Текст книги "Знание-сила, 2002 №6 (900)"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)

Знание-сила, 2002 №6 (900)

Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал

Издается с 1926 года

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

Химия и жизнь: опасные связи

Александр Волков

«А в этом бульоне разве нет химических добавок?» – мы идем мимо рекламного щита и с любопытством глядим еще на один рецепт «быстрого и вкусного ужина».

«Какая разница? – с этим равнодушным приговором мы поднимаемся на этаж. – Все вокруг – химия!»

Название полузабытой многими школьной науки в последние месяцы стало мелькать в выпусках новостей. Их сводки напоминали, что существует химическое оружие. Политобозреватели и военные эксперты обсуждали, могут ли террористы добыть это оружие. Иные из нас, слушая эти доводы, чувствовали себя живущими, как на пороховой бочке. По правде говоря, нам нечего бояться террористов. Мы давно живем не на бочке с порохом, а на самых настоящих складах химического оружия – в наших квартирах.

В древности основным материалом было дерево; еще и сейчас запах деревянного дома кажется нам «удивительно здоровым». Теперь мы выбираем пластик, прессованные плиты, лаки и краски с их неповторимо резким запахом и надписью на этикетке: «Следует избегать попадания в пищу». А в дыхательные пути?

У нас вдоволь времени, чтобы дышать парами веществ, окружающих нас. Мы не проводим дни напролет на улице, встречаясь с друзьями или вызнавая новости; не бродим с ружьецом по пригородным лесам, подражая Тургеневу; не работаем в полях и не скачем до обеда на коне. Мы – кабинетные души. А если и попадаем на улицу, то воздух там порой не чище, чем в заводской котельной. Для городских прогулок в наши дни не выбрать и подальше закоулок. Воздух одинаково несвеж. Едва нырнув в уличный поток – на дно большого города, – мы спешим выбраться назад, в помещение. Привычные ароматы жилища обнадеживают, завлекают. Однако они обманчивы. Исследования показывают, что воздух в городских квартирах подчас содержит больше вредных веществ, чем уличный воздух.

Одни вредные вещества запрещают, на их место приходят новые. Однако их репутация неизменно бывает сомнительной.

* Толуол и ксилол, содержащиеся в лаках и красках, накапливаются в жировой и нервной ткани, в костном мозге и печени; возможно, толуол вызывает повреждения эмбрионов.

* Формальдегид раздражает дыхательные пути и слизистую оболочку. В опытах над животными он вызывал у них рак. Формальдегид содержится, например, в клее, которым пропитаны плиты из древесной стружки.

* Пиретроиды, защищающие древесину от насекомых, долгое время считались безобидными для человека. Лишь в последние годы стало ясно, что их постоянное вдыхание вызывает повреждения нервной системы.

* Сражаясь с насекомыми, многие распыляют в квартире аэрозоли. Ядовитые пары смешиваются с пылью, оседают на стенах, мебели и полах.

Уже и дух насекомых простыл, а парами аэрозолей мы все еще дышим. При хроническом отравлении инсектицидами человек испытывает нервное раздражение, тошноту; у него учащается сердцебиение. Часто, чтобы очистить квартиру от загрязнения, остается одно: сменить обои и полы, а в придачу вынести из комнат еще и мебель, пропитанную спреем.

Данный список можно длить бесконечно. Пополняется и перечень экологических заболеваний. Аллергия в нем – болезнь номер один, но она давно уже не одинока. К ней добавились такие распространенные недуги, как синдром хронической усталости, «болезнь зданий» и повышенная чувствительность к химикатам.

Так, служащие офисов порой жалуются на резь в глазах, усталость, заболевания дыхательных путей и аллергию. Западные медики называют подобное недомогание болезнью зданий. Ведь служащим приходится целый день вдыхать смесь из бактерий, сигаретного чада и химических паров.

Вредные вещества – как преграды, о которые разбивается организм. Если барьер низок, можно миновать его без последствий для здоровья. Поэтому ученые подсчитывают предельно допустимые концентрации (ПДК) – обмеряют, какие барьеры мы перешагнем без вреда для себя. Однако и эта стратегия оказывается порочной. Каждый организм реагирует на экологические яды по-разному. Для многих ПДК – залог их здоровья. Однако для детей, больных людей и беременных женщин это не так.

Еще хуже дела у людей, страдающих повышенной чувствительностью к химикатам. Они часто жалуются на боли в суставах, быструю утомляемость, кожную сыпь, удушье, колотье в сердце и депрессию. В одной лишь Германии около трех миллионов человек страдают от этой болезни. Они чувствительны даже к ничтожно малым дозам вредного для них вещества. Подобных больных опасности подстерегают всюду. В настоящее время в странах Европейского союза используется свыше ста тысяч промышленных химикатов. Каждый глоток воздуха может стать ингаляцией ядовитых молекул.

В этой болезни пока много неясного: люди, страдающие гиперчувствительностью, – вовсе не аллергики; содержание иммуноглобулина Е или гистамина в их организме не повышается. Нельзя говорить и об отравлении: у «нормального» человека есть предел терпимости к химикатам; какую-то их дозу организм все же переносит. Здесь же концентрация вредного вещества бывает настолько мала, что никакие анализы не обнаруживают эту «понюшку» яда, а пациент валится с ног, места себе не находит.

Согласно гипотезе Айрис Белл из Аризонского университета, заболевание начинается с отравления, которое не остается без последствий: теперь обонятельный нерв «по каждому пустяку» сигнализирует в головной мозг; у пострадавшего развивается гиперчувствительность; порог раздражения снижается настолько, что уже микродоза вызывает бурный эффект.

Старые здания, ветшая, становятся особенно вредны для проживания. Это касается и наших «хрущоб», и типовых американских жилищ. Так, в США вплоть до конца семидесятых годов стены зданий и оконные рамы часто окрашивали свинцовыми белилами. Со временем краска отслаивалась, свинцовая пыль разлеталась по комнатам. Она особенно опасна для детей. Исследования показали, что она может накапливаться в их внутренних органах и головном мозге. По данным на 2001 год, в США «отравлены свинцом» около 1,7 миллиона детей в возрасте от одного до пяти лет, в том числе 11,2 процента афроамериканских и 2,3 процента белых детей. По мере взросления в их поведении все более заметна какая-то немотивированная агрессивность, она проявляется даже во время игр. Может быть, их манеры способны напомнить воинственную грубость римских солдат, чьи организмы часто тоже были отравлены свинцом?

А кто оценит связь между химизацией народного хозяйства, проводившейся в СССР в шестидесятые годы, и беспричинным, маниакальным стремлением убивать своих ближних, так поражающим порой в преступниках, родившихся в 1960 – 1970-е годы? Виной ли всему кризис морали – «культ денег», «бездуховность», «безверие», «отсутствие каких-либо этических ценностей»? Или их жестокость связана с органическими поражениями нервной системы, вызванными «внедрением химии в жизнь»?

Что же делать? Проблема еще и в том, что вред, приносимый химией, трудно исправить. Да, экологам удается доказать, что вещество X* (допустим, его содержат многие лаки и краски) постепенно поражает печень и почки. Его можно запретить, но прошлое – не компьютерный файл, в нем не сотрешь разом все X*. «Всеобщая химизация» была сродни «перековке» человека, только не духовной, а физиологической. Не вышло опять!

Пока ограничиваются перебором наименований: вместо линдана и пентахлорфенола стали применять пиретроиды, вместо толуола и ксилола – гликоли. Их достоинство в том, что людям еше не приходилось по тридцать лет кряду жить в окружении этих химикатов, дыша ими. Новые полимеры обладают побочным действием, которое предстоит открыть (с пиретроидами так и случилось). В среде экологов складывается убеждение: «Любой химикат ядовит; все решает лишь его доза».

Так, химия полимеров неожиданно возвращается к своим истокам: к методу алхимиков, искавших «философский камень» или эликсир долголетия путем перебора компонентов. Можно взять грамм розы, грамм горчицы и ножку мыши, а можно взять «камень, который называется эсмунд или асмад», гадал алхимик Альберт Великий, а его невольные наследники вторят: «Можно взять формальдегид или лучше ксилол, или лучше гликоль, и тогда вы будете, как в сказке, жить-поживать да детей наживать».

От химии не спрячешься даже в «крепости на колесах», где многие из нас живут часами. В салоне нового автомобиля атмосфера особенно вредна. «Концентрация ядовитых вешеств превышает все допустимые нормы» – отмечает австралийский ученый Стив Браун. В первые месяцы после покупки новой машины в ее салоне наиболее высоко содержание таких веществ, как бензол, толуол, ацетон и стирол. Владельцы новых машин нередко жалуются на головную боль, тошноту, раздражение дыхательных путей и отеки. По оценке Брауна, человек, сидящий в автомобиле, вдыхает до двух десятков вредных веществ. Уже через несколько минут он начинает ощушать усталость, недомогание; у него притупляется внимание. «Первые полгода автомобиль надо постоянно проветривать» – советует Браун.

По мнению экспертов, XXI век будет «столетием экологических болезней». Мы чудовищно испортили среду обитания, и это скажется на нас, не готовых жить в отравленном биотопе. Несколько приведенных примеров лишний раз доказывают это.

Мы совершили путешествие по квартире и огорчились. Пересели в автомобиль – лишь голова заболела. Если оглянуться окрест, лучше не станет. Мы оказались плохими хозяевами, ничем не лучше хрестоматийных Гаева и Раневской.

На воротах, ведущих в вишневый сад, давно пора вешать табличку: «Осторожно! Требуется дехимизация».

P.S. Химия окружает нас на каждом iuai7, но наука химия журналистами по большому счету забыта. Лишь опасность террора заставила говорить об этой науке, а ведь химия не только «страшна и вредна», но и очень интересна. 1де-то ищут новые элементы менделеевской системы, где-то изучают свойства фуллеренов, но ни отголоска не доносится. Издается хороший журнал «Химия и жизнь», но редкий читатель с ним встречается. Опасная разлука…

Слово молодых: «Мы хотим жить в здоровой среде»

Александр Волков

У молодых – свой взгляд на ситуацию

Вот лишь несколько примеров с выставки «Шаг в будущее», проведенной в феврале 2002 года в Москве, в стенах МГТУ имени Н.Э. Баумана. По правде говоря, каждый из следующих выводов должен колоколом гудеть в сердцах людей, но никому как будто и дела нет до этих наблюдений, призывов, увещеваний. Все вверх тормашками. Юные герцены обличают несправедливость, живя в провинциальной Вятке, а чиновники и слушать их не хотят.

Во время жизни в Вятке А.И. Герцен с отчаянием наблюдал, как царит здесь чиновничество: «Даль страшная, все участвуют в выгодах, кража становится res publica [общим делом. – А.В.|». Сегодня в Кировской области царит Кирово-Чепецкий химкомбинат. Река Вятка «испытывает высокую антропогенную нагрузку» и находится в состоянии экологического бедствия. К такому выводу приходит Марина Меркушева, ученица 11 класса лицея естественных наук города Кирова. 90 процентов окрестных водоемов не отвечают требованиям, предъявляемым к природным водным объектам. И это «даль страшная», Северная Русь! «Содержание сульфатов в пробах воды увеличивается в 10 раз… Содержание железа увеличивается в 8 раз…»

Ученица 11 класса того же лицея Дарья Воробьева в течение трех лет проводила свои исследования в одном из районов Кирова. Почти во всех образцах почвы, собранных ей (всего анализ проб был проведен 235 раз), наблюдалось повышенное содержание тяжелых металлов – свинца, цинка, кадмия, никеля, хрома, железа. Эти металлы являются токсичными веществами; они нарушают обменные процессы в организме, часто вызывают мутации. Мониторинг экологического состояния почв будет продолжаться.

Можно перенестись с севера на юг. «Все будет так»? Вот города Белгород и Липецк. Здесь те же проблемы, что и по всей России. Причина – в полном невнимании к очистным сооружениям. Ученик 6 класса гимназии № 3 города Белгорода Алексей Белых исследовал влияние Белгородской теплоцентрали на окружающую среду. Выяснилось, что «градирни как охлаждающие системы на ТЭЦ отсутствуют». Поэтому наблюдается тепловое загрязнение речной воды. Сброс теплой воды губителен для многих речных организмов. Кроме того, в районе ТЭЦ регулярно выпадают кислотные атмосферные осадки, содержащие раствор азотной кислоты.

А вот – Липецк. Здесь уровень заболеваемости детей с поражением дыхательной системы в полтора раза выше, чем по России. Особенно распространены бронхиты, острые пневмонии, стенозирующие аллергозы, бронхиальная астма. За последние двенадцать лет уровень заболеваемости возрос в два раза – с 3,2 до 6,5 на тысячу детей. К такому выводу пришли Анатолий Бала, ученик 11 класса липецкого лицея № 66, и Людмила Волкова, ученица 10 класса того же лицея, изучавшие «эпидемиологию заболеваний дыхательной системы» у липецких детей.

Река Воронеж, протекающая через город, давно отравлена. В ней можно встретить медь, ртуть, свинец, марганец, кадмий. Водные животные и растения, обитавшие в этой реке, в большом числе гибнут, а ядовитая вода просачивается в почву, вызывая гибель наземных организмов. Вот и итог: «В условиях экономической активизации последних лет произошло стирание границ экологически неблагополучных «пятен».

«Обращаемся ко всем, – призывает один из участников выставки, украинский школьник Андрей Бутенко, и его слова повторят большинство его сверстников: – Мы хотим жить в здоровой среде! Дайте нам такую возможность!».

НОВОСТИ НАУКИ

Новый взгляд на три давно известных сюжета

Рафаил Нудельман

«Ядро вскипело, сэр!»

Представляю, если бы такую фразу услышал сэр Резерфорд, только что открывший, что атом отнюдь не «неделим», как полагали раньше, а имеет в нутрен и ю ю структуру, ибо состоит из ядра и обращающихся вокруг него электронов. Для него мысль о делимости ядра была, наверное, так же неприемлема, как для его предшественников мысль о делимости атома.

Тем не менее атомное ядро, как мы теперь знаем, тоже имеет внутреннюю структуру, ибо состоит из частиц, именуемых протонами и нейтронами, и давайте не упоминать, что эти частицы в свою очередь состоят из кварков и т.д. – для наших сегодняшних целей достаточно и протонов с нейтронами. Ибо цель наша сегодня состоит в том, чтобы рассказать, что в определенном смысле эти ядерные частицы образуют нечто вроде жидкости, и если раньше уже было показано, что «капля» такой «ядерной жидкости» может вращаться, раздуваться и даже делиться, то только что продемонстрировано, что она может также… кипеть. (Не знаю, можно ли ее сварить вкрутую, не уверен, сэр.)

Как показать, что ядерную каплю можно довести до кипения? Ведь «термометр в нее не вставишь», как меланхолически заметил физик Джеймс Эллиот из Национальной лаборатории в Беркли, штат Калифорния. Но его коллеги, Вик Виола и его группа из университета штата Индиана, тем не менее вставили. Или что-то вроде. Вот что они сделали. Они разогнали (в ускорителе) пучок частиц, именуемых «пионами», до 99 процентов скорости света и направили его (в том же ускорителе) на золотую пластинку. Из пластинки стали вылетать капли ядерной жидкости. По длине их пролета в счетчике можно было определить их размеры. Оказалось, что при повышении энергии пионов эти размеры сначала увеличиваются, а потом перестают.

Физики истолковали сей факт как указание, что дополнительная энергия пионов тратится на перевод ядерной жидкости в «пар», то есть превращается в так называемую скрытую теплоту испарения. И действительно, при дальнейшем повышении энергии пионов размеры ядерных капель начинают даже уменьшаться. Это значит, что из них начинают «испаряться» частицы.

Исследователям удалось даже подсчитать температуру испарения ядерной жидкости (в случае золота). Она оказалась порядка 100 миллиардов градусов. Это позволяет ощутить огромную величину ядерных сил, удерживающих частицы внутри ядра.

И последнее. На основе полученных данных, как говорят те же исследователи, можно понять, как образуются тяжелые элементы в природе. Известно, что природа приготовила для будущей Вселенной только самые простейшие ингредиенты – водород, тяжелый водород (дейтерий), гелий и немного ближайших самых легких ядер; тяжелые у нее не получалось собрать, потому что при тех температурах, что тогда царили, нейтроны-протоны слишком быстро двигались. Тяжелые ядра возникли позже внутри звезд за счет происходивших в их центре термоядерных реакций превращения водорода в гелий и далее. Но это «далее» тоже имело предел.

К моменту образования ядер железа состояние такой звезды становилось неустойчивым, и она взрывалась, рассеивая свое содержимое (тяжелые элементы) в космосе. Так появилось во Вселенной все, что «до железа включительно». Ну а дальше как? И вот теперь исследователи говорят: а дальше ядерные капли помогали.

Когда при внутри звездных температурах ядерная жидкость вскипала, ее капли легче пропускали внутрь себя лишние нейтроны. А при остывании эти утяжеленные капли давали более тяжелые элементы, чем железо. Прекрасно. Как раз и ядро вскипело, сэр. Прикажете подавать?

Как птицы научились летать

Загадка появления птиц, видимо, еще долго будет побуждать ученых к вы* движению все новых и новых гипотез. Уже было предположено, что птицами стали маленькие динозавры, которые помогали себе быстро бегать, энергично хлопая передними (короткими, как у кенгуру) конечностями. Уже было предположено, что птицами стали маленькие динозавры, которые спасались от более крупных хищников, забираясь на деревья и в панике помогая себе при этом маханьем передними конечностями. Были предложены и другие объяснения.

Теперь нам толкуют, что эволюция птиц была вызвана… родительской заботой. Эта новая теория опубликована в январе нынешнего года в немецком журнале «Археоптерикс» – так в палеонтологии именуются древнейшие предшественники нынешних птиц, еще сочетавшие в себе черты птиц и рептилий одновременно.

Американский эколог Джеймс Кэри из Калифорнийского университета выступил с утверждением, что ранними предшественниками птиц были рептилии, которые создавали и охраняли свои гнезда на земле, как нынешние крокодилы. Со временем откладываемые ими яйца приобрели не кожистую, а твердую скорлупу, а сами существа стали регулировать температуру своего тела, что способствовало созданию более стабильных температурных условий для развивающегося в яйце зародыша. Чешуйки на коже этих существ превратились в перья, помогавшие камуфляжу и сохранению тепла. Затем возник новый способ кормления птенцов – в гнезде, подавая пищу прямо в рот, и зтот способ кормления позволил уменьшить число откладываемых яиц и их размеры. Соответственно, такие яйца можно было уже откладывать в кустарнике или даже на маленьких деревцах, где они были лучше защищены от хищников.

Постепенно передние конечности этих существ покрывались перьями и удлинялись, позволяя им лучше парашютировать из древесных гнезд на землю. Затем появилось умение планировать (от слова «планер») и под конец – летать, хлопая оперенными передними конечностями, которые уже стали, в сущности, крыльями. По мнению Кэри, клювы птиц тоже развились под эволюционным давлением потребностей родительской заботы.

Родительский клюв играл (для новорожденных птенцов) ту же-роль, какую сосок играет для детенышей млекопитающих, но вдобавок служил еще орудием труда, с помощью которого птицы строили гнезда для этих же птенцов. Эти соображения Кэри также идут вразрез с существующей теорией, которая считает, что клюв появился взамен зубов, потому что он весит меньше и поэтому летать с ним легче.

В своей статье Кэри перечисляет ряд данных, которые, по его мнению подтверждают новую гипотезу. Ископаемые останки археоптериксов имеют когти на передних конечностях, что может указывать на древесный образ жизни. Развитие их перьев продвинулось более далеко, чем развитие других птичьих черт, и это согласуется с предположением, что перья развились в первую очередь, чтобы защищать сидевших на гнездах рептилий от резких климатических воздействий.

Недавняя находка в Азии оперенных динозавров показывает, что перья появились раньше летания. Что же касается летающих динозавров с мембранами между конечностями, то они, по мнению Кэри, исчезли, потому что обладали только способностью летать, но не имели тех эволюционно более совершенных родительских способностей, которые помогали им справляться с задачами приспособления к меняющимся внешним условиям и обеспечивать выживание максимального числа потомков.

Поэтому птицы дожили до наших дней и в огромном количестве видов, а «динозавры с мембранами» давно сошли со сцены.

Занятно, что Кэри развил свою теорию «родительской заботы» как главного движущего фактора птичьей эволюции, работая в рамках чисто демографического исследования на грант, полученный от американского Национального института старения. Как считать теперь: оправдал он выданные деньги или потратил их зря?

Паутина из молока

По мнению канадских ученых из биотехнологической фирмы «Нексия», в скором будущем из молока можно будет получать… искусственную паутину.

Паучья паутина – одно из чудес природы. По прочности она превосходит сталь: подсчитано, что канат, сплетенный из паутинных нитей, выдерживает куда большую нагрузку, чем такой же стальной трос. Но при этом паутина гибче и растяжимей нейлона, поэтому канаты из нее не обладают той «усталостью», которая ведет к разрыву стальных канатов после многих перегибов.

Огромная гибкость при огромной прочности – вот особенности, которые давно уже заставляли ученых завидовать паукам и искать пути создания искусственной паутины. До последнего времени успеха не добивался никто. И вот теперь его добились исследователи из фирмы «Нексия».

Пауки плетут паутину из молекул двух специальных, довольно тяжелых белков, которые производятся под управлением соответствующих генов в особых, специализированных эпителиальных клетках. Клетки эти выделяют свои белки в виде водного раствора в «паутинную железу» паука, которая, в свою очередь, выдавливает их наружу. В процессе этого выдавливания каким-то еще не вполне понятным образом молекулы переплетаются друг с другом, образуя паутинное волокно. Исследователи пытались пересадить паучьи гены, управляющие производством паутинных белков, в какие-нибудь иные клетки – бактериальные, дрожжевые, растительные. Результатом неизменно оказывалось выделение паутинных белков, которые отличались от паучьих тем, что не растворялись в воде и немедленно свертывались в уродливые комки внутри клетки, приводя к ее гибели.

Исследователи из «Нексии» решили попробовать ту же технику на клетках млекопитающих, причем выбрали для изучения два типа клеток, делающих в организме млекопитающих примерно то же, что паутинные клетки делают в организме паука. Один вид «подопытных» клеток был взят из эпителия быка, другой – из почек хомяка. Успех пришел сразу. Оба вида клеток «восприняли» пересаженные гены и стали производить – и секретировать – паутинные белки, растворимые в воде. Получив водный раствор белков достаточной концентрации, исследователи пропустили его через крохотное отверстие шприца в другой раствор, содержавший метанол. Изменение кислотности среды привело к тому, что молекулы белков сами собой собрались в непрерывную нить. И нить эта оказалась поистине «паутинной»: она была легче, но прочнее соответствующей стальной и гибче соответствующей нейлоновой.

Впрочем, в меньшей мере, чем настоящая паутина. Исследователи полагают, что причиной тому были два недостатка их методики. Во-первых, они использовали для создания нитей только один паутинный белок из двух. Во-вторых, молекулы этого белка были втрое легче, чем соответствующего белка в паучьих клетках.

Оба недостатка легко преодолеваются. В последних своих экспериментах исследователи «Нексии» подсадили в «подопытные» клетки сразу три экземпляра «паутинных генов» вместо одного и уже получили более тяжелые молекулы. И они уже ведут поиск вспомогательного раствора, свойства которого принудили бы к свертыванию в нити сразу двух типов молекул. Добившись успеха, они намерены перейти к поискам методов массового, конвейерного производства паутинных нитей.

Их легкость, прочность и гибкость открывают перед нами множество возможностей их применения – от искусственных сосудов и сухожилий до «невесомых» обогревающих костюмов и высокопрочных защитных жилетов для армии.

Поначалу исследователи планируют внедрить искусственную паутину в те области, где не требуется большого количества материала, прежде всего – в медицину. А в дальних их планах – пересадка паутинных генов в клетки молочной железы у коз и овец, что со временем должно сделать возможным «прядение» паутины из молока.

И все это – без необходимости разводить миллионы живых пауков!

ГЛАВНАЯ ТЕМА