Здравоохранение

Численность населения земного шара увеличилась за 1996 г. на 80 млн чел., достигнув к его середине 5.8 млрд. Ожидаемая продолжительность жизни стала равной 65 годам, тогда как в 1955 г. она была равна 48 годам. С 1980 по 1996 г. увеличение продолжительности жизни составило 4.9 года для женщин и 4.4 года для мужчин.

Как видно из диаграмм, налицо - старение человечества: в мире 380 млн чел. старше 65 лет, а к 2020 г. ожидается увеличение этой возрастной группы на 82%, при этом в развитых странах пожилых и престарелых на каждого новорожденного будет приходиться 15 чел., в развивающихся государствах эта цифра не так ошеломляюща - 4 чел.

По-прежнему высока смертность среди новорожденных. В слаборазвитых странах в первые месяцы жизни умерло 5 млн детей. Но ВОЗ особо подчеркивает, что впервые за все время существования человечества смертность в возрастной группе "до пяти лет" приближается к смертности пожилых людей.

Отмечается огромное значение проведенной вакцинации против детских болезней. Число детей, имеющих прививки, в 1996 г. достигло 80% (в 1974 г. - всего 5%).

Общее число (52 млн) умерших от разных причин распределено в мире неравномерно: 40 и 12 млн в слаборазвитых и в индустриальных странах соответственно. Увеличение хронических неинфекционных и непаразитарных заболеваний - та примета времени, которая наряду со старением человечества ставит вопрос: является ли продление срока жизни благом или же отдаление смерти приносит неизлечимо больным и оставшимся без ухода старикам лишние страдания?

ВОЗ связывает причины смертности с экономическим укладом различных стран. Среди инфекционных заболеваний (43% всех умерших в странах с малыми доходами населения) главными "убийцами" стали болезни дыхательных путей (3.9 млн умерших) и туберкулез (3 млн). Резкое снижение числа смертей от малярии - крупнейшее достижение организации здравоохранения1.

Особую тревогу вызывает увеличение смертности от ВИЧ-инфекции, которая приближается к смертности от пандемических заболеваний (в истекшем году погибло 1.5 млн чел., инфицировано 29.4 млн); сексуальные контакты (в основном гетеросексуальные) cоставляют 75 - 78% всех каналов передачи инфекции.

В странах с развитой рыночной экономикой наибольшее число жизней уносят сердечно-сосудистые заболевания. Однако общая тенденция в мире - процентный рост онкологических заболеваний: число раковых больных в ближайшие 25 лет удвоится. Курение, потребление алкоголя, наркотиков, смена привычного питания на продукты, богатые холестерином и сахарозой, сниженная физическая активность или непомерные нагрузки, характеризующие индустриальное общество, ведут к развитию злокачественных опухолей в органах, которые испытывают повышенное воздействие неблагоприятных факторов. ВОЗ подчеркивает: более 5 лет после обнаружения рака проживет только 5 - 10% больных, ранняя диагностика увеличивает эту цифру до 60 - 90%.

Внушителен груз психоневрологических заболеваний человечества: 40 млн - с диагнозом эпилепсия, 45 млн - шизофрения, 29 млн - слабоумие. Но таких болезней все же меньше, чем профессиональных: у 160 млн людей заболевания непосредственно связаны с характером работы.

Ревматоидные артриты (160 млн болеющих) постепенно уступают место диабету: в 1966 г. больных диабетом насчитывалось 135 млн, а к 2025 г. их будет 300 млн. Прогнозируемый рост числа таких заболеваний превысит рост онкологических.

Таким образом, ВОЗ констатирует:

- сохраняются различия в показателях заболеваемости и смертности между индустриальными и развивающимися странами;

- преобладающие заболевания смещаются в сторону хронических неинфекционных;

- рост продолжительности жизни и снижение рождаемости увеличивают средней возраст человечества, это определит в будущем экономические и социально-психологические изменения в обществе.

Американская общественная ассоциация по борьбе с легочными заболеваниями выиграла судебный процесс против государственного Управления по охране природной среды США, обвинив его в нарушении закона о чистоте воздуха. Закон требует пересмотра через каждые пять лет стандартов допустимого загрязнения атмосферы, в частности, взвешенными частицами диаметром менее 2.5 мкм (т.е. одной двадцатой толщины человеческого волоса), чего Управление своевременно не сделало.

По мнению эпидемиологов, частицы именно таких размеров существенно увеличивают опасность рака легких и сердечно-сосудистых заболеваний. Недавно проведенные обследования в весьма отдаленных друг от друга штатах Калифорния, Юта и Мичиган, как в городских, так и в сельских условиях, подтверждают это.

Сотрудники Управления по охране природной среды считают, что допустимый среднесуточный уровень загрязнения частицами должен находиться в пределах 20 - 65 мкг/м³ воздуха. Представители же общественной ассоциации настаивают на более жестких ограничениях. Однако многие специалисты указывают, что слишком строгие меры, которые сулят крупные убытки, с успехом будут оспариваться в судах представителями промышленности. Тем более, что подчас "нарушителем" оказывается сама природа. Как недавно выяснил Т.Кэхилл (T.Cahill; Университет штата Калифорния, Дейвис, США), в некоторых сельских местностях штатов Флорида и Джорджия, а также на Виргинских о-вах количество атмосферных частиц почвенного происхождения, занесенных из Сахары, превышает официально установленные пределы; в воздушном пространстве 25 из 44 национальных парков США, изученных Кэхиллом, загрязнение мелкими частицами (как естественного, так и промышленного происхождения) также превосходит эти величины.

По законам США, штаты и их округа, где нарушаются установленные нормы, могут потерять миллионы долларов субсидий, полагающихся им из федеральных средств на общественные работы. В случаях, когда виною оказываются природные условия, возможно освобождение от штрафа. Борьба вокруг мер по очистке атмосферы в США продолжается.

Согласно контракту, заключенному властями Тайваня с правительством КНДР, с острова будет доставлено в Северную Корею около 200 тыс. баррелей (1 баррель равен примерно 160 л) отходов атомной энергетики, обладающих низкой радиоактивностью. Северная Корея получит за это более 250 млн долларов, что весьма существенно для коммунистической страны, чья экономика находится в полном упадке.

Однако подобная сделка вызывает решительные протесты со стороны правительства и общественности Корейской Республики (Южная Корея) в связи с отсутствием в КНДР хранилищ для этих опасных отходов. Кроме того, весьма маловероятно, что власти КНДР позволят производить международную инспекцию места складирования этих материалов (по всей вероятности, это будет одна из заброшенных шахт).

Тайвань, со своей стороны, заверяет, что отходы будут совершенно безопасными, так как речь идет лишь о таких предметах, как... рукавицы и инструменты, использованные при работе с атомными материалами, к тому же они упакованы в стальные бочки, отвечающие международным стандартам.

Руководство Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) заявило, что ему известно о беспокойстве, проявляемом в ряде стран в связи с этой сделкой, однако права вмешаться оно не имеет, так как ни Тайвань, ни КНДР членами МАГАТЭ не являются.

Охрана окружающей среды

В ряде стран, в том числе в Индии, Таиланде и Мексике, питьевая вода часто загрязнена высокотоксичным трехвалентным мышьяком, попадающим с отходами горнодобывающей промышленности. Используя применяемые для обеззараживания воды таблетки, при растворении которых образуется активный хлор, можно перевести трехвалентный мышьяк в менее вредный для организма пятивалентный. К тому же пятивалентный мышьяк в виде осадка легко удалить из воды, действуя на нее солями железа. Именно так поступают в Индии, где обеззараживающие воду таблетки правительство раздает населению.

Однако присутствие хлора в воде приводит к образованию хлорорганических соединений, которые сами по себе опасны для здоровья человека.

Новое решение этой проблемы предлагают австралийские ученые, возглавляемые Дж.Хоэ. (G.Khoe, Исследовательский центр по обработке промышленных отходов и контролю за загрязнением природной среды, Сидней, Австралия). Они устраняют мышьяк из питьевой воды, используя солнечные лучи и аэрацию. Ультрафиолетовое излучение Солнца способствует окислению мышьяка растворенным в аэрированной воде кислородом. Осаждают пятивалентный мышьяк старым способом - солями железа. Этот метод применим для обработки как питьевой воды, так и непосредственно отходов горной промышленности. Естественный свет окисляет эти отходы за несколько часов, тогда как в питьевой воде весь процесс протекает всего за несколько минут. Для сильно загрязненных шахтных отходов эффективность метода может быть повышена использованием модифицированных ламп ультрафиолетового освещения, которыми обычно дезинфецируют воду.

Методикой заинтересовались в США. По заказу правительственных органов австралийские специалисты провели натурные испытания в американском шахтерском городке Батт (штат Монтана), которые показали, что установка по обработке воды стоимостью всего 400 долл. США может обеспечить не содержащей мышьяка водой суточное потребление пятисот человек.

Охрана окружающей среды

Такую проблему решает сегодня Национальная федерация охраны живой природы США (National Wildlife Federation - NWF) совместно с представителями медицинской промышленности и больниц.

Недавно в Детройте прошла конференция, организованная Центром природных ресурсов NWF и Мичиганской ассоциацией здравоохранения. Основная ее цель - воспрепятствовать загрязнению окружающей среды ртутью, которая выделяется из медицинской аппаратуры, а также принять участие в подготовке к международной конференции в Чикаго по вопросам загрязнения воды.

В настоящее время Национальная федерация охраны живой природы совместно с Американской медицинской ассоциацией работает над проблемой сокращения эмиссии диоксинов из пластика при его уничтожении в мусоросжигаемых печах.

Один из наиболее экологически и экономически обоснованных способов переработки бытовых, промышленных и медицинских отходов разработан российскими учеными: традиционное прямое сжигание заменено на двухстадийное; сначала производится газификация мусора (сжигание в сверхадиабатическом режиме), затем - сжигание газа. (Подробнее см.: Манелис Г.Б. Сверхадиабатика // Природа. 1996. № 3 - 4. С.43 - 51).

Экология

Взаимоотношения некоторых тропических видов акаций и постоянно живущих на них крупных муравьев (например, Crematogaster) представляют собой классический случай симбиоза, описанный во многих учебниках экологии. Муравьи надежно защищают акацию от нападающих на нее животных-фитофагов (как беспозвоночных, так и мелких позвоночных), а также объедают побеги многих других растений, которые в процессе роста соприкасаются с ветвями и листьями акации. В свою очередь акация предоставляет муравьям для устройства гнезд специально видоизмененные шипы и, кроме того, на своих листьях образует богатые белком тельца, которые муравьи охотно поедают.

Все было бы хорошо, но чрезмерные усилия муравьев-"телохранителей" создают для растения некоторые проблемы. В частности, жертвами муравьев могут стать насекомые-опылители. Недавние исследования двух ученых из Великобритании - П.Уилмера из Университета Св.Эндрю и Дж.Стоуна из Оксфорда - позволяют понять, каким образом разрешается эта дилемма1.

Наблюдения за муравьями, живущими на двух видах африканских акаций (Acacia zanzibaria и Acacia drepanolobium), показали, что муравьи, часто встречаясь утром на еще не распустившихся цветках и около них, стараются избегать их в середине дня, когда цветки полностью раскрыты и интенсивно опыляются (главным образом одиночными пчелами из семейств Megachilidae и Halictidae). Во второй половине дня муравьи снова начинают патрулировать цветки, которые к этому времени уже "стареют" и почти не посещаются опылителями. Авторы пришли к выводу, что на молодых раскрывшихся цветках присутствует какое-то вещество (возможно, оно находится на поверхности пыльцы), служащее для муравьев специфическим репеллентом. С пыльцой его можно перенести на другие цветки (например, стареющие), и тогда их тоже начинают избегать муравьи. На увядающих цветках и формирующихся плодах муравьи появляются снова, причем от их числа зависит успех плодоношения: количество семян, образовавшихся в соцветии, положительно коррелирует с числом муравьев, патрулировавших побеги с цветоносами.

Демография. Медицина

Основные причины беспрецедентного для цивилизованных стран падения продолжительности жизни в России проанализировала группа демографов (Д.А.Леон и др.) по данным Национального института демографических исследований (Париж, Франция) и Центра демографии и экологии человека (Москва).

Некоторый рост продолжительности жизни в СССР приходился на годы антиалкогольной компании 1984 - 1986 гг. Увеличение мужской смертности, наблюдающееся с 1986 г., коррелирует со снижением цен на спиртное и увеличением объема его продажи. При этом почти не повысился уровень смертности от раковых заболеваний. Косвенно это связано именно со снижением продолжительности жизни, вызванным смертностью как от самого алкоголизма, так и от болезней, ему сопутствующих, и связанных с ним несчастных случаев.

Обсуждая материалы группы демографов, Т.Линкольн (T.Lincoln) назвал состояние потребления алкоголя в России "демоническим пьянством".

Медики мира подчеркивают: самое решающее значение для здоровья и долгожительства населения имеют не последние дорогостоящие достижения современной медицины, малодоступные широкому кругу пациентов, а переход к здоровому образу жизни. В России именно этот фактор, по мнению специалистов-демографов, является определяющим.

Медицина

На прошедшем под эгидой Всемирной организации здравоохранения совещании (Женева, 3 - 5 июня 1997 г.) был поставлен вопрос об ожирении как заболевании, охватывающем в мире все больше взрослых, в особенности пожилых, людей. Поскольку человечество в целом стареет, увеличение числа тучных людей следует рассматривать как угрозу здоровью человечества, которой не уделяется достаточного внимания.

Эксперты из 25 стран мира подчеркивали на совещании связь большого веса с ростом числа неинфекционных заболеваний - некоторых форм диабета, коронарных болезней, инсультов, некоторых типов рака, респираторных заболеваний и др.

Тучные люди составляют среди взрослого населения 10 - 25% в Западной Европе, до 25 % - в некоторых странах Америки, до 65 - 70% - на о-вах Науру в Микронезии. Избыточный вес имеют 40% женщин Восточной Европы, Средиземноморья и столько же процентов - чернокожие жительницы США. Выводы о причинах такого явления столь же тривиальны, как и рекомендации по изменению веса: в меньшей степени ожирение определяется наследственностью или болезненным изменением организма; преимущественно оно есть следствие питания, богатого жирами и легко усвояемыми углеводами, а также малоподвижного образа жизни.

ВОЗ предлагает ввести интернациональный стандарт типов ожирения, основанный на показателе массы тела BMI (body mass index). Этот показатель определяется делением массы тела человека (кг) на квадрат его роста (м²). Началу ожирения соответствует значение BMI, равное 25 кг/м²; для избыточного веса установлена величина в 25 - 29.9 кг/м²; ожирение как заболевание подразделяют на три класса со следующими показателями ВMI: для 1-го класса - 30 - 34.9, для 2-го - 35 - 39.9, для 3-го - свыше 40 кг/м².

На совещании указывалось также на возможный рост числа тучных детей и на физиологические особенности некоторых этнических групп (в частности, проживающих в Азии), в которых распространение тучности как заболевания неизбежно последует за принятием европейского образа жизни.

Этология

В теле синицы откладывается очень мало жировых веществ. Чтобы иметь возможность пополнять затраченную энергию, она повсеместно рассовывает небольшие запасы пищи. Одна синица может припрятать по семечку или два в сотнях потаенных мест на площади в несколько гектаров. И за всеми своими складами внимательно присматривает: стоит изъять несколько семечек, она немедленно пополняет запас, обычно один к одному, значит, и считать умеет!

Американский орнитолог Дж.Р.Лукас (J.R.Lucas; Университет Пардью, Уэст-Лафайетт, штат Индиана) поставил опыты и убедился: если объем жировых тканей в организме синицы возрастает, она начинает запасать меньше продуктов питания. Ученые заподозрили: может быть, в случае неблагоприятного сезона и недостатка семян синицы специально "толстеют", создавая что-то вроде "неприкосновенного запаса" на совсем уж черный день? Однако когда орнитологи в лаборатории "обворовывали" синиц, их масса не увеличивалась. Зимой птицы заменяли исчезнувшие семена новыми, удваивая время, которое затрачивали на их поиск, складирование и проверку сохранности своих заначек. А летом, хотя запасы семян и температура в лаборатории оставались неизменными, птицы уже не заботились о замене пропавших запасов новыми.

Это подтверждает прежние выводы о том, что "складская" деятельность у синичек регулируется не условиями питания непосредственно, а общим годовым ритмом их жизни.

Биология. Охрана природы

Единственные на свете птицы, способные выводить птенцов в разгар антарктической зимы, переносить многомесячные морозы и длительную полярную ночь, - это, как известно, императорские пингвины (Aptenodytes forsteri). Самцы высиживают (вернее сказать, "выстаивают") детенышей бессменно в продолжение 2 мес., обходясь без пищи.

До сих пор орнитологи полагали, что пингвины этого вида проводят всю свою жизнь главным образом в пределах моря Росса - постоянно покрытого льдами и глубоко вдающегося в Антарктический континент. Такая точка зрения опровергается американским биологом Дж.Куйманом (G.Kooyman; Скриппсовский институт океанографии, Ла-Холья, штат Калифорния), поставившим целью своих исследований разгадать, куда исчезают молодые пингвины по достижении примерно шестимесячного возраста?

Еще ранее было замечено, что они внезапно покидают родителей, уходят в воды моря Росса и возвращаются лишь пять лет спустя. Где они проводят это время, оставалось неясным, хотя изредка с борта различных судов замечали взрослые их группы, плывущие уже на юго-восток, обратно к родному материку.

Руководимые Куйманом полярники отловили в Антарктиде несколько подросших птенцов и клеем прикрепили на их спины радиопередатчики. К удивлению исследователей, отпущенные на свободу животные устремились точно на север, в более теплые воды океана. Одна из птиц проплыла за 3 мес. (пока передатчик не прекратил работать и наблюдения не прервались) 2800 км!

Куйман объясняет такое поведение следующим. В ходе эволюции животные избрали миграционный путь, чтобы птенцам не приходилось в одной и той же акватории конкурировать в поисках пищи со взрослыми особями.

Однако такие миграции могут оказаться пагубными для этого вида птиц. Дело в том, что международным Антарктическим договором и Конвенцией об охране животных и растительных видов Антарктики защищены только южнополярный континент и непосредственно примыкающие к нему акватории. Детеныши же императорских пингвинов, как теперь выяснилось, выходят в своих странствиях далеко за 60^o ю.ш., т.е. за пределы заповедных акваторий. В настоящий момент они, по-видимому, прямой опасности не подвергаются, но рыболовецкие суда разных стран все чаще посещают эти воды, и "столкновение интересов" человека и пингвинов становится все более вероятным.

Южнополярным летом 1996/97 года Куйман предполгал расширить эксперименты, закрепив на большем числе птенцов усовершенствованные радиопередатчики.

Подпись к рисунку : Прослеженные маршруты миграций детенышей императорского пингвина к северу от м. Вашингтон. (рисунок не воспроизведен - V.V.)

Биология

Микроскопические планктонные водоросли (в морях и пресных водах), весьма интенсивно потребляемые зоопланктоном, продолжают существовать, что свидетельствует о достаточно эффективных способах их защиты от животных-фитофагов.

Один из них - поддержание очень высоких темпов размножения, чтобы в определенной мере компенсировать элиминацию. Как правило, такая стратегия доступна мелким одноклеточным (не колониальным!) водорослям. Свою численность они могут быстро наращивать в периоды, когда зоопланктона по каким-то причинам немного (например, весной в озерах умеренной зоны, когда вышедшие из покоящихся яиц планктонные ракообразные и коловратки еще не успели размножиться). Но и в периоды изобилия зоопланктона - и соответственно крайне низкой плотности популяций фитопланктона - полное выедание водорослям, видимо, тоже не грозит: интенсивность питания планктонных животных снижается (при этом они могут впасть в диапаузу или же просто в большинстве своем погибнуть от голода). Кроме того, в водоеме всегда присутствует некоторое количество покоящихся стадий, т.е. нечто похожее на "банк семян", существующий в почве.

Принципиально иной способ избежать выедания - обзавестисть механическими приспособлениями, которые мешали бы фитофагам отфильтровывать и заглатывать водоросли. Пример тому - различные выросты крупных одноклеточных водорослей, твердые панцири, а также способность образовывать большие колонии. Так, достигающие порой колоссальной плотности и вызывающие "цветение воды" сине-зеленые водоросли (или цианобактерии в соответствии с современной классификацией) - это, как правило, колониальные формы (Anabaena, Microcystis и др.), отфильтровать которые планктонные ракообразные не могут.

Есть водоросли, которые хотя и заглатываются планктонными животными-фитофагами, но не перевариваются в их кишечном тракте и выделяются с фекалиями в живом состоянии. Известно даже, что некоторые из таких водорослей используют пребывание в кишечнике животного как своеобразный способ обогащения дефицитным фосфором. Обычно это одиночные клетки или небольшие колонии, окруженные студенистыми оболочками.

Очевидно, что перечисленные способы представляют собой разные и вряд ли совместимые стратегии выживания. Однако в недавней статье голландского исследователя Ван-Донка с коллегами приведены данные, свидетельствующие о возможности переключения водорослей с одной стратегии защиты на другую. Так, пресноводная водоросль Chlamydomonas reinhardtii, обычно охотно потребляемая дафниями и другими планктонными ракообразными, может изменить свойства своей клеточной стенки таким образом, что клетки перестают перевариваться дафниями и, пройдя через кишечник, остаются жизнеспособными (в опытах использовались Daphnia pulex и Daphnia magna).

Самое интересное заключается в том, что происходят эти изменения при резком ограничении культивируемых водорослей фосфором или (с менее выраженным эффектом) азотом. То, что дело именно в изменении свойств клеточной стенки, подтверждается параллельно проведенными опытами с использованием не обычной формы C.reinhadtii, а мутантного штамма, лишенного нормальных клеточных стенок. Такие водоросли охотно поедались и усваивались дафниями, независимо от того, культивировались они на нормальной питательной среде или намеренно обедненной фосфором или азотом. Описанный механизм, по мнению авторов исследования, может рассматриваться как эффективное приспособление, позволяющее противостоять выеданию фитофагами в тот период, когда из-за нехватки важнейших биогенных элементов водоросли не способны быстро увеличить численность.

Изменение клеточных стенок (заметное на электронных фотографиях как разбухание их внутренних слоев), хотя и защищает водоросли от переваривания, само по себе является, возможно, всего-навсего побочным следствием особенностей метаболизма клетки в условиях нехватки фосфора (или азота). На диатомовых водорослях, например, уже было показано, что при недостатке фосфора, но хорошей освещенности фотосинтез продолжается, при этом клетки перестают делиться, а образующиеся полисахариды формируют вокруг них слизистый покров, который, как предполагается3, замедляет диффузию и тем самым ингибирует "ненужную" метаболическую активность. Проведенные несколько лет назад исследования показали4, что выделяемые диатомовыми полисахариды, возможно, блокируют пищеварительные ферменты потребляющих их копепод. Не исключено, что в данном случае мы сталкиваемся с ситуацией, когда побочные продукты метаболизма, не будучи полностью выведены из организма, приобретают иную функцию (покрова, защищающего от переваривания хищником), и эта новая функция активно поддерживается естественным отбором.

Биохимия

Главный предшественник биогенного атмосферного диметилсульфида (ДМС), который образуется за счет жизнедеятельности бактерий и морских водорослей, - это 3-диметилсульфонпропионат (ДМСП). (Отметим, что при расщеплении ДМС в атмосферу ежегодно попадает 1.5 1013 г серы, что играет очень важную роль в кругообороте этого элемента, в процессах образования облаков, а в итоге - в регулировании климата Земли.)

Фитопланктон морей и макроводоросли накапливают ДМСП для повышения внутриклеточного осмотического давления, а также в качестве средства, придающего им морозостойкость, в частности в условиях повышенной солености воды и при недостатке азота. Хотя осуществляемый наземными растениями биосинтез ДМСП из метионина исследован подробно, о путях его образования в водорослях ничего не было известно.

Д.Гейдж (D.Gage; факультет биохимии Мичиганского университета, Ист-Лансинг, США) с группой специалистов исследовали биосинтез ДМСП в макроводоросли Enteromorpha intestinalis. Выращенная предварительно культура Е.intestinalis была обогащена изотопами ¹⁸О, ¹³С и ³⁵S. Как показали количественные определения изотопного состава метаболитов водоросли, проведенные in vivo, биосинтез ДМСП происходит по следующий схеме: сначала идет обратимое трансаминирование метионина; затем, тоже обратимое, восстановление и метилирование серы с образованием нового сульфонового соединения - 4-диметилсульфон-2-гидроксибутирата; завершается процесс его окислительным декарбоксилированием.

Обнаруженный механизм оказался общим для разных классов водорослей. В частности, были исследованы также представители примнезиофитов - Еminiliania huxleyi, диатомовых - Melosiranummuloides, празинофитов - Tetraselmis sp.

Образование ДМСП, инициированное трансаминированием объясняет возрастание количества ДМСП в водорослях при дефиците азота в среде их обитания.

Химия. Технология

Многие из применяемых органических красителей слабо растворимы. Именно поэтому для их использования необходима стадия получения их эмульсий или суспензий, требующая, однако, больших временных и энергетических затрат. Нерастворимость органических пигментов обусловлена либо сильным межмолекулярным взаимодействием в слоевой хорошо упакованной системе (как у фталоцианинов), либо наличием водородных межмолекулярных связей (как, например, у ДПП - 3.6-дифенил-1.4-дикетопирроло [3.4-цикло]пиррола).

Дж.Цамбонис и его коллеги (J.S.Zambounis et al.; отделение красителей фирмы Сiba Speciality Chemicals Inc., Базель, Швейцария) предлагают остроумное решение проблемы нерастворимости пигментов. Сначала под действием подобранных химических агентов в красителе блокируются группы, ответственные за межмолекулярное взаимодействие, благодаря чему повышается его растворимость, но при этом образуется неокрашенная форма пигмента, названная авторами латентной. Затем уже хорошо растворенным пигментом "окрашивают" образец, получая высоко однородное распределение красителя по всему его объему. После этого образец подвергают тепловой обработке, при которой блокирующие группы удаляются из системы, а латентная форма пигмента переводится в свою исходную - окрашенную.

Например, уже упомянутый замещенный пиррол ДПП (который широко известен как нерастворимый красный пигмент) смешивают в тетрагидрофуране при комнатной температуре с ди(трет-бутил)пирокарбонатом. В присутствии N,N-диметиламинопиридина, служащего катализатором, получают неокрашенный промежуточный продукт (растворимость которого в ксилоле - 36 г/л, а в циклопентаноне - 120 г/л, тогда как растворимость в них самого пигмента не превышает 0.001 г/л). Тепловую обработку проводят при 180^oС, отщепляя газообразные продукты - углекислый газ и изобутен. В результате вновь образуется исходный пигмент ДПП высокой чистоты и с большим количественным выходом. Хорошее качество окраски в этом случае подтверждено электронно-микроскопическим исследованием образца: в нем обнаружены равномерно распределенные частицы пигмента размером менее 20 нм.

Таким образом, можно вводить мельчайшие окрашивающие частицы в различные субстраты, избегая стадии получения дисперсных систем. Предложенный метод, кроме того, позволяет оценить роль сильного молекулярного взаимодействия в технологически важных кристаллах или новых веществах.

Физика

Говорить о жидкости можно, только имея в виду ансамбль молекул, в котором сформировались межмолекулярные взаимодействия (между ближайшими соседями, следующими за ними и т.д.), характерные для этой фазы вещества при данной температуре. Самый интригующий вопрос, ответ на который до сих пор не получен (вследствие необходимости решить очень сложную задачу взаимодействия многих тел), - каково наименьшее число молекул, которые составят жидкую каплю?

Английские ученые Д.Клэри и Дж.Грегори (D.Clary, J.Gregory; Лондонский университетский колледж) предприняли довольно сложный расчет методом Монте-Карло (в квантово-механической версии) состояний малых групп молекул воды, сравнивая их физические свойства с характеристиками обычной, знакомой каждому, жидкости. Оказалось, что группа из пяти или менее молекул организуется в планарную структуру - пленку толщиной в одну молекулу. Но стоит добавить всего одну молекулу, и происходит переход количества в новое качество: структура становится трехмерной, причем все свойства такой группы позволяют уже именовать ее водой.

В исследованиях участвовали также сотрудники Университета штата Калифорния (Беркли, США), возглавляемые Р.Сейколли (R.Saykally). Они следили за изменением свойств "капли" воды по мере роста числа молекул в ней, используя метод лазерного анализа, именуемый туннельной спектрографией колебательно-вращательных уровней. Эксперимент проводился при низких температурах около 1 К. При таком охлаждении тепловое движение молекул становится почти полностью заторможенным, что позволяет изучать мельчайшие особенности в фундаментальных колебательных и вращательных полосах отдельных атомов и их связи в любом изолированном скоплении.

Измеряя таким образом по два свойства для каждой группы, исследователи сопоставляли их со свойствами обычной воды. Сперва измерялся так называемый дипольный колебательный момент - величина, отражающая распределение заряда в молекуле. А затем определялось расстояние между атомами кислорода в соседних молекулах воды для каждой из групп. В любом из экспериментов было установлено, что лишь скопления молекул, насчитывающие не менее шести атомов, приобретали свойства обычной воды.

Химия атмосферы. Охрана окружающей среды

Специалисты по химии атмосферы давно обеспокоены тем, что выбросы самолетов (не только высотных сверхскоростных типа "Конкорд", но и других) наносят существенный ущерб озоновому слою Земли.

Группа сотрудников во главе с Д.Фэем (D.Fahey; Национальное управление США по изучению океана и атмосферы, Боулдер, штат Колорадо) провела такой эксперимент. Вслед за пассажирским "Конкордом", совершавшим рейс в Новую Зеландию, был отправлен самолет-лаборатория, обнаруживший, что выбросы "Конкорда" содержат значительно большее количество серной кислоты (в форме мелкодисперсных аэрозолей), чем можно было ожидать.

На основе смоделированных Б.Керхером (B.Kercher; Мюнхенский университет, Германия) химических процессов, происходящих в атмосфере, удалось определить механизм образования столь большого количества взвешенных частиц. Авиационное горючее содержит в числе прочих веществ серу. До сих пор исследователи полагали, что большая часть этого загрязняющего агента, сгорая в двигателях, образует диоксид серы, достаточно медленно превращающийся в атмосфере в серную кислоту. Конденсируясь на взвешенных частицах, она уже мало влияет на атмосферные химические процессы.

Однако новые исследования показали, что самолеты (по крайней мере "Конкорд") выбрасывают триоксид серы (серный ангидрид), способный превращаться в серную кислоту намного быстрее. В случаях, когда в атмосфере недостаточно аэрозольных частиц для конденсации серной кислоты, из нее образуется устойчивый сернокислотный туман.

По мнению специалистов, если общее число сверхзвуковых самолетов типа "Конкорд" достигнет 500, площадь поверхности мельчайших частиц в стратосфере удвоится, что пагубно скажется на состоянии озоносферы. В особенности важно, что при дальних рейсах (для которых и предназначены сверхзвуковые самолеты) очень велика доля времени, проводимого ими в стратосфере.

Тревогу вызывают и обычные лайнеры, часто вторгающиеся в стратосферу при арктических рейсах. Нельзя исключить их вклад в развитие озонных дыр, обнаруженных в 90-х годах над полярными районами Северного полушария. По мнению Фэя, следует большее внимание обратить на роль самолетов в химических процессах тропосферы, где и проходят основные авиационные маршруты: очевидно, здесь аэрозоли могут способствовать глобальному потеплению.

Немецкие специалисты полагают, что наступила пора установить контроль за выбросами самолетных двигателей, и начать следует с производства горючего, содержащего малое количество серы. Кроме того, необходимо создавать новые конструкции авиадвигателей, уменьшающих образование триоксида серы.

Физика атмосферы

Долгое время специалисты скептически относились к разрозненным сообщениям, поступавшим от метеорологов и экипажей самолетов о том, что во время гроз над тучами возникают танцующие вспышки света необычной формы и окраски1. Однако с начала 90-х годов отношение к проблеме изменилось. Чтобы убедиться в реальности таких явлений, летом 1996 г. 50 специалистов по атмосферному электричеству из США, Японии и Новой Зеландии провели наблюдения на метеостанциях, расположенных в Скалистых горах, в районе хребта Юкка (Запад США). В течение 21 ночи, когда здесь зарождались грозы (этот регион известен их частыми возникновениями), наблюдатели отметили 1127 случаев появления высотных молний.

Существует как минимум три их типа. Мгновенная вспышка кроваво-красного цвета, получившая название "фея", или "домовой" ("sprite"), отмечается на высоте между 50 и 90 км над землей. Ее продолжительность менее 0.001 с. "Эльфами" названы кольцеобразные электрические разряды, нередко происходящие одновременно с "домовыми", но на высоте от 85 до 105 км. Их продолжительность - менее 1 мс. Судя по всему, они тоже окрашены в красный цвет. Наиболее редкое явление - "синие струи", исходящие из верхней области тучи, но распространяющиеся ниже остальных; их форма напоминает колокол, духовую трубу или рупор с раструбом.

Помимо таких типов вспышек наблюдались высотные молнии размытых медузообразных форм - возможно, подвид "домовых". В отличие от последних их "усики" (или завитки) смотрят не вниз, а вверх и несколько в сторону, что придает им сходство с морковью. Строение этой "моркови" достаточно сложное.

В 1997 г. для наблюдения этих явлений сотрудники Станфордского университета и Исследовательской лаборатории компании "Локхид-Мартин" (штат Калифорния, США), возглавляемые У.Айненом (U.Inan), сконструировали новый высокочувствительный прибор. Названный "глазом мухи" ("fly`s eye"), он состоит из 10 фотоумножителей, направленных на различные участки неба. Летом и осенью 1997 г. этот инструмент, способный фиксировать вспышки, длящиеся всего 30 мкс, вел регистрацию в районе хребта Юкка, с высот которого ученые могли прослеживать развитие гроз на расстояниях более 600 км.

Установлено, что "эльф" обычно возникает примерно через 150 мкс после молниевого разряда. Затем, через небольшой промежуток времени, появляется второй "эльф", существующий дольше первого, но менее яркий. Распространение "эльфов" в пространстве подобно волнению на поверхности пруда, в который брошен камень. Вся вспышка длится около 220 мкс, и за это время кольцо света успевает разрастись на 230 км в поперечнике. Эти наблюдения подтверждают гипотезу, согласно которой "эльфы" вызываются всплеском радиоволн, генерируемых молнией. По мере прохождения радиоимпульса через ионосферу его интенсивное электрическое поле ускоряет электроны, которые, сталкиваясь с молекулами азота, заставляют их излучать красный свет. Специалист по физике верхней атмосферы Р.Руссель-Дюпре (R.Roussel-Dupre; Лос-Аламосская национальная лаборатория, штат Нью-Мексико) соглашается с тем, что появление "эльфов" связано с возбуждением среды радиоволнами, однако считает неправильным определение длительности времени между молниевым разрядом и "эльфом". Напомнив об открытых "феях" или "домовых" - тоже красных вспышках, но возникающих в нижней стратосфере, - он полагает, что на самом деле истинным источником энергии для подобных явлений могут быть радиоимпульсы "фей". Сами же "феи" возбуждаются вторжением в атмосферу высокоэнергетичных частиц космического излучения.

Планетология

До недавнего времени Луна рассматривалась как полностью обезвоженное небесное тело. Разумеется, вода может поступать с падающими на ее поверхность кометами и метеоритами, но на Луне она не задерживается: очень скоро ультрафиолетовое излучение Солнца, беспрепятственно достигая поверхности (из-за отсутствия атмосферы), разлагает молекулы воды на атомы кислорода и водорода. Последний, легко преодолевая слабое притяжение Луны, уходит в космическое пространство. Однако теоретически некоторое количество влаги все же может там сохраняться в затененных областях, куда не проникают ультрафиолетовые лучи, например в глубоких кратерах, существующих в полярных районах, где температуры, близкие к 220^oС позволили бы ей конденсироваться. По некоторым подсчетам, слой снега в таких условиях может достигать 50 см.

Определенным подтверждением этой гипотезы служат данные с космического аппарата "Клементина", сблизившегося с Луной в 1994 г. Приборы зафиксировали необычный характер отражения радиосигналов в районе Южного полюса. По мнению коллектива исследователей, возглавляемого радиофизиком С.Нозеттом (S.Nozette; Лаборатория им.Филлипса ВВС США, Александрия, штат Вирджиния), такой радиосигнал может быть объяснен его отражением от разрозненных пятен снега и льда. Эти выводы нельзя еще считать доказанными. Поэтому Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства запланировало эксперименты с помощью космического зонда "Lunar Prospector"1, запуск которого был назначен на сентябрь 1997 г. Аппарат при этом должен выйти на полярную орбиту вокруг Луны, и каждый раз, находясь над ее высокими широтами, приборы будут анализировать спектр нейтронов космических лучей, рассеиваемых лунными породами.

Взаимодействуя с ядрами тяжелых элементов, присутствующих в лунном реголите, нейтроны теряют мало энергии. Но ядрам водорода, входящего в состав льда и других водородсодержащих молекул, они отдают значительную ее долю.

По мнению руководителя проекта У.Фельдмана (W.Feldman; Лос-Анджелесская национальная лаборатория, штат Нью-Мексико), если на Луне имеется вода, это должно найти четкое отражение в данных нейтронной спектроскопии аппарата "Lunar Prospector" не позднее чем через месяц после начала наблюдений.

Обнаружение льда на Луне было бы значительным открытием не только для фундаментальной науки: ведь отдаленные, но все же реальные планы создания на Луне человеческих поселений уже есть, и вода смогла бы решить многие вопросы их существования, остающиеся пока неясными.

Космические исследования. Геофизика

В 1976 г. в США на орбиту, проходящую на высоте 5900 км, был запущен лазерный геодинамический спутник "LAGEOS-1" ("Laser Geodynamic Satellite"). Цель запуска - высокоточные измерения движений земной коры с использованием отражения лазерного сигнала призматическими зеркалами, которые установлены в количестве 426 на поверхности этого аппарата, похожего на вращающийся зеркальный шар в дискоклубах.

Для получения надежных данных необходимо знать точное положение спутника в каждый момент времени. Однако к 1989 г. было замечено, что "LAGEOS-1" непредсказуемо "дрейфует" относительно своего предвычисленного нахождения, в связи с чем его использование становилось все менее пригодным.

Специалисты предположили, что "дрейф" вызывается воздействием солнечного света, который с большей интенсивностью падает на одну сторону спутника, чем на другую. Разогретая сторона его сферы излучает добавочно полученную энергию в виде тепловых фотонов инфракрасной части диапазона. Именно отдача фотонов создает слабый, но постоянно действующий реактивный эффект, подталкивающий ИСЗ с той стороны, откуда они излучаются более интенсивно. Кроме того, у спутника развилось качание оси вращения, с годами приведшее к изменению ее наклона, что также искажает получаемые данные.

Предположение, что все это связано с потоком солнечных фотонов, проверить было трудно, так как сила тяготения в 100 млрд раз больше давления света, падающего на поверхность ИСЗ. Однако за прошедшие со дня запуска десятилетия воздействие светового излучения постепенно сместило спутник с заданного курса на несколько тысяч километров.

Подобное воздействие испытывают все космические аппараты, но для "LAGEOS-1" оно более ощутимо, так как его орбита проходит далеко за пределами земной атмосферы, где ее тормозящий эффект уже незначителен, у всех же ИСЗ с более низкой орбитой он маскирует слабое влияние фотонов. Кроме того, многие космические аппараты снабжены бортовым двигателем, способным выправить почти любое отклонение от заданной орбиты.

К началу 1997 г. вычисления, позволяющие внести необходимые поправки в смещение "LAGEOS-1", завершили Д.Дж.Карри (D.G.Currie; Университет штата Мэриленд, Колледж-Парк), Д.П.Рубинкам (D.P.Rubincam; Центр космических полетов им.Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд) и Дж.У.Роббинс (J.W.Robbins; корпорация "Хьюз", Гринбелт). Теперь они привлекают к наблюдениям за поведением "LAGEOS-1" как можно больше астрономов, располагающих хотя бы малыми телескопами. После того как причины этого эффекта были установлены, дополнительно полученные сведения позволят улучшить математическую модель движения спутника. Можно полагать, что отныне срок полезного для геофизики существования этого ИСЗ продлится еще на 50 лет.

Космонавтика

26 июня 1997 г. американский космический аппарат NEAR, пролетая вблизи астероида 253 Матильда (большая полуось орбиты - 2.647 а.е.; эксцентриситет - 0.230), получил около 500 изображений этого небесного тела и передал их на Землю. NEAR был запущен ракетой "Дельта" для исследования астероида 433 Эрос. Последний входит в группу околоземных астероидов, отсюда и полное название миссии: Near Earth Asteroid Rendezvouz - Встреча с околоземным астероидом. NEAR должен подлететь к Эросу относительно медленно и стать его искусственным спутником. Это и определило сложный маршрут аппарата.

Сначала NEAR направился в главный пояс астероидов, где и произошла встреча с Матильдой. Эта встреча, надо сказать, сначала не планировалась и была сымпровизирована уже в ходе полета. В январе 1998 г. космический аппарат вернется к Земле и, изменив траекторию полета под влиянием притяжения Земли, полетит к Эросу и сблизится с ним в начале 1999 г. Матильда относится к астероидам типа С - темным телам, характерным для внешней, более удаленной от Солнца части пояса астероидов.

Считается, что астероиды этого типа являются родительскими телами для одной из разновидностей метеоритов - углистых хондритов, содержащих в качестве примеси темное углеродистое вещество - графит и так называемый кероген. Главные слагающие их минералы - силикаты - безводные оливин и пироксен и содержащие воду серпентин и хлорит. Матильда - уже третий астероид, наблюдавшийся с космических аппаратов. Первые два, 951 Гаспра и 243 Ида, были объектом исследований "Галилео" на его пути в систему Юпитера1. Эти два астероида принадлежат к типу S - относительно светлым телам, типичным для внутренней части пояса астероидов. Эрос, к которому летит NEAR, тоже принадлежит к типу S.

Встреча с Матильдой произошла довольно далеко от Солнца, солнечные батареи давали мало энергии, и изучать Матильду с помощью всех пяти имеющихся на борту приборов было невозможно. Наблюдения проводились только с помощью телекамеры, имеющей восемь фильтров в диапазоне 0.4 - 1.1 мкм. Публикуемые изображения - это пресс-релизные снимки, которые распространила через сеть Интернет ответственная за миссию NEAR Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса (снимки не воспроизведены - V.V.).

На первом снимке изображена Матильда, как ее увидел NEAR с расстояния около 1800 км, а также Гаспра и Ида. Все три астероида показаны в одном масштабе, что дает представление об их относительных размерах и форме. На втором снимке изображение получено во время максимального сближения аппарата с Матильдой, с расстояния около 1200 км. Минимальные различимые на этом снимке детали поверхности астероида имеют около 500 м в поперечнике. У Матильды неправильная форма, но более изометричная, чем у удлиненных Гаспры и Иды. Определены по полученным изображениям размеры Матильды - 50x53x57 км³. Ее поверхность отражает лишь около 4% падающего света. На увиденных 60% поверхности Матильды отмечено пять кратеров диаметром более 20 км. Один из них - около 30 км. Последнее особенно удивительно, так как до этого на исследованных малых телах (спутниках Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) наблюдались кратеры диаметром не более 1/3 диаметра самого небесного тела. Считалось, что более сильный удар не образует кратер, а уже раскалывает тело на части. На Матильде самый крупный кратер имеет диаметр, несколько превышающий половину поперечника этого астероида, а еще четыре - имеют диаметры большие, чем одна треть. Почему же астероид не разрушился под этими ударами?

Возможно, ответ на этот вопрос связан с другим наблюдением NEAR. За счет притяжения Матильды космический аппарат слегка изменил траекторию полета, что привело к небольшому изменению частоты принимаемых на Земле радиосигналов. Это дало возможность определить массу астероида и, разделив полученное значение на объем, получить оценку его средней плотности. Она оказалась удивительно низкой - около 1.3 г/см³. Скорее всего вещество Матильды сильно пористое. Не менее половины его объема составляет пустота. Известно, что в пористых материалах ударные волны затухают быстрее, чем в более плотных. Возможно, именно поэтому удары, которые привели к образованию крупных кратеров, не раскололи астероид. Научная команда NEAR ведет анализ полученных данных, результаты которого вскоре будут опубликованы.