических отклонений. При этом людям дают
варианты того, что можно сделать, а не говорят,
чего нельзя, как было раньше, с начала 1970‑х гг.,
когда заключали договор, что человек обещает
не навредить себе. Новый способ более быстрый
и не требует работы профессионала. А самое главное — он работает. В прошлом году Брайан с коллегами сообщили, что в группе из 97 солдат с суицидальными мыслями и поведением те люди, кому
помогли составить план действий в ­к ризисной
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В период с 1999 по 2016 г. уровень самоубийств в США увеличился на 28%, сильнее всего это коснулось людей среднего возраста, девочек 10–14 лет и ветеранов.
Органы власти и психологи, работающие над проблемой самоубийств, обращают все большее внимание на этот
рост.
В области профилактики самоубийств появляются новые
идеи и технологии.
130 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
­ итуации, в течение последующих шести месяцев
с
пытались совершить самоубийство на 76% реже
по сравнению с теми, кто получал другое лечение.
Такой хороший результат удивил даже Брайана,
работающего исполнительным директором в Национальном центре изучения ветеранов Университета Юты. Однако это лишь подтвердило то, о чем
он уже знал. «Сейчас подход к профилактике самоубийств меняется, — говорит Брайан. — Стремительно растет число исследований, которые ставят под сомнение многие старые представления
о самоубийстве, встречавшиеся не только у ученых, но и у медиков и общественности».
Десятилетиями самоубийства не обсуждали публично, это считалось позорным. Когда-то это
было преступлением, некоторые религии и по сей
день считают это грехом. Даже те, кто знал, что суицидальные мысли и поведение вызываются психическим или неврологическим расстройством,
избегали обсуждения явления или неправильно
его понимали. Больницы и школы неохотно проводили профилактические проверки, при тестировании лекарств не брали суицидальных пациентов, а исследования данной темы не получали финансовой поддержки. Те немногие ученые и врачи,
кто занимался этой темой, почти не продвигались
вперед.
Психическое здоровье
Тем временем уровень самоубийств рос. В США
с 1999 по 2016 г. показатель увеличился на 28%.
Наиболее сильный рост наблюдался в определенных группах: среди мужчин и женщин среднего
возраста уровень самоубийств увеличился на 64%
и 40% соответственно. У девочек 10–14 лет показатель вырос более чем втрое, хотя он по-прежнему
очень низок. С 2001 г. выросла и вероятность самоубийств среди ветеранов — сейчас они сводят счеты с жизнью на 20% чаще, чем гражданские лица.
В 2016 г. из-за суицида умерло почти 45 тыс. американцев, среди причин смерти он на десятом месте. На каждого покончившего с собой приходится примерно 300, размышлявших о такой возможности.
В итоге самоубийства стали слишком острой
проблемой, которую уже нельзя игнорировать,
а рост их числа среди военных послужил веской
причиной для принятия мер. Министерство обороны США, Министерство по делам ветеранов США
и Национальный институт психического здоровья
прилагают активные усилия для улучшения ситуации, а новое поколение специалистов-суицидологов пытается вытащить проблему на поверхность
и сместить акцент на сохранение жизни людей.
Это означает бороться напрямую с самоубийством
и признать, что старые диагностические стратегии и методы лечения неэффективны на всех этапах — от появления первых тревожных сигналов
до финальной попытки свести счеты с жизнью.
Такой подход ученых вместе с новейшими технологиями начинает давать обнадеживающие результаты. Число разнообразных работ растет —
начиная с низкотехнологичных подходов, таких как список экстренных служб, и заканчивая
алгоритмами машинного обучения для анализа медицинских записей и особенностей мышления пациентов. Возможно, мы, наконец, заставим
кривую, отражающую уровень самоубийств, поползти вниз. Остаются еще значительные сложности — надо превращать идеи в практические
меры, оценивать их эффективность и привлекать
медработников к внедрению. По словам Джошуа
Гордона (Joshua Gordon), занявшего пост директора Национального института психического здоровья в 2016 г. и сразу же объявившего суицид одной
из трех приоритетных для него тем, «теперь у нас
впервые есть научная основа, чтобы выявлять людей, находящихся в группе риска, и вмешиваться
для его снижения. Я надеюсь, что нам удастся чтото изменить».
Определение риска
Чувство самосохранения у человека развито очень
сильно. Что же заставляет людей размышлять
о том, чтобы причинить себе вред? Теории о суициде всегда говорили о сочетании социальной
изоляции, непреодолимой боли (в первую ­очередь
w w w.sci-ru.org
психологической) и безнадежности. Пока нет единодушного согласия по поводу «приобретенной
способности» — понятия, которое в 2005 г. ввел Томас Джойнер (Thomas Joiner), специалист по клинической психологии из Университета штата
Флорида. Согласно этой концепции, для осуществления суицидальных намерений требуется преодолеть естественное отвращение к повреждениям и смерти, а на это способен не каждый человек.
Концепция привела к появлению новых теорий,
в которых мысли отделяются от действий. Согласно трехступенчатой теории, которую предложили Дэвид Клонски (David Klonsky) из Университета
Британской Колумбии и Алексис Мэй (Alexis May)
из Университета Юты, для того чтобы самоубийство стало возможным, должны сочетаться склонность (например, особенности личности), опыт
(например, участие в боевых действиях) и возможность (например, доступ к огнестрельному оружию).
Однако даже лучшие теории пока еще не позволяют точно предсказать, кто именно попытается
совершить самоубийство. В 2016 г. был проведен
анализ исследований предыдущих десятилетий,
в которых выявлялись факторы риска, и оказалось, что предсказательная способность за последние 50 лет не улучшилась. «Врачи определяют, кто
находится в группе риска, не точнее, чем подброшенная монетка», — говорит основной автор анализа Мэттью Нок (Matthew Nock), клинический
психолог Гарвардского университета, получивший
в 2011 г. стипендию Мак-Артура за новаторские исследования проблемы самоубийств.
Например, депрессия всегда занимала одно
из первых мест в списке тревожных признаков, однако анализ Нока показал, что сам по себе факт депрессии неэффективен для прогнозирования, как
и большинство других традиционно рассматриваемых факторов. Хотя многие из тех, кто пытается
покончить с собой, страдают от депрессии, гораздо больше людей, у кого она есть, но нет попыток
суицида. «Самоубийство встречается при любых
диагнозах, поэтому они не так уж много значат, —
говорит Брайан. — Многие годы у нас на этот счет
были перевернутые представления. Суицид — это
не симптом психического заболевания. Зачастую
психическое заболевание служит проявлением тех
особенностей, которые приводят к самоубийству».
Для того чтобы более точно выявить эти особенности, некоторые исследовательские группы, и команда Нока в их числе, используют машинное обучение при обработке электронных медицинских
записей, это одно из множества перспективных
направлений, которые они разрабатывают. Компьютер одновременно проверяет тысячи возможных факторов риска, таких как возраст, раса, лекарства, количество госпитализаций и амбулаторных посещений, наличие диагнозов «шизофрения»
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
131
Психическое здоровье
или «аффективное расстройство» и может учиться делать значительно более точные предсказания, чем те, которые делают люди. В исследовании
2017 г. Колин Уолш (Colin Walsh), специалист по обработке и анализу данных из Университета Вандербильта, вместе с Джессикой Рибейро (Jessica
Ribeiro) и бывшим сотрудником Нока Джозефом
Франклином (Joseph Franklin) из Университета
штата Флорида использовали данный подход для
обработки большого количества записей. В их исследовании было 3,2 тыс. пациентов, пытавшихся
покончить с собой, и 1,9 тыс. не пытавшихся (контрольная группа).
Их подход позволил с точностью 80–90% определять, кто впоследствии совершит попытку самоубийства в течение двух лет, и с точностью 92% —
кто попытается это сделать в течение недели. Однако система часто ложно срабатывает, ошибочно
помечая наличие высокого риска. Исследователи работают над тем, чтобы увеличить точность
и провести широкомасштабную проверку. «Идея
заключается в том, чтобы была программа, которая на основе медицинских записей оценивает
уровень риска», — говорит Нок.
Для того чтобы в течение
длительных периодов
отслеживать суицидальные
мысли, начинают
использовать смартфоны
Нок исследовал также новые биологические или
поведенческие признаки, позволяющие оценивать риск, когда пациенты не могут или не хотят
сообщать о суицидальных мыслях. Разработанный в его лаборатории четырехминутный тест
на скрытые ассоциации отлично показывает, что
именно люди думают о самоубийстве независимо от того, что они говорят. В этом тесте сначала слова «смерть» и «я» возникают с одной стороны экрана, а «жизнь» и «не я» с другой. Затем слова,
относящиеся к любой из этих категорий, по одному возникают в центре экрана — «мертвый», «они»,
«выживший», «я». Участники должны нажимать
одну клавишу, если новое слово относится к группе
слов слева, и другую, если оно принадлежит группе справа. Затем принцип организации пар меняется, и теперь «жизнь» оказывается вместе с «я»,
а «смерть» объединяется с «не я». Те люди, кто быстрее отвечает, если «смерть» и «я» высвечиваются вместе, примерно в три раза вероятнее попытаются покончить с собой в последующие шесть месяцев. Это открытие впервые было опубликовано
в 2010 г. и с тех пор многократно подтверждалось
на тысячах участников.
132 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Недавно Нок начал более масштабное исследование в отделении скорой помощи в Массачусетской
больнице общего профиля в Бостоне, в этой работе сочетают тест на скрытые ассоциации, компьютерный анализ медицинских записей, который
использовал Уолш с коллегами, заполнение пациентом опросника на известные факторы риска
и анализ крови для поиска генетических маркеров. «В последние годы и здесь и там мы получали
некоторые обнадеживающие результаты, — говорит Нок. — А что если анализировать их все вместе, как это делается для сердечно-сосудистых заболеваний? Вы приходите к врачу, и на основании
вашего роста, веса, возраста и уровня холестерина вам говорят, какова вероятность, что в следующем году у вас случится сердечный приступ. Сможем ли мы сделать что-то похожее для оценки риска самоубийства?»
Результаты других исследований не менее интересны, хотя пока еще далеки от внедрения в практику. Тест на скрытые ассоциации привлек внимание Марселя Джаста (Marcel Just), специалиста
по когнитивной нейробиологии из Университета
Карнеги — Меллона. Джаст использует функциональную магниторезонансную томографию (фМРТ)
и машинное обучение для выявления активности
мозга, отражающей определенные мысли. Например, если человеку, помещенному в сканер, показать слово «судьи», с помощью предлагаемого метода можно определить, думает ли он о группе людей, следящих за соблюдением правил, или о тех,
кто в зале суда пытается оценить представленные доказательства. Нок, Джаст и психиатр Дэвид
Брент (David Brent) из Питтсбургского университета вместе с коллегами в 2017 г. опубликовали статью в журнале Nature Human Behaviour, где сообщили, что с помощью предложенного Джастом нейросемантического метода можно увидеть, как мозг
некоторых суицидально настроенных людей поособенному реагирует на позитивные и негативные
слова, связанные с жизнью и смертью. В 91% случаев по активности мозга можно было правильно
отличить тех 17 человек, которые думали о самоубийстве от тех 17, которые не думали. Сейчас Джаст
хочет повторить исследование, чтобы понять, можно ли использовать электроэнцефалографию — более дешевый метод, позволяющий регистрировать
электрическую активность мозга. Эта работа пока
еще находится на самой ранней стадии.
К счастью, есть более доступные, чем фМРТ,
технологии — вроде смартфонов, и их начинают использовать для отслеживания суицидальных мыслей в периоды повышенного риска. «Люди из группы высокого риска могут реагировать на стрессовые ситуации сильнее, чем
остальные, но мы не всегда способны воспроизвести такой стресс в лаборатории», — говорит Эван
Клейман (Evan Kleiman), научный ­сотрудник
Тревожный
рост
Процент самоубийств
по сравнению с 1999 г.
возрос, хотя ранее, с 1986
по 1999 г., наблюдалось
последовательное снижение. В целом, по статистическим данным,
собранным Центрами
по контролю и профилактике заболеваний, с 1999
по 2016 г. смертность
от самоубийств выросла на 28% (черная линия).
В последние годы процент самоубийств особенно увеличился среди
подростков, молодежи
и людей среднего возраста. (Нижняя часть графика показана справа в увеличенном виде, чтобы был
четче виден рост.)
Число смертей от суицида
на каждые 100 тыс. человек
Психическое здоровье
Возрастные
группы
85+
14
60
12
50
10
40
8
30
6
75–84
65–74
20
55–64
4
45–54
35–44
10
2
25–34
SOURCE: CENTERS FOR DISEASE CONTROL AND PREVENTION; Graphic by Amanda Montañez
Мужчины (пунктирная линия)
Женщины (сплошная линия)
15–24
5–14
0
0
2000
2005
из лаборатории Нока. Исследователи экспериментируют со способами отслеживания эмоциональных и физиологических изменений у пациентов. Существуют приложения для смартфонов,
которые с помощью браслета с биосенсорами оценивают электропроводность кожи, температуру
и сердечный ритм. Если пациент дома ссорится
с партнером, врачи сразу узнают о появлении дополнительного стресса. Данные технологии рассчитаны на то, что врачам нужно оценивать риск
на протяжении нескольких часов, дней, или недель, но не месяцев или лет. Браслеты, подобные
тем, что используются для фитнеса, сейчас тестируются в больницах на подростках и взрослых пациентах, и, хотя результаты еще не получены, исследователи думают, что у этой технологии есть
большие перспективы.
Задавая вопрос
Профилактический подход подразумевает, что человек с суицидальными мыслями или поведением должен получить определенную помощь. К сожалению, большинство ее не получают. Примерно
половина всех самоубийц посещали медицинские
учреждения в месяц перед смертью (не обязательно из-за риска суицида). Однако лишь немногие
специалисты в области психического здоровья получили во время учебы соответствующую подготовку для оценки риска суицида и своевременного
вмешательства. Кроме того, в большинстве отделений неотложной помощи, как правило, нет доступа к основным источникам информации о психическом здоровье.
w w w.sci-ru.org
Любой пол и возраст
(стандартизировано
по возрасту)
2010
2015
2000
2005
2010
2015
Ситуация меняется. Все чаще говорится, что для
предотвращения самоубийства надо задать вопрос. Чтобы бороться с суицидом напрямую, мы
должны спросить о нем напрямую. (Такой вопрос
не вызывает мыслей о самоубийстве.) В феврале
2016 г. организация, которая аккредитует больницы, порекомендовала оценивать риск суицида
у всех пациентов. Это был хороший шаг, но не все
учреждения знали, как на это реагировать. «Люди
начали выкручиваться и придумывать свои собственные вопросы, — говорит Лиза Горовиц (Lisa
Horowitz), детский психолог из Национального института психического здоровья. — Либо они выясняли недостаточно, либо слишком много и перегружали того, у кого и так уже было мало сил». Поэтому сейчас прилагаются усилия для того чтобы
организовать надлежащее обследование и адекватную дальнейшую помощь. В 2017 г. ученые
из разных концов США сообщили о результатах
финансируемого Национальным институтом психического здоровья исследования, в котором оценивали эффективность скрининга в восьми отделениях скорой помощи. Сам по себе скрининг
не влияет на последующие попытки суицида,
но в сочетании с соответствующей помощью уровень самоубийств в группе повышенного риска
удалось снизить на 5% — это небольшой, но значимый результат.
Сейчас Горовиц пытается создать в большинстве больниц быстрый способ проверки специально для молодых людей в возрасте 10–24 лет.
Методика называется ASQ (Ask Suicide-Screening
Questions, «Вопросы для выявления суицида»)
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
133
Психическое здоровье
и ­начинается с ­вопроса «Появлялось ли у вас в последние несколько недель желание умереть?» Горовиц все еще обрабатывает данные по десяткам
тысяч детей, принявших участие в исследовании,
но она воодушевлена: «Люди боялись, что таким
образом мы откроем ящик Пандоры, но мы обнаружили, что так можно выявлять и контролировать риск». Еще один поразительный результат:
когда детей спрашивали, хотят ли они, чтобы их
спросили о вероятности самоубийства, 95% ответили «да».
У тех, кто не был в медицинских учреждениях,
можно найти тревожные симптомы с помощью
социальных сетей. Брайан с коллегами изучили
активность в социальных сетях 315 военнослужащих, умерших в результате самоубийства или
по другим причинам. Ученые искали отличия в со-
В исследовании,
опубликованном в 2017 г.
в журнале American
Journal of Psychiatry,
показано, что низкие
дозы кетамина, средства,
используемого для наркоза,
не более чем за сутки
значительно сокращали
мысли о самоубийстве,
а это намного быстрее, чем
при использовании других
антидепрессантов
держании записей, сделанных в течение 12 месяцев перед смертью, например упоминания сложностей в отношениях или с деньгами, суицидальных мыслей или поведения, проблем со здоровьем
или гневом. Они искали закономерности, позволяющие четко отличить тех, кто покончил с собой,
от тех, кто нет. В ходе исследования выяснилось,
что эмоциональная жизнь солдат в течение такого периода чрезвычайно изменчива. «Когда люди
убивают себя, в период, предшествующий смерти,
у них есть хорошие и плохие дни, — говорит Брайан. — Это неупорядоченно». Раньше такие взлеты
и падения рассматривались как «шум», но поняв,
что там содержится критически важная информация и колебания были признаком, а не «шумом»,
команда Брайана смогла определить, когда люди
скорее всего совершат самоубийство.
134 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Сейчас они работают над тем, чтобы использовать это для прогнозирования. За пределами медицинских учреждений анализ социальных сетей может обрести большое значение, если друзья
и родственники знают, на что обращать внимание. Но некоторые врачи могут изучать записи, находящиеся в открытом доступе, и делают это. Кроме того, Брайан уже применил тот же способ анализа для оценки состояния пациентов от встречи
к встрече и обнаружил, что таким образом можно
лучше отслеживать состояние пациента.
Вполне очевидный способ уменьшить число самоубийств — просто лишить людей такой возможности. Те, кому помешали, не обязательно повторят попытку, девять из десяти будут жить дальше.
После многолетних споров по поводу затрат и результатов, кампания за такое «ограничение возможностей» наконец дала видимые результаты.
В 2015 г. в журнале Lancet Psychiatry было опубликовано сообщение, что размещение страховочной
сетки в местах, где часто совершаются самоубийства, снизило уровень смертности на 58% (среднее
значение изменилось с 5,8 до 2,4 в год). В декабре
временные сетки ограждения высотой 3,3 м были
установлены над перилами моста Джорджа Вашингтона, который пересекает реку Гудзон, соединяя город Нью-Йорк и штат Нью-Джерси. В 2017 г.
там покончили с собой 15 человек и попытались
еще 68. После реставрации там установят постоянное ограждение. С того момента, как в 1937 г.
открылся мост Золотые ворота в Сан-Франциско,
с него навстречу смерти спрыгнуло более 1,7 тыс.
человек. Там создается сетка из нержавеющей стали, которая будет выступать за пределы пешеходных дорожек. В 2012 г. внутри Библиотеки Элмера Холмса Бобста Нью-Йоркского университета
были установлены перфорированные металлические стенки после того, как там спрыгнули с высоты и разбились три студента.
Еще больше смертей можно предотвратить, если
сделать менее доступным огнестрельное оружие.
Примерно половина попыток суицида осуществляется с его помощью, из них более 80% приводят к смерти. Согласно исследованию, опубликованному в 2004 г. в журнале American Journal of
Epidemiology, наличие оружия дома связано с повышенным риском самоубийства. Но изъятие огнестрельного оружия как способ профилактики
самоубийств тесно связано с такой политически
острой темой, как контроль над оружием, поэтому
в этом направлении быстрых изменений не ожидается.
Лечение, которое работает
Более точные прогнозы и правильные вопросы,
и даже способы сорвать попытку самоубийства
помогают, только если медики могут начать лечение, чтобы избавить пациента от ­с уицидальных
Психическое здоровье
­ ыслей и поведения и восстановить качество
м
жизни. Диалектическая поведенческая терапия
(ДПТ) — известный подход, который уже доказал
свою полезность: в некоторых группах пациентов
с его помощью неизменно удается примерно наполовину снизить число суицидальных попыток.
Этот подход разработала в 1980-х гг. Марша Линехан (Marsha Linehan), клинический психолог
из Вашингтонского университета, для лечения суицидальных пациентов с пограничным расстройством личности. Терапия проводится в интенсивном режиме, на протяжении года встречи происходят по многу раз в неделю, а врач должен пройти
длительную подготовку. Вероятно, одного только этого подхода недостаточно, чтобы значительно уменьшить число самоубийств, отчасти потому, что сложно обеспечить достаточное количество
подготовленных специалистов и должную регулярность встреч с врачом.
Для того чтобы оказать значимое влияние, придется расширять разнообразие подходов и задействовать те методы, которые доступны за пределами медицинского отделения, и даже такие, которые можно использовать онлайн. В исследовании,
опубликованном в 2017 г. в журнале American
Journal of Psychiatry, показано, что низкие дозы
кетамина, средства, используемого для наркоза, не более чем за сутки значительно сокращали мысли о самоубийстве, а это намного быстрее,
чем при использовании других антидепрессантов.
Игровое приложение, разработанное Франклином
и Ноком, тоже выглядит многообещающе. Оно совмещает связанные с самоубийством изображения — кровь, раны и ножи — с отталкивающими
изображениями змей, пауков и тому подобного. Затем используется метод выработки классических
условных рефлексов, чтобы изменить первоначальную реакцию человека на стимул и заставить
разлюбить мысль о самоубийстве. В трех рандомизированных исследованиях с участниками, недавно имевшими суицидальные мысли, несколько минут ежедневной игры в течение месяца неизменно
снижали вероятность суицидального поведения,
но эффект пропадал, когда люди прекращали
играть. Эта терапевтическая игра для смены значения стимулов под названием Tec-Tec доступна
сейчас в App Store.
Брайан сосредоточился на том, чтобы выявить
те элементы, которые работают в ДПТ и других
разновидностях когнитивной терапии, и разработать метод лечения, которому можно научить
не только медиков. «Главное сводится к двум основным факторам, — говорит он. — Первое — это
эмоциональная регуляция: способность определять, что мы чувствуем и изменять это. Вторым
важнейшим элементом служит когнитивная гибкость — способность искать разные ­варианты
и не зацикливаться на определенных мыслях,
w w w.sci-ru.org
убеждениях или предположениях». Эти два элемента можно освоить с помощью осознавания или
обучения релаксации, перестройке негативного
мышления и поощрения социальных взаимодействий. Предложенная Брайаном методика, которую он назвал краткой когнитивно-поведенческой
терапией, проводится в течение 12 встреч, содержит все эти элементы и уменьшает количество попыток самоубийства на 60%.
Его тридцатиминутная беседа и план действий
в кризисной ситуации первоначально появились
как экстренная часть более длительного лечения.
«Идея была в том, чтобы, пока человек находится в кризисной ситуации, снизить риск в краткосрочной перспективе, и таким образом он будет
вовлечен в длительный процесс психологической
помощи, который поможет в долгосрочной перспективе», — говорит Брайан. Но в течение шестимесячного наблюдения за пациентами, которые получили только план действий в кризисной
ситуации, оказалось, что эффект не только не ослабевал, но даже усиливался. «Это заставило нас
взглянуть на лечение совершенно иначе, — говорит Брайан. — Как могло что-то такое простое
оказаться настолько действенным? Мы пытаемся
в этом разобраться. Что нам нужно сделать дальше, чтобы оно работало еще лучше?»
Возможно, поиск ответов поможет нам достичь
амбициозной цели, провозглашенной общественно-государственным объединением под названием
Национальный альянс действий по предотвращению суицида, — сократить уровень самоубийств
на 20% к 2025 г. Это было бы реальным доказательством того, что боль и безнадежность, побуждающие человека желать смерти, можно прогнозировать, контролировать и устранять.
Перевод: М.С. Багоцкая
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Night Falls Fast: Understanding Suicide. Kay Redfield Jamison.
Knopf, 1999.
Interventions to Reduce Suicides at Suicide Hotspots: A Systematic Review and Meta-Analysis. Jane Pirkis et al. in Lancet Psychiatry,
Vol. 2, No. 11, pages 994–1001; November 2015.
Machine Learning of Neural Representations of Suicide and Emotion Concepts Identifies Suicidal Youth. Marcel Adam Just et al. in
Nature Human Behaviour, Vol. 1, No. 12, pages 911–919; December
2017.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
135
Экология
М
136 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
ЭКОЛОГИЯ
МЕ Глобальное
ЬЧАНИЕ
потепление
климата
заставляет животных
сокращаться в размерах —
тенденция, чреватая
опасными последствиями
ЖИВОТНЫХ
Illustration by Marc Burckhardt
Марта Зараска
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
137
Экология
ОБ АВТОРЕ
Марта Зараска (Marta Zaraska) — научный журналист-фрилансер и автор книги
«На мясной игле: история и исследования нашей зависимости от мяса возрастом
в 2,5 млн лет» (Meathooked: The History and Science of Our 2.5-Million-Year Obsession with
Meat, 2016). Живет с мужем, дочерью и двумя старыми собаками в одном из сельских регионов Франции.
Около 56 млн лет назад климат на планете резко потеплел. Согласно палеонтологическим данным, всего за 10 тыс. лет — мгновенье ока в масштабе геологического
времени — температура на Земле поднялась на 8° С. В одной из болотистых низин,
находившейся на территории современного штата Вайоминг, среднегодовая температура достигла 26° С, что соответствует климату влажных тропических побережий Индонезии нашего времени. Одним из ее обитателей было маленькое существо буроватой окраски с заостренными ушами и приспособленными к быстрому
бегу длинными ногами. Весом около 4 кг и величиной с маленькую собаку, оно напоминало миниатюрного длинноногого терьера. На самом же деле это была лошадь.
До потепления климата древние лошади мало чем
напоминали арабских скакунов: весом 5–6 кг, они
походили на крошечных антилоп. Но за этот недолгий период времени, названный учеными палеоцен-эоценовым термальным максимумом, они
сократились в размерах еще сильнее. Так, описанная выше лошадь под названием сифргиппус (Sifrhippus) уменьшилась на целых 30%! Однако процесс мельчания живых существ на этом
не остановился, говорит аспирант-эколог из НьюГэмпширского университета Абигейл Кэрролл
(Abigail Carroll), изучающая ископаемые останки
животных. Согласно данным исследований, проведенных в 2017 г., за следующий период потепления климата, наступивший 53 млн лет назад, размеры лошадей уменьшились еще сильнее. Мельче
стали и другие млекопитающие — например, существо величиной с кролика, которое было предком современных оленей.
Связь между потеплением климата и мельчанием животных — отнюдь не древняя легенда.
По мере происходящего сегодня нагревания планеты в размерах уменьшаются и многие современные виды. Мельче стали обыкновенные жабы, морские игуаны, змеи, черепахи, саламандры, лесные
хомяки, навозные мухи, арктические бабочки, некоторые виды рыб Северного моря и один из видов
баранов. Вначале этот феномен озадачивал ученых, но, похоже, экспериментальные исследования, полевые наблюдения и изучение ископаемых
останков приближают биологов к решению и этой
загадки. Причины феномена коренятся в энергетических потребностях животных: более мелкое,
менее энергозатратное тело повышает шансы его
обладателя на выживание в теплой среде, а потому
животные, обитающие в теплых регионах, за многие поколения уменьшаются в размерах. «Мне кажется, мы вплотную подошли к пониманию этих
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Как свидетельствуют ископаемые останки, с потеплением климата на Земле размеры тела животных сокращались.
Сегодня, когда климат на планете вновь становится теплее, эту тенденцию обнаруживают рыбы, змеи, овцы, бабочки, саламандры и грызуны.
Возможно, мельчание животных обусловлено изменениями метаболизма, вызванными потеплением среды. Этот
феномен может повлиять на состояние глобальных экосистем и привести к сокращению пищевых ресурсов планеты.
138 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Экология
0 100 200 км
Рыбы большие и маленькие
НОРВЕГИЯ
Северный
регион
ШВЕЦИЯ
СЕВЕРНОЕ МОРЕ
Черные пунктирные
прямые отражают
общие тенденции
в изменениях температуры морской
воды и размеров
рыб за весь период
наблюдения
ДАНИЯ
Южный
регион
ИРЛАНДИЯ
БРИТАНИЯ
НИДЕРЛАНДЫ
ФРАНЦИЯ
ГЕРМАНИЯ
БЕЛЬГИЯ
Северный регион
Температура
Температура
воды повысилась как в северной,
так и в южной области
моря, но в южном
регионе она была
примерно на 3º C
выше
Пикша
Интенсивный лов
1970
1975
1980
1985
Южный регион
Температура
Камбала (самцы)*
Интенсивный
лов камбалы
длился на десять
лет дольше, чем пикши.
Несмотря на это, оба вида
сокращались в размерах
одинаково, а потому рыбный
промысел, по-видимому,
не играет существенной
роли в этом процессе.
1990
1995
2000
2005
2008
6
7
8
Градусы Цельсия
SOURCES: ALAN R. BAUDRON (PERSONAL COMMUNICATION); “WARMING TEMPERATURES AND SMALLER BODY SIZES: SYNCHRONOUS
CHANGES IN GROWTH OF NORTH SEA FISHES,” BY ALAN R. BAUDRON ET AL., IN GLOBAL CHANGE BIOLOGY, VOL. 20, NO. 4; APRIL 2014
Graphic by Amanda Montañez, Map by Mapping Specialists
Данные, накопленные за 39 лет относительно размеров рыб
Северного моря, свидетельствуют о тесной связи между повышением температуры морской воды и сокращением размеров их тела. Мельче стали пикша, отлавливаемая в северном
реги­оне (синяя область на карте), и камбала, населяющая южный регион (зеленая область). Температура воды в обеих этих
частях моря за период наблюдения повысилась. Из изученных
в общей сложности 13 популяций рыб сокращение размеров
тела, связанное с потеплением воды, отмечалось в девяти.
0
20
40
60
80
100
Длина (см)
механизмов», — говорит Джанет Гарднер (Janet
Gardner), биолог из Австралийского национального университета в Канберре.
Изучение этого феномена, однако, порождает у ученых тревогу по поводу еще одного последствия глобального изменения климата. «Уменьшение размеров животных может привести к вымиранию некоторых видов, серьезным нарушениям
пищевых сетей или каким-либо другим нежелательным процессам в экосистемах», — замечает биолог-эволюционист из Клемсонского университета Майкл Сирс (Michael Sears). По прогнозам
одного из исследований, через 30 лет может произойти существенное сокращение размеров многих промысловых рыб. Хотя в точности предсказать степень такого уменьшения невозможно, многие ученые считают, что этот процесс будет иметь
самые серьезные последствия для состояния глобальной пищевой сети.
Климатические связи
Проследить связь между изменениями температуры окружающей среды и размеров тела животных
очень помогает и изучение окаменелостей. Одно
из животных, оставивших особенно много ценных
w w w.sci-ru.org
* Поскольку самцы
и самки камбалы
растут разными
темпами, для наглядности показаны характеристики
лишь мужской
части популяции.
9
10
11
Градусы Цельсия
0
20
40
60
80
100
Длина (см)
для ученых свидетельств, — пышнохвостый лесной
хомяк. Размеры гранул помета у этих зверьков тесно коррелируют с величиной их тела. Кроме того,
помет этих грызунов быстро окаменевает, что позволяет анализировать его изменения буквально
год за годом. Изучив помет, оставленный лесными
хомяками за 25 тыс. лет, ученые из Университета
Нью-Мексико и Геологической службы США обнаружили, что размеры зверьков за этот период времени
сильно колебались сообразно изменениям климата.
В чем же причина такой зависимости? Еще
в XIX в. немецкий биолог Карл Бергман предположил, что ее существование каким-то образом связано с регуляцией температуры тела (терморегуляцией). Ученый заметил, что теплокровные животные, населяющие холодные высокие широты,
обычно крупнее зверей, которые живут ближе к экватору, и обладают по сравнению с ними относительно меньшей поверхностью тела на единицу
веса (массы). Бергман предположил, что животным, у которых площадь поверхности тела к его
объему меньше, легче сберегать тепло. Это гипотеза, однако, не может объяснить наблюдаемые сегодня изменения размеров тела у насекомых, рыб
и других холоднокровных существ.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
139
Более удовлетворительное объяснение дают со- ­размножаться при меньших размерах тела. Но повременные лабораторные опыты на различных тепление климата порой сильно нарушает пищеживотных: по мнению многих ученых, сокращение вое поведение. Когда температура воздуха подих размеров каким-то образом связано с изменени- нимается выше 15–20° С, козы альпийской пороем метаболизма и сопровождающим его изменени- ды испытывают настолько сильный дискомфорт,
ем пищевых потребностей. Так, биологи установи- что сокращают время пастьбы. Чтобы избавитьли, что детеныши многих видов животных, поме- ся от излишков тепла, птицы увеличивают частощенные в более теплую среду, растут и созревают ту дыхания, а это сильно затрудняет кормежку.
быстрее. В результате в зрелости такие животные «В жару эффективная кормежка невозможна; жиобладают более скромными размерами, чем их со- вотные затрачивают больше энергии на охлаждеродичи, выросшие в холодных условиях. В 2012 г. ние тела, чем могут получить за счет потребления
биолог-эволюционист Эндрю
Херст (Andrew Hirst) из Ливерпульского университета и его
сотрудники опубликовали результаты опытов, в которых изучалась связь между созреванием 163 наземных и водных
видов животных и окружающей температурой. Ученые обнаружили, что 90% животных,
достигших зрелости в теплых
условиях, отличались меньшими размерами тела. «Это явление невероятно широко распространено в мире животных», — говорит Херст.
Сроки созревания тесно связаны с метаболизмом, интенсивность которого увеличивается с повышением температуры. Метаболизм — это
химические реакции, а они До и после: крупный зуб (слева) принадлежал аренагиппусу (Arenahippus) — древ«быстрее протекают при высо- ней лошади, жившей на планете примерно 53,8 млн лет назад; обладателем
ких температурах, чем при низ- мелкого зуба (справа) было животное того же вида, но обитавшее на Земле
ких», — поясняет морской био- на 100 тыс. лет позднее, после резкого потепления климата
лог Ванесса Мессмер (Vanessa
Messmer) из Университета Джеймса Кука в Квин- пищи. В результате взрослые особи, теряющие вес
сленде. В недавних исследованиях Мессмер и ее и пребывающие в плохом физическом состоянии,
коллеги изучали изменение метаболизма у корал- производят на свет более мелких детенышей», —
ловых рыб различных размеров в зависимости поясняет Гарднер.
от температуры. Результаты этой работы, опублиУченые наблюдали сокращение размеров тела
кованные в 2017 г. в журнале Global Change Biology, в череде поколений у саламандр и других амфипоказывают, что при повышении температуры бий. «Положим, в какой-нибудь области Аппалачводы с 28,5 до 33° C скорость метаболизма у одного ских гор климат становится теплее, — говорит экоиз этих видов рыб увеличивалась в 44 раза! Опыты лог из Мэрилендского университета в Колледжученых показали также, что маленькие рыбки бо- Парке Карен Липс (Karen Lips). — Температура
лее тонко регулируют свой метаболизм при высо- тела, а значит и уровень метаболизма живущих
ких температурах, чем крупные, что, возможно, по- здесь саламандр повышаются, и, чтобы сохравышает их шансы на выживание в этих условиях.
нить прежние размеры тела, животным нужно по­
Животным с высоким уровнем метаболизма треблять больше пищи. Но если в новых условиях
требуется больше пищи, и если ее не хватает, ор- корма недостаточно, животные худеют. Согласно
ганизм животного вынужден тщательно распре- данным многих исследований, более мелкие амфиделять скудный приток энергии на нужды ро- бии либо дают менее многочисленное потомство,
ста и размножения. В выигрыше обычно оказы- либо рождают более мелких детенышей. Таким обвается размножение — в конце концов, именно разом, со временем в более теплой среде либо жионо обеспечивает выживание вида! — и живот- вотные становятся мельче, либо сокращается чисные в результате достигают зрелости и начинают ленность их популяций».
140 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
GRACE DELGADO
Экология
Экология
А виновата ли жара?
В ряде случаев, однако, мельчанию животных
можно дать и иное объяснение: просто-напросто
самых крупных их представителей убивают и съедают люди. Так, отлавливая самых крупных рыб,
человек изымает из их популяций и гены, ответственные за крупные размеры тела. «Отлавливая
больших рыб, по сути дела он направляет их эволюцию в сторону сокращения размеров тела», —
говорит эколог из Абердинского университета
Алан Бодрон (Alan Baudron).
Бодрон отмечает, однако, что и в этой гипотезе хватает дыр. В исследовании, опубликованном в 2014 г. в Global Change Biology, Бодрон и его
сотрудники показали, что за период времени
в 39 лет (начиная с 1970-х гг.) в размерах сокращались самые разные виды рыб, населяющие Северное море, — в том числе пикша, сельдь и камбала.
Все эти рыбы подвергались чрезмерному промыслу в разные периоды времени. Так, добыча пикши
особенно интенсивно велась в 1970‑х и в 1980‑х гг.,
а камбалы — и на протяжении 1990‑х гг. Тем не менее темпы сокращения размеров рыб не коррелировали с интенсивностью их отлова в разные десятилетия; скорее, мельчание обоих видов было обусловлено повышением температуры морской воды.
Из 13 изученных Бодроном популяций рыб этот
феномен отмечался в девяти. «Если и существует
тенденция к мельчанию промысловых рыб, — говорит Бодрон, — то, скорее всего, она связана с повышением температуры воды, а не с их отловом». Действительно, промысел рыбы может играть в этом
процессе известную роль, но его нельзя считать
здесь главным фактором, заключает ученый.
Можно назвать и другие причины мельчания
животных по мере потепления климата, и многие
из них, подобно метаболическим изменениям, связаны с потреблением и утилизацией пищи (энергии). Например, мельчают продукты питания животных. Зимы в приполярных регионах становятся теплыми, что облегчает выживание мелких
особей. Из-за учащения и увеличения продолжительности засушливых периодов амфибии сокращаются в размерах, чтобы противостоять высыханию.
Разные темпы мельчания животных могут объясняться различным сочетанием этих факторов. А некоторые животные не изменяются или
даже становятся крупнее — именно так обстоит дело с несколькими видами американских перелетных птиц. «В каждый момент времени меняется такое количество факторов, что предсказать
реакцию тех или иных организмов на эти изменения едва ли возможно», — говорит Дженнифер
Шеридан (Jennifer Sheridan), эколог, сотрудничающая с Йельским университетом и Национальным университетом Сингапура, и ведущий автор
опубликованного в 2011 г. обзорного сообщения
w w w.sci-ru.org
о ­сокращении размеров животных. Одним животным легче, чем другим, говорит Шеридан, обеспечивать себя кормом для удовлетворения возрастающих метаболических потребностей. А для других
происходящее потепление климата еще не достигло такой степени, чтобы вызвать изменения метаболизма.
Как бы там ни было, наблюдаемое сегодня сокращение размеров животных вызывает у ученых серьезные опасения. Авторы одного из сообщений,
опубликованного в 2013 г. в Nature Climate Change,
заключают, что если рыбы и дальше продолжат
мельчать такими же темпами, к 2050 г. средняя
масса тела различных их видов может снизиться
в глобальном масштабе на 14–24%. Помимо прочего, этого означает, что растущее население планеты столкнется с существенным сокращением
пищевых ресурсов. По мнению Бодена, истинное
представление о «реальной остроте этой проблемы» можно получить лишь с помощью дополнительных научных исследований. Для некоторых
видов сокращение размеров тела может обернуться вымиранием. Принципиальное значение имеет
и то обстоятельство, что если размеры хищников
и жертв не будут меняться синхронно, может быть
сильно нарушено равновесие экосистем.
Окаменелости древних животных свидетельствуют о том, что мельчание животных — процесс
обратимый. С падением температуры животные
вновь могут начать укрупняться. К сожалению, все
прогнозы грядущих изменений климата указывают на то, что, скорее всего, такого поворота событий людям ждать не стоит.
Перевод: А.В. Щеглов
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Тренберт К. Чем теплее океаны, тем сильнее ураганы // ВМН,
№ 10, 2007.
Shrinking Body Size as an Ecological Response to Climate
Change. Jennifer A. Sheridan and David Bickford in Nature Climate
Change, Vol. 1, pages 401–406; November 2011.
Evolution of the Earliest Horses Driven by Climate Change in the
Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Ross Secord et al. in Science,
Vol. 335, pages 959–962; February 24, 2012.
Shrinking of Fishes Exacerbates Impacts of Global Ocean Changes on Marine Ecosystems. William W.L. Cheung et al. in Nature Climate Change, Vol. 3, pages 254–258; March 2013.
Warming Temperatures and Smaller Body Sizes: Synchronous
Changes in Growth of North Sea Fishes. Alan R. Baudron et al. in
Global Change Biology, Vol. 20, No. 4, pages 1023–1031; April 2014.
Principles of Thermal Ecology: Temperature, Energy and Life. Andrew Clarke. Oxford University Press, 2017.
Repetitive Mammalian Dwarfing during Ancient Greenhouse
Warming Events. Abigail R. D’Ambrosia et al. in Science Advances,
Vol. 3, No. 3, Article No. e1601430; March 2017.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
141
Эволюция
142 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Эволюция
ПРАВДА
О ПАЛЕОДИЕТЕ
ЭВОЛ ЮЦИЯ
Illustration by Jon Foster
Характер микроскопических следов износа на зубах
в ископаемых останках рассказывает о том, что
ели наши предки и как климатические изменения
предопределили ход эволюции человека
Питер Ангар
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
143
Эволюция
ОБ АВТОРЕ
Питер Ангар (Peter S. Ungar) — палеонтолог из Университета Арканзаса.
Он занимается исследованиями рациона и пищевых адаптаций современных и ископаемых приматов, включая предков человека. Его последняя
книга — «Укус эволюции» (Evolution’s Bite, 2017).
днажды поздним вечером 1990 г. я сидел в своей хижине на берегу реки Алас на территории научной станции в индонезийском
Национальном парке Гунунг-Лесер и расшифровывал заметки при свете керосиновой лампы. Что-то не давало мне покоя. Я
приехал собирать данные для диссертации: чем и как питаются разные виды приматов в этих местах. Идея была в том, чтобы
установить связь между полученными наблюдениями и размерами, формой и характером износа зубов у этих видов. Яванские
макаки, или крабоеды (Macaca fascicularis), обладают большими резцами и затупленными молярами, то есть зубами, которые, по общепризнанному мнению, приспособлены для питания фруктами. Но те обезьяны, за которыми я наблюдал в течение четырех прошедших месяцев, похоже, не ели ничего, кроме молодых листьев. Я
понял, что взаимосвязь между формой и функцией зубов намного сложнее, чем рассказывается в учебниках, и что размеры и форма зубов животных не определяют,
чем животные питаются. Звучит как откровение, но это имеет ключевое значение
для понимания процесса эволюции животных, в том числе и человека.
Я палеонтолог, и моя работа — реконструкция поведения вымерших видов по их ископаемым останкам. В частности, я выясняю, как животные в прошлом добывали пищу и, следовательно, как изменения окружающей среды запускали механизм
эволюции. Тот год в Кетамбе повлиял на мое восприятие приматов и более крупных сообществ живых организмов. Я стал рассматривать биосферу —
оболочку нашей планеты, в которой существует
жизнь, — как гигантский буфет с ограниченным
выбором. Животные толпятся со своими тарелками у витрины, чтобы выбрать из того, что есть
в данном месте в данный момент времени. От сделанного выбора зависит положение каждого вида
в лесу и в природе в целом.
Строение зубов имеет значение при выборе
еды — необходимы подходящие «приспособления».
Но в Кетамбе я понял, что намного важнее само
наличие пищи. Макаки питаются листьями потому, что листва — это то, что предлагается в биосферном «буфете» природой в конкретный момент.
Рацион обезьян меняется в течение года, когда
со сменой сезонов распускаются листья, расцветают цветы и созревают фрукты. Я начал ­понимать,
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Палеонтологи традиционно предполагали, что размер и форма зубов животных определяют их рацион. Но доступность пищи, меняющаяся в разные сезоны и с течением времени, — еще более серьезный фактор, определяющий,
что животное станет есть.
Анализ характера износа поверхности и химических следов пищи на зубах в ископаемых останках выходит
за ­пределы обычных исследований формы зубов и раскрывает, чем же на самом деле питались предки человека.
Исследования рациона в сочетании с палеоэкологическими данными формируют новые представления о том, как
изменения климата предопределили ход эволюции человека.
144 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Эволюция
как изменения, связанные с доступностью
пищи, в течение столетий, тысячелетий или
более длительных периодов могли влиять
на то, чем питается вид.
Большинство палеонтологов не привыкли рассматривать жизнь в прошлом с этой
точки зрения. В нашей области науки существует давняя традиция на основании формы делать заключение о функции, исходя
из предположения, что природа выбирает
наилучшие «инструменты», что бы организму ни приходилось делать. Тем не менее если
форма всегда определяет функцию, то макаки не должны питаться листьями. Но каким
образом по ископаемым останкам определить, какую пищу выбирал вид?
Именно этим я и занимался в течение десятилетий, изучая микроскопические следы
износа зубов в ископаемых останках, в том
числе предков человека. Другие исследователи для определения рациона анализировали химическую «подпись» пищи на зубах
из окаменелостей. Такие «отпечатки пищи»
свидетельствуют о том, чем на самом деле
питались обладатели этих зубов, и дают более богатую картину прошлого. В сочетании
с палеоэкологическими данными подобные
исследования позволяют нам проверить основные гипотезы о влиянии изменений климата на процесс эволюции человека. Результаты уточняют традиционное толкование,
почему наша ветвь родословной человека добилась успеха, а другие — нет.
ALAIN HOULE
Парадокс Лима
Наблюдения за обитающими в наше время
У гривастых, или серощеких, мангабеев плоские, покрытые
животными показали, что некоторые виды
толстой эмалью моляры, которые, по-видимому, приспособлены
питаются пищей, отличающейся от той, для раздавливания твердой пищи. Но мангабеи переходят
к которой они приспособлены. Когда я на- на такой корм, только когда их любимые мягкие фрукты
ходился в Кетамбе, Мелисса Ремис (Melissa и листья недоступны.
Remis) из Университета Пердью собирала
данные о рационе горилл в Бай Хокоу, низинном кишка содержит микроорганизмы, которые помодождевом лесу на территории Национального пар- гают переваривать целлюлозу в богатых клетчатка Дзанга-Ндоки в Центрально-Африканской Ре- кой продуктах. Кроме того, на таких высотах выспублике. В то время большинство исследователей бор пищи небогат.
полагали, что гориллы избирательны в питании
А 200 тыс. горилл, обитающих в 1,6 тыс. км к заи едят стебли, листья и сердцевину травянистых паду в дождевых тропических лесах бассейна реки
растений, таких как дикий сельдерей. Именно это Конго, поведали совершенно иную историю. Похонаблюдали ученые, в том числе пионер-исследова- же, они предпочитают мягкие сладкие фрукты. Ретель горилл Дайан Фосси (Dian Fossey), на больших мис наблюдала, как гориллы проходили мимо съевысотах во влажных тропических лесах в горах добных листьев и стеблей на расстояние до 1 км,
Вирунга на территории Уганды и Руанды. Горил- чтобы добраться до плодоносящего дерева. Вероятлы с гор Вирунга — представители незначитель- но, богатая волокнами пища преобладала в их раной популяции, состоящей из нескольких сотен ционе, только когда любимые фрукты были недоособей — обладают высокоспециализированны- ступны. Но поскольку гориллы, обитавшие в низими зубами и пищеварительным трактом: моляры нах на западе, по сравнению с их сородичами с гор
с острыми гребнями хорошо подходят для рассе- Вирунга были пугливы, Ремис удалось собрать
чения жестких частей растения, а мощная толстая ограниченное количество информации. ­Некоторые
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
145
Эволюция
исследователи сомневались, действительно ли гориллы предпочитают фрукты, учитывая особенности их зубов и пищеварительного тракта.
Существует старая шутка: «Чем кормить 200-килограммовую гориллу? — Всем, что она только
пожелает!» Как же узнать, чт желает горилла?
По возвращении из Бай Хокоу Мелисса Ремис отправилась в зоопарк Сан-Франциско, чтобы выяснить это у самих животных. Она предлагала находящимся в неволе человекообразным обезьянам
разные продукты: от сладких манго до горьких тамариндов, кислых лимонов и, конечно, жесткого
сельдерея. О чем бы ни свидетельствовало строение зубов и кишечника, гориллы в зоопарке совершенно определенно предпочитали волокнистой,
жесткой пище сладкие,
мясистые фрукты. Такое
наблюдение подтвердило, что даже если гориллы
и приспособлены питаться кормом, который тяжело обрабатывать механически и химически, то он
не относится к числу их
любимых продуктов.
Феномен, когда животные отдают предпочтение пище, отличающейся от той, к которой они
приспособлены, настолько распространен, что получил название — парадокс Лима.
Карел Лим (Karel Liem)
из Гарвардского университета впервые наблюдал
этот парадокс в 1980 г.
у цихлид Herichthys minck‑
leyi — пресноводных рыб–
эндемиков долины Куатросьенагас в северной
Мексике. У одной из разновидностей этих рыб
в глотке имеются плоские, похожие на гальку зубы,
которые кажутся идеально подходящими для разламывания твердых раковин улиток. И все же они
проплывают мимо улиток, когда им доступны более мягкие виды корма. Почему у животных появились зубы, приспособленные для менее предпочтительной и редко употребляемой пищи? До тех
пор пока адаптация к более твердым видам корма не мешает потреблять более мягкую пищу,
у животного при необходимости появляется больше возможных вариантов. Парадокс заключается не столько в том, что особи избегают питаться
той пищей, к которой они адаптированы, сколько
в том, что морфологическая адаптация приводит
к расширению рациона.
Парадокс Лима могут проиллюстрировать и ряд
приматов, включая гривастых, или серощеких,
мангабеев (Cercocebus albigena) из Национального
парка Кибале в Уганде. У этого вида обезьян плоские, покрытые толстой эмалью моляры, которые,
похоже, приспособлены для пережевывания твердой, крошащейся пищи. Однако день за днем, месяц за месяцем, год за годом Джоанна Ламберт
(Joanna Lambert) из Колорадского университета в Боулдере наблюдала, как мангабеи питаются
мягкими сочными фруктами и молодыми листьями, так же как живущие поблизости и обладающие зубами с более тонкой эмалью краснохвостые
мартышки, или мартышки Шмидта (Cercopithecus
ascanius). Но летом 1997 г. все изменилось. Лес
страдал от серьезной
засухи, которую принес Эль-Ниньо. Фруктов
практически не было,
листья увяли и обезьяны голодали. Мангабеи
питались в основном корой и твердыми семенами, тогда как красно­
хвостые мартышки есть
такую пищу не могли.
Мощные зубы и челюсти
позволили мангабеям
перейти на грубую растительную пищу. Даже
если подобные адаптации послужат всего
лишь один или два раза
в течение жизни поколения, именно они требуются животным, чтобы
пережить трудные времена.
Впрочем, морфологическая адаптация может быть связана и с
тем видом пищи, которому отдается предпочтение. Например, красноголовые, или воротничковые, мангабеи (Cercocebus torquatus) из Национального парка Таи в Республике Кот-д’Ивуар
обладают мощными челюстями и зубами с толстой эмалью, и они действительно предпочитают
грубый растительный корм. Большую часть времени они проводят в поисках семян деревьев рода
Sacoglottis, покрытых твердой, как персиковая косточка, оболочкой. Скотт Макгроу (Scott McGraw)
из Университета штата Огайо утверждает, что такая практика позволяет этому виду мангабеев избежать конкуренции за пищевые ресурсы с еще десятью видами приматов, живущими по соседству.
Подобные примеры показывают, что выбор рациона приматами сложен и зависит не только
По форме зубов
можно судить о том,
чем животные могли
питаться в прошлом
и с какими видами
пищи, требующей особой
обработки, приходилось
сталкиваться их
предкам. Но для того
чтобы выяснить,
какому из имеющихся
в биосферном «буфете»
вариантов животные
отдавали предпочтение,
нужны «отпечатки пищи»
146 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
PETER S. UNGAR (data and microwear simulations); Illustration by Portia Sloan Rollings (teeth), Graphics by Jen Christiansen
Эволюция
от строения зубов, но и от доступности корма,
наличия конкуренции и персональных предпочтений. По форме зубов можно судить о том, чем
животные могли питаться в прошлом и с какими видами пищи, требующей особой обработки,
приходилось сталкиваться их предкам. Но для
того чтобы выяснить, какому из имеющихся
в биосферном «буфете» вариантов животные отдавали предпочтение, нужны «отпечатки пищи».
Наиболее распространенный вид исследуемых «отпечатков пищи» — следы микроизноса:
царапины и ямки, формирующиеся на поверхности зубов в результате пережевывания еды.
У животных, которые обычно как ножницами
рассекают жесткую пищу, таких как травоядные антилопы или плотоядные гепарды, на эмали появляются длинные параллельные царапины в результате повреждения твердыми частицами, оказавшимися между скользящими друг
о друга верхними и нижними зубами. У видов,
которые раздавливают твердую пищу, такие как
питающиеся орехами мангабеи из Таи или размалывающие кости гиены, следы микроизноса
представлены ямками разных размеров и форм,
покрывающими поверхность зубов.
Такие следы обычно исчезают и замещаются
новыми в течение нескольких дней. Если в разное время изучать зубы особей из разных мест,
то можно узнать о составе съеденной пищи.
Следы микроизноса зубов у мангабеев из Кибале обычно сходны с теми, что наблюдаются
у животных, питающихся сочными фруктами,
и представлены тонкими царапинами и мелкими ямками. Поверхность зубов у мангабеев из Таи, наоборот, в среднем больше покрыта ямками. Несмотря на сходную форму зубов
оба вида имеют разные «отпечатки пищи», как
и предполагалось на основе наблюдений за их
диетой.
«Отпечатки пищи»
Микроскопические царапины и ямки образовываются на зубах в результате их использования. Исследования таких следов микроизноса у современных животных показывают, что
у видов, пережевывающих мягкую и жесткую пищу, на зубах появляются длинные параллельные царапины; у тех,
что раздавливают твердые, крошащиеся продукты, такие
как орехи, появляются ямки. Палеонтологи сделали выводы
о рационе вымерших видов человека Paranthropus robustus
и Paranthropus boisei на основании текстуры поверхности зубов в ископаемых останках.
Миллионы лет назад
4
3
2
Наши дни
1
Paranthropus robustus
Homo neanderthalensis
Homo naledi
Homo habilis
Homo erectus
Paranthropus boisei
Australopithecus africanus
Australopithecus afarensis
Индекс сложности микроизноса поверхности зуба
Мягкая пища
0
1
2
Твердая пища
3
4
5
6
7
8
9
10
Paranthropus robustus
Homo neanderthalensis
Homo naledi
Homo habilis
Homo erectus
Paranthropus boisei
Australopithecus africanus
Australopithecus afarensis
Гривистый тонкотел
Макак-крабоед
Серощекий мангабей
Воротничковый мангабей
P. boisei
P. robustus
Древнее меню
Зная характер микроизноса зубов у современных животных, чьи пищевые привычки известны благодаря непосредственным наблюдениям,
ученые могут использовать следы микроизноса
на зубах в ископаемых останках, чтобы сделать
вывод о том, чем ежедневно питались вымершие
виды, и получить представление об их пищевых
предпочтениях. Исходя из этого, мы с коллегами
много сил отдали изучению микроскопических
следов износа на зубах в ископаемых останках
людей. И наша работа дала неожиданные результаты.
Родословная человека состоит из множества
ветвей. Сегодня существует единственный
вид — Homo sapiens, но когда-то на планете обитали разные виды гомининов. Остается вечный
вопрос: почему наш вид выжил, тогда как другие
w w w.sci-ru.org
В предыдущих исследованиях на основании формы зубов был
сделан вывод, что P. robustus питался жесткой растительной пищей,
а P. boisei щелкал орехи. Анализ следов микроизноса, однако,
показал, что на поверхности зубов P. robustus — сложный узор
из ямок и царапин, характерных для вида с разнообразным рационом. У P. boisei не наблюдалось ямок, которые должны бы быть
у «Щелкунчика». Последующий химический анализ показал, что
P. boisei питался в основном злаками или осоками.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
147
Эволюция
2
вымерли? Я столкнулся с этой загад­появились в ходе эволюции для переРазличные ­диеты:
в то время как
кой, когда начал исследование рацималывания частей растений, таких
Paranthropus boisei (1)
она одной из вымерших ветвей гомикак корни, листья, ягоды и жесткие дининов — группы видов, принадлежа- специализировался на пи- корастущие фрукты. По мнению Ротании злаками и осокощих к роду Paranthropus. Парантропы
бинсона, сколы на зубах свидетельвыми, у его современника
обитали в Восточной и Южной Африствовали о том, что P. robustus питалHomo habilis (2), похоже,
ке 2,7–1,2 млн лет назад, в плейстоцеся корнями и луковицами, покрытыми
был более разнообразне. Ни один из этих видов не относитмелкими камешками и песком. Филлип
ный рацион
ся к нашим прямым предкам, скорее
Тобиас (Phillip Tobias) из Университета
наоборот: они представляли собой эволюционный Витватерсранда в Йоханнесбурге придерживалэксперимент и существовали одновременно с пра- ся иной точки зрения и утверждал в 1960‑х гг., что
родителями современного человека. Парантропы сколы возникли в результате потребления твердой
обладали большими плоскими премолярами с тол- пищи, а не просто обсыпанной песком и мелкими
стой эмалью, мощными челюстями и характер- камешками. В то время Тобиас составлял описание
ными костными гребнями и рубцами, свидетель- нового вида парантропов из Восточной Африки —
ствующими о массивных и сильных жевательных Paranthropus boisei. Хорошо известно, что, впервые
мышцах. Все это служит явными признаками при- увидев череп этого представителя парантропов, Тоспособления к интенсивному пережевыванию, так биас воскликнул: «Я никогда не видел более выдаючто виды, принадлежащие к данному роду, каза- щегося "Щелкунчика"!»
лись идеальными кандидатами для анализа слеТак родилось представление о виде гоминидов микроизноса зубов. Если бы нам с коллегами нов, «специализировавшемся» на раскалывании
не удалось установить, чем питались парантропы, орехов. Парантропы резко отличались от первых
оставалось бы мало надежды реконструировать Homo, останки которых были найдены в тех же
рацион других гомининов, обладавших челюстя- осадочных отложениях. Представители рода Homo
ми и зубами с менее выраженными отличительны- обладали более изящными челюстями и зубами,
ми признаками.
более крупным мозгом и, кроме того, пользовались
В 1954 г. палеоантрополог Джон Робинсон (John примитивными каменными орудиями для обраRobinson) впервые попытался реконструировать ботки пищи. Исследователи дали этим различиям
рацион парантропов. Ученый полагал, что покры- аккуратное объяснение, ссылаясь на гипотезу сатые толстой эмалью крупные плоские премоляры ванны. Когда в Африке начала увеличиваться плои моляры Paranthropus robustus из Южной ­Африки щадь открытых участков, покрытых травой, наши
148 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
JOHN R. FOSTER Science Source
1
Эволюция
предки подошли к эволюционной развилке. Эволюция парантропов шла в направлении специализации на твердых сухих частях растений саванны, таких как семена и корни. Первые Homo пошли
иным путем и постепенно все больше адаптировались к разной среде за счет разнообразного рациона, включавшего мясо. Согласно теории саванны,
такая пищевая приспособляемость объясняет, почему человек современного типа выжил, а парантропы исчезли. Это было убедительное объяснение. К тому же первые исследования микроскопических следов износа, проведенные в 1980-х гг.
Фредериком Грайном (Frederick Grine) из Университета Стони-Брук, показали, что на зубах
P. robustus действительно больше микроскопических ямок, чем у наших предков, казалось бы, подтвердив, что этот родственник современного человека «специализировался» на твердой, крошащейся пище.
Однако в 2005 г., когда я и мой коллега Роб Скотт
(Rob Scott) провели исследование микроскопических следов износа зубов P. robustus с помощью новых технологий, история приняла другой оборот.
Да, в основном поверхность зубов P. robustus была
покрыта большим числом ямок, образовывавших
сложную структуру, но поверхность зубов некоторых из изученных нами образцов обладала более простой текстурой, с меньшим числом ямок.
На самом деле следы микроизноса у P. robustus
имели различный характер. Они свидетельствовали о том, что некоторые особи ели твердую пищу
в последние дни своей жизни, а другие нет. Иными
словами, особенности анатомии P. robustus не означают, что этот вид обладал узкой пищевой специализацией. Идея не нова. Дэвид Стрэйт (David
Strait) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе
и Бернард Вуд (Bernard Wood) из Университета
Джорджа Вашингтона на основании косвенных
свидетельств за год до нашего исследования предположили, что парантропы могли обитать в разных условиях среды и придерживались гибкой диеты. Тем не менее наша работа предоставила прямое подтверждение парадокса Лима у гомининов.
В 2008 г. нас ждал еще больший сюрприз, когда
мы с коллегами изучили характер микроскопических следов износа у P. boisei. Это был описанный
Тобиасом «Щелкунчик» — вид, среди всех гомининов обладавший самыми мощными челюстями
и самыми крупными зубами, покрытыми толстым
слоем эмали. Я ожидал, что следы микроизноса зубов P. boisei будут похожи на те, что характерны для
красноголовых мангабеев: эмаль испещрена ямками, как поверхность Луны. Однако это было не так:
на поверхности эмали наблюдались тонкие хаотично разбросанные царапины. Оказалось, что эти существа из рода парантропов не специализировались на твердых видах пищи. Похоже, гипотеза
«Щелкунчика» рассыпалась, как карточный ­домик
w w w.sci-ru.org
при дуновении ветра. Так что же пережевывал
P. boisei своими огромными плоскими зубами? Чтобы ответить на этот вопрос, пришлось подождать
результатов анализа еще одного комплекта «отпечатков пищи»: соотношения изотопов углерода.
Характерная химическая «подпись» пищи, служившей источником «сырья» для построения тела,
иногда сохраняется в зубах. Так же как следы износа, такой химический код можно прочитать
и расшифровать. Например, тропические злаки
по сравнению с деревьями и кустарниками содержат больше атомов углерода с семью нейтронами вместо обычных атомов с шестью нейтронами.
Соответственно, в зубах животных, питающихся
тропическими злаками, предсказуемо содержится больше «тяжелого» углерода.
Соотношение изотопов углерода в зубах P. ro‑
bustus свидетельствовало о том, что в его рационе преобладали продукты деревьев и кустарников,
но присутствовали и тропические злаки или растения из семейства осоковых. Однако для P. boisei
наблюдалась другая картина: соотношение изотопов углерода указывало на то, что рацион этого парантропа по меньшей мере на три четверти состоял из злаков или осоковых.
Это стало неожиданностью для многих палеоантропологов. Травоядные виды гомининов? Конечно, ни один из уважающих себя представителей нашего генеалогического древа не сумел бы
выжить, поедая траву! И все же, я думаю, в этом
был смысл. Эти виды гомининов появились, когда
в Восточной и Южной Африке увеличивалась территория, занятая лугами, и на стол в биосферном
«буфете» подавали дерн. Если P. boisei вместо твердой, крошащейся пищи перемалывал злаки или
осоки своими крупными плоскими зубами и мощными челюстями, тогда поверхность зубов имела
бы именно такие микроскопические следы износа,
которые обнаружили мы с коллегами. Подобный
рацион также объяснил бы, почему у P. boisei так
быстро истирались моляры.
По форме огромных плоских зубов мы бы никогда
не узнали, что два вида Paranthropus использовали особенности своей анатомии по-разному, о чем
нам поведали «отпечатки пищи». Как и у мангабеев из Кибале, похоже, у P. robustus был разнообразный рацион, включавший и твердые продукты. Однако у P. boisei характер зависимости между
строением зубов и составом пищи, по-видимому,
совершенно отличается от того, что мы наблюдаем у приматов сегодня. Большие плоские зубы
вряд ли идеально подходят для измельчения травы, но приходится пользоваться тем, что есть.
И если форма зубов в виде платформы для помола
была лучше, чем та, которой обладали гоминины
до этого, отбор действовал бы в пользу такой формы, даже если она не очень подходила для использования здесь и сейчас.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
149
Эволюция
Следы микроизноса на зубах наших прямых
предков — из рода Homo — указывают на бесспорно отличающийся выбор рациона. Мы с коллегами изучали два вида первых Homo: более примитивный Homo habilis, обладавший менее крупным мозгом и сохранивший признаки, связанные
с жизнью на деревьях, и Homo erectus — обитавший на земле вид гомининов с более крупным
мозгом. Мы исследовали небольшое число образцов и обнаружили интересную картину. По сравнению с Australopithecus afarensis — предполагаемым предком, и P. boisei, жившим в то же время, у H. habilis наблюдался
довольно большой разброс в текстуре поверхности со следами микроизноса: от многочисленных ямок
сложной формы до простых
царапин. Исследование показало, что H. habilis питался более разнообразной пищей, чем его предшественники и современники. У его
преемника H. erectus текстура поверхности со следами микроизноса отличается
еще большей разнородностью, что, вероятно, указывает на более сложный рацион.
Полученные результаты
точно соответствуют основной модели, сменившей гипотезу саванны и описывающей, как изменение климата предопределило
ход эволюции человека. Работа геолога Николаса Шекл­т она (Nicholas Shackleton) по исследованию климата на основе данных анализа отложений в глубоководной части океана показала, что
процесс эволюции больше зависел от климата, чем
предполагалось в теории саванны. Действительно,
в течение длительного времени климат становился все холоднее и суше, но происходили и кратковременные климатические колебания. Эволюция
человека проходила как раз в тот период, когда интенсивность таких колебаний все возрастала.
Рик Поттс (Rick Potts) из Смитсоновского института высказал предположение, что при таком нестабильном характере климата преимущество
должны были получить легко приспосабливающиеся виды, включая гомининов, — гипотеза, ставшая известной под названием гипотезы отбора
по вариабельности. В плейстоцене Африка не была
местом для гурманов. По мнению Поттса, не столько наступление саванны, сколько необходимость
приспосабливаться управляла эволюцией человека. Тогда становится понятным появление более крупного мозга Homo и каменных орудий для
­о бработки разного рода пищи. Эти особенности
позволили нашим предкам пережить все более интенсивные изменения окружающей среды и продержаться, когда природа все быстрее проводила смену блюд в биосферном «буфете». Повышение
разнообразия и усложнение текстуры поверхности
со следами микроизноса от A. afarensis к H. habilis
и далее к H. erectus как раз может быть прямым доказательством отбора по вариабельности.
Идея Поттса довольно успешно существует уже
два десятилетия. На нее опираются другие ученые, несмотря на то что появились новые подробности о том, как изменения ландшафтов Земли
и ее орбиты вокруг Солнца сформировали условия, при которых проходила эволюция человека.
Так, в 2009 г. Марк Маслин (Mark Maslin) из Университетского колледжа
Лондона и Мартин Траут (Martin Trauth) из Потсдамского университета предположили, что
колебания климата вызывали разливы и пересыхания озер в Восточной Африке, воздействуя
на живые
организмы
в рифтовых бассейнах.
Такие постоянные изменения могли привести
к фрагментации и рассредоточению популяций гомининов и активизации процесса эволюции человека. Способность
придерживаться более разнообразного рациона
помогала выжить в эти неспокойные времена.
Исследования
рациона первых людей
подсказывают, чем
следует питаться
современным людям,
чтобы быть здоровыми.
Мы должны есть
такую пищу,
к которой в результате
эволюции оказались
приспособлены наши
предки
150 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Аппетит и эволюция
Несмотря на то что имеющиеся свидетельства
дают ученым возможность нарисовать вероятную
картину того, как первые гоминины адаптировались к меняющемуся миру, пока мы можем сделать
только набросок крупными мазками. Самое сложное в изучении вопроса о том, как изменения климата управляли эволюцией, — соотнести особые
климатические события в прошлом с изменениями в палеонтологической летописи.
Локальные экосистемы реагируют на глобальные и даже региональные изменения климата по-разному, и наша палеонтологическая летопись просто недостаточно полна, чтобы точно сказать, где и когда появился и исчез определенный
вид. Ошибка может составить более 1,5 тыс. км
или 100 тыс. лет. Мы способны определить взаимосвязь между вымиранием или эволюцией конкретного вида и катастрофическим событием
Эволюция
в истории Земли, таким как падение астероида
на полуостров Юкатан, которое привело к гибели
динозавров 66 млн лет назад. Но климатические
события, связанные с эволюцией человека, — совсем иного рода: повторяющиеся циклы, когда холодный и сухой климат сменялся теплым и влажным. Тот факт, что виды гомининов, по-видимому,
могли приспосабливаться к различным условиям
и соответствующим видам пищи, еще больше запутывает картину. Поэтому ответ на вопрос, как
гоминины реагировали на меняющиеся условия
среды, нужно постараться найти в совсем недавнем прошлом и в очень хорошо изученных местах.
Недавно опубликованные результаты исследования, проводившегося в течение последних двух лет
Сирин Аль-Затари (Sireen El Zaatari) из Тюбингенского университета в Германии и Кристин Крюгер
(Kristin Krueger) из Чикагского университета Лойолы, показывают, как работает такой подход. Проведенный учеными анализ микроскопических следов износа на зубах неандертальцев и людей современного типа, вытеснивших неандертальцев
в Евразии, позволяет по-новому взглянуть на давно существующую загадку, связанную с таким замещением. Неандертальцы господствовали в Европе и Западной Азии в период между 400 тыс.
и 40 тыс. лет, а потом исчезли. Уже больше века палеоантропологи обсуждают эту проблему и не могут прийти к единому мнению.
Несмотря на то что в научно-популярной литературе часто рассказывается история о живших в условиях ледников жестоких неандертальцах, кутавшихся в шкуры животных и жадно поглощавших мясо мамонтов и шерстистых носорогов, все
было не совсем так. Неандертальцы обитали в разных местах: от холодных сухих степей до более теплых и влажных лесов, и в зависимости от эпохи
и места обитания условия различались. Недавние
исследования моляров показали, что у неандертальцев, живших на территории лесной или лесостепной зоны, поверхность зубов покрыта ямками
сложной формы. Такой характер следов микроизноса указывает на то, что они питались твердой,
крошащейся и, вероятно, грубой растительной
пищей. У неандертальцев, обитавших в открытых степях, наоборот, следы микроизноса моляров
имеют менее сложный характер, что, по мнению
Аль-Затари с коллегами, отражает менее разнообразный рацион, состоявший в основном из мягкого мяса. Крюгер обнаружила различия в следах
микроизноса на резцах у этих двух групп и полагает, что разница связана с тем, что неандертальцы из степей, обрабатывая шкуры животных, помогали себе зубами, а неандертальцы, жившие
в лесах, питались более разнообразной пищей.
Интересно, что такие различия в следах микроизноса сохраняются у индивидов как более раннего периода, так и более позднего. По-видимому,
w w w.sci-ru.org
­ еандертальцы не обладали узкой пищевой специн
ализацией: их диета зависела от места обитания
и была связана с доступностью пищи.
Однако у людей современного типа, населявших
Европу в последний ледниковый период, наблюдается другая картина. Следы микроизноса моляров у людей, обитавших на открытых участках или
участках со смешанной растительностью, отличались незначительно как в более раннем, так и в более позднем периоде. Возможно, что в условиях меняющейся окружающей среды первые люди современного типа лучше, чем неандертальцы, умели
добывать предпочитаемую пищу.
Пища для размышлений
Исследования рациона первых людей имеют отношение к вопросу о том, чем следует питаться современным людям, чтобы быть здоровыми. Гуру
«палеолитической диеты» заявляют, что мы должны есть такую пищу, к которой в результате эволюции оказались приспособлены наши предки. Они
утверждают, что причина множества хронических
дегенеративных заболеваний заключается в несоответствии нашей диеты тому «топливу», для переработки которого сотворен наш организм. И, конечно, не повредит в очередной раз напомнить, что
прародители современного человека не питались
хот-догами и молочными коктейлями.
Тем не менее это не означает, что нам следует
придерживаться особой палеолитической диеты.
«Отпечатки пищи» показали, что рацион первых
гомининов различался в разные периоды и в разной среде обитания и, наиболее вероятно, в ходе
эволюции человек стал более гибким в пищевых
предпочтениях под влиянием изменений, связанных с климатом, местами обитания и доступностью пищи. Иными словами, единой древней диеты, которую можно было бы воспроизвести, не существовало. Гибкость в выборе рациона позволила
нашим предкам заселить всю планету и найти
что-то подходящее в любом из бесчисленных биосферных «буфетов» по всей Земле. Это был ключ
к нашему эволюционному успеху.
Перевод: С.М. Левензон
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Деменокал П. Потрясенные климатом // ВМН, № 11, 2014.
Dental Microwear and Diet of the Plio-Pleistocene Hominin Paranthropus boisei. Peter S. Ungar et al. in PLOS ONE, Vol. 3, No. 4, Article No. e2044; April 30, 2008.
The Diets of Early Hominins. Peter S. Ungar and Matt Sponheimer
in Science, Vol. 334, pages 190–193; October 14, 2011.
Neandertal versus Modern Human Dietary Responses to Climatic
Fluctuations. Sireen El Zaatari et al. in PLOS ONE, Vol. 11, No. 4,
Article No. e0153277; April 27, 2016.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
151
Биология
БИОЛОГИЯ
Циркадные
ритмы:
от народной
медицины
до современной
науки
ЧАСЫ
ВНУТРИ
НАШИХ
КЛЕТОК
Illustration by Mark Allen Miller
Вероника Гринвуд
152 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Биология
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
153
Биология
ОБ АВТОРЕ
Вероника Гринвуд (Veronique Greenwood) —
­а втор множества научно-популярных статей
и заметок. Пишет для New York Times, Atlantic,
National Geographic и др.
В глухую полночь в средневековом монастыре
раздается полный ужаса вопль. Это кричит один из братьев. Прибежавший лекарь делает все, что в его силах, и страдалец затихает. Ночь — любимое время для астмы, лекарь знает это. Что-то подобное происходило в тысячах мирных спален на протяжении тысяч лет, и все, что можно было сделать, — это ждать, пока приступ
удушья пройдет.
Старинные медицинские руководства свидетельствуют о том, что медики давно знали о приуроченности проявления некоторых болезней к определенному времени суток. Еще в V в. н.э. древнеримский врач Целий Аврелиан писал, что
приступы астмы обычно возникают с наступлением темноты. А немецкий врач Кристофер Вирсунг
(Christopher Wirsung) уточнил: в период между двумя часами ночи и рассветом. Ритмичность характерна также для повышения артериального давления, частоты сердечных сокращений, приступов
боли в спине, инфарктов.
Лишь много веков спустя идея использования
ритмичности биологических процессов в медицине начала распространяться в научных кругах.
Биолог Франц Халберг (Franz Halberg), один из основателей так называемой хронобиологии, первым попытался проследить регулярные флуктуации биологических параметров на уровне организма, органов и даже отдельных клеток. Но вначале
ему с коллегами пришлось убеждать научную общественность и обычных людей в том, что хронобиология — это серьезная наука. В те времена,
когда Халберг дал интервью журналу People (шел
1978 г.), все сходили с ума по неким биоритмам.
Исходя из даты рождения люди составляли диаграммы периодических изменений своего интеллектуального, физического и эмоционального статуса. А футбольная команда Dallas Cowboys строила тактику матчей, ориентируясь на биоритмы.
Они же, по мнению некоторых энтузиастов этого
феномена, предопределили смерть от инфаркта
выдающегося американского актера Кларка Гейбла. Некоторые даже считали, что с учетом биоритмов можно задать пол будущего ребенка, зачав его
в определенное время.
Халберг подчеркивал, что его научные изыскания не имеют ничего общего с биоритмами, которые он назвал чепухой. «Цикличность свойственна всем системам нашего организма, — говорил он
в интервью People. — Действуя в согласии с этими
ритмами, а не вопреки им — будь то выбор времени приема пищи или назначение очередной инъекции противоракового препарата, — мы склоняем
чашу весов в сторону здоровья, а иногда и жизни».
Вначале идея была встречена с серьезной долей скептицизма. Она казалась слишком претенциозной. Каким это образом время введения
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
По имеющимся оценкам, экспрессия более 80% генов млекопитающих имеет циклический характер, что указывает
на наличие временнóго аспекта в биологии в целом.
Роль временнóго фактора для медицины становится все более очевидной. 56 из 100 с лишним наиболее часто
употребляемых лекарств нацелены на белки, синтез которых имеет циклический характер. Это означает, что принимать такие лекарства следует в определенное время суток.
Новое научное направление, хрономедицина, апробирует таймированное лечение таких заболеваний, как рак
и ревматоидный артрит, чтобы максимизировать безопасность и эффективность терапии.
Персонифицированный мониторинг циркадных ритмов позволит определить оптимальное для приема лекарственных средств время. К сожалению, хрономедицина пока не нашла широкого клинического применения.
154 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Биология
­ ротиворакового препарата может повлиять на его
п
действенность? Некоторые коллеги Халберга сочли его высказывание параноидальным. Большинство биологов не представляли, при чем здесь время суток. Они проводили свои эксперименты, когда им это было удобно, и если какие-то результаты
выпадали из общей картины, то этому находилось
множество объяснений.
Сегодня, однако, ни у кого не вызывает сомнений, что временной фактор нельзя сбрасывать
со счетов ни при проведении экспериментов,
ни  при приеме лекарств.
Цикличность экспрессии генов
Уэли Шиблер (Ueli Schibler) вспоминает день
в 1990 г., когда один из студентов вошел в его кабинет со словами: «На эту статью нужно написать
опровержение. Она ошибочна». В то время Шиблер, профессор Женевского университета, занимался изучением факторов транскрипции. Известно, что молекула ДНК — хранилище генетической
информации — находится в клеточном ядре в виде
туго свернутого клубка. При поступлении в клетку сигнала к началу копирования определенного
гена специфические белки «разматывают» клубок
в нужном месте, создавая условия для репликации
или транскрипции. Образовавшийся в результате
транскрипт — копия гена — служит матрицей для
синтеза специфического белка. Этот процесс называется экспрессией гена, и ключевая роль в нем
принадлежит фактору транскрипции.
Факторов транскрипции великое множество,
но все они обладают одной ключевой особенностью — способностью регулировать место и время
транскрипции. Один из аспирантов Шиблера занимался выделением фактора транскрипции из печени крыс. Он определил аминокислотную последовательность этого фактора, белка DBP, и идентифицировал кодирующий его ген. В то время изучение
факторов транскрипции только начиналось, и получение характеристик этого мощного модулятора было важным шагом. Результаты работы были
опубликованы в престижном журнале Cell. «Мы оба
были счастливы», — вспоминает Шиблер.
Аспирант стал помощником профессора, а работу продолжил один из студентов, который спустя
три месяца пришел к Шиблеру со своим обескураживающим заявлением. Проводя изо дня в день
один и тот же эксперимент, он ни разу не обнаружил фактор транскрипции.
Шиблер не мог даже думать о том, что его бывший аспирант смошенничал, и решил сам все проверить. К его удивлению, проведенный им эксперимент дал положительный результат: фактор
транскрипции был, что называется, налицо. Тщательно проанализировав весь ход эксперимента и все условия его проведения, Шиблер обратил внимание на один совершенно неожиданный
w w w.sci-ru.org
факт: аспирант и он сам ставили опыты в середине дня, а студент — сын фермера — приходил в лабораторию в семь утра, а вечером работал на поле.
Получалось, что рано утром фактор транскрипции у лабораторных животных не вырабатывался,
поэтому студент и не мог его обнаружить. В то время считалось, что гены экспрессируются более или
менее равномерно в течение суток, но получалось
так, что ген, кодирующий DBP-фактор, рано утром
находился в неактивном состоянии, а к полудню
активизировался. Эти удивительные результаты
Шиблер опубликовал в том же журнале Cell.
За прошедшие с того времени десять лет феномен периодичности экспрессии генов в течение суток получил подтверждение во многих экспериментах. В конце 1990-х гг. при исследовании
процессов, протекающих у фотосинтезирующих
цианобактерий, обнаружилось, что 80% генов этого микроорганизма в своей активности следуют
циркадным (суточным) ритмам. Феномен вначале
связали с воздействием солнечного света, но вскоре стало ясно, что таким же образом ведут себя
гены мух и мышей. В 2014 г. Джон Хогнеш (John
Hogenesch), работающий сегодня в Детском медицинском центре Цинциннати, изучил этот феномен
более детально, проследив за экспрессией 2 тыс. генов в клетках 12 тканей мыши. Уровень экспрессии
он определял каждые два часа; оказалось, что самое большое число генов активируются сразу после восхода солнца и перед закатом. А когда Хогнеш
с коллегами проверили, сколько всего генов проявляют цикличность в своей работе, то обнаружилось, что на их долю приходится 43% генома.
По данным Google Scholar, на эту работу ссылались более 450 раз. Согласно последней оценке, которую получил Сатчидананда Панда (Satchidananda Panda) из Института биологических исследований Солка по результатам исследований приматов
(исключая человека), доля генов, подчиняющихся циркадным ритмам, гораздо выше: 82%. Такое
различие Панда объясняет тем, что в его выборке
представлено гораздо больше тканей. «Теперь можно не сомневаться в наличии временн го фактора
в экспрессии генома», — говорит он.
Представьте, что ваше тело — это своеобразная
машина Руба Голдберга, состоящая из тысяч крошечных устройств, чьи зубчатые колесики, рычаги, насосы, пружины и т.д. должны находиться
в нужном месте и располагаться друг относительно друга определенным образом, чтобы механизм
в данный момент времени работал так, а не иначе.
Оказывается, что эти устройства не всегда бывают в наличии в любое время. Если вы запускаете
мраморный шарик вниз по желобу, его траектория
утром может быть другой, чем вечером.
Управляют всеми временными процессами циркадные часы; это не одна какая-то область головного мозга, как вы можете подумать, а ансамбль
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
155
Биология
дюжины белков. Сегодня мы знаем, что количество таких белков в течение суток периодически
меняется по указке сверхчувствительной области
головного мозга под названием «циркадный пейсмейкер». Белки часового механизма участвуют
в регуляции экспрессии всех генов, отвечающих
за самые разные процессы — от клеточного деления до метаболизма. Они присутствуют практически в каждой клетке нашего тела.
В 2017 г. Нобелевской премии по физиологии
и медицине были удостоены три биолога, занимавшиеся исследованием циркадных ритмов, за идентификацию ключевого белка часового механизма.
Этот белок образуется ночью, распадается днем
и играет роль, сходную с ролью коленчатого вала
в реальной машине. Наличие циркадных часов
подразумевает, что на уровне организма есть «хорошее» время для совершения тех или иных действий и есть «плохое»; это особенно важно, если
дело касается приема медикаментов. Но какое
именно время хорошее?
Ритмичность
процессов
в клетках печени
Циркадные часы — древнейший механизм. Может быть, не столь древний,
как сама жизнь, но существующий у таких разных организмов, как животные,
бактерии, растения. У млекопитающих
функцию циркадного пейсмейкера (суточного таймера) выполняет структура головного мозга, называемая супрахиазматическим ядром. Она регулирует
ход часов, которые есть почти во всех
клетках нашего тела, в том числе
в клетках печени. Два ключевых
белка часового механизма клетки,
BMAL1 и CLOCK, запускают синтез
многих других белков, образующих
петлю обратной связи, которая снижает уровень BMAL1 и CLOCK в надлежащее
­время.
Печеночная
клетка мыши
Illustration by Tami Tolpa
Яд или лекарство?
Ацетаминофен, продаваемый в аптеках под разными названиями (наиболее распространенное —
тайленол), — настоящий двуликий Янус. Чаще всего его принимают при головной боли, и в адекватных дозах он безвреден. Но если доза многократно
превышена, может возникнуть повреждение печени и через несколько дней такого «лечения» пациент может умереть. В связи с передозировкой
ацетаминофена в отделения неотложной помощи
США ежегодно поступают 78 тыс. человек.
Может ли оказаться, что летальность ацетаминофена определяется отчасти временем его приема? Хронофармаколог Роберт Даллманн (Robert
Dallmann) из Уорикского университета дает на это
положительный ответ, основываясь на весьма интересных результатах опытов на мышах. Когда
грызунам скармливали ацетаминофен в запредельно высоких дозах утром, с ними ничего не происходило. «Но если такие же дозы животные получали вечером, печень выходила из строя», — говорит он.
В чем тут дело? Когда два белка часового механизма, CLOCK и BMAL1, совершают суточный цикл
в клетках печени, они задействуют некий переключатель, запускающий синтез DBP; последний
в свою очередь инициирует образование фермента POR, который воздействует на другой фермент,
хорошо знакомый фармакологам. Это CYP2E1,
один из печеночных ферментов, катализирующих
расщепление лекарственных веществ, алкоголя и компонентов пищи. Содержание печеночных
ферментов повышается утром у человека и вечером у мышей, ведущих ночной образ жизни. Шиблер полагает, что активация синтеза этих ферментов приурочена ко времени приема пищи.
156 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Содержание мРНК
Ген транскрипции
BMAL1-мРНК
CLOCK-мРНК
РНК-полимераза
ДНК
мРНК, кодирующая белок BMAL1
мРНК, кодирующая белок CLOCK
ЭТАП 4: ВСЕ СНАЧАЛА
Комплекс PER/CRY оказывает
ингибирующее действие
на CLOCK и BMAL1, и образование белков PER и CRY
постепенно сходит на нет. В их
отсутствие гены белков CLOCK
и BMAL1 активируются.
Содержание
белков
Комплекс
Per/Cry
Биология
Белок
Рибосома
ЭТАП 1: ПИШЕМ ПОСЛАНИЕ
Белок
BMAL1
мРНК,
кодирующая белок BMAL1
Гены, кодирующие печеночные белки BMAL1
и CLOCK, транскрибируются с образованием матричных РНК (мРНК); синтезируемые на них белки
образуют комплекс.
Комплекс
CLOCK/BMAL1
Белок
CLOCK
мРНК,
кодирующая белок CLOCK
Рибосома
ДНК
Содержание белков
1
2
Белок DBP
РНК-полимераза
мРНК, кодирующая белок DBP
Комплекс CLOCK/BMAL1
РНК-полимераза
3
POR (донор электронов,
образуемых в соответствии
с циркадным ритмом)
ДНК
4
Печеночный
фермент CYP2E1
мРНК, кодирующая белок Per1-3
Время приема
ацетаминофена
Утро
Время приема
ацетаминофена
Вечер
Утро
Вечер
Ацетаминофен
мРНК, кодирующая белок Cry1-2
ЭТАП 2: В СВЯЗКЕ
5
NAPQ1
(токсичное
вещество)
NAPQ1
Антиоксидант
(образуется в соответствии с циркадным ритмом)
NAPQ1
отсутствует
ПОЧЕМУ РЕГУЛЯРНЫЙ ПРИЕМ АЦЕТАМИНОФЕНА ТАК ВАЖЕН
CLOCK и BMAL1 1 инициируют транскрипцию гена, кодирующего белок DBP 2 , который в свою очередь инициирует транскрипцию гена, кодирующего фермент POR (оксидоредуктазу) 3 . POR передает электрон печеночному ферменту CYP2E1, активируя его
4 . CYP2E1 связывается с молекулой ацетаминофена 5 и расщепляет ее, высвобождая
токсичный продукт NAPQ1. Если во время приема ацетаминофена в организме присутствует в достаточном количестве глутатион — антиоксидант, синтез которого меняется
в соответствии с циркадными ритмами, — то NAPQ1 расщепляется и прием ацетаминофена не наносит организму никакого вреда. Если же глутатиона недостаточно,
NAPQ1 накапливается и происходит отравление. Для мышей нежелательное
для приема этого препарата время — вечер, для человека — утро.
Per1-3 мРНК
Cry1-2 мРНК
Белок
Per1-3
Комплекс CLOCK/BMAL1
связывается с промотором, участком ДНК, предшествующим каждому гену,
инициируя транскрипцию последнего с образованием мРНК.
Среди множества транскрибированных генов есть два семейства
под названием PER и CRY.
Содержание мРНК
ЭТАП 3: СБОРКА
PER- и CRY-мРНК транслируются с образованием белков, которые связываются между собой
и накапливаются в клетке.
Белок
Cry1-2
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
157
Биология
POR передает ферменту CYP2E1 электрон. Если
человек или мышь недавно проглотили таблетку
ацетаминофена, CYP2E1 «набрасывается» на молекулу этого вещества. В результате последовательных изменений (присоединения молекулы кислорода, манипуляции с протонами и еще одним электроном) высвобождается молекула воды — и то, что
недавно было ацетаминофеном, становится сильнейшим токсином.
Токсин под действием некоего антиоксиданта
превращается в безвредное вещество. Но образование антиоксиданта тоже подчиняется циркадным
ритмам, и если в момент взаимодействия ацетаминофена и CYP2E1 он отсутствует или его слишком
мало, то токсин накапливается и наступает катастрофа. У мышей это обычно случается вечером,
а у человека при аналогичном биологическом статусе — утром.
Интересно, что поломка в циркадных часах нивелирует различие между утром и вечером. «Показано, что если мы выключаем часы печеночных
клеток, то ритмичность процессов исчезает», — говорит Даллманн. В таких лишенных часов клетках
гены экспрессируются менее упорядоченно.
Циркадные ритмы и время приема лекарств
Разумеется, хронометрирование приема лекарств
относится не только к ацетаминофену. По данным Хогнеша, обнародованным в 2014 г., мишенью
56 из 100 наиболее распространенных в США препаратов становятся белки, синтез которых регулируется циркадными часами. Примерно у половины
из них время полураспада в организме не превышает шести часов, а это значит, что их эффективность зависит от времени приема. Аспирин, прописываемый для устранения сердечного приступа,
находится в организме в неизменном виде очень
недолго. А фермент, на который он нацелен, синтезируется в соответствии с показателями циркадных часов. По-видимому, этим объясняются
результаты клинических испытаний аспирина
с участием больных с гипертензией: если они принимали аспирин перед сном, то артериальное давление у них понижалось, а если утром, то слегка
повышалось. Менее масштабные рандомизированные испытания, проведенные в 2014 г., показали,
что прием аспирина перед сном приводит к снижению специфической клеточной активности, ведущей к образованию кровяных сгустков.
Эксперты по хрономедицине проявляют сегодня особый интерес к таймированию приема противораковых препаратов, что способствовало бы
повышению их эффективности и безопасности.
При любой химиотерапии больной страдает от ее
побочных эффектов. Как и ацетаминофен, многие
противораковые препараты подвергаются действию печеночных ферментов, находящихся под
контролем циркадных часов, и их эффективность
158 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
зависит от того, в какое время суток больной эти
препараты получает. Десять лет назад Хальберг
с коллегами обнаружил, что для мышей, больных
раком, время приема противораковых препаратов — жизненно важный фактор.
Хронобиолог Франсис Леви (Francis Levi) с коллегами из Уорикского университета занимался тщательной проверкой этой идеи более 20 лет. В одном
из исследований он наблюдал за 93 пациентами
с раком прямой кишки, принимавшими фторурацил в определенное время. За его расщепление
до безопасного продукта отвечает фермент дигидропиримидин-дегидрогеназа. Его содержание
в организме повышается на 40% к полуночи. Если
принять фторурацил в это время, то его побочные
эффекты будут минимальны.
В другом исследовании той же группы ученых
показано, что мужчины с раком прямой кишки
живут дольше, если прием противораковых препаратов приурочен к определенному времени суток.
У женщин такой закономерности не наблюдалось.
«Это не означает, что женщинам химиотерапия
помогает в меньшей степени, — говорит Леви. —
Просто оптимальное время приема для них отличается от такового у мужчин». У мышей для самцов
и самок разница во времени оптимального приема
ацетаминофена составляет несколько часов. В сотрудничестве с одной из компаний по разработке
биомедицинского оборудования Леви сконструировал устройство, которое позволяет вводить препарат в нужное время, даже если лечащий врач или
пациент спят.
Почему же — при том что все эти данные были
опубликованы много лет назад — хрономедицина
до сих пор не получила широкого распространения? Прежде всего, не все испытания давали положительный результат. Было ли это связано с тем,
что опыты проводились в неподходящее время суток, или с чем-то еще — непонятно. Когда Леви ставил свои эксперименты, детали функционирования циркадных часов не были ясны.
Возможно, престиж хрономедицины повысится
после обнародования результатов недавних исследований. В марте этого года ученые из Китая и США
сообщили о том, что они выяснили механизм действия циркадных часов у пациентов с 32 формами
рака. А в своей последней работе Хогнеш с сотрудниками показали в опытах на мышах, что прием противораковых препаратов в надлежащее время, когда соответствующие ферменты расщепляют
вредные побочные продукты их метаболизма, вдвое
уменьшает токсичность химиотерапии.
Биохронологический подход имеет смысл использовать и для лечения других заболеваний,
в том числе воспалительных и аутоиммунных.
Например, пациенты с ревматоидным артритом
испытывают особенно сильные боли в суставах
по утрам. По словам Джулии Гиббс (Julie Gibbs)
Биология
из Манчестерского университета в Англии, именно на это время приходится пик воспаления суставов. Схема приема одного из противовоспалительных препаратов, при которой пациенту вводили
его еще до пробуждения, оказалось на удивление
эффективной. Ко времени суток привязана даже
проницаемость гематоэнцефалического барьера.
Как показала Амита Сегал (Amita Sehgal) из Пенсильванского университета, действенность противоэпилептических препаратов наиболее высока
при приеме их в ночное время, поскольку молекулярные насосы, выводящие их из головного мозга,
работают в соответствии с циркадными ритмами.
Число работ, посвященных циркадному механизму, растет как снежный ком, и сегодня исследователи в этой области уже не действуют методом проб
и ошибок. «В последние 40 лет ученые в своей работе руководствовались интуицией, — говорит Хогнеш. — Сегодня у них есть четкая стратегия, основанная на понимании работы циркадных часов».
Ценное подспорье
для персонифицированной медицины
Фармацевтические компании и практикующие
врачи не испытывают особого восторга относительно хрономедицины — в отличие от ученых.
Механизм действия циркадных часов на молекулярном уровне исследуется в основном в опытах
на животных, хронобиологию не преподают в медицинских учебных заведениях. Для фармацевтических компаний определение действенности разрабатываемых ими лекарственных средств при
приеме в разное время суток обходится слишком
дорого. Тестирование их всего два раза в сутки —
утром и вечером — сразу удваивает расходы, не говоря уже о тестировании в течение всего дня.
Дело усложняется еще и тем, что оптимальное
время введения того или иного препарата варьирует от пациента к пациенту. Процессы, идущие
в организме, протекают примерно с одинаковой
скоростью у всех нас, но у некоторых они чуть замедлены или чуть ускорены. Показано, что при гипертензии оптимальное время приема лекарств
неодинаково для разных больных. К аналогичному
выводу пришел Леви, наблюдавший за ходом лечения онкологических больных.
Фармацевтические компании уже сталкивались
с проблемой существования циркадных ритмов.
Еще в 1980-х гг., по рассказам Леви, одна из них
попыталась уменьшить побочные эффекты противовоспалительного средства, которое вызывало
нарушения работы желудочно-кишечного тракта
при приеме пролонгированной формы. «Это было
настоящим фиаско», — вспоминает Леви. Несмотря на все усилия, частота побочных эффектов
не уменьшалась. По просьбе компании Леви провел испытание с участием 500 пациентов и обнаружил, что препарат проявляет максимальную
w w w.sci-ru.org
токсичность при приеме утром, когда и предписывался его прием, и высокая токсичность обусловливалась цикличностью выработки соответствующего печеночного фермента.
Индивидуальная вариабельность может быть
не только усложняющим фактором, но и основой
для новых возможностей для фармацевтических
компаний. Последнее время все больший вес приобретает персонифицированная медицина, и хорошим подспорьем здесь может стать ее интеграция с циркадными часами. Если кому-то удастся
устранить побочные эффекты того или иного лекарственного средства у конкретной группы пациентов благодаря приурочиванию его приема
к определенному времени суток, этот опыт позволит оптимизировать всю фармакотерапию. Будет
гораздо проще установить, в какой точке циркадного ритма находится пациент, с помощью несложного неинвазивного тестирования. Так, Хогнеш
проводит испытания системы тестирования с использованием клеток, собранных с ватного тампона, которым с усилием протерли кожу пациента.
Наступят ли времена, когда любой из нас будет
знать все особенности своих циркадных часов, как
он знает свою группу крови? Может быть, каждого
пациента снабдят инструкцией, в какое время суток ему следует принимать прописанные препараты? Ответы разнятся, но Шиблер считает, что
так и будет.
Вернемся к страдавшему астмой монаху. Современные пульмонологи скажут, что одна из причин,
почему астматический приступ обычно случается в ночные часы, заключается в периодичности
выбросов специфических гормонов. Сегодня одно
из противоастматических средств, теофиллин,
больные принимают перед сном. Это капсулы, оболочка которых постепенно рассасывается, высвобождая действующее вещество, которое должно поступить в кровоток спустя несколько часов. За те
1,5 тыс. с лишним лет, которые прошли со времени,
когда Целий Аврелиан написал о ночных «визитах»
астмы, мы многое узнали о ритмичности процессов, протекающих в нашем организме, о циркадных часах и о важности приема медицинских препаратов в определенное время суток.
Перевод: Н.Н. Шафрановская
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Самма К., Турек Ф. Эти часы внутри нас // ВМН, № 4, 2015.
Chronopharmacology: New Insights and Therapeutic Implications. Robert Dallmann et al. in Annual Review of Pharmacology
and Toxicology, Vol. 54, pages 339–361; January 2014.
A Circadian Gene Expression Atlas in Mammals: Implications for
Biology and Medicine. Ray Zhang et al. in Proceedings of National
Academy of Sciences USA, Vol. 111, No. 45, pages 16,219–16,224;
November 11,2014.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
159
Высоковольтные провода протянулись с опоры ЛЭП (вид снизу)
160 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
СОЗ А
НИЕ
ЭН Е РГЕТИ КА
«УМНЫХ»
СЕТЕЙ
Э ЕКТРО
ПЕРЕ АЧИ
Возобновляемые источники энергии станут
эффективными, если в конструкции новых
электросетей будут заложены метеоданные
Питер Фэйрли
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
161
Энергетика
ОБ АВТОРЕ
Питер Фэйрли (Peter Fairley) — писатель из Виктории,
­провинция Британская Колумбия (Канада), интересуется
вопросами энергетики и окружающей среды.
ост популярности ветряных электростанций в ущелье реки Колумбия, что
течет в северо-западной тихоокеанской части США, свидетельствует об
успехе возобновляемых источников энергии и в то же время служит поучительной историей. Электротехники заполнили каньон тысячью ветряных
турбин, которые обслуживают от 2 до 3 млн домов. Однако надо сказать, что безуглеродная энергетика стала причиной головной боли отвечающих за районные
электросети операторов Бонневиллского управления энергетики, расположенного
в Портленде, штат Орегон. Изменения ветрового режима в широком диапазоне размещения турбин вызывают большие скачки мощности. Стратовулкан Худ, возвышаясь над ущельем и разделяя господствующие ветры, подобно огромному валуну в ручье, усиливает беспорядок. Разрыв воздушных потоков отражается на работе ветроэлектростанций, приводя к резким скачкам производимой мощности. В Бонневилле
электропитание раскачивается вверх и вниз, как на большой атомной станции.
Управление электросетями связано с рисками,
особенно весной, когда импульсы перенапряжения исходят от мощных северо-западных гидроэлектростанций. Плотины вынуждены работать
на полной скорости, когда водохранилища над
ними переполнены до краев талой водой. Джастин
Шарп (Justin Sharp), консультант по энергетике
из Портленда, объясняет, что перелив воды поверх
плотины без выработки электроэнергии не только
становится энергетической потерей, но и вносит
избыток воздуха и убивает находящегося в опасности лосося, нерестящегося здесь в боковых ­ручьях.
В результате в Бонневилле иногда закрываются
ветровые электростанции и таким образом разбазаривается чистая энергия.
Шарпу хорошо известна эта ситуация, поскольку он сам участвовал в ее создании. После получения докторской степени по метеорологии за исследования местных сильных ветров он семь лет
проработал в проектной энергетической компании Iberdrola Renewables (сейчас Avangrid
Renewables), подводя этот природный ресурс
к турбинам, которые сегодня обеспечивают электричеством сети Бонневилла. По словам Шарпа,
Ветер и солнце не станут главными источниками энергии, пока не будет сконструирована национальная магистральная электросеть на основе местных ежедневных данных о погоде.
Модели, в которых используются подробные метеоданные, могут помочь оптимизировать размещение возобновляемых источников энергии и ЛЭП постоянного тока, их объединяющих.
На одной из моделей снабжение электроэнергией страны от возобновляемых источников достигает 67%. Но сопротивление, оказываемое властями штатов и энергетическими компаниями прокладке длинных линий постоянного тока, подавляет строительство адаптивных сетей на базе метеоданных.
162 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
PRECEDING PAGES: GALLERY STOCK
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Энергетика
Реконструкция энергетики
Коренная перестройка энергосистемы США позволит увеличить снабжение
возобновляемыми источниками энергии до 67% и выше к 2040 г., а также исключить угольные электростанции. В результате выбросы парниковых газов
сократятся на 89% по сравнению с эмиссией системы 2016 г., а счета за электричество уменьшатся на 10%. В основе преобразования лежат подробные
данные об изменении погоды на территории всей страны, разбитой сетью
квадратов со стороной 3 км, передаваемые каждые 5 мин круглый год, по ним
определяют, какие возводить электростанции и где (точки), как наиболее
эффективно соединить регионы с помощью магистральных ЛЭП постоянного тока (серые). На этом плане Vibrant Clean Energy электростанции пространственно рассредоточены более широко, чем сегодня, поэтому они могут поддерживать друг друга во время погодных перемен в любой точке страны.
Высоковольтные магистральные
линии электропередачи
План развития энергетики на 2040 г.
Каждая точка обозначает один тип местного
источника энергии. Каждая точка соответствует 1 тыс. МВт, те, что на карте большего
размера, пропорционально мощнее, а меньшего — слабее.
Накопление энергии
Сложный цикл с сжиганием газа
Газогенератор на газе
Солнечная батарея на крыше
Атомная энергия
Гидроэлектроэнергия
Береговой ветер
Геотермальная энергия
Морской ветер
Солнечная энергия для
коммунального использования
Природный
Геотермальная (1%) газ (10%)
Атомная (27%)
Новая комбинированная
Гидроэлектроэнергия (5%)
Ветровая (15%)
Солнечная (42%)
Проблема
Флориды
Атомная ставка
Map by Christopher Clack, Vibrant Clean Energy
По данному плану
атомная энергетика
расширяет свою долю
с 20% в 2016 г. до 27%
в 2040 г. Газовая
и угольная отрасли
заменяются главным
образом возобновляемыми источниками
энергии. По расчетам,
затраты на ядерную
энергию остаются
оптимистичными, в случае их роста доля атомных электростанций
уменьшится с заменой
на природный газ.
Одинокая звезда
Техас поддерживает
свою собственную сеть
электропередачи и ограничивает обмен с соседними сетями,
дабы избежать вмешательства
органов регулирования федерального
правительства, поэтому на схеме его
связи слабы. В моделирование не включены также Канада и Мексика, но эффективная
энергосеть, учитывающая метеоданные, которая предельно повышает надежность и снижает
затраты, должна пересекать Северную Америку.
­разработчики проектировали ветровые станции
для производства максимальной годовой мощности при минимальной стоимости, а Бонневилл
наращивал линии электропередачи для сброса
этой продукции на рынок. Но все, как добавляет Шарп, проигнорировали изменчивость погоды и климата. «Оценивали мы это непостоянство,
когда рассчитывали строительство всех ветроэлектростанций? Нет. Проводим мы эту оценку
сейчас? Нет. Оказывает ли это воздействие на всю
w w w.sci-ru.org
Решения
по постоянному току
Капитальная перестройка
обширной магистральной
электросети требует прокладки множества длинных
ЛЭП постоянного тока;
на сегодня их существует
только несколько.
Высокая плотность населения и массовое
пользование кондиционерами повышает
расход электроэнергии во Флориде. Погода
здесь очень переменчива, поэтому система питается как от больших
солнечных станций, так
и от региональных мощных линий постоянного
тока. Недостаточная выработка электроэнергии
солнечными и ветровыми генераторами или
скачки напряжения сглаживаются резервными
батареями.
систему и ее способность справиться с многочисленными ветрами? Безусловно. Очень сильно».
Эта картина повторяется везде в США. Другие
специалисты, подобно Шарпу, предвидят день расплаты для штатов, городов и предприятий, планирующих переход на электричество, полученное без использования угля и углеводородов. Если
строители продолжат игнорировать нестабильность, вызванную погодными условиями, электросети будут становиться все более опасными.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
163
Шарп ­поясняет: «Мы пытаемся вбить квадратный колышек возобновляемых ресурсов в круглую дырку существующей электросистемы,
и я думаю, что мы берем курс
на крушение поезда».
Нам необходимо проектировать «умные», адаптивные
электросети, управляемые
метеоданными и передающие
электроэнергию на большие
расстояния по линиям, в которых будут устранены погодные несоответствия. Подобная система смогла бы перемещать массу чистой энергии
через всю Северную Америку и связать спрос и предложение независимо от погоды, позволяя, например, избытку ветров в каньоне реки
Колумбия помочь активной
жизни в Миннеаполисе, когда ветры на Среднем Западе
теряют скорость, и наоборот.
«Мы пока еще этого не сделаВетровые электростанции в штате Вашингтон могли бы посылать
ли», — говорит Чарли Смит
электричество за тысячи километров на восток, если бы энергосеть США была
(Charlie Smith), исполнитель- усилена ЛЭП постоянного тока
ный директор Группы интеграции энергетических систем, промышленной ас- превышающей 20 ГВт, в стране лидирует Техас.
социации, в центре внимания которой находится Так как господствующие ветры дуют сильнее всего ночью, сброс излишков энергии в сеть вынуждаизменение производства электроэнергии.
ет коммунальные службы платить крупным клиУкрощение монстров
ентам, чтобы они ее забрали. Звучит дико, но это
Эрон Блум (Aaron Bloom), руководитель группы менее затратно, чем отключать ветровые станции
системного анализа электросетей Национальной и тратить энергию впустую.
лаборатории по изучению возобновляемой энерВ Калифорнии достаточно ветрено, и она опегии (NREL) Министерства энергетики США в Гол- режает другие штаты по количеству солнечных
дене, штат Колорадо, отмечает справедливости станций и фотоэлектрического кровельного поради, что технические параметры электросетей крытия. Каждое утро, когда встает солнце, гелио­
всегда отражают погодные условия, но приблизи- коллекторы выдают электроцунами, иногда претельно. Резкие подъемы жары и похолодания соз- вышающие емкость сетей, а ранним вечером,
дают в районных сетях пики перенапряжения. когда потребители требуют больше всего элекТиповые проекты сводятся к обеспечению безо- тричества, производительность падает. В Калипасности, когда система может сообщать о погод- форнии мало ресурсов. «Калифорния протянулась
ных катаклизмах. Но, как отмечает Блум, быстрое с севера на юг, поэтому восход и заход солнца отравномерное увеличение ветровых и солнечных ражаются в каждой солнечной панели приблизистанций заставляет конструкторов значительно тельно в одно время», — говорит Марк Альстром
усиливать искусственный интеллект электросети (Mark Ahlstrom), заместитель президента проекв отношении погодных изменений.
тно-конструкторской компании NextEra Energy
В отличие от традиционных угольных, газовых Resources, занимающийся вопросами политики,
и ядерных генераторов ветряные турбины и сол- относящимися к возобновляемым энергоресурнечные батареи четко реагируют на погоду, добав- сам, на которые и направлена деятельность всей
ляя большие отклонения, изменяющиеся день ото компании. Надо сказать, что три зимы тому ­назад
дня в течение года.
погодные катаклизмы потрясли систему снабжеВ Техасе и Калифорнии эти проблемы ярко вы- ния ветровой электроэнергией в обоих штатах. Неражены. По общей мощности ветровых станций, обычно стабильный гребень высокого давления,
164 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
INGA SPENCE Getty Images
Энергетика
Энергетика
­ становившийся над западным побережьем США,
у
снизил скорость ветров до нижних значений, и это
продолжалось несколько месяцев.
Отдельные штаты обычно не получают помощи
от остальной части страны, поскольку все электроснабжение США поделено на три больших изолированных региона. Подобная «балканизация» означает, что каждый регион должен справляться
со своими непостоянствами погоды самостоятельно. Восточное и Западное энергообъединения, две
сети на переменном токе, обслуживающие б ль­
шую часть США и Канады, а также частично Мексику, практически не имеют между собой связи.
И еще менее они обмениваются энергией с Техасом, где есть своя сеть переменного тока.
Потребители далеки от проблем, которые могут
вызвать противоречия использования возобновляемых энергоресурсов, поскольку гигантские ветрогенераторы и солнечные батареи дают вместе
только 7,6% электроснабжения США. Сетевые операторы до сих пор управляют тысячами традиционных электростанций, то запуская, то приостанавливая их, чтобы сбалансировать питание
от всех этих разных источников. Однако доля возобновляемых источников устремляется ввысь. Калифорния официально объявила, что к 2030 г. она
составит 50% (и сюда не включены крупные гидроэлектростанции). В штате Гавайи собираются достичь рекордных 100% к 2040 г. Однако всего несколько коммунальных служб и операторов
передающей системы пытаются сконструировать
сети, приспособленные к переменам погоды, чтобы справляться с грядущими ветровыми и солнечными мощностями. Но также надо отметить, что
появляется все больше конструкторских решений,
чтобы принять этот вызов.
Большие объемы метеорологических данных
Команда Блума из NREL и другие эксперты, такие
как Джеймс Макколли (James McCalley) из Университета штата Айова, завершают крупномасштабное исследование по оценке преимуществ расширения совместного использования Восточной
и Западной региональных электросетей. В этом
исследовании взаимодействия впервые был применен набор новых данных о ветровой и солнечной
энергии, имеющих превосходное пространственное и временное разрешения, что поднимает моделирование на новый уровень. Данные, предоставленные группой NREL, дают возможность отслеживать мгновенные состояния погоды и потоков
энергии по всей стране в интервале 5 мин в течение года, при этом выдаются карты ветров на каждые 2 км2 и солнечной радиации на каждые 4 км 2.
Подобная детализация крайне важна для составления схемы переменных силы ветра в такой сложной местности, как каньон реки Колумбия. Проектирование скорости ветра на многочисленных
w w w.sci-ru.org
высотах также дает возможность NREL выбрать
оптимальное применение турбин в любом месте.
В результате всех этих сложных измерений создаются модели, на которых видно, как эффективно и надежно, без лишних затрат увеличить снабжение на континентальной части США (за исключением Техаса), доведя его до величины более 54%
к 2040 г., что значительно превышает сегодняшний уровень.
На моделях стирается разделение на Восточную
и Западную региональные сети путем их связывания воедино вдоль общей границы крупными
ЛЭП постоянного тока либо пересечением их сетью более длинных ЛЭП постоянного тока, протянувшихся от побережья Тихого океана до Среднего Запада, и вдобавок магистралью от Луизианы
до Флориды. Использование проводов постоянного, а не переменного тока объясняется значительно меньшими потерями энергии при передаче
на большие расстояния, что делает отдаленное
электроснабжение экономически эффективным.
На моделях NREL определено, сколько электроэнергии смогли бы передать ЛЭП и где поставить новые
генераторы, чтобы воспользоваться преимуществом усиленной системы электропередачи.
На моделях определяются различные возможности оптимизации, связанной с ответом на погодные условия, как, например, в виде установки расширенного ассортимента ветровых и солнечных
генераторов с более широким разбросом на местности вместо нагромождения их в нескольких исключительно ветреных или солнечных районах,
как их обычно размещают сегодня. По словам Грега Бринкмана (Greg Brinkman), разработчика энергетической модели, результат, по-видимому, работает на возобновляемую энергию, требующую
включения небольших ресурсов традиционных
электростанций. Он добавляет: «Таким образом,
представлено все природное разнообразие».
В моделях NREL, кроме всей их утонченной сложности, прослеживается преодоление трудностей
конструкций, отвечающих погодным переменным. Например, Макколли провел несколько упрощений, чтобы облегчить моделирование и сделать
расчеты на компьютере в течение шести-семи
дней. И при выборе на моделях специальных мест
размещения генераторов на возобновляемых ресурсах были использованы упрощенные пространственные и временные схемы, а не точные, исходящие из пятиминутных интервалов и четырехкилометровых площадок.
В лаборатории также предварительно задают
первое и последнее значения для линий постоянного тока, чтобы избежать, как говорит Блум,
математической неразрешимости вычислений.
В результате не всегда происходит одновременная оптимизация как генераторов, так и путей
энергопередачи. Тем не менее предварительные
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
165
Энергетика
­ езультаты моделирования NREL показывают, что
р
провода постоянного тока, уходящие на дальние
расстояния, могут дать экономию в $3,8 млрд в год
за счет, например, резкого снижения потребления
угля и газа, окупая себя втройне и выше. Но каждый километр передачи постоянного тока может
обеспечить еще б льшую экономию и более серьезное сокращение углеродных выбросов при полной
оптимизации всей схемы энергоснабжения.
Недавнее моделирование реконструкции энергосети Европы с полноценным включением возобновляемых источников энергии, предполагающее введение ее в строй к 2040 г., показало, что
в моделях NREL, сделанных ускоренным методом,
не был учтен потенциал возобновляемой энергетики в полной мере. Европейская сеть системных
операторов передачи электроэнергии, ассоциация
с представительством в Брюсселе, к модели электросети 2030 г. добавила столько генераторов, работающих на ветровой, солнечной энергии, а также на других видах возобновляемых энергоресурсов, чтобы их доля обеспечения поднялась до 75%.
Затем специалисты ассоциации разработали концепцию расширения взаимосвязей стран и усовершенствования сети к 2040 г., чтобы снять узкие места в сезонных энергопотоках. В итоге они
перераспределили поступление энергии с тех же
самых генераторов и использовали преимущества
реконструкции. Данная итеративная разработка
оптимизации позволила довести долю возобновляемых источников энергии до 80% и выше в проектах на 2040 г.
К лучшим алгоритмам
Один независимый исследователь заявил, что он
может свести все методы моделирования вместе,
чтобы выжать еще больше пользы из метеоданных. Кристофер Клак (Christopher Clack), исполнительный директор Vibrant Clean Energy, организации, занимающейся моделированием сетей
и прогнозированием в области энергетики, которая находится в Боулдере, штат Колорадо, разработал свои передовые алгоритмы построения сетей на метеоданных еще во время четырехлетнего
служения в Национальном управлении океанических и атмосферных исследований (NOAA). Затем
в 2016 г. он запустил свою запатентованную коммерческую программу под названием WIS:dom.
Как заявляет Клак, в этой программе используются метеоданные высокой степени разрешения,
аналогичные тем, что применяют в NREL, но, идя
другим путем, он создает больше возможностей
для возобновляемой энергетики. В результате недавнего анализа объединенной энергосети США он
пришел к системе, где возобновляемые источники
могли бы дать 62% производства электроэнергии
к 2040 г., что на 20% больше, чем в самых последних проектах NREL. Электроснабжение, согласно
166 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
смоделированной схеме, также выходит на 10% дешевле, чем сегодня. Клак поясняет, что возобновляемые источники могли бы превысить и 67% задолго до 2040 г., если сэкономленные средства возвращались бы в растущие инвестиции в системе
магистральных ЛЭП.
Клак утверждает, что его программа WIS:dom выжимает больше логических возможностей из метеоданных благодаря одновременной оптимизации
электростанций и системы передачи, особенно
длинных ЛЭП постоянного тока, а не заблаговременной установке ЛЭП, как это вынуждены делать в NREL. Эта модель также отслеживает тенденцию, как изменяется работа возобновляемых
источников от одного к другому час за часом, при
этом лучше выравнивается энергия ветровых
и солнечных станций, расположенных на больших расстояниях друг от друга. Например, эта
программа позволяет установить, когда подъем
энергии ночных ветров в Техасе может компенсировать отставание, вызванное береговыми ветрами на восточном побережье США, преобладающими в дневное время. «Все самые разные районы
могут помогать другим районам в различное время», — поясняет Клак. А Макколли подтверждает,
что на модели NREL ввиду ее ограничений может
быть утрачена часть такой связи, хотя он сомневается, что упрощение может повлечь значительные различия.
Клак говорит, что ему потребуется всего два дня
работы на компьютере, чтобы выдать более оптимизированную электросеть. Эксперты утверждают, что его интегральные модели могут стать прорывом в конструкции «умных» сетей на базе метеоданных. Альстром подтверждает, что Клак
определенно достиг высшего уровня достовер­
ности.
У программы WIS:dom, однако, нет законной
силы. Такие эксперты, как Альстром, Блум и другие, хотели бы больше знать о механизме собственных разработок Клака, чтобы подтвердить
их надежность. «Крис — умный парень. Он делает большое дело. Но я даже не знаю, что у него
на уме», — говорит Блум. Кажется, что он не собирается поделиться своими разработками. Какникак он продает свою продукцию энергетическим
компаниям, в том числе и советы, куда региональным системным операторам и предприимчивым
строителям энергосетей следует запланировать
вложения в размере миллиардов долларов.
Политические тормоза
Разработчики в области энергетики, такие как
Шарп и Смит, стараются привлечь особое внимание сетевых компаний и научных организаций,
например Американского метеорологического общества, к планированию, строящемуся на метео­
данных. Они также призывают политических
Энергетика
и промышленных руководителей агитировать
за ЛЭП постоянного тока, чтобы преодолеть сопротивление их возведению. В государственных документах по возобновляемым ресурсам даны рекомендации сетевым операторам строить линии передачи переменного тока к ветровым и солнечным
источникам энергии. Только малая горстка фирм
пытается построить длинные ЛЭП постоянного
тока для регионального обмена энергией от возобновляемых источников, как поступают в Европе,
Китае и других местах на Земле.
Частично создают проблему не вполне обоснованные оппозиционные взгляды на линии электропередачи. Препятствием служит и сдвиг коммунальных инвестиций в беспроводные решения
электросетей, как, например, хранение энергии
в аккумуляторных батареях. Большие дорогие батареи размещают в местах энергопотребления, они
могут принять излишки энергии, например образуемые ночными ветрами в Техасе, и хранить их
в течение нескольких безветренных дней. Но батареи не могут служить хорошим подспорьем во время катастрофических событий, подобных засухе на западе США в 2015 г. «Это совсем не похоже
на то, что вы сможете забрать всю энергию, собранную вашим солнечным генератором летом, и заложить ее в батарею на зиму», — объясняет Шарп.
Региональные войны за сферы влияния создают, может быть, даже еще б льшие препятствия
к установлению длинных взаимосвязей на постоянном токе. Представители властей штатов
и местные чиновники часто препятствуют сооружению крупных ЛЭП, приносящих дешевую энергию издалека, дабы защитить свои генераторы.
Дейл Осборн (Dale Osborn), возглавивший команду, проектировавшую сеть постоянного тока, исследованную NREL, получил горькие уроки сопротивления. Осборн как представитель энергетики
страны стоял за укрепление сетей линиями постоянного тока, пока в прошлом году не ушел на пенсию из компании — независимого системного оператора Midcontinent, управляющей ЛЭП и оптовым
рынком электроэнергии, в котором участвуют
15 штатов США и канадская провинция Манитоба. Анализ NREL показал, что системе, торгующей
электроэнергией от штата Вашингтон до Флориды,
требуется намного меньше электростанций, разбросанных по всей стране. Хотя при таком подходе снижается общая стоимость, но Осборн посетовал, что есть много своекорыстных людей, которые
не хотят низкозатратного производства: «Они хотят больше получать за выработку своей энергии».
Клак говорит, что передача постоянного тока
высокого напряжения (HVDC) в США представляется в перспективе так неясно, что клиенты
обычно просят исключить ее из исследований,
которые он для них выполняет, поэтому в его программе WIS:dom появляется больше коротких ЛЭП
w w w.sci-ru.org
­переменного тока. «Длинные высоковольтные линии передачи постоянного тока исключаются, поскольку большинство не верит, что это случится», — поясняет Клак. По крайней мере, не в обозримом будущем. К сожалению, он отмечает, что
при исключении линий постоянного тока затраты
остаются прежними, а сокращение эмиссии диоксида углерода становится менее результативным
приблизительно наполовину в результате того, что
исчезает меньшее количество традиционных электростанций.
Федеральное правительство могло бы помочь
ослабить блокировку энергосети. Министр энергетики, действовавший при президенте Бараке Обаме, Эрнест Мониз (Ernest Moniz), применял не подтвержденные практикой полномочия
по принудительному отчуждению земель со статусом имеющих национальную значимость под ЛЭП
постоянного тока. Это мероприятие было направлено на сброс излишков ветровой энергии из Оклахомы на рынок штатов Среднего Юга и Юго-Востока, но недавно было отодвинуто на задний план
его поборником — Clean Line Energy Partners, пока
идет борьба за несколько проектов на Среднем Западе, которые также были приостановлены силами местной и штатской оппозиции.
Подобного рода продвижение энергетики во времена президента Доналда Трампа менее вероятно. Министр энергетики Рик Перри (Rick Perry),
защитник электростанций, работающих на угле,
утверждает, что расширение использования
угольных ресурсов на местах способствует созданию более приспособленной к погодным катаклизмам сети. Однако специалисты подчеркивают, что
угольные кучи могут промерзать во время внезапных похолоданий и размываться под действием
тропических ураганов — и тогда электростанции
выходят из строя. Но во время таких погодных условий часто происходит перепад давления, когда
раскручиваются ветровые турбины и очищается небо, дающее максимум солнечной радиации.
Шарп отмечает: «В стране есть места с весьма полноценными возобновляемыми источниками энергии, работающими в период погодных неурядиц».
Но эта энергия будет получена, только если умные сети ее доставят.
Перевод: В.И. Сидорова
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Уолд М. Как построить суперсеть // ВМН, № 1, 2011.
Transmission Upgrades & Expansion: Keys to Meeting Large Customer Demand for Renewable Energy. David Gardiner and Associates. Wind Energy Foundation, January 2018.
National Renewable Energy Laboratory’s Interconnections Seam
Study: www.nrel.gov/analysis/seams.html
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
167
Здравоохранение
УБИТЬ
АА
КОМАРА
ЗДРАВООХРАН Е Н И Е
На распространение
болезней, переносимых
комарами, ученые отвечают
разработкой новых инсектицидов
и ловушек, а также применением
генетических методов для
уменьшения численности популяций
комаров‑переносчиков
Дан Стрикман
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Комары — переносчики инфекционных заболеваний ответственны за гибель 725 тыс. людей ежегодно; это самые
смертоносные земные
создания.
168 Изменение климата
и глобализация повы­
шают их распространенность, к тому же они
приобретают устойчивость к обычным инсектицидам.
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Специалисты по контролю численности комаров- переносчиков
разрабатывают новые
инсектициды и ловушки,
генетически видоизменяют насекомых.
Здравоохранение
w w w.sci-ru.org
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
169
Здравоохранение
ОБ АВТОРЕ
Дан Стрикман (Dan Strickman) — энтомолог, руководитель
проекта по контролю численности комаров-переносчиков,
финансируемого Фондом Билла и Мелинды Гейтс.
еловечество боролось с комарами —
переносчиками болезней всю свою
многовековую историю. Достаточно всего двух комариных укусов (первый, когда насекомое получает патоген, второй — когда передает его
другому животному), чтобы началась вспышка инфекции. Малярия охватила Африку, когда люди стали совместно обрабатывать землю. Желтая лихорадка уничтожила почти все население Мемфиса, штат
Теннесси, когда в 1870-х гг. урбанизация и развитие
водного транспорта привели к массовому контактированию инфицированных людей и комаров-переносчиков. Есть даже археологические свидетельства
того, что инфекционные болезни, переносимые комарами, причастны к распаду Римской империи.
По оценкам Фонда Билла и Мелинды Гейтс, в котором я возглавляю отдел по контролю численности переносчиков инфекций,
комары-убийцы уносят жизни
725 тыс. человек ежегодно. Для
сравнения: от рук людей погибает примерно 475 тыс. человек
в год. В тех частях земного шара,
где люди контактируют с переносчиками инфекций почти весь
год (к таким регионам относятся
территории южнее Сахары в Африке и тропики Южной Америки и Азии), комары — переносчики инфекций наносят серьезный
ущерб экономике. Они ответственны за гибель большего числа людей на Земле, чем все войны
вместе взятые.
Aedes
Крошечные создания —
большой ущерб
На Земле обитают примерно 3,5 тыс. видов комаров, и лишь сотнядругая видов отвечают за ­перенос инфекционных болезней.
A. albopictus
Основные игроки
A. aegypti
Комары некоторых видов переносят возбудителей сразу
нескольких инфекционных заболеваний. Так, комар Aedes
aegypti, обитающий на территориях, где живет половина
населения земного шара, выступает переносчиком вируса
лихорадки Зика, денге, чикунгуньи и желтой лихорадки.
PRECEDING PAGES: GETTY IMAGES
ЧИКУНГУНЬЯ
СИМПТОМЫ: лихорадка, боль
в суставах, головная боль,
мышечная боль, сыпь.
ФАКТЫ: до 2013 г. в США не было
задокументировано ни одного
случая заражения, но в прошлом году число таких случаев
достигло 123 тыс.
170 ДЕНГЕ
СИМПТОМЫ: лихорадка, сильная головная боль, боль в глазах
и суставах, сыпь, пониженное
число лейкоцитов.
ФАКТЫ: до 1970 г. эпидемия
была зафиксирована только
в девяти странах; сегодня ею
охвачены более 100 стран.
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
ЛИХОРАДКА ЗИКА
СИМПТОМЫ: часто протекает бессимптомно, но иногда наблюдаются лихорадка, сыпь, головная боль.
ФАКТЫ: недавно возникла паника по поводу возможной эпидемии; передается при
укусе комаров, половым путем или от матери плоду, вызывает серьезные патологии
развития, в том числе микроцефалию.
МАЛЯРИЯ
СИМПТОМЫ: лихорадка, озноб,
потливость, головная боль, тошнота, рвота.
ФАКТЫ: в 2016 г. от малярии умерли
445 тыс. человек, большинство —
в Африке; в том же году число
инфицированных по всему земному
шару составило 216 млн.
Здравоохранение
Одно время казалось, что комары-убийцы побеждены. В 1939 г. швейцарский химик Пауль Мюллер
(Paul Hermann M ller) синтезировал инсектицид
под сложным названием «дихлордифенилтрихлорэтан», вещество без цвета и запаха (позже названное ДДТ), которое эффективно уничтожало комаров. Его стали применять для обработки жилых
помещений, ферм, сельскохозяйственных земель,
а также использовать в военных целях. За это открытие Мюллер в 1948 г. получил Нобелевскую премию по химии. Но прошло время — и обнаружилось,
что новое вещество опасно для человека и окружающей среды. Оно накапливается в рыбе, растениях, жировой ткани млекопитающих и распространяется по всей пищевой цепи. Когда какая-нибудь
птица — белоголовый орлан, скопа или сокол — съедает загрязненную ДДТ рыбу, она откладывает неполноценные яйца, из которых вылупляются нежизнеспособные птенцы, и в результате численность популяции уменьшается. В начале 1970-х гг.
применение ДДТ серьезно ограничили, и комары —
а соответственно и малярия — вернулись.
Произошедшие в последние несколько десятков
лет потепление климата и глобализация привели
к тому, что переносимые комарами инфекции стали серьезной проблемой для самых разных регионов земного шара, в том числе для США. В прошлом году примерно 2 тыс. жителей этой страны
были заражены вирусом лихорадки Западного
Anopheles
Нила, а за последние пять лет вирус чикунгуньи
распространился на 45 стран; в результате заболели 2 млн человек, при этом в США произошли многочисленные вспышки инфекции. Несмотря на то
что в 2018 г. на момент написания статьи официально зарегистрирован всего 21 случай заражения
вирусом лихорадки Зика (все инфицированные побывали в эндемичных для этой инфекции регионах), в глобальном масштабе проблема представляется крайне серьезной. В 2016 г. на территории
США зафиксировано 47 тыс. случаев инфекционных болезней, передаваемых комарами; десятью
годами раньше таких случаев было менее 7 тыс.
Оптимальной стратегией сдерживания распространения инфекций было бы направленное уничтожение комаров-переносчиков в жилых помещениях. К сожалению, обнаружилось, что все имеющиеся для этого инструменты неэффективны:
со временем комары приобретают устойчивость
ко многим инсектицидам, которыми пропитывают
противомоскитные сетки, а как показали наблюдения последних лет за распространением вируса
Зика, становится все труднее уничтожать такие
виды комаров, как Aedes aegypti, которые живут
в наших домах и могут размножаться в лужицах
стоячей воды.
Для того чтобы переломить эту тенденцию, энтомологи разных стран создают новые инструменты контроля численности комаров: более
Haemagogus
Culex
ЖЕЛТАЯ ЛИХОРАДКА
СИМПТОМЫ: внезапная лихорадка, озноб, сильная головная боль, боль в спине,
рвота.
ФАКТЫ: против желтой лихорадки, в отличие от других переносимых комарами
инфекций, разработана безопасная эффективная вакцина; дефицит вакцины привел
к вспышкам заболевания в последние годы.
w w w.sci-ru.org
ЛИМФАТИЧЕСКИЙ ФИЛЯРИАТОЗ
СИМПТОМЫ: значительное увеличение
размеров частей тела, в частности конечностей и гениталий, лихорадка.
ФАКТЫ: заболевание более известно
как «слоновая болезнь»; этой паразитарной инвазии подвержены 165 млн жителей Азии, Африки, стран Карибского
бассейна, Южной Америки.
ЛИХОРАДКА ЗАПАДНОГО НИЛА
СИМПТОМЫ: часто отсутствуют, но иногда бывают лихорадка, головная боль,
быстрая утомляемость, рвота, сыпь.
ФАКТЫ: в прошлом году в США задокументировано более 2 тыс. случаев заражения вирусом лихорадки Западного
Нила; более 120 инфицированных
умерли.
В тех частях земного шара, где люди
контактируют с комарами-переносчиками бóльшую
часть года, эти
насекомые наносят существенный
экономический
вред. Так, более
половины потерь
урожая в Кении
относится на счет
заболевания
малярией работников сельского
хозяйства.
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
171
RESEARCH BY AMANDA HOBBS; Illustration by Immy Smith
Основные
болезни
Здравоохранение
­эффективные инсектициды, надежные
ловушки; применяются даже радиационное воздействие на насекомых или
генетические манипуляции с целью их
стерилизации. Идеям использования
некоторых из этих подходов уже несколько десятков лет. Но их реализация
была невозможна без технологических
достижений, инвестиций и осознания
того факта, что контроль численности
комаров-переносчиков — неотъемлемая часть искоренения порождаемых
ими болезней.
172 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
GUNTER MULLER University of Bamako
Усовершенствование ловушек
Из всех инфекционных заболеваний,
переносимых комарами, малярия —
самое стойкое и смертельно опасное.
В 2016 г. ей было поражено 216 млн человек по всему земному шару, умерли
445 тыс. Переносчиками возбудителя
малярии — простейшего рода Plasmodi‑
um — выступают самки некоторых видов комаров рода Anopheles. Плазмодии
попадают в кровь самки, когда она кусает больного малярией; они размножаются в кишечнике насекомого, по­
падают в слюнные железы и проникают
В Мали сотрудники Центра по борьбе с малярией при Университете
в организм здорового человека при укуБамако проверяют одну из приманок для комаров
се. С током крови плазмодии попадают
в печень, где проходят первый цикл развития, за- служит человек. Пытаясь проникнуть в дом, комар
тем переходят в кровь и внедряются в эритроци- протискивается сквозь ячейку и покрывается слоты. Здесь они совершают второй цикл развития, ем инсектицида.
заканчивающийся распадом эритроцитов и массоНеопубликованные результаты исследований,
вым выходом возбудителя в кровь больного.
проведенных в 2016–2017 гг. учеными ПенсильШирокая распространенность малярии и высо- ванского университета в поселениях Koт-д'Ивуара,
кая смертность заставили предпринять экстра- показали, что в жилищах, оборудованных трубаординарные меры по истреблению переносчиков. ми-ловушками, заболеваемость малярией детей
В 2016 г. на реализацию этих мер и соответствую- снизилась на 40%. Новые устройства безопасны
щие исследования было израсходовано $2,7 млрд. для человека — они располагаются под потолком,
Самым серьезным препятствием на пути к успеху и дотянуться до них просто так невозможно, осостала неопределенность с местом приложения уси- бенно детям. Есть и еще одно преимущество инлий — в частности, не всегда известно, как кома- новации: она снижает вероятность развития реры проникают в жилые помещения и какие спосо- зистентности. Проникающие через ячейки комары
бы их уничтожения наносят минимальный ущерб покрываются инсектицидом целиком и получают
окружающей среде, человеку и животным.
его в большей дозе, чем когда просто садятся на обКак устроено типичное жилище в тропических работанную поверхность, а потому гарантированстранах? Между его крышей и стенами имеется но погибают.
небольшой зазор. Комары до чрезвычайности изоОднако не все комары ищут своих жертв только
щренны в поиске жертвы; так, ориентиром для них в помещениях и не все жилища оборудованы труможет служить углекислый газ, выдыхаемый че- бами-ловушками. Чтобы найти управу на насеколовеком, и следуя его потокам, они через этот за- мых, израильские энтомологи разработали призор попадают в жилище. В последние несколько манки особой конструкции, содержащие сахар
лет жители по совету энтомологов стали заделы- в смеси с инсектицидами. Такие приманки более
вать зазор пластиковыми трубами с электроста- ядовиты, чем, например, обработанные инсектитическим ячеистым экраном, покрытым инсекти- цидами надкроватные сетки, поскольку яд попадацидной «пудрой». В результате жилище преврати- ет насекомым внутрь: они питаются отравленным
лось в ловушку для комаров, в которой приманкой сахаром вместо крови. Насекомое может ­поглотить
Здравоохранение
такую пищу в количестве, составляющем до 20%
веса тела. Приманки подобного типа устроены
так, что насекомые-опылители, например пчелы,
не имеют доступа к пище.
На состоявшейся недавно конференции по тропической медицине сообщалось, что при наличии
двух таких приманок на наружных стенах домов
в одной из малайских деревень яд получает примерно половина летающих поблизости комаров.
(Для подсчета жертв энтомологи исследовали содержимое кишечника отловленных насекомых,
чтобы выявить краситель, который был нанесен
на приманку.) 90% из них погибают вскоре после
приема пищи — еще до того, как успевают укусить
очередную жертву.
Контроль рождаемости
Вместо того чтобы уничтожать комаров-переносчиков, может быть, имеет смысл предотвращать их рождение? Один из проектов, разработанных Международным агентством
по атомной энергии при ООН, состоит в интродукции в окружающую среду комариных
самцов, стерилизованных с помощью ионизирующей радиации. В результате их спаривания с обычными самками у последних образуются нежизнеспособные яйца. Поскольку большинство самок спариваются один
раз за всю жизнь, популяция комаров со временем уменьшается.
В рамках самостоятельного проекта, реализуемого Институтом тропической медицины Судана при поддержке ООН, организовано целое производство по выращиванию
стерильных комаров Anopheles arabiensis, основных переносчиков малярии в этой стране. Проект находится на стадии тестирования, но предварительные результаты
обнадеживают. Аналогичный подход использовал в начале 1950-х гг. американский
энтомолог Эдвард Ниплинг (Edward Knipling)
для уничтожения популяции мясной мухи, откладывающей в ранах домашнего скота и человека
яйца, из которых вылупляются личинки, питающиеся мясом. Прошло несколько десятков лет —
и к 2006 г. мясные мухи в Северной и Центральной
Америке исчезли.
Стерилизационный подход требует значительных организационных и инфраструктурных усилий, а надежд на их финансирование не слишком
много. Поэтому сегодня такой метод уничтожения
комаров-переносчиков по карману только правительственным организациям, а не частным компаниям.
Впрочем, в связи с потенциальной угрозой распространения еще одного переносимого комарами заболевания, лихорадки Зика, вовлеченность
последних в борьбу с насекомыми-переносчиками
может возрасти. Предлагаемые ими способы стерилизации основаны на манипуляциях с геномом
комаров. Одна из таких компаний, Oxitec, участвовавшая в мероприятиях по уничтожению в Бразилии комаров, переносящих вирус лихорадки денге
и Зика, создала генетически модифицированного
комара, несущего ген, продукт которого уничтожает комариное потомство в зародыше. Спариваясь с самками дикого типа, такие комары передают убийственный ген потомкам, и он быстро распространяется по всей популяции. В ходе одного
из экспериментов генетически модифицированных A. aegypti выпустили в большом количестве
в пригороде Жуазейру на северо-востоке Бразилии, и в течение месяца численность популяции
комаров уменьшилась на 95%. Однако применение
генетических методов в этой сфере вызывает беспокойство в связи с непредсказуемостью последствий для окружающей среды.
Уничтожение всех
комаров-переносчиков —
недостижимая цель.
В наиболее благополучных
регионах США на обработку
инсектицидами, осушение
непроточных водоемов — мест
выплода комаров и другие
мероприятия расходуется
от $1 до $10 на человека в год,
но полностью избавиться
от этих насекомых не удается
w w w.sci-ru.org
До того как метод генетической стерилизации
можно будет применять в сколько-нибудь значимых масштабах, пройдут годы, однако у самого
генетического подхода есть другой аспект. Исследователи из Имперского колледжа Лондона полагают, что для быстрого распространения специфических генетических измерений можно использовать так называемый генетический дрейф,
применив инструмент редактирования генов
CRISPR. Для этого в геном отдельных особей нужно
ввести с помощью указанного инструмента целевой ген, который в результате дрейфа распространится по всей популяции. CRISPR‑систему следует
вводить в ДНК на стадии эмбриона, что гарантирует передачу соответствующего признака потомству. Теоретически через несколько поколений
целевой ген окажется у всех особей популяции —
[08/09] август/сентябрь 2018 | В мире науkи
173
Здравоохранение
вопреки закону наследования признаков, когда
какой-то ген особь наследует с 50‑процентной вероятностью. Такое различие объясняется тем, что
изменение вносится в обе хромосомы — как материнскую, так и отцовскую.
Модификация генетической системы комаров может привести к тому, что, во-первых, они
не смогут переносить возбудителя малярии, вовторых, уже в следующем поколении нарушится
естественное соотношение полов, в-третьих, насекомые могут просто погибнуть. Здесь прослеживается четкая аналогия с радиационной и генетической стерилизацией насекомых, но метод,
основанный на генетическом дрейфе, позволяет интродуцировать в окружающую среду гораздо меньшее число видоизмененных комаров, поскольку модифицированные гены распространятся по популяции уже через несколько поколений.
Но и здесь не все так гладко, и опять по причине непредсказуемости последствий. Поэтому
до сих пор не проводятся полевые испытания метода. Есть опасения, что у комаров дикого типа
со временем возникнет резистентность к методу генетического дрейфа — что уже наблюдалось
в лабораторных экспериментах — и метод станет
­неэффективным. Резистентность может развиться
по двум причинам. Во-первых, в результате естественных процессов может измениться встроенный ген, а во-вторых, клеточная система репарации может этот ген элиминировать.
Реинтродукция
Уничтожение всех комаров-переносчиков — недостижимая цель. В наиболее благополучных регионах США на обработку инсектицидами, осушение непроточных водоемов — мест выплода комаров и другие мероприятия расходуется
от $1 до $10 на человека в год, но полностью избавиться от этих насекомых не удается. Кроме того,
полное их уничтожение разрушит пищевые цепи
и пагубно скажется на опылении растений. Далее,
только сотня-другая из 3,5 тыс. идентифицированных видов комаров — переносчики инфекций,
и уничтожение всех остальных было бы катастрофой. Лучшее, что можно сделать, — это устранить
самые вредоносные виды в наиболее эндемичных
регионах.
Я думаю, это нам по силам. На Гаити, например,
имеет смысл уничтожить только основных переносчиков малярии методом стерилизации самцов
и защитить население от других видов с помощью
трубок-ловушек и сахаросодержащих приманок.
Необходимо также обследовать местное население и локальную популяцию комаров с целью выявления предвестников неблагополучия и гасить
малейшие вспышки малярии. С принятием этих
мер изгнание малярии со всей территории острова не кажется чем-то недостижимым.
174 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
К сожалению, все подобные меры не исключают
возможности реинтродукции. Вот исторические
факты. Как только корабль с пассажирами, зараженными вирусом какой-либо инфекции, приплывал к берегам страны, где прежде данная инфекция (скажем, малярия) отсутствовала, или — что
еще хуже — вместе с кораблем прибывали комарыпереносчики, в этой не знавшей бед стране люди
начинали болеть малярией. Задокументировано
примерно 70  случаев возвращения малярии в сообщество после истребления в нем комаров-переносчиков. Так, в Бразилии в 1980-х гг. после периода широкого применения ДДТ снова появились
A. aegypti, а вслед за этим — вирусы желтой лихорадки, чикунгуньи и Зика. Аналогичная ситуация
сложилась в Индии после того, как в стране ограничили применение ДДТ и других инсектицидов.
Финансирование мероприятий по контролю популяций комаров сегодня велико, как никогда.
Частные инвестиции в эти мероприятия и в проведение научных работ и инвестиции ВОЗ в сумме
составляют $570 млн в год, в то время как в 2002 г.
цифра не превышала $100 млн. Но расслабляться
рано. Борьба с переносчиками инфекционных болезней не должна останавливаться, иначе болезнь
вернется и все придется начинать сначала.
Перевод: Н.Н. Шафрановская
От редакции: некоторые из упомянутых в ста‑
тье проектов, в том числе проект по установ‑
ке труб-ловушек и сахаросодержащих приманок,
а также работы, связанные с генетическим дрей‑
фом, финансировал Фонд Билла и Мелинды Гейтс.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
О’Нил С. Как одолеть денге // ВМН, № 8–9, 2015.
Sterile Insect Technique: Principles and Practice in Area-Wide Integrated Pest Management. Edited by V.A. Dyck, J. Hendrichs and
A.S. Robinson. Springer, 2005.
The Deadliest Animal in the World. Bill Gates in Gates Notes.
Опубликовано онлайн 25.04.2014: www.gatesnotes.com/Health/
Most-Lethal-Animal-Mosquito-Week
Suppression of a Field Population of Aedes aegypti in Brazil by
Sustained Release of Transgenic Male Mosquitoes. Danilo O. Carvalho in PLOS Neglected Tropical Diseases, Vol. 9, No. 7, Article
No. e0003864; July 2, 2015. http://journals.plos.org/plosntds/
article?id=10.1371/journal.pntd.0003864
Eave Tubes for Malaria Control in Africa: An Introduction. Bart
G.J. Knols et al. in Malaria Journal, Vol. 15, Article. No. 404; 2016.
https://malariajournal.biomedcentral.
s12936-016-1452-x
com/articles/10.1186/
ESTABLISHED 1845
Senior Vice President and Editor in Chief:
Mariette DiChristina
Executive Editor:
Fred Guterl
Design Director:
Michael Mrak
Managing Editor:
Ricki L. Rusting
Digital Content Manager:
Curtis Brainard
News Editor:
Dean Visser
Opinion Editor:
Michael D. Lemonick
Senior Editors:
Eliene Augenbraun, Christine Gorman, Steve Mirsky,
Clara Moskowitz, Debbie Ponchner, Claudia Wallis, Kate Wong,
Associate Editors:
Sunya Bhutta, Lee Billings, Andrea Gawrylewsk, Larry
Greenemeier, Dina Fine Maron, Annie Sneed, Amber Williams
Contributing editors: David Biello, W. Wayt Gibbs, Ferris Jabr, Anna Kuchment,
Robin Lloyd, George Musser, Christie Nicholson, John Rennie
Art Contributors: Edward Bell, Bryan Christie, Lawrence R. Gendron, Nick Higgins
Art director:
Jason Mischka
Senior Graphics Editor:
Jen Christiansen
President:
Dean Sanderson
Executive Vice President:
Michael Florek
Executive Vice President,
Global Advertising and Sponsorship:
Jack Laschever
Publisher and Vice President:
Jeremy A. Abbate
© 2018 by Scientific American, Inc.
Оформить подписку на журнал «В мире науки» можно:
в почтовых отделениях по каталогам:
«Роспечать», подписной индекс:
81736 — для физических лиц,
19559 — для юридических лиц;
«Почта России», подписной индекс:
16575 — для физических лиц,
11406 — для юридических лиц;
«Пресса России», подписной индекс: 45724,
www.akc.ru
Читайте в следующем номере
Седьмое чувство
Оказывается, иммунная система, которую долгое время
считали отделенной от мозга, принимает активное участие
в его жизнедеятельности.
Реальна ли темная материя?
Астрофизики накопили данные множества наблюдений,
которые трудно объяснить, прибегая к концепту темной
материи. Быть может, гравитация устроена сложнее, чем
предполагал Эйнштейн?
Термиты и волшебные круги
Взаимодействие насекомых и растительности объясняет
загадочные узоры, наблюдаемые по всему миру.
Гигантские волны
Прогнозирование природных явлений и опыт серферов
позволяют организовать рекордные заезды на самых
больших прибойных волнах планеты.
Возвращение Дарвина
Исследования показывают, что 60% американских учителей
избегают преподавания теории эволюции или урезают
эту часть программы. Сейчас принимаются меры, чтобы
изменить ситуацию.
Искусство, порожденное числом
Изображения и скульптуры, вдохновленные
математическими принципами, иллюстрируют
величественную красоту науки.
по РФ и странам СНГ:
ООО «Урал-Пресс»,
www.ural-press.ru
СНГ, страны Балтии и дальнее зарубежье:
ЗАО «МК-Периодика»,
www.periodicals.ru
РФ, СНГ, Латвия:
ООО «Агентство "Книга-Сервис"»,
www.akc.ru
50, 100, 150 лет тому назад
СЕНТЯБРЬ 1968
Новые лазеры. «Сейчас суще-
ствуют сотни лазеров и мазеров, генерирующих излучение
на частотах в диапазоне почти
всего спектра электромагнитного излучения, начиная с радиочастот и уходя далеко в ультрафиолетовую область. Более того, представляется, что
пройдет немного времени и искусство индуцирования излучения распространится и на рентгеновскую область. Тем временем разработка лазеров, работающих в видимой области, дает хороший повод для эмоционального возбуждения.
По мере того как мы переходим на все б льшие
мощности, лазерное излучение демонстрирует
удивительные нелинейные явления при взаимодействии с веществом. Некоторые разрабатываемые в настоящее время в лабораториях лазеры, такие как перестраиваемые и пикосекундные модели, демонстрируют нам, что созданные до сих пор
лазеры были довольно простыми устройствами». —
Артур Шавлов (Arthur Schawlow).
СЕНТЯБРЬ 1918
Противостояние морю. По-
сле почти 70-летнего обсуждения народ Нидерландов готов
приступить к частичному осушению Зейдер‑Зе, чтобы добавить еще почти 2118 км2 к имеющейся сегодня в Голландии
площади суши.
Напряженная обстановка военного
времени и задача по предоставлению убежища для сотен тысяч беженцев привели Голландию к осознанию недостатка земель сельскохозяйственного назначения. Будет
возведена массивная дамба длиной не менее чем 29 км, которая перекроет Зейдер‑Зе и одновременно
будет достаточно прочной, чтобы
сдержать Северное море в периоды,
когда оно бывает сердитым.
Война в воздухе. Высокая ско-
рость, способность быстро набирать высоту и меткость стрельбы —
три главных фактора в сражении
в небе. Можно с уверенностью сказать, что умение маневрировать —
несомненно, самое важное в воздушном бою. Авиатор, знающий
все тонкости своей профессии,
176 имеет лучшие шансы победить или ускользнуть
от преследования. Фигура высшего пилотажа, часто используемая на фронте, — резкий набор высоты с последующим скольжением на хвост. Когда машину преследует другая, стреляя ей в хвост,
обычный маневр для пилота первой — потянуть
рычаг управления на себя, направив свою машину
прямо вверх, пока она не достигнет вертикального положения. Здесь она удерживается своим пропеллером всего на одно мгновение (на илл.), затем
соскальзывает назад и, наконец, снова переходит
в горизонтальный полет. Теперь она позади своего
противника и обладает преимуществом.
СЕНТЯБРЬ 1868
Жертвы моды. Медицинские
журналы устраивают крестовый поход против обуви на высоком каблуке и с узким носком, которая сейчас в моде.
Эта мода, должно быть, дает богатый урожай врачам, лечащим
мозоли, и вне всякого сомнения
приведет к деформации ступни. Когда пятка поднята, кости бедра, таза и ноги,
а также ступни повернуты в ненормальное положение. Будем надеяться, что переменчивая мода вскоре предложит нам что-нибудь более удобное.
Викторианская одержимость. Боязнь быть заживо погребенным — одна из тех, что наполняет
разум ужасом, и сообщения, время от времени появляющиеся в периодической
печати, рассказывающие о подобных случаях, всегда привлекали внимание падкой на сенсации публики. Существуют
многочисленные и, как правило, надежные тесты для определения до начала разложения,
действительно ли наступила
смерть. Принимая во внимание,
что в чрезвычайно редких случаях они, возможно, дают сбой,
все же трудно понять, каким образом патентованный гроб г-на
Вестера исправит ситуацию.
Это обычный гроб с расположенной в головах трубой, где находятся веревочная лестница и веревка, чтобы помочь ожившему
покойнику выбраться на свежий
воздух, если, конечно, у него будет для этого достаточно сил,
Воздушный бой был эволюционным
что, по нашему мнению, в больизобретением во время Первой мировой войны; здесь два аэроплана
шинстве случаев весьма сомнибьются в небе до последнего, 1918 г.
тельно.
В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2018
Автор
barmaley
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
49 578 Кб
Теги
В МИРЕ НАУКИ
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа