 |
На покой. Железо‑фенантролин
|
|
|
|
На покой
– Ста двадцати рублей в месяц мне хватит…
Начальство решило проявить чуткость. Пригласило в кабинет, говорит задушевно: что ж, старик, так и уйдешь на общих основаниях, без надбавки к пенсии, без ордена на прощанье… Будто и не оно когда‑ то устраивало выволочку по поводу этики, а неделю назад кричало на институтском собрании, что не может быть толка от начлабов, по полгода сидящих на больничном.
Это верно: здоровье уже не то. Семьдесят три года, с чем только не работал, чего не нанюхался… Насчет денег можно, конечно, ответить, как отвечал многим: не ради них, мол, работаю. Но здесь, в кабинете, прозвучало бы это как высокий штиль, хохшпрахе. А хохшпрахе с детства ненавистен. Вот и выходит, сказать нечего, кроме: ста двадцати – хватит.
А может, не такое оно твердолобое, само ведь уже в годах. Спрашивает – может, тебе, старик, все‑ таки повременить, диссертацию оформить. Да ведь не гимназист – кому нужны эти экзамены?
Защищались многие. И друзья, и помощники. А поздравляли, случалось, его. Теперь уж и после докторских поздравляют: новый препарат пошел в дело, и очень успешно. Да только не всегда это в радость. Перессорился кое‑ кто из‑ за дележки лавров. Искушение лаврами не многие выдерживают.
И с реакцией этой злополучной… Начал было названивать некий юноша, ею увлеченный, рассказывал, какие чудеса он там намерил. Уломал подать вместе с ним заявку на открытие. Сколько бумажек пришлось подписать, не сочтешь. А в результате – отказ: открытием вашу реакцию признать‑ де нельзя, колебательное горение знали раньше. С тем юноша и сгинул.
Пожалуй, реакция – это не главное, всякую реакцию люди когда‑ нибудь найдут. Были бы живы – вот что важнее всего, для того и закопал себя в этом заведении. Но могут и не дойти до всего, она же живая, может умереть…
|
|
|
Холодно, все время холодно. В своем‑ то кабинете можно нести службу в меховой безрукавке. А здесь, среди штор и ковров, – как же, пиджак, галстук, чин чином… Сиди да зябни.
Начальство между тем, отговорив положенные нежности, начинает официальным порядком прощаться. Ты, мол, не забывай, позванивай. И мы, старик, будем тебя навещать. В общем, не долго уламывало остаться.
Бывает же так: двадцать лет человека знаешь – а облик его будто и не видишь. Только сейчас (последний раз, вероятно, встречаемся) видно: глаза‑ то у него хитрые, зеленые. И зрачок будто у кота – щелочка.
Не подобает, конечно, сравнивать с чем‑ либо глаза такой персоны, но вспоминается Борису Павловичу, совсем некстати, как он давным‑ давно изобретал экспонометр. Не было таких приборов в магазинах, хоть зарежься. А как жить без него фотолюбителю? Вот и предлагал: носить с собой в кошелке кота. У кота зрачок – чем освещеннее, тем уже. Измеряй, стало быть, кошачий глаз да выбирай по шкале выдержку. Рассказывал друзьям, хохотали. Даже шкалу составлять начал. Но таскать при себе животное не пришлось. Сжалился кто‑ то, раздобыл ему отличный немецкий экспонометр.
Вспоминает Борис Павлович под рокот начальственного голоса – и соображает; вместо кота можно сажать в кошелку этого дядю, только тяжеленько будет. От таких мыслей не то чтобы улыбается (разучился), а как‑ то светлеет лицом. Собеседник же, уловив это движение, решает, что вызвано оно услышанными благосклонными словами (неужто проняло упрямца? ), ухватывает момент, чтобы пожать руку и достойно расцеловаться.
Борис Павлович шагает в лабораторный корпус, коротко прощается со своими (эти‑ то и впрямь будут навещать). Последний раз пьет чаек, тут же оставляя свой чайник на память старушке лаборантке (тридцать лет вместе работали). Сдает бумажные дела, на что уходит остаток рабочего дня.
|
|
|
Пора домой. К электричке, что ли, править? Нет, звонит Сева, говорит, приказано довезти. Чуткие все‑ таки люди, могли и не приказать…
1966 год. Уже никто не утверждает, что колебательные реакции – лженаука. Их изучают люди серьезные и маститые. Некоторым из них предстоит получить за это ученые награды самой высокой пробы.
Железо‑ фенантролин
Тем временем в Институте биофизики бились над тем, чтобы сделать окраску, возникающую при колебательной реакции, более яркой. Потребность была крайней: желтый цвет слишком бледен, автоволны, которые углядел Келдыш, просматриваются слишком слабо. А ими следовало заняться с особым вниманием. Думали даже приспособить телеустановку, которая бы цвет усиливала и накапливала. Но городить сложный физический агрегат не пришлось – выручила незатейливая химия.
В 1967 году наконец заново открыли действие железо‑ фенантролина. На этот раз взяли вещество свеженькое, специально для такого случая приготовленное. И снова все сбегались любоваться волнами, теперь уже сине‑ красными.
С того момента реакция как бы начала жить самостоятельной жизнью. Все больше людей – физиков, биологов, математиков – подключалось к ее изучению, и все меньше превратности ее судьбы зависели от воли каждого из них.
Взялись за дело и химики‑ органики: пузырьки, выделяющиеся при распаде лимонной кислоты, мешали наблюдать за автоволнами не меньше, чем бледная окраска. Был найден целый класс веществ, реагирующих так же, как лимонная кислота, но без выделения газа.
Дольше всего не удавалось подобрать другой, не цериевый катализатор. А потом оказалось, что тот же железо‑ фенантролин может работать и катализатором: сине‑ красные волны прекрасно возникают без всякого церия.
Забегая вперед, скажу, что необязательным оказалось и органическое вещество. В 1982 году ухитрились обнаружить колебательный режим в белоусовской реакции без лимонной кислоты. Зафиксировать это явление было исключительно трудно: интервал концентраций, при котором улавливаются колебания, чрезвычайно узок. Результат 1982 года подтвердил некоторые теоретические выкладки о природе реакции, которая теперь представляет собой лишь один из образцов колебательной реакции некоего класса. А всего таких классов то ли четыре, то ли еще больше.
|
|
|
Имеются в виду только превращения, происходящие в колбах или пробирках. Что же касается природы – как живой, так и неживой, – то один перечень обнаруженных в ней колебательных химических процессов занял бы немало страниц. Ограничусь лишь некоторыми.
Колебания нередко происходят при передаче нервного импульса (интересно, что это было предсказано еще полвека назад в результате опытов с «железным нервом»). Причина – в том, что клеточные мембраны способны время от времени менять свою проницаемость для ионов натрия и калия. Какие вещества управляют этим, пока не установлено, однако мембрана нервной клетки в иных случаях сама способна играть роль периодически действующего физико‑ химического генератора. Вероятно, это связано с тем, что и концентрация этих неизвестных веществ колеблется.
Колебательными реакциями сопровождается гликолиз, важнейший для живых организмов путь добывания энергии в условиях недостатка или отсутствия кислорода. Доказана активность одного из ключевых ферментов, управляющих гликолизом (в свое время Шноль предполагал, что такое поведение свойственно ферментам, – об этом уже упоминалось). Примечательно, что в активности системы гликолиза есть и другие колебания – медленные, совпадающие с суточным ритмом.
Колебательные стадии обнаружены в еще одном жизненно важном процессе – делении оплодотворенных яйцеклеток. Этими стадиями управляет обратная связь, организуемая с помощью неких белков, концентрация которых колеблется так же, как концентрация ионов церия в белоусовской реакции.
Колебания, происходящие, как говорят биологи, на молекулярном уровне, порождают другие – на уровне организмов и целых популяций.
Рост культур некоторых грибков и плесеней происходит от центра к периферии периодически, причем образуются концентрические круги, очень похожие на кольца Лизеганга. Это явление обнаружила еще три десятка лет назад профессор Беккер (помните, именно ей была подарена книга, на которой Белоусов надписал памятные слова Сократа). Как рассказывает Зинаида Эрнестовна, она предъявляла культуры Белоусову, и тот уверенно сказал: это результат периодических реакций.
|
|
|
Культуры бактерий также развиваются неравномерно. Если измерять скорость их роста, нередко получается синусоида, похожая на ту, что отражает колебания маятника. Результатом таких колебаний оказываются, в частности, периодически повторяющиеся вспышки некоторых болезней. Так, известно, что заболеваемость малярией достигает максимума каждые три года. Причина – борьба между размножающимися в организмах малярийных комаров паразитами, носителями болезни, и антителами, порождаемыми этими же паразитами. Вступает, стало быть, в действие схема Вольтерры.
А вот примеры совсем другого характера.
На химических предприятиях временами случается, что реакция, происходящая в аппарате, выходит из‑ под контроля. Как говорят технологи, идет в разгон. Реактор перегревается, приключаются порой и взрывы, и прочие неприятности. Испокон века считалось, что разгон – результат небрежности, нечеткого соблюдения технологического режима. Теперь установлено, что, хотя чаще всего причина действительно такова, иной раз бывает по‑ другому. Рабочий поддерживает и температуру, и давление, и прочее, что положено, строго в установленных рамках – но начинаются в аппарате колебательные реакции с нарастающей амплитудой; концентрация каких‑ то опасных промежуточных соединений, обычно очень скромная, достигает в определенный момент критической величины. Результат – необъяснимая авария.
Другой пример, не столь печальный. С начала 50‑ х годов в промышленности применяются реакции окисления ароматических углеводородов воздухом. Впервые такой процесс внедрили советские химики, разработавшие чрезвычайно оригинальный способ одновременного получения фенола и ацетона. Так вот, четверть века спустя выяснилось, что ключевая стадия процесса – окисление воздухом углеводорода кумола, происходящее при катализе солями кобальта, – тоже колебательная реакция. Правда, не гомогенная, а происходящая на поверхности катализатора. Но теперь это различие уже стерлось. Теоретики доказали, что основания и у тех, и у других – общие.
Еще пример из области техники. Колебательный режим горения, известный свыше сорока лет, нашел неожиданное практическое применение. Химики из Института катализа, что в Академгородке под Новосибирском, заметили, что интервал между вспышками зависит, при прочих равных условиях, от строения молекул углеводородного горючего. Построили график – оказалось, что период прямо связан с октановым числом топлива. Так это число, известное каждому, кому случается сидеть за рулем автомобиля, теперь и измеряют – с секундомером в руке. Раньше требовалось куда более хитрое оборудование.
|
|
|
Но довольно перечислять, вернемся к событиям, происходившим на кафедре биофизики МГУ и в Институте биофизики.
Реакции Белоусова повезло. Она попала в хорошие руки. Московская школа физиков традиционно сильна в исследовании всевозможных волновых процессов. Физический факультет университета, можно сказать, насыщен теорией колебаний – еще бы, здесь работают ученики Мандельштама и Тамма! Едва трудности с наблюдением автоволн были преодолены, результаты пошли косяком.
Пришло время разъяснить, почему к словам «колебания» и «волны» иногда приклеивают приставку «авто». Дело в том, что система, в которой колеблющийся элемент (например, маятник) подкармливается энергией (падающей гирьки, батарейки – помните? ), называется автоколебательной, колебательным контуром. А возникающие в ней устойчивые волны – автоволнами. Колебательные контуры чрезвычайно распространены, причем некие общие системные их свойства не зависят от природы входящих в их состав элементов. Например, движение импульсов по замкнутому контуру подчиняется одним и тем же закономерностям независимо от того, представляет ли собой этот контур часть схемы радиоприемника или входит в состав нервной системы.
Сине‑ красные волны, пробегающие в растворе, тоже стали называть автоволнами: энергия, расходуемая при их движении, пополняется за счет энергии исходных веществ, взятых в реакцию. Поэтому, наблюдая за тем, что происходит в растворе, измеряя это с помощью несложных приборов, можно уточнить детали аналогичных по природе событий, свершающихся там, куда никакой глаз или прибор не доберется…
К началу 70‑ х годов существовали теории, согласно которым автоволновые процессы – причина тяжких испытаний, иногда обрушивающихся на сердечную мышцу. Регулярность ее сокращений обеспечивается регулярностью поступления нервных импульсов, циркулирующих в замкнутом контуре ее нервных разветвлений. Эта система в высшей степени надежна – но под влиянием врожденных недостатков или перегрузок, нервных потрясений случаются в ней сбои. Начинают, например, гулять в этом контуре волны, чужеродные по частоте или амплитуде, – и режим работы важнейшего из насосов, существующих в этом мире, разлаживается. Возникает, как говорят медики, аритмия.
Другое явление можно сравнить с рябью, возникающей на поверхности воды, если бросить в нее сразу два камня: высоких, четких волн нет, участки поверхности как бы содрогаются независимо друг от друга. Так бывает и с сердечной мышцей. При определенном, опасном интервале между двумя сильными нервными импульсами («интервал уязвимости») отдельные ее участки сокращаются с высокой частотой, но сердце в целом биться перестает, мышца как бы застывает в среднесокращенном состоянии. Результат такого колебательного, автоволнового кризиса, именуемого фибрилляцией, до середины нашего века, как правило, бывал трагическим.
Врачи и биологи предполагали, что бороться с этими явлениями можно физическими средствами. Например, подачей на сердечную мышцу дополнительных электрических импульсов, которые восстанавливали бы нормальный ритм ее работы. Действуя на ощупь, иной раз удавалось сильным разрядом фибрилляцию сбить. Но гарантий, точных рецептов, методик не хватало. А в медицине, особенно в такой ответственной ее части, наобум действовать опасно.
Требовалась модель, на которой можно было бы в деталях «проиграть» ситуации, возникающие в святая святых организма.
Когда физик А. Н. Заикин попробовал проделать реакцию в тонком слое раствора, налитом в чашку Петри, то увидел, что сине‑ красные волны могут бежать в чашке, будто вытекая из некоего ведущего центра. Центров, порождаемых случайностью, флуктуацией, может быть и несколько – тогда простым глазом видно наложение волн, очень похожее на то, что происходит в сердечной мышце. Волны могут, огибая отверстия или преграды, завихряться, получается то, что называют ревербератором; могут идти по кольцу.
Красота картин, наблюдавшихся при этом, как говорили в старину, превосходила всякое воображение. И в то же время стало понятно, что в руках – желанная модель, воспроизводящая любые подробности событий, совершающихся в замкнутых контурах живого организма. Этими подробностями можно не только любоваться – их ничего не стоит сфотографировать, точно измерить, перевести на язык математических формул…
Теперь в распоряжении врачей есть проверенные средства борьбы с фибрилляцией, имеются и «водители ритма», предостерегающие изношенные человеческие сердца от сбоев. Дозировку лекарств, режим лечения тяжелых больных предварительно проигрывают на математических моделях, заложенных в память электронных машин.
В том, что все это стало возможным, – немалая заслуга тех, кто изучал колебательные, автоволновые химические реакции. А изучали их коллективы, возглавляемые Г. Р. Иваницким и В. И. Кринским.
|
|
|
