Химия и жизнь №1 2014

Молекулы ПАВ

Вода

8 СхемапленкиЛенгмюра—Блоджеттиеепереноса

на поверхность

гатных состояниях. При очень малых количествах они ведут себя как молекулы идеального газа. Если начать уменьшать площадь поверхности, что равносильно сжатию такого газа, при некоторой концентрации времени их поведение станет аналогичным поведению молекул жидкости — произойдет фазовый переход, конденсация газа в жидкость. При дальнейшем сжатии молекулы все больше будут сближаться, пока не окажутся упакованными в упорядоченный мономолекулярный слой, в котором они уже не могут перемещаться свободно — «жидкость затвердеет».

Такую пленку можно перенести на поверхность твердого тела, погружая его в раствор. При извлечении тела на нем происходит физическая адсорбция мономолекулярной пленки, операцию можно повторять несколько раз и с разными веществами, получая мультимолекулярные слои.

Некоторые из подобных пленок — прекрасные смазки. Например, пленка на основе диметилового эфира октадецилмановой кислоты толщиной в одну молекулу (2,5 нм), нанесенная на кремний, обеспечивает коэффициент трения со стальным шариком 0,05—0,07 и не истирается в течение 6000 возвратнопоступательных проходов при нагрузке

в0,3 Н, что как минимум на пять порядков превосходит силы, действующие в МЭМС. Если эту пленку использовать

вузлах трения МЭМС, она будет практически вечной. Правда, классические пленки Ленгмюра — Блоджетт трудно наносить на криволинейные поверхности и в малых зазорах, но использование пленки в качестве граничной смазки — продуктивная идея.

Следующий шаг — мономолекулярные самоорганизующиеся покрытия (МСП), которые формируются из растворов органических соединений, образованных углеводородной цепью или бензольным кольцом, с активной головной (1) и функциональной концевой (2) группами (рис. 9). Активная группа служит для связи молекул МСП с поверхностью, а функциональная, взаимодействуя с окружением, придает покрытию определенные физико-хими-

3

2

1

9 Общий вид молекулы МСП: а — схема молекулы:

1 — головная часть, 2 — углеводородная цепь,

3 — хвостовая (функциональная) часть. Различные молекулы МСП: б — гексадекантиол; в — 4,4’-диги- дроксибифенил1;г—сшитый1,1’-бифенил1-4-тиол

ческие свойства (оптические, смачиваемости, биосовместимости и т. д.).

Особенность МСП — способность формировать мономолекулярный слой, связанный с поверхностью ковалентными связями. Энергия этой связи составляет 100—8000 кДж/моль, что гораздо больше, чем энергия физической адсорбции пленок Ленгмюра — Блоджетт (8—20 кДж/моль). Образование ковалентных связей способствует координации расположения молекул активной группы МСП относительно молекул подложки. В результате все молекулы МСП приобретают одинаковое положение относительно поверхности, сохраняемое на достаточно больших площадях.

Сформированный таким образом слой не является жестким. Из-за значительной асимметрии и возможности вращения звеньев CН2-цепочек вокруг одинарных С-С связей, молекулы МСП могут легко изгибаться. Таким образом, хемосорбированные, то есть очень прочные, мономолекулярные самоорганизующиеся покрытия представляют собой чуть ли не идеал граничного смазочного слоя — износостойкий, имеющий малое сдвиговое сопротивление и минимальную толщину. Помимо снижения механической составляющей сил трения, выбор молекулы МСП с нужной функциональной группой позволяет существенно снизить адгезию поверхностей трения, которая для элементов МЭМС очень важна. Ну и последнее: многие МСП наносятся из растворов активных веществ, что позволяет окунанием сформировать антифрикционные покрытия на самых сложных и труднодоступных поверхностях.

На сегодня известно несколько сотен видов МСП. Условно они разделяются

Проблемы и метОды науки

на щеточные(расположеныперпендикулярно поверхности), линейные (наклонные) и клубковые. Наиболее широкое применение в качестве смазочного материала получили МСП, имеющие различные концевые (-CH3, –CF3) и головные группы (-S-H, -Si-O-, -OH, P-O-). При нанесении на кремний эти покрытия позволяют снизить коэффициент трения до 0,05—0,1. Существуют различные мнения о механизме антифрикционного действия МСП, однако наиболее вероятно, что он обусловлен как снижением механической составляющей силы трения за счет гибкости цепей, так и значительным уменьшением контактной адгезии.

Одно плохо — нельзя назвать лучшую твердую смазку! Их применяют там, где иные смазочные материалы не могут работать эффективно, — при высоких удельных нагрузках, малых скоростях скольжения, высоких и низких температурах, в вакууме или агрессивных средах, при ионизирующих излучениях, а также в миниатюрных и микроскопических узлах трения. Тем не менее универсальной твердой смазки, пригодной для работы во всех этих условиях, не существует.

Подводя итог этому краткому экскурсу в перспективную область трибологии — теорию и практику твердых смазок, — обещающую нам решение многих проблем в новейших разделах техники, в медицине и в повседневной жизни, хотелось бы подчеркнуть цикличность ее исторического развития. Ничто не забыто в тысячелетнем опыте, от египетских колесниц до марсоходов: с развитием технологий и получением новых материалов начинается новый цикл исследований и приложений древней науки. Химия, будучи одной из основных опор трибологии, находит и будет находить разнообразные и неожиданные применения на каждом новом этапе ее развития.

Что читать о трении

Н.К.Мышкин, М.И.Петроковец. Трение, смазка, износ. М., Физматлит, 2007.

Encyclopedia of Tribology, Ed. by Q.Wang and Y.W. Chung. N.Y., Heidelberg, Dordrecht, London, Springer, 2013.

«Химия и жизнь», 2014, № 1, www.hij.ru

Неотвеченный вопрос Старого Фрица

В.А.Лучников

Университет Верхнего Эльзаса, Мюлуз, Франция

Говорят, однажды прусский король Фридрих II, прозванный Старым Фрицем, на заседании Академии наук задал своим ученым такой вопрос: «Почему бокалы с шампанским издают менее чистый и приятный звук, чем бокалы с бургундским?» Председатель академии встал и с поклоном ответил королю: «При том содержании, которое им назначено вашим величеством, ваши ученые, к сожалению, не имеют возможности ставить подобные эксперименты». Так его вопрос остался без ответа.

Ситуация с РАН до недавнего времени была схожа: общество требовало от ученых первоклассных результатов, а те намекали, что если объем финансирования всей академии примерно равен объему денег, выделяемых на один американский университет, то и результатов следует ожидать соответствующих. Так получился тот самый конфликт, который будоражит общественное мнение в последние полгода. Кто-то из широкой публики сопереживает ученым, которых лишают экономической и научной автономии, но есть и такие, кто злорадствует, приписывая академикам нежелание участвовать в общественной жизни и спуститься на землю из своей башни из слоновой кости. Страсти еще не улеглись, поэтому интересно будет отстраниться от нынешней быстро меняющейся ситуации и взглянуть на нее в исторической перспективе, ведь противостояния ученых с государством случались и в прежние века. Если отвлечься от исторического антуража, то окажется, что те давние коллизии выглядят удивительно современно. Для ясности условимся понимать под научными академиями любые организованные сообщества ученых, объединенных корпоративными интересами.

Стиль единообразия

Начнем этот мини-обзор упоминанием о закрытии платоновской Академии в Афинах благочестивым императором Юстинианом в 529 году. Каковы были мотивы императора, покусившегося на учреждение с почти тысячелетней историей, основанное великим философом?

Скорее всего, Юстиниан не акцентировал внимание на Академии, она лишь стала жертвой серии эдиктов «о лишении земных благ тех, кто неправо поклоняется истинному Богу», изданных в 527—529 годах. Издавая эдикты, Юстиниан воплощал свое кредо правителя: «Одно государство, одна религия, один закон». Под единственной религией понималась та форма христианства, которая была сформирована на Никейском соборе в 325 году и утверждала божественную сущность Христа. Но большая часть преподавателей Академии, прежде всего ведущие философы-неоплатоники, продолжала держаться языческих верований или, по крайней мере, не признавала исключительности христианства; не собирались они и креститься ради продолжения преподавательской де-

Страницы истории

ятельности. Забавно, что, как сообщает историограф Иоанн Малала в XVIII томе своей «Хронографии», Юстиниан угрожал своими эдиктами одновременно преподавателям философии и содержателям игорных притонов.

Другая составляющая того давнего конфликта — имущественная. Как замечает византийский историк Прокопий, Юстиниан лишил общественных преподавателей содержания, а завещанные частными лицами для ученых целей капиталыконфисковал.Конфискациивсегдаслужилифинансовым подспорьем римским цезарям, непрерывно нуждавшимся в деньгах для военных экспедиций, устройства развлечений для плебса или ублажения фаворитов. Юстиниан был известен как увлеченный строитель. Всего через три года после закрытия Академии он начал грандиозную постройку храма Святой Софии, хотя вряд ли выручка с клочка земли, занимаемой Академией, принесла императору значительные барыши.

Наконец, как и сегодня, во времена Юстиниана уже существовал конфликт между университетской и академической наукой. К моменту закрытия Академии вековую историю имел Константинопольский университет, основанный Феодосием II в 425 году и исправно поставлявший империи управленческие кадры. Можно предполагать, что университетские власти с энтузиазмом отнеслись к уничтожению конкурента, поскольку вся талантливая молодежь была вынуждена обучаться с этих пор в Константинополе, а вес и значение университета возросли необычайно.

Побочным результатом закрытия платоновской Академии стала одна из первых в истории «утечка умов». Бывшие преподаватели Академии дружно отправились ко двору персидского царя Хосрова I, о котором они были заочно весьма высокого мнения, как о втором после Марка Аврелия философе на троне. Но эта попытка эмиграции не удалась, монарх

иего царство разочаровали ученых путешественников. Тем не менее благодаря заступничеству Хосрова они смогли вернуться в Грецию, где и исчезли без следа, как указывает немецкий историк Фердинанд Грегоровиус.

Ввизантийской истории все обошлось мирно, чего нельзя сказать об аналогичной китайской операции, о чем можно прочитать в той части «Исторических записок» Сыма Цяня, где он описывает деяния первого объединителя Поднебесной Цинь Шихуана. Вот эти строки, к которым нечего добавить:

«Первый советник Ли Сы сказал: "Ныне вы, император-вла- ститель, объединили под своей властью Поднебесную, отделили черное от белого и установили одно почитаемое людьми [учение]. Однако приверженцы частных школ, поддерживая друг друга, поносят законы и наставления, и каждый, услышав об издании указа, немедля, исходя из своего учения, начинает обсуждать его. <…> Если подобное не запретить, то наверху ослабнет положение правителя, а внизу образуются группы и партии. <…> Я предлагаю, чтобы все чиновники-летописцы сожгли все записи, кроме циньских анналов; все в Поднебесной, за исключением лиц, занимающих должности ученых при дворе, кто осмелится хранить у себя [труды Конфуция]

исочинения ученых ста школ, должны явиться к начальнику области или командующему войсками области, чтобы там

«Химия и жизнь», 2014, № 1, www.hij.ru

свалить в кучу и сжечь. <…> Тех, кто за тридцать дней после издания указа не сожжет эти книги, подвергнуть клеймению и принудительным работам на постройке крепостных стен. Не следует уничтожать книги по медицине, лекарствам, гаданиям на панцирях черепах и стеблях, по земледелию и разведению деревьев’. <…> В повелении [императора] говорилось ‘Быть по сему"».

Впрочем, видимо не все испугались клеймения и прочих проявлений древнекитайского остроумия, иначе мы бы не имели возможности читать трактаты Конфуция.

Соблазн кардинальской шапки

Из античности, минуя Средние века (в которые еще заглянем) перенесемся в Новое время, отсчет которого условно начинается с изобретения книгопечатания и начала эры Великих географических открытий. После тысячелетнего застоя научные методы познания мира снова вошли в обиход. В эту эпоху дедуктивный метод познания, основывавшийся на представлении о том, что все явления мира можно познать путем логических рассуждений, без опоры на опыт, стал все более вытесняться индуктивным подходом, провозглашающим опыт отправной точкой научного процесса. Ньютон сформулировал суть нового метода в виде афоризма «гипотез же я не измышляю». Такой переворот в мировоззрении был вызван потоком новой информации об окружающем мире, доставленной эпохальными географическими открытиями и открытиями

вастрономии, физиологии, физике, не предсказанными ни

водной из священных книг и ни в одном из канонических текстов древних авторов.

Ярким примером торжества нового опытного метода познания мира стало открытие Галилеем в 1610 году (и, возможно, чуть ранее немецким астрономом Симоном Мариусом) спутников Юпитера, открытие им же пятен на Солнце, обнаружение Везалием, Серветом, Чезальпино и Гарвеем истинного строения кровеносной системы человека.

Несостоятельность чисто дедуктивного метода перед лицом новых фактов побудила самостоятельно мыслящих ученых засомневаться в нем, а успехи опытного метода вызвали подъем их энтузиазма. Этот энтузиазм, однако, было удобнее проявлять вне университетских стен, где позиции старых методик оставались сильны. Так возникли первые академии Нового времени, среди которых прежде всего называют итальянские Академию рысьеглазых (Accademia dei Lincei) и Академию опытов (Accademia del Cimento), их основали соответственно в 1603 году римский аристократ Федерико Чези и в 1657 году флорентийский принц Леопольдо Медичи. Своеобразное название более ранней из этих двух академий намекает на особую зоркость зрения, необходимую для изучения мира: было мнение, что рысь видит сквозь непрозрачные предметы. Академию рысьеглазых почтил своим членством Галилей, а его экспериментальные методы были использованы учеными Академии опытов. Название этой хронологически более поздней академии говорит само за себя, и вроде бы в нем нет ничего выдающегося, но в свое время оно, вероятно, звучало как вызов. Снова, как и во времена Юстиниана, налицо был конфликт как с университетскими кругами, так и с господствующей религией. Академия опытов подверглась настоящей травле со стороны Ватикана, который в конце концов добился ее упразднения в 1667 году (предыдущей жертвой была неаполитанская Академия секретов природы — Academia Secretorum Naturae — Джанбатисты делла Порта; этих академиков инквизиция в 1578 году прямо обвинила в колдовстве). По слухам, которым уже несколько веков и которые вряд ли уже возможно проверить, в награду за роспуск академии ее патрон получил кардинальскую шапку.

К счастью для науки, ее члены успели издать сборник своих работ, который стал настольной книгой экспериментаторов на десятки лет вперед. Академикам, правда, пришлось выбросить из сборника результаты астрономических наблюдений и ограничиться описанием экспериментов без попыток их теоретического объяснения, как на том настоял Медичи, не желавший раздражать церковное начальство. Роспуск Академии опытов стал очень печальным событием для национальной итальянской науки, которая с тех пор уступила пальму первенства более северным народам — англичанам, немцам, французам.

Главное общество

И все-таки первые итальянские академии сыграли огромную роль в истории науки. По образцу Академии опытов уже в 1660 году в Англии лингвист Джон Вилкинс, физик Роберт Бойль, математик Кристофер Рен и другие видные ученые создали научное сообщество. Вскоре оно привлекло благосклонное внимание короля Карла II, который пожаловал ей свою Хартию (официальный документ, удостоверяющий права и обязанности новообразованной организации) и жезл, который до сих пор по традиции вносят в зал заседаний в начале каждой сессии. Так родилось знаменитое Лондонское королевское общество, которое благополучно существует до сих пор, будучи официальным консультирующим органом британского правительства.

Однако первые годы существования общества были очень непростыми. Как читатель уже, возможно, догадывается, новая академия подверглась яростным нападкам со стороны местных университетов. Один из оксфордских профессоров, доктор Саус, выступил в июле 1669 года с язвительной речью, направленной против Королевского общества. Ему вторил математик и специалист в классических языках Генри Стабс, обвинивший общество в намерении уничтожить университеты, а также в распространении атеизма и революционных идей (последнее в английском королевстве, только что пережившем кровавую гражданскую войну, воспринималось особенно болезненно). Маститых ученых, сделавших карьеру в освященных веками традиции университетских дисциплинах — богословии, медицине, языкознании, юриспруденции и так далее, — необычайно раздражала также «несерьезность» проблем, которыми занимались члены общества. Ну кому, в самом деле, могут быть полезны все эти описания мух, гусениц и прочих земных тварей? Над некоторыми экспериментами, такими, как взвешивание воздуха, смеялся и сам король. Тем не менее он до конца жизни не отказывал патронируемой организации в поддержке. Если бы не решительное заступничество Карла II, вполне вероятно, что эта академия отправилась бы в небытие вслед за итальянскими предшественницами. Благодаря такой своей позиции «веселый король» прославился не только бессчетным количеством любовниц и внебрачных детей, но и как покровитель наук (к слову, при нем же была основана Гринвичская обсерватория).

В настоящее время многие академии и университеты существуют в плодотворном симбиозе друг с другом. Так, российские академики преподают и заведуют кафедрами во многих учебных институтах и университетах, те же поставляют кадры для институтов научных. Но в силу своей специфики университеты все же лояльнее к власти, у которой поэтому велик соблазн поддерживать именно университетскую науку. Тем не менее правящие классы обычно признают большую эффективность организации научной деятельности в результате создания академий и понимают, насколько опасно для страны может быть технологическое и научное отставание. Поэтому, несмотря на автономию академий и потенциальную опасность вызревания в них фронды, правительства все же вынуждены поощрять их возникновение и содержание.

Вероятно, более детальный анализ показал бы, что взаимные симпатии академий, университетов и правительств развиваются по синусоиде, с чередованием взлетов и падений. Следует предположить, что и возникновение академий, и их столкновения с университетами и правительствами — процесс объективный, подчиненный внутренней логике развития науки.

Николя-реформатор

Проходят века, но конфликты между университетами и академиями все еще случаются. Видимо, это явление невозможно полностью изжить, а можно только попытаться ввести в конструктивное русло. Совсем недавно, например, ученые французского Национального центра научных исследований (CNRS) еле отбились от попыток правительства Николя Саркози «реформировать» их организацию. Заметим, что именно НЦНИ, в институтах которого ведутся исследования по всем отраслям науки, — наиболее близкий французский аналог РАН. А Французская академия занимается ныне главным образом выработкой литературных норм французского языка.

Одна из идей несостоявшейся реформы состояла в том, чтобы вынудить всех иследователей центра приписаться к тем или иным национальным университетам. Но одна из наиболее привлекательных особенностей НЦНИ как раз в том и состоит, что его сотрудники являются собственниками своего поста, с которым они могут достаточно свободно переходить из одного института центра в другой, если тот предоставляет более привлекательные условия для работы. В ведении НЦНИ находится примерно тысяча институтов и лабораторий, расположенных во всех уголках материковой Франции и на ее заморских территориях, так что сотрудникам центра есть из чего выбирать. Кроме того, члены центра не обязаны вести преподавательскую работу, а могут полностью сосредоточиться на науке. Эта автономия и мобильность ученых НЦНИ служит предметом белой зависти их европейских и заокеанских коллег, но именно она-то и вызвала недружественный интерес энергичного французского президента и его министров.

Среди прочего правительственная реформа предполагала раздел центра на несколько профильных структур. К счастью, французам не привыкать бороться за свои права, и они хорошо помнят со школы басню Лафонтена о старике, который завещал сыновьям держаться вместе, иначе победить их порознь будет так же легко, как переломать прутья развязанного веника. Мощная, организованная кампания протеста ученых заставила правительство пойти на попятный. Некоторые косметические переделки структуры центра все же были сделаны, чтобы позволить президенту сохранить лицо, но в целом гроза для академии миновала.

Милости владык

Проблемы научных академий не ограничивались, конечно, конфликтами с университетами и правительствами. Другими важными факторами, определявшими их судьбу, были общественное мнение и отношение верховной власти. Французы, к примеру, в целом очень хорошо относятся к НЦНИ, и, безусловно, это очень помогло ученым центра во время недавнего конфликта с правительством. В многовековой истории академий благоприятное мнение о них вовсе не было распространенным явлением.

Вернемся на пару тысячелетий назад, в эллинистический Египет, где царствует греческая династия Птолемеев. Основатель династии, Птолемей I, один из лучших полководцев Александра Македонского, возможно, был воспитан Аристотелем вместе со своим царственным другом детства и пронес уважение к знаниям через годы военных походов в

страницы истории

Азии. Став сатрапом (так звучит персидский титул главы провинциальной администрации) Египта, а впоследствии царем этой страны, Птолемей прославился мудрым и справедливым правлением; он сумел установить, как мы бы сказали сейчас, социальный мир между коренным населением и пришлыми завоевателями-эллинами.

Одним из самых славных дел его царствования стало основание в Александрии знаменитого Мусейона, учреждения, главной целью которого было производство новых знаний. Возможностью свободного научного творчества и хорошим жалованьем царь привлек в Александрию немало видных математиков, лингвистов, историков, географов со всего греческого мира. Прибывшие пользовались привилегиями, такими, как проживание в царском квартале, питание за счет казны, жалованье, а также протекция царя в судебных и прочих житейских делах. Особое отношение монарха к «понаехавшим» ученым вызывало сильное неудовольствие местного населения, из карманов которого оплачивалось содержание Мусейона, к тому же александрийцы слабо себе представляли, чем занимаются его обитатели. А те особенно и не стремились быть понятыми, чувствуя себя в безопасности под защитой благоволившего к ним монарха.

Возможно, из зависти над александрийскими высоколобыми иммигрантами издевались острословы, жившие вдали от египетской столицы. Например, некий Тимон Плийский, философ-скептик и сатирик, едко шутил: «В многолюдном Египте кормится множество книжных червей, которые без конца дискутируют в курятнике муз». Измерение земного радиуса Эратосфеном, создание стройного свода математических знаний Эвклидом — все это мало интересовало широкую публику. А демонстрация Героном Александрийским первого парового двигателя, выполненного в форме игрушки, скорее должна была утвердить «серьезных людей» во мнении, что обитатели Мусейона заняты какой-то ерундой. Поэтому следует отдать должное Птолемею Сотеру и его потомкам на египетском троне, которые смотрели дальше большинства своих подданных и создавали ученым достойные условия для работы. Должны были пройти века, чтобы александрийцы прикипели душой к своей академии и ощутили немалую материальную выгоду от ее соседства, когда Мусейон, по сути, превратился при римских императорах в университет для прибывающей со всех концов империи молодежи.

В той же мере, что и Птолемеям, мы должны быть признательны могущественному королю франков, Карлу Великому, правившему в период самого дремучего невежества, которое окутало Европу после падения Западной римской империи. Этот замечательный монарх сочетал воинственность, проистекавшую в большой мере из его христианского благочестия, с живым интересом к учености. Будучи неграмотным (до конца жизни он не освоил письмо, хотя усердно занимался латинским языком и мог изъясняться на нем свободно), он крепко привязался к своим более образованным друзьям — англосаксу Алкуину (он же Флакк Альбин и Гораций Флакк), ставшему аббатом монастыря Святого Мартина в Туре, лангобарду Павлу Диакону (он

«Химия и жизнь», 2014, № 1, www.hij.ru

же Варнефрид), составившему историю лангобардского королевства, орлеанскому епископу вестготу Теодульфу

идругим.

Заслуги этого кружка энтузиастов перед европейской

культурой огромны. Возрождая огрубевшую при династии Меровингов латынь, бывшую языком богослужений, Алкуин и его товарищи воскресили для современников многочисленные произведения римских авторов, которые дошли до нас благодаря сделанным в это время копиям (как, например, произведения Аммиана Марцеллина, от которого мы очень много знаем об эпохе заката римской империи). Карл лично способствовалраспространениюграмотностисредидуховенства своими оригинальными государственными решениями. Например, лицам духовного звания, увлекавшимся охотой, было позволено предаваться этой страсти только с целью заготовки звериных шкур для изготовления пергамента. Способствовало распространению знаний и введение нового стиля письма, так называемого каролингского минускула, легкого для написания и чтения. К сожалению, у Карла не нашлось преемника, обладавшего столь же сильным характером

итаким же государственным умом, а общественное мнение того времени еще не созрело до осознания необходимости научных организаций, и Дворцовая академия, созданная Алкуином,прекратиласвоесуществование,сыграввыдающуюся роль в культурной жизни Европы.

Не всегда своим возникновением академии были обязаны милостям правителей, иная академия появлялась на свет как плод интриг. Вот история Берлинской академии наук (сегодня ее преемница — Берлинско-Бранденбургская академия). Это сообщество ученых Фридрих I, вначале курфюрст, а впоследствии король Пруссии, учредил в 1700 году под влиянием его супруги, Софии Шарлотты, известной интеллектуалки того времени, водившей дружбу с Готфридом Лейбницем. Очень вероятно, что София Шарлотта и Лейбниц сыграли на слабости Фридриха, страстно стремившегося к королевскому титулу, внушив ему, что Академия наук — необходимая статусная вещь для всякого уважающего себя европейского монарха, подобно тому, как достигший определенного положения дворянин обязан содержать свору борзых собак. В правление Фридриха II Великого академия (к этому времени переименованная в Королевское научное общество) уже была не просто монаршей забавой, но уважаемым во всей Европе научным учреждением, оснащенным по последнему слову техники, и имела в своем составе немало знаменитых ученых, таких, как Дени Дидро, Шарль Луи де Монтескье и Жан Д’Аламбер. Членами академии состояли великие Вольтер

иЛеонард Эйлер, хотя с ними отношения у Старого Фрица (одно из прозвищ Фридриха) были далеко не безоблачными. Вольтеру пришелся не по душе деспотический характер короля, а король до глубины души был оскорблен тем, что философ позволил себе насмехаться над его стихами на французском языке. Эйлера же король недолюбливал по той причине, что великий математик был человеком совершенно не светским, не блистал остроумием на балах и званых обедах, и это сильно роняло его в глазах Фридриха.

Обидчивость императора

В восемнадцатом веке, веке просвещенного абсолютизма, коего Фридрих II был ярким представителем, неприязнь монарха к ученому уже не угрожала жизни и благосостоянию последнего. Так, Вольтер и Эйлер были всего лишь вынуждены покинуть Прусское королевство. В менее просвещенные времена конфликты с государями были для ученых и их сообществ куда более опасными. Драматичным примером может служить погром, учиненный римским императором Каракаллой в 215 году в Александрии, жителей которой император давно подозревал в насмешливом и пренебрежи-

тельном отношении к себе. Александрийские умники за глаза потешались над грубыми манерами и речами Каракаллы, его жалкими попытками подражать Александру Великому и, кроме того, высмеивали его предполагаемую любовную связь с собственной матерью. Явившись с войсками в город, Каракалла перебил множество юношей, собранных якобы на воинский смотр, а философов выгнал из Мусейона, запретил им преподавать и разрушил их общежития. Вновь приступить к своим занятиям философы смогли только после смерти императора.

Не менее жестоко обошелся со своими учеными уже упомянутый Цинь Шихуан. После умиротворения Поднебесной у него появилось время для поиска эликсира бессмертия. В частности, он, по советам нескольких прохиндеев, снарядил немало морских экспедиций, которые, естественно, вернулись с пустыми руками (см. «Химию и жизнь», 2012, № 7. — Примеч. ред.). Конфуцианские мудрецы имели дерзость посмеяться над суетностью и тщетностью этих поисков, за что жестоко поплатились — 460 человек из них беспощадный правитель приказал казнить, зарыв заживо в землю. Так этот император умудрился за тридцать с лишним лет правления дважды подвергнуть репрессиям ученое сословие — редчайший пример в истории.

Для защиты от гнева владык академики издавна применяли проверенный способ — введение в свой закрытый клуб особ, пусть и не имеющих отношения к науке, зато обладающих влиянием при дворе. Тут, правда, случались казусы. Например, в правление императора Александра I на одном из заседаний российской Академии художеств поступило предложение выдвинуть в почетные члены графа Д.А.Гурьева, управляющего императорским кабинетом. А.Ф.Лабзин, конференц-секре- тарь академии, спросил, в чем же состоят выдающиеся заслуги графа перед искусством? Выдвинувший эту идею член академии немного растерялся и ответил, что граф Гурьев самый близкий человек к государю. Секретарь на это ответил: «Если эту причину можно считать достаточной, то я предлагаю выдвинуть в почетные члены академии кучера Илью Байкова. Он не только близок к государю, но еще и сидит перед ним».

Впрочем, никакие заслуги, важные люди и широкие плечи кучеров не могли спасти ученых в случае прихода к власти людей с несовместимыми этическими представлениями. Например, халифы из династии Аббасидов с большим почтением относились к одному из традиционно приписываемых основателю ислама изречений о том что «чернила ученого так же почтенны, как и кровь праведника». Один из самых знаменитых халифов, Гарун аль-Рашид, добавил славы к своему имени основанием «Дома мудрости» — по сути, Академии наук, в функции которой входили преподавание, изыскания во всех известных тогда отраслях знания, но прежде всего — перевод на арабский язык уцелевших к тому времени памятников античной литературы и научных текстов. О том, как высоко ценили средневековые арабские правители эти документы, говорит хотя бы тот факт, что после одной из войн с Византией греки были вынуждены отдать арабским победителям «Альмагест» Птолемея в уплату наложенной контрибуции. Особенно увлекся покровительством наукам сын Гарун аль-Рашида, Абдулла аль-Маммун, который привлек ученых к управлению государством и даже заказывал им проведение масштабных исследований, вроде градусных измерений земного меридиана.

Все кончилось после взятия Багдада войсками хана Хулагу: «Дом мудрости» был разрушен, а книгами из его библиотеки замостили гать через Тигр. Интересно, что на другом краю земли, во фламандском Генте, когда там к власти пришли сторонники Реформации, они таким же образом расправились с богатейшей библиотекой аббатства доминиканцев: говорят, что из утопленных в реке книг получилась дамба и по ней можно было переходить с берега на берег.

Превратности общественного мнения

В Новое время вышеупомянутому Лондонскому королевскому обществу приходилось сносить не только нападки оксфордских профессоров, но и издевки знаменитых писателей, формировавших в большой степени общественное мнение Англии. Даже такой умнейший человек, как Джонатан Свифт, не видел пользы от общества и жестоко над ним издевался — в иносказательной форме, конечно — в той части «Путешествий Гулливера», где его герой посещает летающий остров Лапуту. Тамошние ученые пытаются извлекать солнечный свет из огурцов, пишут трактаты о ковкости пламени и разрабатывают проекты строительства домов, начиная с крыши, а не с фундамента. (Не от Свифта ли идет юмористическая традиция приписывать британским ученым разнообразные нелепые изыскания?) Однако все инсинуации в адрес общества нейтрализовались тем фактом, что его члены много занимались архиважными для морского могущества Англии вопросами картографии и астрономии.

Если в Англии проблемы Королевского общества не выходили за рамки временных финансовых трудностей и отдельных выступлений против него, то отношения Французской академии с народом и государством развивались драматически и даже трагически, когда во Франции началась Великая революция. Французская академия, основанная Людовиком XIV в 1666 году по предложению Жана Батиста Кольбера, переживала в XVIII веке период своего расцвета. Ее члены пользовались почетом и уважением в просвещенных слоях общества и были хорошо обеспечены материально. Однако деятельность некоторых членов академии, причем далеко не последних по значению, вызывала

внародных массах противоречивые чувства. Некоторые академики занимались наряду с наукой еще и предпринимательством. Так, Антуан Лавуазье был и гениальным химиком, и генеральным откупщиком. Малопочтенное ремесло откупщика состояло в том, чтобы, внеся в казну оговоренную сумму налогов, собирать затем средства с населения, оставаясь при этом в прибыли. Помимо закона сохранения вещества, Лавуазье придумал обнести Париж забором, чтобы никто из торговцев не мог попадать

встолицу, не уплатив положенной подати. Ненависть к Лавуазье простой народ был склонен переносить и на возглавляемую им Академию наук. К тому же мелкие буржуа и пролетарии-санкюлоты вовсе не испытывали пиетета к учености и ученым занятиям, а, напротив, относились к ним с недоверием и подозрительностью.

Вскоре после начала революционных выступлений в 1789 году, пробудивших широкие народные массы к политической деятельности, астроном и первый мэр революционного Парижа Жан Сильвен Байи с огорчением писал в дневнике: «Я должен заметить, что обнаружил в собрании избирателей весьма сильную антипатию к литераторам и академикам». Академия сначала стала подвергаться нападкам за попытку соблюдать нейтралитет в развернувшихся политических дискуссиях, а в 1793 году и вовсе была закрыта как «последнее прибежище аристократии» (слова художника Жака Луи Давида). Большую роль в разгроме академии сыграл лидеров якобинцев Жан Поль Марат, имевший к ней личные счеты. Этот человек, обуреваемый с молодых лет жаждой славы, долгое время донимал академию своими трактатами о сущности огня, электричества и других открытиях. Хотя многие ученые находили труды Марата интересными, а однажды ему даже предложили должность президента Мадридской академии, подлинные научные светила того времени — физики Жак Шарль (изобретатель шарльёра – аэростата, наполненного водородом) и Алессандро Вольта, математик Д’Аламбер, уже упоминавшийся химик Лавуазье — отзывались о них пренебрежительно.

страницы истории

Когда началась революция, Марат стал искать признания

вполитике и быстро продвинулся на этом поприще. После ожесточенной травли академии в прессе, в которой Марат принял деятельное участие своим памфлетом «Современные шарлатаны, или Письма об академическом шарлатанстве», именно он добился от революционного Конвента постановления о роспуске академии. Вскоре в стране под началом якобинцев была установлена революционная диктатура, а 8 мая 1794 года «мадам Гильотина» отсекла голову обвиненному во взяточничестве и присвоении государственных средств Лавуазье, некогда заклятому врагу Марата. Говорят, что на эшафоте Лавуазье провел свой последний опыт: пытаясь найти ответ на вопрос, что управляет нашим телом, он попросил учеников наблюдать, сможет ли моргнуть глазами на отрубленной голове. Большинство же академиков отныне искали только одного — забвения своего имени.

Благорасположение государства к ученым вернулось с приходом к власти Наполеона, но как официальная организация Французская академия была восстановлена только в 1816 году, в царствование Людовика XVIII, очевидно, в русле политики реставрации старинной монархии и ее учреждений. Впрочем, Конвент, ликвидировав академию, создал университеты нового типа — Политехническую школу и Высшую нормальную школу, которые должны были готовить военные и инженерные кадры сначала для республики, а потом для империи. Что они исправно и делают с тех пор.

Мы видим, что пренебрежение общественным мнением может вылиться для ученых в серьезные неприятности. Судя по тому, как многочисленны обвинения в малой эффективности РАН и в непрозрачности ее деятельности, здесь у нашей ведущей научной организации есть явные недоработки. Думается, для академических институтов нет ничего зазорного

втом, чтобы использовать опыт зарубежных коллег в части отношений с общественностью и хотя бы завести в каждом институте нормально работающую пресс-службу.

Встранах Западной Европы, например, кроме огромного количества красочно оформленных научно-популярных журналов для всех возрастов, которые входят в ассортимент товаров любого газетного киоска, выпускается множество интереснейших телепередач о творчестве ученых и об актуальных научных проблемах. Во многих европейских городах с большим количеством научных учреждений ежегодно организуются дни (а кое-где и ночи — для молодежи так интереснее) открытых дверей. В том же французском НЦНИ деятельность ученых оценивается и по такому критерию, как усилия по популяризации науки, а в институтах, как правило, есть группа сотрудников, координирующих эту работу. Конечно, все это стоит дополнительных расходов и усилий, но, как показывает опыт, это совершенно необходимо для того, чтобы не возникало отчуждение между обществом и учеными.

«Химия и жизнь», 2014, № 1, www.hij.ru

Гиена

пахнет

микробами

Организм млекопитающего — поле деятельности для его симбионтов. Нельзя сказать, что бактерии управляют поведением своего

хозяина, но они на него, безусловно, влияют, в частности расширяют коммуникативные возможности. Животные обмениваются информацией с помощью химических сигналов, и микробное сообщество тоже вырабатывает пахучие вещества, которые разнообразят и дополняют запах млекопитающих.

Химическая сигнализация — одна из самых древних и распространена очень широко. С ее помощью животные метят территорию, привлекают партнеров, сообщают о состоянии своего здоровья. Синтез и выделение пахучих веществ происходят в особых железах, расположенных в покровных тканях. Обычно там тепло, влажно, анаэробно и много питательных веществ. Другими словами, это просто райдлясимбиотических бактерий, которые потребляют белки и липиды и производят разнообразные летучие жирные кислоты (ЛЖК). А кислоты эти пахучие.

В середине 1970-х годов сразу несколько исследователей предположили, что млекопитающие используют для химической сигнализации летучие вещества, которые синтезируют бактерии — обитатели пахучих желез. Разнообразие химических сигналов млекопитающих возникает во многом благодаря сложному видовому составу микроорганизмов, населяющих эти железы. Таким образом, бактерии-симбионты делают систему химических сигналов более сложной и информативной.

Гипотеза кажется убедительной, но до недавнего времени проверить ее не удавалось. Для этого нужно было доказать, что выделения желез действительно содержат бактерий, производящих пахучие вещества, причем состав бактерий меняется одновременно с изменением запаха. Разнообразие микробов-симбионтов и летучих веществ, которые они синтезируют, должно быть таким, чтобы можно было узнать по запаху отдельное животное, определить его пол и репродуктивное состояние. Только современные методы секвенирования позволяют с достаточной точностью выполнять подобные задачи.

За проверку гипотезы о микробной природе запахов взялись специалисты из Университета штата Мичиган, причем особый энтузиазм проявил постдок Кевин Тайс («Proceedings of the National Academy of Sciences», 2013, 110, 49, 19832—19837, doi: 10.1073/pnas.1306477110). Исследователю вообще трудно работать без энтузиазма и любви к объекту исследования, а в данном случае обойтись без этих качеств почти невозможно, поскольку объектами были гиены: пятнистая Crocuta crocuta и полосатая Hyaena hyaena. Ученые проанализировали состав микробных сообществ, населяющих пахучие железы гиен, и сопоставили его со спектром пахучих веществ, которые эти железы выделяют.

Образ жизни пятнистой и полосатой гиен сильно отличается. Пятнистые гиены, обитающие к югу от Сахары, живут большими иерархическими группами, кланами, по 40—80 особей в каждом. В состав клана входит несколько самцов и самки разных поколений, все взрослые особи участвуют в размножении и сообща защищают территорию от посягательств соседних кланов. Социальные отношения внутри группы довольно сложны, и пятнистые гиены поддерживают их с помощью хорошо

Кевин Тайс с объектом исследования

развитой сигнализации: осязательной, зрительной, звуковой и химической.

Полосатые гиены водятся в Северной, Западной и Восточной Африке. Они объединяются в маленькие группы из одной-двух взрослых самок и одного или нескольких самцов. Хотя животные одной группы тесно соседствуют, отдыхать, перемещаться и кормиться они предпочитают поодиночке, поэтому редко контактируют друг с другом непосредственно. Об их коммуникативном поведении известно очень мало, еще меньше наблюдений сделано в естественных условиях, но у полосатых гиен, похоже, хорошо развита вокальная сигнализация ближнего действия: репертуар звуков у них богатейший. Химическую сигнализацию они, скорее всего, используют при размножении и разметке территории.

Несмотря на столь разный образ жизни, пятнистые и полосатые гиены метят территорию одним и тем же способом. Специальные железы под хвостом вырабатывают густой паху-

а

Пахучие железы гиен просто забиты микробами: а и б – палочковидные бактерииикоккиизпастыпятнистойгиены(стрелкиуказываютнаделящиеся бактерии, которые синтезируют летучие вещества, а звездочки обозначают липидные капли); в — скопление капель пахучих жирных кислот

Пятнистые гиены оставляют на траве пахучие метки и с большим интересом расшифровывают химические сигналы

чий секрет, именуемый пастой. Этой пастой, в состав которой входят летучие жирные кислоты, эфиры, углеводороды, спирты и альдегиды, гиены мажут стебли травы, которые другие животные нюхают и считывают информацию. Известно, что по запаху пасты пятнистые гиены определяют, к какому клану принадлежит животное, оставившее метку, какого оно пола, а если женского, то в каком репродуктивном состоянии находится. Свойства метки полосатой гиены еще не исследовали.

Ученые взяли образцы пасты прямо из пахучих желез обездвиженных гиен, живущих в разных районах Кении. Из пасты они выделили бактерии и определили последовательности генов 16S рибосомной РНК в ДНК микроорганизмов. Эти последовательности обычно используют для определения видовой принадлежности бактерий. В пасте пятнистых гиен исследователи насчитали более трехсот видов микроорганизмов, в пахучей субстанции полосатых гиен — больше сотни. Микробные сообщества у обоих видов представлены в основном анаэробными бактериями порядка Clostridiales, которые расщепляют белки и липиды пахучих желез и выделяют летучие вещества. При этом видовой состав бактерий у пятнистой и полосатой гиен разный. Почти все симбионты полосатых гиен относятся к малоизученным родам, в то время как микробы пятнистой гиены хорошо известны. Причину такого различия ученым еще предстоит выяснить.

Два вида гиен отличаются не только составом микрофлоры пахучих желез, но и спектром ЛЖК. То есть набор летучих ЛЖК всегда одинаков, у пятнистой гиены он такой же, как у полосатой, но соотношение компонентов различно. Запах, как и предсказывает гипотеза, меняется в зависимости от состава микробного сообщества.

Разнообразие бактерий и их ЛЖК в пасте пятнистых гиен таково, что позволяет по запаху различить животных, при-

Дневник наблюдений

надлежащих к разным кланам, а внутри клана определять пол животного и репродуктивный статус самки. Из нескольких сотен видов, составляющих микробное сообщество пахучей железы, 54 вида встречаются исключительно в пасте кормящих самок, а 46 в пасте беременных. У полосатых гиен запахи не столь дифференцированы, как у пятнистых, но по ним можно отличить животных, принадлежащих к разным кланам, то есть понять, свой оставил метку или чужой.

Ясно, почему члены одной группы пахнут одинаково: они живут рядом, постоянно оставляют и нюхают свои метки и инфицируют друг друга, поэтому у них сходный состав микрофлоры. Интересно, что у пятнистых гиен химическая сигнализация развита лучше, чем у полосатых. Возможно, дело объясняется образом жизни животных. Пятнистые гиены живут большими группами, и особи часто взаимодействуют друг с другом по разным поводам, для чего необходима довольно сложная система сигналов. А полосатые гиены по большей части одиночки, им достаточно отличать членов своего клана от всех остальных.

Эффективнаясистемакоммуникациичрезвычайноважнадля животных, и микробы-симбионты принимают в ее создании живейшее участие, делая сигналы более разнообразными. Эмоциональное и физиологическое состояние хозяина влияет на сообщество его микробных симбионтов и, в свою очередь, на запах.

Исследователи полагают, что доказали участие симбиотических бактерий в формировании пахучих сигналов млекопитающих. Однако они не считают работу оконченной. Им хотелось бы убедиться, что бактерии, обнаруженные в пасте гиен, синтезируют соответствующие летучие вещества и в лабораторных условиях. Ученые собираются найти в геноме бактерий последовательности,которыекодируютферменты,необходимыедля синтеза ЛЖК. Кроме того, если ЛЖК, обнаруженные в пасте, действительно обладают сигнальными свойствами, гиены должны различать и синтетические композиции этих веществ, и это придется проверять.

По-видимому, микрофлора участвует в формировании запаха не только у гиен. Так, у людей, которые регулярно моются, изменения подмышечной микрофлоры и запаха в этой области происходят синхронно. Аналогичным образом меняется состав бактерий и летучих веществ в пахучей моче, которой метят подстилку лабораторные мыши Mus domesticus. Возможно, тот же механизм участвует в образовании запаха летучих мышей: бурого кожана Eptesicus fuscus и длинноухой ночницы Myotis bechsteinii, а также европейского барсука Meles meles. Не исключено, что микрофлора участвует в формировании запахов

иу других видов. Это не обязательно должны быть бактерии, теоретически пахучие вещества могут синтезировать грибки

иархеи, а в создании запаха, вероятно, участвуют длинноцепочечные жирные кислоты и их эфиры. Суть не в этом, а в той роли, которую играет микрофлора хозяина в его жизни, — это закономерный результат шестисот миллионов лет совместной эволюции млекопитающих и микроорганизмов.

Н.Анина

«Химия и жизнь», 2014, № 1, www.hij.ru

Камни

боли

А.Ю.Пульвер

Что побуждает людей заниматься коллекционированием?Многословсказано наэтутему,особеннопсихологами,ноко мне они не имеют отношения. А тут все просто. Несколько лет, пока позволяло здоровье, я работал видеоэндоскопическим (лапароскопическим) хирургом и делал операции по удалению желчных пузырей. (Ну, как сказать, «делал»… Их «делают» обычно втроем.) А в удаляемых пузырях были — конкременты, в просторечии «камни». Часто больные после операций забирали их на память, но многие оставались валяться, пока не оказывались в помойке после очередной уборки. По слухам, где-то в каком-то хирургическом отделении, подобном нашему, из не забранных пациентами камней некие остроумцы повадились клеить миниатюрные башенки и замки. Но сам я до таких высот не дорос. Почти сразу я обратил внимание на красоту этих камней, сопоставимую с красотой птичьих яиц, янтаря, жемчуга, малахита, опала. И как-то жалко стало обрекать их на уничтожение. Столько боли и страданий, связанных с каждой горстью или даже с единичным камешком... Сколько врачебных усилий, связанных с их выявлением и последующим извлечением. Они, как любой противник, все-таки заслуживают некоего уважения.

Больше всего желчные камни напоминают мне жемчуг — это ведь тоже объекты, формирующиеся в организме из продуктов жизнедеятельности. В Ви-

кипедии жемчуг называют «минералом класса органических соединений», что, если вдуматься, звучит странновато. Правда, на этом сходство кончается.

Жемчужины образуются в раковинах моллюсков, если туда попало инородное тело. Вокруг него откладывается тонкими пленками перламутр, образующий концентрические слои. Это отдаленно похоже на то, как изолируются соединительнотканнойкапсулойинородныетела, попавшие в ткани человека.

А желчные камни (конкременты) образуются из-за нарушения соотношения компонентов желчи, в результате чего ее соли выпадают в желчном пузыре, реже — в печеночных желчных протоках. И, вопреки распространенному мнению, они — не причина желчнокаменной болезни, они ее следствие.

Конкременты в желчном пузыре и в желчных протоках известны с глубокой древности. Гален, величайший врач времен Античности, во множестве находил их при вскрытиях. Также описания желчнокаменной болезни встречаются в трудах Фолиньо (Gentile da Foligno, 1348)

иВезалия (Andrea Vesalius, 1546). Первуюклассификациютиповжелчных

камней предложил в XVII веке Альбрехт Галлер, швейцарский анатом, физиолог и ботаник, в своих знаменитых трудах «Opuscula pathologica» («Патологические брошюры») и «Elementa physiologiae corporis humani» («Элементы естественного развития человеческого тела») (1757—1766). Подразделял он их на крупные яйцеобразные камни из «безвкусного желтоватого вещества, которое плавится при подогревании, как сургуч, и способно гореть», и темноокрашенные. Безвкусно-желтоватые — это явно были либо холестериновые, либо смешанные камни по современной классификации. Насчет вкуса «темноокрашенных» — не знаю, но, по логике вещей, должен был быть горьким, потому как это явно черные пигментные.

Также Галлер показал, что желчные конкременты встречаются не только у людей, но и у лошадей, свиней, коров, сурков, обезьян и других животных. Хорошо, что ему верблюд не попался! У него (так же, как и у большинства грызунов и китообразных) желчный пузырь отсутствует.

Современная классификация со времен Галлера усложнилась не намного. Различают конкременты по количеству, размерам, составу и форме.

Количество, форма, размеры

Одиночные камни увеличиваются со временем и, «полируясь» о стенки желчного пузыря, приобретают овоидную (яйцевидную) форму. При недостатке свободного пространства множественные конкременты, а они встречаются чаще всего, образуют фасеточную структуру (медики почему-то упорно говорят «фасетчатую») с плоскими гранями — результат трения друг о друга во время движений хозяина. Иногда камни могут срастаться между собой и приобретать неправильную форму, вплоть до кактусовидной. Относительно крупные камни, локализующиеся в шейке пузыря, вытягиваются и становятся похожими на цилиндры, а редкие камни, формирующиеся в печеночных протоках, могут быть даже ветвистыми, подобно почечным камням.

Трудно представить, что количество камней в желчном пузыре одного пациента может доходить до нескольких тысяч.Зарегистрированныйрекорд—аж 7802 штуки.

Самые крупные желчные камни могут занимать весь объем желчного пузыря

— 10—15 сантиметров в длину. Но даже более 5—6 сантиметров — уже редкость.

Опаснее всего, как ни странно, мелкие конкременты, особенно диаметром 2—3 миллиметра. Камни поменьше, размером с песчинку, как правило, могут свободно выходить в полость двенадцатиперстной кишки и выводиться из организма. Более крупные камни иногда перегораживают общий желчный проток (холедох), нарушая отток желчи и вызывая тем самым механическую желтуху. Однако самая опасная ситуация — когда камень умудряется протиснуться сквозь общий желчный проток в двенадцатиперстную кишку, но по пути процарапать холедох. В результате после заживления на месте раны возникает рубцовая стриктура, которая сужает проток и затрудняет эвакуацию желчи.Этоповоддлясерьезнойсложной операции — гепатикоеюностомии, когда петлю тонкой кишки подшивают к месту суженияжелчныхпротоков.Правда,впоследние годы развиваются микрохирур-