Текст книги "Юный техник, 2004 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА

Звезда в награду

Санкт-Петербургский монетный двор выполнил заказ по производству медалей для лауреатов премии «Глобальная Энергия» 2004 года. Награды из золота весом в 172 г и размером 45x45 мм изготовлены по эскизам известных московских дизайнеров, постаравшихся в полной мере отразить цель, ради которой учреждена эта премия.

На лицевой стороне квадратной медали изображена восходящая звезда – символ совершенного открытия. На оборотной – восходящее светило, что отражает масштаб достижений ученого, а также символизирует область знания, которой посвящена премия, – энергетика.

Медали размещены на специальной подставке из падука – красного дерева ценной породы – и закреплены между двумя прозрачными стеклами таким образом, что создается впечатление, будто они висят в воздухе. Для обрамления награды выбрано специальное музейное стекло, которое позволит сохранить медаль на долгие годы.

«А вы ноктюрн сыграть смогли-бы…

…на флейте водосточных труб?» – вопрошал некогда поэт. Прозаик-технолог ответит, что это невозможно, поскольку трубы эти должны быть изготовлены из тонкостенного и мягко-упругого материала, который обычно в жилищно-коммунальном хозяйстве не применяется.

Еще бы! Ведь в состав такого сплава, кроме всего прочего, входят и драгоценные металлы, так что не случайно духовые музыкальные инструменты стоят очень дорого.

Удешевить трубу – музыкальный инструмент, а заодно и усовершенствовать ее попробовал музыкальный мастер из г. Гукова Ростовской области А.Г. Заболотский. Он сделал раструбную часть трубы не открытой, как обычно, а в виде камеры, похожей на полость рта человека. В результате труба приобрела как бы человеческий голос, теплое и глубокое звучание. Музыканты эстрадно-симфонического оркестра Ростовской области высоко оценили работу своего земляка, с успехом используют его изобретение в своих выступлениях. Тем более что мастер ныне изготовил еще насадку, позволяющую при желании модернизировать любую трубу. Достаточно насадить камерную полость на раструб, подобно сурдинке, и труба заметно меняет свой тембр. Сейчас мастер по просьбе своих земляков работает над созданием насадок для тромбона и саксофона.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Наука слышать ароматы

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2004 года присуждена за работу, которая была опубликована всего 13 лет назад, а сами лауреаты все еще продолжают активно работать в науке. Ее поделили между собой двое американских специалистов – Ричард Аксельи Линда Бак. Этой чести они удостоены за изучение механизма обоняния.

Произошел вообще редкий случай в науке. Всего двое ученых всесторонне и подробно исследовали данное явление и прояснили его механизм.

Конечно, изучением запахов наука занимается весьма давно. Скажем, еще древнеримский ученый Тит Лукреций Кар, автор поэмы «О природе вещей», написанной свыше двух тысячелетий назад, предположил, что в полости носа есть маленькие отверстия-поры, различные по размерам и формам. Всякое пахучее вещество испускает крошечные частицы, которые входят в соответствующие поры полости носа, словно ключ в замочную скважину.

Позднее природу запахов ученые попытались объяснить особенностями химического состава вещества. Частицы Лукреция получили название молекул. Каждая молекула, дескать, имеет свою пространственную форму, отсюда и разница в запахах. Однако довольно скоро выяснилось, что в природе есть немало соединений, которые имеют почти одинаковое строение, состоят из одних и тех же атомов, а пахнут совершенно по-разному.

Теория «ключа и замка» оказалась верной лишь в самом первом приближении. Пахучее вещество действительно должно обладать рядом определенных свойств.

Скажем, оно должно быть летучим, только тогда его молекулы смогут достичь органов обоняния. Что же касается формы молекул, то исследования с помощью самой современной аппаратуры показали, что между формой молекулы и ее запахом нет строгого соответствия.

Тем не менее, даже человек с его несовершенным обонянием способен различать тысячи различных запахов. А, скажем, собаки с их изощренным чутьем различают сотни тысяч запахов. Как им это удается? В этом и попытались разобраться исследователи.

Суть их открытия состоит в следующем. Нынешние нобелевские лауреаты на молекулярно-клеточном уровне изучили нейрофизиологический механизм обоняния, позволяющий живому существу легко различать в среднем около 10 000 запахов.

Сама Линда Бак поясняет этот механизм так: «Распознавание запахов начинается в полости носа, на том участке слизистой оболочки, где расположены миллионы специализированных сенсорных клеток, которые атакуются молекулами пахучих веществ. Сигналы от них передаются затем в соответствующий отдел головного мозга, именуемый обонятельной луковицей. А оттуда – в другие отделы головного мозга, которые, в конце концов, и позволяют нам осознанно различать запахи, испытывать связанные с ними эмоции»…

Такое описание, правда, следует признать слишком общим, лишенным многих подробностей. А они таковы.

Обоняние, как говорилось, долгое время оставалось наиболее загадочным из чувств. Эсперименты, в ходе которых животным давали нюхать самые различные пахучие вещества, измеряя при этом электрическую активность обонятельных нейронов, не принесли особой ясности. Одни и те же клетки реагировали на разные запахи с неодинаковой интенсивностью. Успех пришел лишь после того, как Аксель и Бак решили выявить и описать обонятельные рецепторы. То есть протеины, расположенные снаружи на мембране обонятельных клеток и способные улавливать молекулы пахучих веществ – одорантов. А затем отыскать те гены, которые кодируют эти белки. Все это оказалось не очень сложной задачей. Оставалось определить, какие из генов активны в обонятельных клетках и только в них.

Однако из этой затеи ничего не вышло. В чем дело?

Оказалось, что рецепторов этих огромное множество и все они разные. А главное, синтезируются в организме в ничтожных количествах. Так что выделить их очень сложно.

Впрочем, поиск генов, кодирующих обонятельные рецепторы, значительно упростился после того, как Бак сформулировала основные критерии, которым они должны были удовлетворять. Выяснилось, в частности, что эти рецепторные протеины имеют определенную доменную структуру; так что искать следовало лишь те гены, которые кодируют данную разновидность.

В итоге удалось обнаружить целые семейства подобных генов. Причем их оказалось свыше 1000!

Тем не менее, стало понятно, какие именно гены и как отвечают за обоняние. Больше всего научный мир поразило, что их столь много – три процента всего генома. И это у человека. А ведь у животных нюх куда острее, стало быть, и генов обоняния должно быть гораздо больше.

В самом деле, у подопытных мышей, с которыми экспериментировали исследователи, активных генов оказалось больше, чем у человека. Есть виды животных, у которых они составляют до 10 %. В общем, получается, что данное чувство обслуживается куда большим количеством генов, чем любое другое – будь то слух, осязание или даже зрение.

Это, в частности, говорит о том, что в истории эволюции распознавание запахов всегда играло и продолжает играть чрезвычайно важную роль. Даже бактерии – самые примитивные живые существа – отыскивают пищу с помощью запаха. У более высокоорганизованных животных, обитающих на суше, обоняние вообще служит главным средством коммуникации.

Обратите внимание хотя бы на свою собаку, с которой вы гуляете. Пес то и дело сует свой нос во все уголки и щели. Таким образом он «читает свою утреннюю газету» – узнает, кто побывал в данном месте до него и что при этом произошло.

Говорят, что у животных существует даже своеобразный химический язык, с помощью которого они распознают опасность, сообщают о своих притязаниях на данную территорию, находят источники пищи и даже передают друг другу любовные послания.

Лишь у человека со временем обоняние притупилось – мы общаемся друг с другом с помощью языка и слов, а не азбукой запахов. Тем не менее, даже мы стараемся обратить на себя внимание с помощью духов или одеколона. И это при том, что у нас в активном состоянии находится лишь около 350 активных запаховых генов. У человекообразных обезьян их вдвое больше. А вот у «братьев наших меньших» около 100 000 генов реально кодируют различные запахи; так что палитра химического языка весьма разнообразна!

Итак, Аксель и Бак обнаружили и описали те тысячи генов, которые кодируют соответствующее количество протеинов-рецепторов, ответственных за восприятие запахов. В носовой полости на площади всего нескольких квадратных сантиметров (у человека, например, около 6 кв. см) расположено около 30 млн. клеток обонятельного эпителия. Причем каждый из них имеет на поверхности мембраны лишь один какой-то вид рецепторного белка. И, стало быть, способен воспринимать ограниченное количество родственных запахов.

Таким образом, теория «ключа и замка», о которой некогда писал Лукреций Кар, в какой-то степени верна. Данный рецептор-«замок» срабатывает лишь в том случае, если ощущает определенный запах-«ключ». Лишь тогда от него поступает соответствующий сигнал в обонятельную луковицу головного мозга, где расположено около 2000 узкоспециализированных образований – так называемых клубочков; они осуществляют прием сигналов от соответствующих рецепторов, их обработку и передачу информации в другие отделы мозга.

Поскольку же подавляющее большинство запахов вызывается одновременным действием различных молекул, а каждая из обонятельных клеток реагирует сразу на несколько родственных запахов, то все разнообразие воспринимаемых нами ароматов создает в мозге своего рода мозаику. Эта цветовая картина позволяет не только определить конкретно, чем пахнет – жареным мясом, розой или, скажем, керосином, но и может возбуждать у человека определенные воспоминания. Не зря же писал некогда поэт: «И дым Отечества нам сладок и приятен!..»

Станислав СЛАВИН

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Как рождается нефть?

Удивительные результаты лабораторных экспериментов представил на 26-й Геологической конференции специалистов северных стран российский нефтехимик Владимир КУЧЕРОВ. По его словам, полученные коллективом наших ученых данные подтверждают возможность синтеза сложных углеводородных систем в условиях верхней мантии Земли из неорганического сырья.

Чтобы понять суть этого высказывания, нам придется заглянуть в историю нефти. С той самой поры, когда воины Александра Македонского, как писал Плутарх, начали использовать нефть для того, чтобы смачивать в ней зажигательные стрелы, которые затем огненным градом обрушивались на крепости и корабли противника, не утихают и споры о том, откуда взялась нефть на Земле.

Древние римляне полагали, что нефть – это кровь Земли. И использовали эту чудодейственную жидкость в качестве лекарства от кожных болезней. В Средние века алхимики научились перегонять нефть, получая тяжелые и легкие фракции, и высказали предположение, что нефть сродни углю. Позднее их предположение поддержали такие авторитеты, как М.В. Ломоносов и Н.Д. Зелинский.

Суть рассуждений сторонников органического происхождения нефти такова. Нефть, подобно углю, получается в недрах Земли из органических остатков, которые попадают в недра вследствие перемещения горных пластов при сейсмических подвижках. Оказавшись глубоко под землей, в условиях сильного давления и практически полного отсутствия кислорода, эти органические остатки и превращаются со временем либо в уголь, либо в нефть. А именно древесные стволы и прочая растительность превращаются в уголь, а остатки животных организмов и продукты их жизнедеятельности – в нефть. Кроме того, имеют значения величины температур, давлений и прочие условия…

Однако такая точка зрения вызывала справедливые нарекания. Хотя бы потому, что как-то чересчур сложно уж все получалось. Отложения эти в определенное время должны были попасть в некие пограничные условия, должны были пройти миллионы, а то и миллиарды лет, прежде чем из этого сырья получилось «черное золото»…

«Мне, как химику, куда легче представить, что нефть может получаться в недрах Земли в результате взаимодействия карбидов железа в горных толщах с водой», – заявил Д.И. Менделеев и даже написал сравнительно несложное уравнение такой реакции.

Вот оно: 2FeC + ЗН ₂О – Fe ₂О ₃+ С ₂Н ₆.

Но откуда могло появиться в недрах столь значительное количество карбида железа? Ведь это нестойкое соединение, и в природных условиях высока вероятность его окисления. Образование карбида железа могло произойти на определенном этапе охлаждения Земли из первоначального раскаленного шара в интервале 1800–1900 °C. При температуре 1000–2500 °C карбид железа взаимодействует с парами воды, что приводит к образованию углеводородов. Но в этих условиях углеводороды нестойки и распадаются на водород и углерод. При более низких температурах эти составляющие вновь трансформируются в карбид железа, который в более мягких условиях взаимодействует с водой и генерирует углеводороды. Последние в газообразном состоянии поднимаются к поверхности, где при охлаждении и собираются в пористой породе осадочного слоя в залежи.

Процесс образования залежей карбида железа может быть представлен и более простой схемой, при которой железо взаимодействует с графитом при высоких температурах и недостатке кислорода. Как известно, имеется несколько типов карбидов железа ( FeC, Fe ₂C, Fe ₃Cи т. д.), которые могут быть источниками образования углеводородов.

В общем, в теории все получается. А на практике?

Как проверить теоретические расчеты, основанные на методах современной термодинамики, которые показывают, что синтез углеводородов возможен при температурах 900 – 1700 градусов по Цельсию и давлении 30–70 килобар?

В глубь Земли не попадешь, да и нет у нас столько времени выжидать, пока эти процессы, уже происходившие однажды, произойдут снова. Да и произойдут ли? Ведь они могли протекать лишь на определенном этапе развития нашей планеты…

В общем, оставался один путь: смоделировать в лаборатории процессы, некогда происходившие в верхней мантии Земли. Конечно, не так-то просто создать установки, в которых реакции синтеза углеводородов из минералов будут происходить при давлении до 50 килобар. Но наши экспериментаторы это сумели. Ими была создана аппаратура высокого давления, позволяющая достигать химического равновесия в реакционной ячейке при температуре до 900—1200 градусов Цельсия и сохранять герметичность в течение нескольких часов.

При этом методами масс-спектрометрии и газовой хроматографии при ступенчатом нагреве в продуктах реакций действительно была обнаружена смесь углеводородов, состоящая из начальных членов алканового, алкенового и аренового рядов.

Успех этих исследований показался специалистам настолько важен, что результаты работы были опубликованы почти одновременно в докладах Российской академии наук и в докладах Национальной академии наук США.

С. СЛАВИН, В.ЧЕРНОВ

КСТАТИ…
«Скважина» на ферме

С точки зрения американских ученых, свинарник представляется весьма перспективным в качестве источника… нефти. Группа исследователей из Иллинойского университета уже на протяжении ряда лет работает над проблемой превращения свиного навоза в топливо, которое можно будет использовать для обогрева домов и выработки электроэнергии.

Предстоит еще немало потрудиться, прежде чем замыслы обретут практическую законченность и коммерческую привлекательность. Но уже сейчас исследователи обещают определенные выгоды и животноводам, и потребителям. По мнению ученых, продемонстрировавших своей проект на международной специализированной выставке «Нефтегаз-2004», идея важна в плане создания альтернативных и возобновляемых источников энергии. А также снижения зависимости США от иностранных источников нефти.

Суть же дела состоит в следующем. Разработчики предлагают использовать термохимический процесс, идущий при высоких температурах и давлениях. Он и позволяет, разрушив органические соединения в свином навозе, преобразовать их в некое подобие нефти. Во многом, как утверждают исследователи, предложенная технология воспроизводит протекавший в далеком прошлом процесс. Но тогда для этого требовались века, а в лабораторных условиях процесс занимает около… получаса. Сходная технология уже используется на птицефабрике, выращивающей индеек, для переработки отходов «производства» в легкую нефть.

Для свиноводов, особенно занимающихся выращиванием животных в промышленных количествах, новая технология может представлять особый интерес, поскольку решает дорогостоящую проблему ликвидации тысяч тонн навоза и устранения малоприятных запахов, вызывающих естественное раздражение у соседей.

По мнению разработчиков, в будущем реактор размером с кухонную духовку сможет перерабатывать «отходы» жизнедеятельности 2000 свиней, вырабатывая нефть стоимостью 10 долларов за баррель, что в 3–4 раза ниже нынешних цен на природное сырье. Впрочем, для крупных нефтеперегонных предприятий эта нефть интереса представлять, видимо, не будет, поскольку они не приспособлены для ее переработки. Но ее можно будет использовать на небольших ТЭЦ в качестве топлива, а также для изготовления пластмасс, чернил и асфальта.

Кроме того, разработка имеет и чисто научный интерес. Дело в том, что некоторые исследователи, например, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института нефтехимического синтеза имени Топчиева Юрий Королев, полагают, что производство «черного золота» продолжается в природе и сейчас. Знание же тонкостей этого процесса позволит не только лучше понять, где именно искать эти новые кладовые, но и дает возможность в будущем еще больше усовершенствовать методы получения синтетической нефти из самого различного сырья.

В. ВЛАДИМИРОВ

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

ГДЕ ИЗОБРЕЛИ ФУТБОЛ?«Футбол, возможно, изобрели в Древнем Египте», – считает глава египетского Высшего совета по делам древности Захи Хавас. И в доказательство своей версии он приводит изображения фресок в захоронении Бени-Хасан в провинции Эль-Минья, показывающие девушек, играющих в мяч. Впрочем, фрески явно противоречат словам египтолога, поскольку девушки, судя по всему, просто перебрасывали друг другу мячи, сидя на плечах дюжих рабов. Понятное дело, что назвать такую игру футболом весьма затруднительно.

Впрочем, в одном З.Хавас прав: игры с мячом были популярны в стране пирамид уже несколько тысяч лет назад. В саккарском некрополе под Каиром исследователи нашли много мячей разной формы: набитых сушеными листьями пальмы или папируса, соломой, обернутых кожей или тканью.

Более того, оказывается, древние египтяне играли в примитивную разновидность хоккея на траве под названием «хокша». Для этого использовалась полуовальная разноцветная кожаная шайба. А также пальмовые посохи-клюшки.

Египтяне также первыми придумали специальную форму для игроков, ввели судей, которые разнимали слишком увлекшихся единоборством спортсменов, а также ввели в обычай церемонию награждения победителей. На росписи храма Рамсеса III в Луксоре можно видеть атлета, приветствующего зрителей поклонами и вздымающего руки вверх в знак победы.

СОТВОРИ СЕБЕ КУМИРА!Владелец строительной компании Федерико Бертола решил открыть в небольшом итальянском городке Коллоди Дом-музей Пиноккио. С этой целью он приобрел старую виллу Гарцони, на месте которой, по преданию, стояла убогая лачуга старого плотника, выстругавшего куклу из куска дерева. Идея открыть «Музей мечты» пришла в голову бизнесмену два года назад, когда он впервые побывал в местах, описанных итальянским сказочником Карло Коллоди.

«Мечты спрятаны в книгах. Но иногда они становятся реальностью, – сказал Бертола. – Я был сельскохозяйственным рабочим, окончившим только начальную школу, и главной книгой мечты в моей жизни была история Пиноккио. В конце концов, я воплотил свои грезы в жизнь».

СЕКРЕТАРЬ ИЗ КОМПЬЮТЕРА. Миловидная блондинка Валери, которую видят на компьютерном мониторе посетители вычислительного центра американского Университета Карнеги-Меллона, может не только подсказать, как пройти в тот или иной офис, но и говорить о погоде, даже посплетничать о своем боссе. И немногие догадываются, что эта девушка – всего лишь плод совместной работы студентов факультетов компьютерных технологий и драматического искусства. Их целью было создание робота, имеющего навыки интерактивного общения. И они, в конце концов, создали виртуального секретаря, которого на самом деле не существует.