Текст книги "Знание-сила, 2002 №04 (898)"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 13 страниц)

Знание-сила, 2002 №4 (898)

Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал

Издается с 1926 года

«ЗНАНИЕ – СИЛА» ЖУРНАЛ, КОТОРЫЙ УМНЫЕ ЛЮДИ ЧИТАЮТ УЖЕ 75 ЛЕТ!

Заметки обозревателя

О предках, потомках и друзьях человека

Александр Волков

Рыцарские замки нашей фантазии украшены залами, где взорам гостей предстают блистательные портреты хозяев, а по обе стороны от них тянутся ряды предков, поражающие проблесками фамильного сходства, но уводящие к портретам совсем незнакомым. Подобной цитаделью человека стала вся наша планета. Образы его предков можно увидеть почти на всех континентах: «рудольфенсисы», «эректусы», «афарские австралопитеки», «гейдельбергские люди». В последние годы обретение всякого нового портрета сопровождается бурными приветствиями и дискуссиями: «N** жил 155 тысяч лет назад – и где-нибудь в Персии! Чей он брат и кому отец? М** жила 157 тысяч лет назад – и в долине Меконга! Как звали ее младшего сына?» На наших глазах генеалогическое древо человека уже превратилось в подобие мангровых зарослей, а поиск давних фамильных ценностей все продолжается. Некогда прямолинейная история рода напоминает теперь запутанную семейную хронику – «Тайны дома Homo».

На фоне этой царственной династии, ведущей происхождение от «варяга» из краев полуденных – Обезьяна Первого, имя которого пока не выяснено, животные кажутся явными бастардами. Их генеалогия мало кому интересна и никак не популяризована. Если человек произошел от обезьяны, то от кого обезьяна? Ответ давно дан, но, похоже, мало кого волнует. Прямые наследники первых сапиенсов мало склонны задумываться о чужих предках последних львов.

Тысячелетиями люди боролись с животными, боялись их и почитали, а обманув, перехитрив, безжалостно расправлялись с ними. Теперь, как всякий человек, натерпевшийся страха «из-за пустяка», не перестают улыбаться и потешаться, глядя на тех, кого прежде пугались. В центре всеобщего внимания застыл царь зверей, голый, забавный, беззащитный. Вымирающий.

Животные уходят на покой и исчезают, сметенные ураганом человеческой цивилизации. Их жизнь заслуживает серьезного, взвешенного исследования, а происхождение – тщательного анализа. То и другое привлекает ученых, посвящающих свою жизнь фундаментальным работам, в которых описаны те или иные виды, но эти сухие, взвешенные работы, классифицирующие некую «безродную, безликую зверюшку», оказываются даже не на периферии, а за пределами внимания публики.

Pabcetus

Rodhocetus

Природа превращается в один огромный «сад камней». Кажется, крупным животным скоро не будет здесь места. Поданным Всемирного фонда дикой природы, темпы вымирания диких животных сейчас в тысячу раз выше, чем в начале XX века.

Братья наши меньшие гибнут в изгнании – за стенами зоопарков или в чудом уцелевших рощицах и лесках. Их происхождение зачастую столь же неясно и путано, как далекое прошлое человека. Фамильная галерея их предков пополняется; только в этот музей, как во многие музеи сейчас, публика не спешит заглядывать. Войдем же в одну из зал, которая как раз недавно украсилась новыми экспонатами.

По сообщению журналов «Science» и «Nature», последние открытия, сделанные в Пакистане, позволяют, наконец, восстановить родословную китов – этих, в прямом смысле слова, безземельных бастардов, чьим предком 50 миллионов лет назад было странное, химерическое существо Pakicetus, внешне напоминавшее крысу, свинью и волка одновременно. «Его открытие можно сравнить с открытием археоптерикса или австралопитека» – полагает французский зоолог Кристиан де Мюзон.

Трудно было найти столь разных зверей. С одной стороны, мощный кит с обтекаемым телом, с плавником вместо хвоста и скрытыми под толстым жировым слоем рудиментами таза и конечностей; он идеально приспособлен для жизни в воде. С другой стороны, тонконогий зверь с крохотными копытцами на пальцах, рыскавший близ водоемов в поисках добычи. Облик его помогла восстановить недавняя находка американского палеонтолога Ханса Тевиссена из Огайского университета; он отыскал череп, напоминавший своей формой череп кита, а также фрагменты позвоночника и ног. Это животное отличали мощные челюсти, близко посаженные глаза и мускулистый хвост.

Генетический анализ еще раньше показал, а эта находка подтвердила, что предки китов были родственниками бегемотов. «Морские млекопитающие восходят к парнокопытным, – подчеркивает Ханс Тевиссен. – Очевидно, пакисетиды жили на суше; они умели быстро бегать и вели, наверное, такой же образ жизни, как львы».

Их потомки стали жертвами естественного отбора; их оттеснили из привычного им ареала. Сперва они лишь прятались в воде, нападая, подобно крокодилам, на сухопутных животных. Очевидно, они жили в дельтах рек, в поисках добычи все чаще заплывая в море, а не выбегая на сушу.

Там же, в Пакистане, Филипп Джинджерих из Мичиганского университета заглянул на одну из следующих страниц эволюции кита. В нее был вписан Rodhocetus, живший 47 миллионов лет назад, – своего рода помесь дельфина с крокодилом. Этот морской хищник весил от четырех до пяти центнеров. Между его пальцами уже появились плавательные перепонки, хотя на передних ногах сохранились копыта. Подобно морским львам, родоцетус мог выползать на сушу, но подолгу разгуливать там не мог.

В последующие восемь миллионов лет сухопутный хищник окончательно превратился в кита. Сперва появился двухметровый Dorudon, сохранивший крохотные задние лапы; затем – змеевидный Basilosaurus длиной 15 метров и весом пять тонн, ошибочно принятый поначалу за рептилию. Он уже не мог выбраться на сушу, иначе бы вес собственного тела раздавил его. Так, одна из ветвей древа парнокопытных скрылась под водой.

В фамильных галереях многих видов животных не обойтись без фивдял человека. Охотник и дрессировщик, он стал для зверья Богом грозным и неумолимым. Миллионы лет история была дистанцией, где соревновались животные, но в последние тысячи лет, когда в эту борьбу активно включился человек, стала финишной прямой для многих видов. Их судьба – погибнуть или покориться человеку, пригодиться ему. По мостку этой альтернативы прогарцевала лошадь, став спутницей человека.

Лошадь была одомашнена гораздо позже свиньи и осла, овцы и козы, собаки и коровы. Причиной тому явился климат. Лошадь плохо переносила влажный, жаркий климат Средиземноморья и прилегающих регионов – области, где зародились древние цивилизации. По мнению многих историков, первыми приручили лошадь жители степей Восточной Европы. Так, при раскопках стоянки Дериевка на Украине (IV тысячелетие до новой эры) было найдено немало костей животных, причем почти две трети их составили кости лошадей.

Иное обоснованное мнение высказал недавно немецкий археобиолог Ханс-Петер Юрпман: «На стоянках первобытного человека находят многочисленные кости оленей, но ведь никто не предполагает, что там доместицировали этих животных». Его смущает «слишком долгий промежуток времени, почти два тысячелетия», отделяющие Дериевский могильник от появления домашней лошади в Передней Азии. «Такое полезное животное, как лошадь, распространилось бы гораздо быстрее, даже несмотря на неподходящий климат».

По его мнению, лошадь одомашнили гораздо позже. Что же заставило человека взяться за такую трудную задачу, как приручение лошади – животного недоверчивого, пугливого? Долгое время люди в основном охотились на лошадей. Может быть, их стали разводить ради мяса и молока? Это было невыгодно. Домашняя лошадь явно уступала корове: ела травы больше, а мяса давала меньше. По подсчетам немецкого историка Корнелии Беккер, «на один килограмм мяса лошадь потребляет травы на треть больше, чем крупный рогатый скот. Кроме того, в неволе ее надо подкармливать зерном – лошадь становится прямым конкурентом человека».

Долгое время считалось, что мифа ции индоевропейских племен в IV тысячелетии до новой эры были невозможны без использования лошади. Но поскольку нет доказательств, что лошадь к тому времени уже приручили, остается признать, что главной тягловой силой оставались волы и ослы.

Время лошади пришло позже – в бронзовом веке. Она явилась «идеальным орудием торговли», главным транспортом той эпохи – «кораблем долин и степей». Лошадь лучше осла: быстрее, сильнее и послушнее его. С ней проще было отправляться в дальние поездки за оловом и медью, из которых выплавляли бронзу, а также за бронзовыми изделиями, ведь их изготавливали лишь в отдельных культурных центрах Евразии.

На этом фоне вовсе не случайным кажется, что сразу в разных частях Евразии – на Пиренейском полуострове, на Балканах, в Северной Анатолии и Закавказье – пытаются приручить лошадь. Именно здесь находят первые рудники и плавильные печи бронзового века. В XIX – XX веках новой эры бурное развитие промышленности привело к появлению быстроходных паровозов, кораблей, автомобилей и летательных аппаратов. В XX – XIX веках до новой эры бурное развитие промышленности привело к появлению лишь одного быстроходного вида транспорта, но какого: повозки, запряженной лошадьми! Теперь стали процветать равнинные районы Передней Азии, где лошадь могла нестись стрелой, непрерывно перевозя из одного «конца света» в другой сырье, товары, идеи.

Разумеется, это не могло не вызвать зависть соседей. Все второе тысячелетие до новой эры не стихает борьба за контроль над месторождениями олова и торговыми путями, по которым оно доставлялось. В это время начинается новая история лошади. По тем же степным просторам, где недавно неслись повозки с рудой или бронзовой утварью, теперь помчались боевые колесницы, решая судьбы сражений.

Как видите, уже история приручения лошади полна вопросов и неясностей. Что же говорить о начале этого зооспектакля? Первые его участники в пору бескормицы нагло прокрадываются к объедкам, разбросанным близ стоянки первобытного человека. У них есть клыки и когти, чтобы постоять за себя; у них есть стая, чтобы защитить каждого попавшего в беду. Голод пересиливает страх. Худой мир входит в привычку; хитрецу и наглецу охотиться лучше сообща. Так – номером «Волк – друг человека» – открывается упомянутое представление, по ходу которого «огромный, прекрасный волк, боязливо сверкавший беспокойными глазами» (Г. Гессе), получает прозвище «милой, забавной собаки». Когда же все началось? Какую дату сохранили «скрижали истории»?

Долгое время считалось, что человек начал приручать волка около 14 тысяч лет назад. Эту дату подтверждали археологические находки. Верный «друг человека» помогал на охоте и охранял от хищных зверей и иноплеменников.

Однако в последнее время генетики все чаще сомневаются в указанной дате. Большой интерес вызвало исследование, которое провел зоолог Роберт Уэйн из Калифорнийского университета. Он сравнил ДНК волков, шакалов, койотов и собак различных пород. Однозначно было доказано, что все собаки происходят от волка. Еще удивительнее был другой результат: отношения человека и волка начались более ста тысяч лет назад, когда появился Homo sapiens.

«Возможно, именно тогда, – говорит Уэйн, – волк превратился в собаку». Внешне он вряд ли изменился. Именно этим можно объяснить, почему археологи не находят кости собак, относящиеся к той далекой эпохе. Только когда человек перешел к оседлому образу жизни и изменились требования к четвероногому помощнику – в нем перестали видеть лишь охотника, – тогда начал меняться облик «волка-собаки». Прежде люди отбирали в основном щенков, наделенных волчьей статью: они лучше всего годились для охоты за диким зверьем, тогда как животные слабые, низкорослые быстро гибли на охоте.

По мнению других биологов, не ясно даже, кто кого приручил. Сто тысяч лет назад человеку не хватило бы ума удержать возле себя такого смышленого зверя, как волк, считает Грегори Окленд, сотрудник Корнеллского университета: «Древний волк сам себя доместицировал, поскольку близ поселений человека возникла новая экологическая ниша: там всегда можно было найти остатки пищи».

Волк не стал конкурентом человека. Наоборот, волк и человек начали загонять добычу вместе, а потом делить ее. Так образовался удивительный симбиоз двух ловких и хитрых охотников.

Эволюция животного мира изобилует отрывочными сведениями и белыми пятнами. Мы по крупицам, в спорах и сомнениях, восстанавливаем родословную человека. Далекое прошлое любого вида животных полно своих семейных тайн. Земля – это огромная, спрессованная книга, где в слоях песчаника и глины, невидимые для нас, лежат косточки-буквы – подлинные скрижали истории, летопись, начатая задолго до появления человека. Порой каждая новая строка меняет отношение ко всему прочитанному прежде. Мы медленно пробираемся в прошлое, разгадывая чужие родословные, а последние потомки исследуемых нами родов стремительно вымирают, сами уходят в прошлое, оставляя после себя Землю – обширный «сад камней» или мертвый свиток, запечатлевший мозаику из косточек-букв.

P.S. Кстати, фраза «человек произошел от обезьяны» для многих в нашем мире по-прежнему ересь. Так, в 1999 году Институт Гэллапа провел опрос в США, из которого явствовало следующее. Почти половина американцев (48 процентов) верят, что Бог создал человека в течение последних 10 тысяч лет. Сорок процентов жителей США считают, что миллионы лет эволюция всего живого на нашей планете протекала так, как велел Бог. И лишь 9 процентов считают, что Бог вообще никак не участвовал в эволюции жизни.

«Знание-сила» 50 лет назад

Путешественник, геолог, педагог

Георгий Блок

Ивану Васильевичу Мушкетову принадлежит честь открытия и первого исследования многих ледников в Центральной Азии. Он измерил их протяженность, ширину и толщину ледяного покрова, установил, с какой скоростью они движутся, на какой высоте зарождаются и где обрываются, питая горные реки. Он внес существенные поправки в географическую и геологическую карту Средней Азии.

– Наш Мушкетов, – говорили друзья, – достоин успеха. Он немалой ценой добился своего.

И это было действительно так. Питомец Новочеркасской гимназии, он четырнадцати лет осиротел. Оставленный без всяких средств к существованию, мальчик сам стал пробивать себе дорогу в жизни; нашел заработок – давал уроки детям состоятельных родителей.

Гимназисту особенно полюбились естественно-исторические предметы, которые «возбуждали склонность к природе». Он пристрастился собирать коллекции разноцветных минералов. Под крышкой парты хранились груды камней, камешков, отчего товарищи окрестили его «каменщиком».

Потом стал студентом Петербургского горного института. Еще на студенческой скамье он самостоятельно подготовил свою первую научную работу. Ему нелегко жилось, но упорство побеждало трудности.

В 1872 году с дипломом горного инженера Мушкетов уезжает на Урал, где знакомится с известными месторождениями полезных ископаемых. Весной любознательный инженер предпринимает длительную экскурсию по реке Чусовой, где приобретает практические навыки в полевых наблюдениях. Летом он получает назначение – младшим чиновником особых поручений по горной части при генерал-губернаторе Туркестана. Иван Васильевич расстается с Уралом и уезжает в Ташкент.

Три года пробыл Мушкетов в таинственном краю, пробирался в самые его глухие уголки, отдал изучению недр весь нерастраченный жар своей молодости. Сначала он посетил западные склоны Тянь– Шаня – хребет Кара-Тау и Бадамские горы. Эти исследования, по словам самого Мушкетова, «возбудили много чрезвычайно интересных вопросов по геологии Туркестана, показали, что решение практических задач горного дела возможно только при более обширном знакомстве с малоизвестным краем».

Впоследствии, будучи старшим геологом Геологического комитета, он изучал Кавказ. Так, в одно лето он успел побывать на каменноугольных и марганцевых месторождениях в районе реки Рион, на минеральных источниках Пятигорска и совершить восхождение на ледники Казбека и Эльбруса.

Весьма плодотворным был его визит в Липецк. Старинный курорт «дышал на ладан»: катастрофически падал суточный дебит воды. Минеральные источники считались исчерпанными до дна. Мушкетов опроверг эту поспешную точку зрения. Он установил, что запасы целебной воды едва початы. Надо заложить скважины в других местах. Его совета послушались: курорт вернул утраченную было популярность.

Этот случай утвердил за Мушкетовым славу «волшебника». И когда угрожающе пополз вниз суточный дебит на знаменитых Кавказских Минеральных Водах, к нему обратились с просьбой выручить.

С каждым годом популярность Мушкетова– педагога росла. Он создал в Горном институте школу русских геологов – горных инженеров, хорошо знакомых не только с добычей руд, но и с методами исследований новых месторождений.

Многие его воспитанники, направляемые строгой и дружеской рукой, стали докторами наук, профессорами, академиками. К их числу принадлежат такие известные геологи, как академик В А Обручев. И все они с сердечной признательностью отзывались о своем учителе, в трудную минуту прибегали к его помощи, до глубоких седин сохраняли о нем благодарную память.

Кто бы мог подумать

Ал Бухбиндер

«Нано…»

Главным научным прорывом 2001 года, по мнению редакции журнала «Сайенс», стала … наноэлектроника! (Барабанный гром, бурные аплодисменты, на поле научных чудес выносят первый приз.)

Объясним, «как это носят».

Слово «нано» мы уже произносили не раз. В чисто числовом смысле оно означает одну миллиардную долю – в нашем случае метра, в смысле физическом – любые элементы, механизмы или устройства наноразмера. (Напомним для наглядности, что размер атомов или простейших молекул – порядка 0,1 нанометра). Впервые о проникновении в наномир заговорил великий американский физик Фейнман. Это было десятилетия назад, и Фейнман тогда, в сущности, поставил перед коллегами то, что казалось фантастической по дерзости задачей. Нашлись, однако, энтузиасты, которые приняли вызов и переняли эстафету (одним из них был американец Дрекслер).

Долгое время такой прорыв казался делом очень далекого будущего, но потом последовали сразу два открытия, резко приблизившие его. Одним из них было открытие сложно организованных чисто углеродных молекул – сначала уже упоминавшихся выше сферических «баккиболлз» (о них речь пойдет дальше), а затем крохотных трубчатовидных образований, получивших название «нанотрубок». Вторым было создание так называемого атомного микроскопа, который не столько «видит», сколько «осязает», зато способен осязать даже отдельные атомы! Его тончайшее острие скользит по поверхности вещества и вычерчивает кривую непрерывно меняющихся расстояний до этой поверхности; понятно, что над каждым атомом оно чертит «горбик», а между отдельными атомами – «впадину».

Оказалось, что игла этого микроскопа способна не только осязать атомы, но и перемещать их по поверхности, и таким вот образом ученые фирмы IBM в свое время сдвинули пару десятков атомов с их места, чтобы создать первую в мире «атомную надпись» (разумеется, «IBM»).

К тому времени уже стало известно, что нанотрубки обладают замечательными электрическими свойствами: в зависимости от того, располагаются в них атомы углерода спирально или кольцами, они ведут себя в отношении тока как проводники или полупроводники. Возникла надежда, что, манипулируя такими трубками с помощью атомного микроскопа, удастся «собрать» наноэлектрические схемы, вроде тех, о которых пророчески говорил Фейнман и твердил Дрекслер. Однако путь к этому оказался труден, и первый прорыв был сделан только в минувшем году.

Но почему «главный»? Дело в том, что дальнейший рост быстродействия и мощности компьютеров требует непрерывного увеличения плотности рабочих элементов – диодов, транзисторов, выключателей и т.д. – на единицу площади электронных схем. Сегодня эта плотность составляет 40 миллионов элементов на участке размером в почтовую марку. Наименьшие элементы на гакой схеме имеют размеры порядка 130 нанометров. Каждый следующий шаг в уменьшении этих размеров дается с огромным трудом. Теперь напомним снова, что размеры атомов и молекул – в тысячу раз меньше. Вот почему энтузиасты нанотехники утверждают, что будущее компьютеров (а с ними – и всей человеческой цивилизации) – в переходе на наноэлектронику. И вот почему создание первых наноэлектронных схем названо главным научным прорывом минувшего года.

Этот успех был достигнут в несколько этапов. В 1997 году Метцеру и Чонг-Ву Чжо (США) удалось разработать молекулы, имевшие свойства диодов, то есть односторонне проводящих устройств, этих важнейших элементов всякой простейшей электронной схемы. В 1999 году Хит и Стоддард создали молекулу, которая не только проводила ток, но при подаче на нее определенного вольтажа этот ток прерывала, то есть работала как простейший выключатель. Еще через несколько месяцев Рид и Тур сообщили о создании молекулярных транзисторов, то есть устройств, способных управлять величиной проходящего тока. К концу 2000 года было накоплено множество электронных устройств молекулярного размера, но никому еще не удалось соединить их в работающую схему, даже самую простейшую.

И вот в 2001 году это удалось сразу пяти исследовательским группам. Группа Л ибера в Гарварде сумела соединить несколько нанопроволочек и присоединить к их концам крошечные электродики, показав в итоге, что различные элементы этой схемы способны «общаться» друг с другом, как в «настоящей» электронной схеме. Затем группа Хита ухитрилась сделать своего рода «каркас» из полупроводящих молекул, который работал как «чип» с памятью в 16 битов. После этого наступила очередь углеродных нанотрубок. В августе группа Авуриса из IBM показала, что одна такая трубка, намотанная на два электрода, способна работать как «инвертор» – устройство, преобразующее сигнал низкого уровня на входе в сигнал высокого уровня на выходе и наоборот. Этот успех был развит голландской группой под руководством Деккера. Ей удалось создать логические схемы на основе транзисторов из нанотрубок.

А теперь – о «баккиболлзах»

Большое волнение физиков вызвало сообщение об открытии сверхпроводимости у весьма простого химического соединения – диборида магния. Это вещество превратилось в сверхпроводник уже при 39 градусах Кельвина (то есть выше абсолютного нуля), что было вдвое выше, чем у самых «высокотемпературных» металлических сверхпроводников. Тем самым было показано, что даже простые химические соединения могут служить перспективной основой для создания новых сверхпроводников.

Но еще более возбудил ученых следующий шаг – обнаружение сверхпроводящих способностей веществ, содержащих так называемые бакки– боллзы – молекулы в виде замкнутых сфер, составленных из 60 атомов углерода. Оказалось, что если добавить к этим молекулам щепотку щелочного металла, получившееся вещество становится сверхпроводником уже при 52 градусах Кельвина. Но и это не все. Теперь удалось еще более увеличить расстояние между этими сферами в веществе, втиснув между ними определенные органические молекулы, и рубеж сверхпроводимости скачком поднялся до 117 градусов Кельвина!

Возникла надежда, что если раздвинуть «бакки– боллз» еще немного, то удастся осуществить давнюю мечту – получить вещество, обладающее сверхпроводимостью уже при комнатной температуре. Это сулит неслыханные технические перспективы.

E.coli + хомячок = ?

Забавное сообщение сделали ученые Калифорнийского университета о том, что им удалось поймать бактерию E.coli «ин флагранти», или, как говорилось в старину, «на горячем» – когда она совокуплялась с клеткой млекопитающего (в данном случае хомячка). О том, что бактерии используют совокупление (по-научному – конъюгацию) для целей быстрого обмена генетическим материалом, ученые знали давно. Бактерии при этом сближаются друг с другом и выбрасывают наружу этакий фаллос – длинную трубочку, наполненную протоплазмой; по этой трубочке ДНК из одной бактериальной клетки перетекает в другую. Такой обмен позволяет бактериям, в частности, приобретать у товарок полезные для себя гены. Лет 12 назад было впервые замечено явление конъюгации бактерий с клетками дрожжей, и вот сейчас Вирджиния Уотерс вписала в бактериальную книгу Гиннесса новый сексуальный рекорд – сношение бактерии с хомячком. Уотерс надеется, что в будущем с помощью такой операции можно будет передавать клеткам больных нужные им гены, выведенные предварительно в бактериях.