2005 г.
Новости науки
Коротко
Рецензия
Новые книги
|
2005 г. |
Новости науки Коротко Рецензия Новые книги |
“Cassini” - искусственный спутник Сатурна
1 июля 2004 г., пройдя за семь лет более 3 млрд км в открытом космосе, аппарат “Cassini” (размером с небольшой автобус) сблизился с Сатурном. Включенный затем главный реактивный двигатель, проработав 95 мин, снизил скорость аппарата с тем, чтобы тот был захвачен притяжением планеты и перешел на околосатурновую орбиту, став ее первым искусственным спутником. Перед этим были опасные моменты, когда аппарат со скоростью около 120 тыс. км/ч дважды пересекал плоскость колец Сатурна, насыщенную обломками и частицами различной величины.
Маневр прошел удачно. Было получено 61 четкое изображение колец F и G. Эти изображения по крайней мере в пять раз подробнее тех, которые в 1980-1981 гг. прислали на Землю аппараты “Voyager”, пролетавшие мимо Сатурна. Кроме того, в течение 75 мин “Cassini” посылал радиосигнал с дальней от Земли стороны колец, и его искажение во время прохождении колец позволит судить об их составе. Радиосигнал из окрестностей Сатурна идет к Земле в течение полутора часов.
Поначалу “Cassini” облетел вокруг Сатурна за 60 сут, но в дальнейшем орбитальный период сократился до 32 сут. Эта новая орбита проходит в непосредственной близости от спутника Сатурна Титана, изучение которого является важной целью эксперимента. С борта межпланетного аппарата
25 декабря 2004 г. был сброшен специально разработанный для этого зонд “Hyugens”. 14 января 2005 г. шесть научных приборов зонда исследовали уникальную атмосферу Титана и его поверхность.
Полагают, что химический состав атмосферы Титана, содержащей соединения углерода, сходен с тем, какой был характерен для Земли 1 млрд лет назад - до возникновения на ней жизни. Температуры на Титане весьма низкие (около –180°С), так что воды в жидком виде ожидать не приходится.
Космический аппарат “Cassini-Hyugens”, обошедшийся более чем в 3 млрд долл., – совместное детище ученых, конструкторов и инженеров США, Великобритании, Европейского космического агентства и Италии. Общее научное руководство с европейской стороны осуществлял англичанин Д.Саутвуд (D.Southwood); ему же принадлежит конструкция магнитометров. Спектрометр для регистрации электронов космической плазмы конструировал коллектив британской Лаборатории космических наук им.Мулларда под руководством Э.Коутса (A.Coates); наблюдения с помощью этого прибора осуществляла группа специалистов во главе с М.Доэрти (M.Dougherty; Имперский колледж в Лондоне); фото- и кинооборудование было разработано под руководством К.Мюррея (K.Murray) в лондонском Университете Королевы Марии.
Spaceflight. 2004. V.46. №9. P.354 (Великобритания).
Онионы поглощают космическое излучение
Как известно, при попытке получить в лабораторных условиях углеродные структуры, ответственные за сильную полосу поглощения космического излучения в межзвездных пылевидных туманностях (максимум полосы приходится на 217.5 нм), были открыты сначала фуллерены, а затем и многослойные сферические углеродные структуры - их назвали онионами (УФ-излучение в межзвездной среде // Природа. 2004. №1. С.83.).
Существенным аргументом в поддержку гипотезы о происхождении полосы оптического поглощения межзвездных пылевидных туманностей в результате существования там онионов стала недавняя работа исследователей из Университета г.Тенерифе (Испания). Их расчеты показали, что спектр поглощения онионов, связанный с возбуждением плазмонов, при шести и более слоях не зависит от их числа и хорошо соответствует результатам как лабораторных измерений, так и астрофизических наблюдений.
Physical Review Letters. 2005. V.94. P.105501;
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/5_07/index.htm
Первый тройной астероид
Астроном Ф.Маркис (F.Marchis; Калифорнийский университет в Беркли, США) и его коллеги сообщили, что малая планета №87 Сильвия представляет собой первую известную тройную астероидную систему. Открытие было сделано на 8.2-метровом телескопе VLT-Йепун Европейской южной обсерватории (Чили) с помощью системы адаптивной оптики.
Астероид Сильвия впервые наблюдался 16 мая 1866 г. на Мадрасской обсерватории (Индия) известным астрономом XIX в. Н.Погсоном. В 2001 г. астрономы узнали о двойственности Сильвии - рядом с ней был обнаружен небольшой спутник, изучению которого, собственно, и была посвящена программа Маркиса. Астрономы наблюдали Сильвию 27 раз на протяжении двух месяцев. Ее компаньон был виден на каждом из полученных снимков, что позволило Маркису и его коллегам точно вычислить его орбиту. Но на 12 снимках обнаружился еще более близкий и меньший спутник. Таким образом, астероид Сильвия оказался не двойным, а тройным!
Сильвия - один из самых больших известных астероидов Главного пояса. Он находится в 3.5 раза дальше от Солнца, чем Земля. Снимки, полученные с помощью VLT, изобилуют деталями и говорят о том, что по форме Сильвия похожа на бугристую картофелину размером 380ґ260ґ230 км. Она быстро вращается, совершая один оборот вокруг собственной оси за 5 ч 11 мин. Спутники Сильвии сравнительно невелики. Они обращаются вокруг главного тела в одном и том же направлении, а их почти круговые орбиты лежат в одной плоскости. Ближайший спутник (открытый вторым) поперечником 7 км перемещается на расстоянии 710 км от Сильвии, совершая полный оборот за 33 ч. Радиус орбиты второго спутника Сильвии (поперечник 18 км) составляет 1360 км, его орбитальный период 87.6 ч.
Наблюдения орбит спутников позволили астрономам точно вычислить массу и плотность Сильвии. Последняя оказалась очень мала - всего на 20% плотнее воды. Скорее всего, это говорит о том, что данная малая планета состоит из обломков астероида, некогда разрушившегося в результате столкновения с другим телом. Обломки могут быть механически никак не связаны друг с другом, удерживаясь вместе только силами гравитации. В этом случае Сильвия на 60% состоит из пустот, чем и объясняется ее небольшая плотность. Спутники - тоже, вероятно, осколки, оставшиеся от столкновения, - были, по-видимому, захвачены Сильвией вскоре после ее образования. Если это действительно так, то подобных кратных астероидов в Солнечной системе может быть немало.
Поскольку Сильвия названа в честь мифической матери основателей Рима, Маркис предложил для спутников имена самих основателей: Ромул и Рем. Международный астрономический союз одобрил эти названия.
Nature. 2005. V.436. P.822 (Великобритания).
Почему у экзопланет вытянутые орбиты
На протяжении столетий у астрономов не было серьезных поводов полагать, что Солнечная система представляет собой нечто необычное. Однако после открытия в 1995 г. первой экзопланеты получено много свидетельств того, что по сравнению с другими планетными системами Солнечная по меньшей мере незаурядна. В отличие от правильных круговых орбит планет Солнечной системы, траектории многих внесолнечных планет, обнаруженных за последнее десятилетие, очень сильно вытянуты.
Ф.Э.Расио (F.A.Rasio; Северо-Западный университет, США) и его коллеги сообщили о первом прямом наблюдательном факте, который указывает на происхождение таких удивительных орбитальных конфигураций. Причиной возникновения вытянутых орбит должен быть простой механизм “планет-планетного рассеяния”, когда траектории планет внезапно и сильно изменяются благодаря взаимному гравитационному притяжению в момент тесного сближения.
Система, исследованная Расио с соавторами, содержит три планеты-гиганта, вращающиеся вокруг звезды Ипсилон Андромеды. Это первая внесолнечная многопланетная система, открытая с помощью метода лучевых скоростей. Внутренняя планета (“горячий Юпитер”, настолько близко расположенный к звезде, что совершает полный оборот всего за несколько дней) была обнаружена в 1996 г., а две внешние планеты на вытянутых орбитах, сильно возмущающие друг друга, открыты в 1999 г. За несколько последних лет система была хорошо изучена и обеспечила самые лучшие и наиболее точные данные для моделирования планетных траекторий.
Первоначально главная цель моделирования планетной системы у Ипсилон Андромеды заключалась в поиске ответа на вопрос, лежат ли две внешние планеты в одной и той же плоскости, подобно планетам Солнечной системы. К своему большому удивлению, авторы обнаружили, что в большинстве моделей орбита средней планеты сильно меняется со временем, периодически становясь круговой. Именно это делает данную систему столь необычной: как правило, гравитационное взаимодействие между двумя эллиптическими орбитами никогда не превращает одну из них в почти точную окружность.
Это странное поведение навело исследователей на мысль, что в системе когда-то произошло нечто гораздо более интересное, чем все обнаруженное до сих пор. “В этой системе две внешние планеты находятся в очень специфической орбитальной конфигурации, которая долгое время заставляла нас ломать голову”, - утверждает Расио. Чтобы лучше понять эволюцию системы, Расио с коллегами создали точную компьютерную модель движения планет по их положениям на сегодняшний день и затем “прокрутили” ее назад на 10 тыс. лет. Из анализа следовало, что система на протяжении этого времени эволюционировала так, словно изначально стабильное семейство планет было потревожено внезапным возмущением, которое повлияло только на самую удаленную от центра планету. Виновницей возмущения могла быть четвертая гигантская планета, которой в системе больше нет. Сблизившись с нынешней внешней планетой, она столкнула ее на эллиптическую орбиту, а сама оказалась выброшенной в межзвездное пространство. Средняя планета первоначально оставалась на круговой орбите, но со временем внешняя планета возмутила ее орбиту настолько, что та тоже стала вытянутой, как мы и наблюдаем сегодня. Но примерно каждые 6700 лет средняя планета на некоторое время возвращается на круговую орбиту.
Авторы работы полагают, что тесное планет-планетное рассеяние происходит часто, причем не только в этой, но и в других внесолнечных планетных системах. Поэтому, хотя в целом планетные системы у других звезд распространены очень широко, стабильные планетные семейства, способные сохранять устойчивость и быть пригодными для жизни на протяжении длительного времени, вероятно, встречаются существенно реже.
Изучение событий, сопровождавших образование и эволюцию системы Ипсилон Андромеды и других внесолнечных планетных систем, имеет большое значение для понимания процессов, происходящих в нашем собственном доме. “В этих системах на протяжении миллиардов лет не все оставалось стабильным, - утверждает Расио. - Хотя они могли сформироваться подобно Солнечной системе, дальнейшая эволюция чаще всего происходила в них катастрофически. Структура нашей Солнечной системы, по-видимому, - большая редкость именно благодаря исключительной долговременной устойчивости”.
Nature. 2005. V.434. №7035. P.873-876 (Великобритания).
Молния в автоколебательном режиме
16 августа 2005 г., около 21 часа, на Каме, возле ближайшего к устью (нового) моста пассажиры теплохода “Башкортостан” наблюдали редкое явление.
Кама в этом месте - часть Куйбышевского водохранилища, ее ширина до 2 км. Вечером после жаркого дня, при ясной погоде и полном безветрии над рекой стояло небольшое кучевое облако (единственное на всем небе, все края его были видны). В облаке через каждые три-семь секунд беззвучно сверкала молния. Ветви разряда покрывали все облако, иногда они кончались рядом с ним, “в чистом воздухе”, но ни разу не шли на землю. Лишь изредка все облако освещалось изнутри ярким белым светом - от молнии на невидимой стороне. Примерно за 20 мин произошло несколько сотен разрядов молнии с правильными интервалами между ними. Разряды продолжались и далее, но стали хуже видны, так как теплоход удалился на 5-6 км.
Такие “релаксационные колебания” вызваны, видимо, стационарным потоком теплого влажного воздуха, восходящим от поверхности воды; он и создал облако, и подзаряжал его до потенциала разряда через правильные промежутки времени. Явление редкое потому, что облако должно неподвижно стоять над большой площадкой теплой воды.
© Штремель М.А.,
доктор физико-математических наук
Москва
Электроны выстраиваются в очередь
Всем известно, что электрический ток переносится отдельными электрическими зарядами, однако дискретный характер этого процесса непосредственно никогда не наблюдали. Впервые это удалось сделать шведским ученым (Bylander J., Duty T., Delsing P. // Nature. 2005. V.434. P.361-364), которые использовали специфику поведения электронов в низкоразмерных системах: кулоновское взаимодействие, практически не влияющее на величину тока в обычном металлическом проводнике с макроскопическими размерами, в одномерных наноструктурах играет определяющую роль.
Теоретически показано, что при достаточно малой концентрации электронов кулоновское взаимодействие подавляет квантово-механические флуктуации, и в результате электроны формируют вигнеровский кристалл, располагаясь строго периодически. При инжекции электрического тока I весь кристалл должен смещаться “пошагово” как единое целое с частотой f = I/|e| (e - заряд электрона). Простейшая структура, которую можно предложить для демонстрации одноэлектронных осцилляций, - узкий полупроводниковый канал конечной длины; однако реализовать такой эксперимент на практике очень сложно.
Шведские ученые пошли по другому пути: они исследовали прохождение тока через одномерную цепочку туннельных контактов - металлических островков, разделенных тонкими диэлектрическими прослойками. Электрическая емкость каждого островка очень мала из-за его наноскопических размеров, поэтому при попадании на него хотя бы одного электрона потенциал островка скачком увеличивается, препятствуя перескокам (туннелированию) на него других электронов. Если через цепочку контактов протекает небольшой ток I, туннелирование электронов будет дискретным - возникнут одноэлектронные осцилляции. Исследователи использовали цепочку из 50 сверхпроводниковых туннельных контактов емкостью 0.42 фФ каждый. Эксперимент проводили при температуре 30 мК и индукции электромагнитного поля 0.475 Т - в этих условиях сверхпроводимость еще не подавлена, но пороговое напряжение для инжекции отдельных электронов меньше, чем для куперовских пар, поэтому процессы одноэлектронного туннелирования становятся определяющими.
“Очередь” из электронов в узком канале (вверху) и
одномерная цепочка туннельных контактов.Эффект одноэлектронных осцилляций при переносе заряда может быть использован как “квантовый стандарт” для определения силы тока с высокой точностью (из соотношения I = f·|e|). Предполагается изучить динамику отдельных куперовских пар в цепочке туннельных контактов - это может пригодиться при конструировании сверхпроводниковых устройств для обработки квантовой информации.
Популяционная и эволюционная генетика
Микроэволюция колорадского жука и инсектициды
Колорадский картофельный жук (Leptinotarsa decemlineata) осваивает, и довольно стремительно, территорию нашей страны. Безусловно, это не могло не привести к адаптивным микроэволюционным преобразованиям вида. В числе основных причин таких изменений - антропогенные факторы, в первую очередь инсектициды. Как могут проявляться подобные изменения, и можно ли использовать какой-либо видовой признак для прогноза устойчивости или чувствительности жука к применяемому инсектициду?
Ответы на эти вопросы попыталась найти группа специалистов Института биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН. В течение ряда лет исследователи оценивали доли взрослых насекомых с различной выраженностью окраски головы, переднеспинки и надкрыльев в выборках из разных районов Башкирии. В 1989 г. доля темноокрашенных жуков (меланистов) составила 50% численности, среднеокрашенных (нормальных) - 49%, а слабоокрашенных (ахромистов) - лишь 1%. Таким образом, в то время доминировали меланисты. В 1993 и 1994 гг. преобладали нормальные особи - их доля составляла 63 и 57% соответственно. Одновременно значительно выросло количество ахромистов: в 1993 г. их было 12%, в 1994-м - 24%, а в 2002 г. еще больше - 31%.
В те же годы анализировались данные по насекомым, выжившим после обработки различными инсектицидами как в лабораторных, так и в полевых условиях. В 1989 г. среди таких жуков ахромисты практически не встречались, в 1993-м их доля составила 18%, а в 2001 г. достигла 29%. Скорость увеличения доли этого морфотипа намного опережает скорость снижения чувствительности к инсектицидам (в частности, к децису): за один и тот же период его доля выросла в 12 раз, а чувствительность снизилась в 1.3 раза. Следовательно, количество ахромистов может служить показателем, позволяющим задолго (практически за 10 лет) прогнозировать формирование десятикратной устойчивости к препарату.
© Николенко А.Г., доктор биологических наук
Беньковская Г.В., Поскряков А.В., кандидаты биологических наук
Удалов М.Б.
Уфа
Тайны волосатых мышей
Фермент теломераза известен биологам уже давно: он удлиняет теломеры - участки на концах хромосом, предохраняющие ДНК от повреждений во время репликации. Теломеры укорачиваются при каждом делении клетки, а когда становятся слишком короткими, клетка прекращает делиться и переходит в состояние покоя (G0-фазу). Теломераза состоит из двух компонентов: белка (обозначаемого у мышей TERT) и молекулы РНК (TERC).
Исследователи из Станфордского университета во главе с К.Сарин (Sarin K.Y., Cheung P., Gilison D. et al. // Nature., 2005. V.436. P.1048-1052) получили линию мышей, содержащую дополнительный ген TERT вместе с тетрациклин-активатором, который позволял включать ген при добавлении в пищу животных антибиотика. Ген экспрессировался по всему организму, а у мышей начинала необычайно густо расти шерсть. Это происходило за счет активации стволовых клеток, из которых развиваются волосяные фолликулы. Известно, что цикл их развития включает активное и “спящее” состояние. Экспрессия ТERT приводила к “пробуждению” таких клеток и росту волос.
Удивительно, что все эти эффекты проявлялись и у мышей, лишенных гена теломеразной РНК (TERC). Значит, они никак не связаны с синтезом ДНК. Пока не ясно, как может работать белковый компонент теломеразы и какими дополнительными функциями он обладает.
Эти исследования имеют большое практическое значение, причем вовсе не для борьбы с облысением, а для лечения раковых заболеваний. Доказательства того, что теломераза может контролировать деление клеток, появились уже в конце 90-х. Были найдены мутантные формы белка, в присутствии которых клетки с короткими теломерами, в норме находящиеся в покое, начинали делиться. В то же время уменьшение количества теломеразы в человеческих фибробластах заставляло их прекращать деление еще до укорачивания теломер. В раковых клетках уровень теломеразной активности обычно очень высок, хотя сами теломеры короткие. Какими путями все это осуществляется, неизвестно. Работа Сарин в очередной раз показывает, как полезен свежий взгляд на известные вещи.
© Гиляров Д.А.
Москва
Как поймать геккона
Древесные ящерицы - гекконы - необычайно ловко бегают по вертикальным поверхностям. Этому помогают “липучки” из многочисленных выростов эпителиальных клеток на расширенных кончиках пальцев и на нижней стороне хвоста. Благодаря этой способности гекконы быстро “освоили” различные постройки, и сейчас в странах с мягким климатом их можно встретить на стенах даже самых современных зданий. Мало того, вместе с человеком эти синантропы широко распространились за пределы своих природных ареалов, и никто уже не удивится, обнаружив геккона из Юго-Восточной Азии, например, в Каире или в Майами.
Синантропные стенные гекконы представляют собой прекрасный объект для изучения генетических и адаптационных процессов. Но есть одно “но”: отлавливать этих стремительно носящихся даже по потолкам мелких и юрких существ весьма непросто, хотя людей они не боятся и держатся, вроде бы, всегда на виду.
Остроумный способ облегчить работу со стенными гекконами предложил герпетолог Н.Коул (N.Cole; Бристольский университет): он применил такой простой и широко распространенный инструмент, как… лазерная указка. Исследователь учел, что гекконы неизбирательно охотятся на любую живность, оказавшуюся на стене, используя при этом лишь свое великолепное зрение. Главное - чтобы объект двигался. На этом и основан обман. Яркое пятнышко, проецируемое указкой, “скачет” по стене и привлекает внимание охотящегося геккона. Тот, теряя бдительность, в азарте бежит за “добычей” (как собака за птицей, уводящей ее от гнезда). А исследователь, управляя скачущим пятном, “подводит” увлеченного геккона к тому месту, где его нетрудно схватить.
Коул использовал этот необычный прием в работе с гекконами семи видов и получил прекрасные результаты: 92% ящериц поддавались обману и 80% из них были благополучно отловлены. Более того, оказалось, что способ можно использовать и в природе: в погоне за движущимся пятном дневные гекконы - фелзумы (Phelsuma ornatа) - беспечно спускались с кокосовых пальм.
Herpetological Review. 2004. V.35. №4. P.358-359 (США).
Моллюски ускоряют осаждение органики
За 140 лет - с 1860 по 1999 г. - глобальная средняя температура Земли увеличилась на 0.6°С, причем основная часть повышения пришлась на последние десятилетия, когда температура росла в среднем на 0.2°С за десятилетие. Уровень моря поднялся за последние 100 лет на 10-25 см. За этот же период уменьшился объем ледников: например, ледник на горе Кения потерял 92% массы, ледники на горе Килиманджаро - 73%, в европейских Альпах и на Кавказе они утратили около 50% своего объема. Толщина арктического льда за период с 1958 г. уменьшилась в некоторых районах на 1.3 м. Повышение частоты экстремальных погодных явлений привело к росту экономического ущерба: по данным страховых компаний, за 10 лет (1990-1999) он составил 399 млрд долл., что в 10 раз превысило аналогичную величину за десятилетие с 1950 по 1959 г. (38.7 млрд долл.).
Из-за явной опасности глобальных изменений в окружающей среде актуален вопрос о природных механизмах, сдерживающих эти изменения. С.А.Остроумов (Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова) проанализировал роль биоты (совокупности живых организмов) как фактора, регулирующего и стабилизирующего важные параметры биосферы, геофизических и геохимических процессов, воздействующих на климат.
Как показано в работах Остроумова и его сотрудников, одним из конкретных процессов, выполняемых живыми организмами, является перенос гидробионтами-беспозвоночными (такими как двустворчатые и легочные моллюски) органического вещества из толщи воды на дно водоемов и его отложение в осадках, что существенно ускоряет геохимические потоки углерода. В экспериментах установлено, что большую роль играют выделяемые двустворчатыми моллюсками пеллеты - комочки переваренного ими органического вещества, ранее находившегося в воде во взвешенном состоянии. Пеллеты, содержащие клетки планктона и другие частицы, упакованные в чехлы из слизистого материала моллюсков, быстро опускаются на дно, что во много раз ускоряет вертикальное перемещение химических элементов (в том числе углерода, азота, фосфора и др.) через экосистему.
Перенос углерода в биогеохимических потоках важен для формирования общего бюджета углерода в атмосфере, сказывающегося на состоянии климатической системы Земли.
Вестник Московского университета. Сер. биология. 2005. 31. С.24-33 (Россия).
Черепаха-путешественница
Кожистая черепаха (Dermochelys coriacea) - самая крупная (до 2 м длиной, до 600 кг массой) современная черепаха - обитает во всех тропических морях, иногда заплывая в воды умеренных и даже северных широт. Из-за неуклонного сокращения численности вид занесен в Красную книгу МСОП (Тихоокеанские кожистые черепахи - у последней черты // Природа. 2001. №9. С.83-84). В последние десятилетия основной угрозой для этих животных стали глубоководные рыболовные сети. В США введен запрет на использование таких средств лова в западной акватории Северной Атлантики (включающей, в частности, один из богатейших в мире районов рыболовства - Большую Ньюфаундлендскую банку). Однако эффективность этой меры спорна, поскольку к ней не подключились промысловики других стран.
Специалисты во главе с морским биологом Г.Хейсом (G.Hays; Валлийский университет в Суонси, Великобритания) снабдили черепах радиопередатчиками, которые передавали на борт искусственных спутников Земли координаты местонахождения животных и сведения о количестве и глубине их погружений.
Оказалось, что отдельные особи мигрируют из Карибского моря в разных направлениях. Так, в 2002 г. наблюдение велось за двумя черепахами. Одна из них поплыла на восток, а затем, не дойдя 600 км до берегов Западной Африки, повернула назад. Другая несколько месяцев провела в водах, омывающих Южную Америку. В 2003 г. были отслежены миграции семи особей. Две из них двинулись на север, а в нескольких сотнях километров от берегов канадской провинции Новая Шотландия повернули на юг. Другие пять отправились на северо-восток, достигли акватории, лежащей между Азорскими о-вами и побережьем Великобритании, и поплыли к югу.
Пути миграций кожистых черепах в 2002-м (а, б) и 2003-м (в-и) годах.
Прямоугольником обозначена акватория, в которой действует запрет
на использование глубоководных рыболовных сетей, введенный в США.Причины такого разнообразия миграций неясны. Океанические течения не играют никакой роли: животные нередко плывут против них или их пересекают. Скорее всего, пребывание в той или иной акватории обусловлено наличием там пищи.
Телеметрические наблюдения предоставили ученым ценную информацию и о вертикальных перемещениях черепах. Выяснилось, что в большинстве (99%) случаев они погружаются не глубже 250 м, а значит, оказываются в зоне размещения рыболовных сетей. (Лишь одна черепаха поставила рекорд среди пресмыкающихся, достигнув глубины 1230 м, и еще шесть нырнули на 800 м.)
Вывод исследователей таков: разброс путей миграции кожистой черепахи столь велик, что для ее охраны недостаточно закрытия отдельных районов океана для глубоководного рыболовства. Необходимо значительно ограничить его на весьма обширных акваториях.
Nature. 2004. V.429. №6991. P.522 (Великобритания).
Раннее предупреждение о цунами
После катастрофического цунами и землетрясения, обрушившегося на Южную Азию 26 декабря 2004 г., возникла проблема: как найти место для развертывания на океанском дне системы раннего предупреждения о зарождающемся цунами?
Для решения проблемы, которое видится в размещении на дне аппаратуры, образующей сеть слежения за тектоническими движениями дна (такая система развернута США и работает в Тихом океане), прежде всего были необходимы гидрографические и геофизические исследования. В начале февраля 2005 г. они были выполнены гидрографическим судном Королевского военно-морского флота Великобритании “Скотт”. Использование сонара сверхвысокой точности позволило получить уникальные материалы о зоне землетрясения. На их основе создано трехмерное изображение рельефа дна, прилегающего к о.Суматра на расстоянии в 150 км. Оно покрывает район, где в 30 км ниже океанической плиты произошел разрыв одного из разломов.
Трехмерное изображение отчетливо показывает границу, проходящую по Индийской плите, которая погружается под Бирманскую плиту со скоростью 6 см/год. Всюду на изображении отмечаются оползни гигантских размеров: блоки толщиной в несколько сотен метров и длиной до 2 км, ползущие с Бирманской плиты.
Трехмерные изображения, полученные спустя очень непродолжительное время после сейсмического толчка, помогут понять, почему землетрясение произошло именно в этой зоне и почему большая часть одинаковых форм рельефа возникла на севере зоны, а не на юге.
Science et Vie. 2005. №1051. P.24 (Франция);
www.navynews.co.uk/articles/2005/0502/0005021001.asp
Проблемы отработанного ядерного топлива
Среди стран, наиболее продвинувшихся по пути создания условий для захоронения отработанного ядерного топлива (ОЯТ), числится Швеция, чьи 11 АЭС удовлетворяют немалую долю потребностей в энергии, но и, соответственно, накапливают опасные отходы. Надежды на избавление от них возлагаются на уже в значительной степени сооруженную в скальных породах подземную лабораторию, которая расположена в Эспё (провинция Эстергеланд) на Балтийском побережье Скандинавии.
Скандинавский кристаллический щит сулит отличную защиту от любых неприятностей. Сегодня на атомных электростанциях страны уже налажена загрузка сборок ОЯТ в 75-тонные контейнеры и отправка их морем на специально построенном судне в порт Оскарсхамн, откуда рукой подать до Эспё. Здесь горячие сборки разгружаются в огромный бассейн с деионизованной водой для постепенного охлаждения. За сутки из бассейна испаряется несколько кубометров воды, немедленно пополняемой по трубопроводу. Над бассейном, как в бане, вечно стоит пар. Бассейн вмещает до 5 тыс. т ОЯТ, но пока его строили и спорили о его надежности, накопившаяся масса отходов приблизилась к этой величине.
Охлажденные в бассейне сборки поместят в подземное хранилище - там они могут потерять до 99% радиоактивности всего за какое-нибудь тысячелетие. Хранилище, пробуренное в скальных породах, рассчитано так, чтобы обеспечить безопасность в течение еще сотни тысячелетий. Главный туннель в Эспё, спирально снижаясь, достигает глубины 460 м. Его строительство обошлось в 35 млн долл. США, а эксплуатация потребует ещё около 20 млн долл./год. Зато теперь здесь накоплен опыт, к которому присматриваются специалисты во всем мире.
Главный враг таких хранилищ - влажность, вызывающая коррозию металлических стенок контейнеров. Спустя десятилетия ускользнувшие оттуда радиоактивные изотопы могут профильтроваться в грунтовые воды, а значит, попасть в воду, которой пользуется человек. Шведские ученые подыскали в качестве своих союзников некоторые бактерии, которые способны химически восстанавливать железо, серу и марганец, препятствуя коррозии. На темных гранитных стенах туннеля в разных местах сегодня можно видеть оранжевые и черные полосы, потеки, оставленные этими влаголюбивыми микроорганизмами. Ученые проверяют их реальную способность поглощать кислород прежде, чем он вызовет коррозию контейнеров, изготовленных из особо прочной меди. Результаты шведских экспериментов изучают специалисты других стран.
Американская экспертная группа, созданная в Гарвардском университете, пришла к выводу: непосредственное захоронение ОЯТ экономически значительно эффективнее, чем сложная его переработка с извлечением расщепляющихся материалов, таких, например, как плутоний. В США проблема стоит особенно остро: в стране насчитывается 77 сравнительно примитивных наземных хранилищ, разбросанных по 33 штатам. Большая часть охладительных бассейнов там или уже заполнена до отказа, или близка к тому. Сборки стержней приходится обрабатывать поглощающим нейтроны бором, чтобы “возбужденное” топливо не превысило критическую массу. Но этот метод - лишь паллиатив, не говоря уже о сложностях длительной охраны рассредоточенных по всей стране объектов от возможных террористических нападений. Если по той или иной причине один из бассейнов окажется безводным, оболочки недавно выгруженных из реактора сборок могут загореться, выделяя летучие продукты атомного распада, в том числе опаснейший цезий-137. В случае распространения пожара на уже хранящиеся там сборки загрязнение среды превзойдет Чернобыльскую катастрофу. Министерство обороны США, потратившее на изучение проблемы и на эксперименты, связанные с хранением ОЯТ, 4 млрд долл. и 36 млн человеко-часов времени в течение более 20 лет, намерены были обратиться к правительству за получением лицензии на ввод в строй хранилища под горой Юкка в Неваде.
В европейских странах опасаются, что, построив у себя хранилища, они окажутся обязанными принять ядерные отходы из других государств Европейского Союза. Однако дирекция ЕС по ядерной безопасности при Европейской комиссии отвергла подобные опасения. Это несколько успокоило финнов, и парламент страны дал согласие на строительство подземного хранилища на о.Олкилуото, омываемом Ботническим заливом.
В Китае сейчас работает восемь атомных реакторов, а в 2005 г. вступят в строй еще три, что доведет годовую выработку электроэнергии до 9 тыс. МВт; к 2020 г. эта величина должна возрасти до 32 тыс. МВт. Проблема хранения отходов пока только изучается. Рассматривается возможность создания подземной лаборатории и хранилища, подобных шведским, на границе пустыни Гоби (северо-запад страны).
В России, по мнению специалистов как в стране, так и за рубежом, при её просторах, малой плотности населения и разнообразии геологических условий, существует немало мест, перспективных для хранения радионуклидов, в том числе и завозимых из других стран. Трудности состоят в неясных положениях закона. Кроме того, все еще существуют проблемы хранения и переработки ядерных материалов со списанных атомных подводных лодок.
Так или иначе, человечество уже приступило к практическому решению этих сложных проблем, неизбежно возникающих в связи с утолением все возрастающего энергетического голода.
Science. 2004. V.303. №5655. P.161 (США).
КОРОТКОРаскопки, проведенные под руководством Т.Леви (Университет штата Калифорния, Сан-Диего) в районе поселения Хирбет-эн-Нахас (Иордания), показали, что в XI-X вв. до н.э. здесь находился важный центр производства меди эдомитян. Эдом (Идумея) - часто упоминаемое в Ветхом Завете государство, которое располагалось между Мертвым морем и Акабским заливом.
Sciences et Avenir. 2005. №699. P.24 (Франция).
В Швейцарии полигоны и стрельбища преобразуются в природные парки. Уже семь стрельбищ прошли сертификацию на ранг “природных парков швейцарской экономики”. Такой ранг присуждает фонд “Природа и хозяйство” при условии, что не менее 30% занятой полигоном площади приведено в порядок и сохраняет естественную среду.
Terre Sauvage. 2005. №203. P.50 (Франция).
Реинтродукция волка в 1995 и 1996 гг. в Йеллоустонский национальный парк и леса центральной части штата Айдахо имела большой успех: сегодня его популяция насчитывает 800 особей, ее границы проходят по штатам Монтана и Вайоминг. Хищник регулирует численность лосей и оленей, исполняя роль “стадного врача”. Между тем в начале января 2005 г. администрация Буша изменила закон о защите плотоядных: если скотовод решит, что волк угрожает стаду, он имеет право стрелять в него, не предоставляя каких-либо доказательств нападения волка. Очевидно, вступило в силу старое правило: хороший волк - это мертвый волк.
Terre Sauvage. 2005. №203. P.49 (Франция).
РЕЦЕНЗИЯ
ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ И
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
Под ред. А.Г.Камкина и А.А.Каменского.
М.: Академия, 2004. 1072 с.Золотая медаль
за “Физиологию”Академик РАМН Ю.М.Лопухин
Осенью 2004 г. произошло событие, которое не осталось не замеченным научной общественностью, интересующейся физиологией. В издательстве “Академия” под редакцией двух профессоров - А.Г.Камкина и А.А.Каменского - вышел в свет учебник “Фундаментальная и клиническая физиология”. Появление учебного пособия - явление ординарное, но только не этого. Подобного издания еще не было в нашей стране. Это не готовый учебник, написанный иностранными авторами и переведенный на русский язык, а заново созданная книга.
Андрей Глебович Камкин, имеющий значительный авторитет в научных кругах Европы и США, обратился к ряду выдающихся ученых мира, работающих многие годы в ведущих университетах, с просьбой представить для российского читателя разделы физиологии по собственной области исследований. И согласие было получено. В результате отечественная наука обогатилась книгой, наполненной как классическими представлениями по тому или иному вопросу, так и сведениями о новейших методах и достижениях в области физиологии за последние годы. На изложении существа материала сказался огромный педагогический опыт авторов.
Физиология, будучи фундаментальной дисциплиной, вместе с анатомией и биохимией составляет теоретическую основу всей медицины. Именно поэтому учебник назван фундаментальным. Наряду с “чистой” физиологией он содержит достаточное и необходимое количество сведений по морфологии, биохимии, биофизике, молекулярной биологии. Благодаря такому сочетанию смежных дисциплин с основным курсом в книге удалось достаточно полно и на современном уровне изложить механизмы физиологических процессов. Все главы учебника построены по единому плану: вначале кратко описаны структуры (орган, ткань, клетка, молекулярный уровень), а затем - функции. Этот принципиально новый для нас подход дает возможность понять единство морфофункциональных взаимоотношений при изучении курса физиологии.
Учебник ориентирован не только на получение теоретических знаний, но имеет и клиническую направленность. Впервые в российском учебном пособии в каждом разделе кроме физиологической нормы приводятся примеры возможных поломок тех или иных механизмов, разбираются физиологические причины их возникновения. Совместное изложение теории и практики поможет студенту, не знающему еще клинических дисциплин, обратить внимание на наиболее важные моменты, которые вероятнее всего встретятся ему в дальнейшем.
Учебник состоит из 14 разделов и полностью отвечает программе изучения дисциплины “физиология”, принятой для студентов - медиков и биологов - в высшей школе.
Книга начинается с раздела “Основы молекулярно-клеточной физиологии”, написанного Артуром Вандером (Arthur Vander), Джеймсом Шерманом (James Sherman) и Дороти Лучано (Dorothy Luciano) - крупнейшими американскими учеными из Мичиганского университета. Исключительно быстрое развитие науки и технический прогресс ХХ в. требуют обязательного изложения физиологии с позиций молекулярной биологии, знаний биоорганической и физической химии, биофизики. Поэтому курс физиологии предварен общими сведениями о строении клетки, ее химическом составе, об основах клеточного метаболизма. Уделено также внимание биосинтезу белков и их активности, показана связь генетической информации с белковым синтезом. Проштудировав этот раздел, читатель будет готов воспринять и усвоить материал следующих частей учебника.
Второй раздел книги - “Общая физиология возбудимых тканей” - написан первым титульным редактором. Надо сказать, что Андрей Глебович, заведуя кафедрой фундаментальной и прикладной физиологии Российского государственного медицинского университета (РГМУ), сам успел написать несколько книг на русском и английском языках и теперь стал автором раздела в задуманном им и осуществленном издании. В физиологии возбудимых тканей произошли, пожалуй, наибольшие изменения за последние годы. Это объясняется, прежде всего, достижениями клеточной и молекулярной биологии, а также расширившимися возможностями экспериментальной электрофизиологии. В результате трудоемких исследований стали понятны многие закономерности функционирования отдельных структур на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. Это позволило не только уточнить представления о механизмах работы отдельных клеток, но и объяснить ряд процессов, которые были известны ранее. В начале раздела рассматривается строение биологических мембран возбудимых клеток, описываются их физиологические свойства и требования к раздражителям, способным вызвать возбуждение. Особое место занимает глава, в которой приведены основы электротехники и биофизики. В учебнике физиологии это весьма оправдано, поскольку разного рода электронные приборы настолько широко вошли в повседневную практику врача и научного работника, что знание принципов работы современной техники настоятельно необходимо. Большое внимание уделено транспортным системам, обеспечивающим перенос через клеточную мембрану ионов, молекул и других веществ. Несмотря на их разнообразие, для проникновения соединений существуют, подчеркивает автор, только два принципиальных механизма - с помощью специфического переносчика и без него. Наличие большого количества иллюстраций помогает разобраться в сложных молекулярных механизмах активного транспорта натрия, калия и кальция - процессах, необходимых для нормального состояния клетки. Отдельная глава посвящена пассивному транспорту через ионные каналы с объяснением причин возникновения трансмембранного потенциала и указанием факторов, на него влияющих. Очень подробно разбираются молекулярная организация и принципы работы ионных каналов. Крайне важно, что автор приводит современную классификацию и номенклатуру семейств и подсемейств ионных каналов, основанную на генетическом анализе, и сравнивает ее с известными ранее. Фундамент классификации, однако, составляет принцип, в котором главенствует механизм управления работой канала (этот механизм вошел в отечественную литературу как “воротный”; channel gating). Обсуждаются две группы ионных каналов - потенциалуправляемые и рецепторуправляемые, причем среди последних одни управляются лигандом, другие - механическим воздействием.
Модель, отражающая взаимодействие субъединиц потенциал-управляемого кальциевого канала (вверху), и его доменная структура. Этот белок-канал построен из пяти субъединиц (a1, a2, b, g и d), три из которых - a1, g и d - прошивают плазматическую мембрану, причем их N- и C-концы расположены в цитоплазме. b-субъединица полностью находится в цитозольном пространстве, а a2-субъединица, взаимодействующая через S-S-мостики с d-субъединицей, выступает над наружной стороной мембраны. Все субъединицы, за исключением d, состоят из нескольких доменов, соединенных между собой петлями. В виде цилиндров изображены a-спиральные участки субъединиц; места фосфорилирования (Р) аминокислотных остатков показаны красным цветом.Потенциалуправляемые каналы закрываются и открываются с помощью ворот, т.е. белковых структур внутри канала, при изменении величины мембранного потенциала клетки. Лигандуправляемые ионные каналы способны менять свою проводимость вследствие конформационных изменений белка-канала, вызванных связыванием его рецептора со специфической молекулой - лигандом. На открытие или закрытие механоуправляемых ионных каналов влияет натяжение мембраны, которое меняется при механическом воздействии на клетку. До сих пор российский читатель имел очень скудную информацию о структуре, функции, роли и значении механоуправляемых каналов *.* О механочувствительных ионных каналах см.: Камкин А.Г., Киселева И.С., Ярыгин В.Н. Новый тип ионных каналов // Природа. 2002. №3. С.13-20.Механочувствительность - универсальное свойство, им обладают практически все клетки. Здесь оно впервые освещено довольно подробно. Становится ясно, что в преобразовании механического сигнала участвуют несколько компонентов клетки: белки клеточного цитоскелета, поверхностные протеины интегрины и механосенситивные ионные каналы (МСК). Автор рассказывает, что наличие такого рода каналов связано с необходимостью для любой клетки противодействовать механическим раздражителям, чтобы сохранять свой объем и постоянство электролитного состава. Регуляция клеточного роста также требует специфической механовоспринимающей системы, которая определяет физические изменения размеров и формы клеток. Видимо, нельзя исключить, что нерегулируемый рост, характерный для раковых клеток, связан с поломкой такой механореагирующей системы.
Модель механочувствительного ионного канала в клеточной мембране.
Раздел “Проведение возбуждения между клетками” написан всемирно известным немецким ученым, профессором Райнером Клинке (Rainer Klinke). Здесь представлены последние достижения электрофизиологии, биохимии, молекулярной биологии и новейшая информация о способах электрической и химической передачи сигнала от одной клетки к другой. Электрическая передача осуществляется через высокопроницаемый контакт (gap junction) специфической молекулярной организации. Механизм химической передачи сигнала по сути своей представляет работу химического синапса с ее ионотропными и метаботропными рецепторами. В разделе детально изложены типы потенциалов, возникающих на постсинаптической мембране, и показаны механизмы их возникновения.
Следующий раздел - “Мембранные рецепторы, вторичные мессенджеры и пути передачи сигнала” - написан широко известным ученым и педагогом из Вирджинии профессором Говардом Катчэем (Howard C.Kutchai). В этом сравнительно новом разделе физиологии описаны этапы (каждый отдельно) от момента действия регуляторного (или сигнального) вещества на мембранный рецептор до окончательной ответной реакции клетки. Весь процесс воздействия включает: связывание сигнального вещества с мембранным рецептором; изменение активности клеточных белков - молекулярных переключателей; активацию внутриклеточных ферментов; повышение или понижение внутриклеточного содержания вторичных посредников; изменение активности соответствующих протеинкиназ; изменение активности эффекторного фермента клетки или ее ионных каналов. Последний этап и есть конечный ответ клетки.
“Физиология мышц”, как и уже упомянутый раздел “Основы молекулярно-клеточной физиологии”, представлен одним и тем же коллективом авторов и делится на две главы: физиологию скелетных и гладких мышц. Наряду с описанием структуры, возбуждения и электромеханического сопряжения, а также молекулярных механизмов сокращения здесь подробно изложена биомеханика мышц. В главе о скелетных мышцах отражены и классическое, и современное молекулярно-биологическое представления о механизме сокращения. Физиология гладких мышц дана значительно полнее, чем в известных учебниках. Здесь вместе с типами и особенностями гладкомышечной структуры изложены молекулярные механизмы активации плазматической мембраны и поперечных мостиков, приводящих к сокращению, и способы регуляции активности.
Самый большой по объему раздел - “Физиология нервной системы” - написан выдающимся американским ученым из Техаса профессором Уильямом Уиллисом-младшим (William D.Willis, Jr.). Здесь содержатся современные сведения о молекулярных, биохимических, клеточных основах функционирования нервной системы, о взаимосвязи всех ее элементов, принципах топической диагностики неврологических заболеваний. Очень важно, что терминологические и клинические вопросы приведены в строгое соответствие с принятыми в нашей стране. Компоновка материала решена своеобразно: наряду с традиционным изложением структуры и функций периферической и центральной нервных систем даются главы по физиологии сенсорных систем. Значительное внимание уделено спинальной организации двигательной функции, управлению движениями различными структурами мозга. Отдельная глава посвящена физиологии автономной нервной системы. Содержание и построение представленного материала полностью соответствуют требованиям международных программ высшей школы по подготовке врачей, медицинских исследователей, биологов, а также отечественной программы дисциплины “физиология” по разделу “нейрофизиология”.
Авторы раздела “Физиология сердечно-сосудистой системы” - крупнейшие американские профессора Роберт Берн (Robert M.Berne) и Метью Леви (Matthew N.Levy) из Вирджинии. Представленная ими информация позволяет воспринимать деятельность всей сердечно-сосудистой системы как единое целое. После краткого обзора функций системы кровообращения авторы подробно излагают деятельность каждого отдела. В результате читатель получает всесторонний и достаточно глубокий объем знаний о работе сердца и ее регуляции; об основах гемодинамики, артериальной системе как гидравлическом фильтре; микроциркуляции и лимфатической системе; о периферическом кровообращении и механизмах его регулирования. Читатель узнает также о взаимодействии центральных и периферических факторов, регулирующих кровообращение, и об особенностях кровотока в разных органах. Поскольку за последние годы более всего изменились представления об электрофизиологии сердца, то именно этим данным уделяется наибольшее внимание. С учетом самых новейших достижений разбираются ионные механизмы быстрых и медленных ответов клеток сердца. Анализируются химические и электрические силы, которыми обусловлено изменение мембранного потенциала во время разных фаз возбуждения; демонстрируется работа воротного механизма и обсуждается движение основных ионных токов в различные фазы потенциала действия для многих типов клеток. Подробно разбирается ионный механизм автоматии и факторы, на нее влияющие. Глава о сопряженной работе сердца и кровеносных сосудов - новая по сравнению с отечественными учебниками. В ней отдельно описываются функциональные кривые сердца и сосудистой системы, в том числе в ответ на изменения сердечного выброса; дается математический анализ кривых. Кроме того, в этом разделе обсуждается ряд новых параметров, характеризующих работу сердечно-сосудистой системы, которые общеприняты в западных странах, но не описаны в отечественной литературе из-за отсутствия в стране новейшей диагностической аппаратуры. Большое достоинство этого раздела - глубокие и исчерпывающие данные о работе сердца и сосудов, необходимые как физиологу-теоретику, так и клиницисту-кардиологу.
Схема расположения субъединиц никотинового ацетилхолинового рецептора (вверху) и аминокислотные последовательности М2 a-спирали в b- и d-субъединицах. Из пяти субъединиц (в поперечном разрезе все они - a1, a2, b, g, d - показаны на врезке), образующих пору, изображены четыре, чтобы были видны участки М2, облицовывающие ионный канал, и ворота. Большая часть молекулы белка выходит за внешнюю поверхность плазматической мембраны; каждая a-субъединица содержит связывающий центр для ацетилхолина. Ворота, находящиеся в пределах поры, открываются при связывании ацетилхолина с белком-рецептором. Отрицательно заряженные остатки глутаминовой и аспарагиновой аминокислот (выделены синим цветом) присутствуют в обоих концах М2-спиралей, т.е. с двух сторон поры, благодаря чему предотвращается вход анионов, а катионы Na+ и K+ могут быть связаны в канале.Абсолютно новое направление в физиологии, которое обозначилось немногим более 10 лет, - учение о механоэлектрической обратной связи в сердце. Посвященный этому раздел написан российскими учеными профессорами Андреем Глебовичем Камкиным и Ириной Сергеевной Киселевой, одними из основоположников данного направления. Именно им впервые в мире удалось установить молекулярные и клеточные механизмы механоэлектрической обратной связи в сердце *. За огромный вклад в развитие этого направления Камкин и Киселева были избраны титульными редакторами Всемирного сборника научных работ “Mechanosensitivity in Cells and Tissues”, который выходит в текущем году.Механоэлектрическая обратная связь в сердце представляет собой механизм, обеспечивающий изменение электрических процессов или электрических свойств клетки при любых механических воздействиях, т.е. при деформации клетки. Для кардиомиоцита это может выражаться в “незапланированной” деполяризации мембраны и изменении таких параметров, как длительность и форма потенциала действия, возбудимость клетки, длительность фаз рефрактерности, скорость проведения возбуждения. Результатом могут быть одиночные и групповые экстрасистолы, другие нарушения ритма, может возникнуть даже самое грозное осложнение - фибрилляция желудочков сердца. Этот материал, изложенный на базе научных работ прежде всего Камкина и Киселевой, уже обсуждается в ряде последних изданий зарубежных учебников, однако в нашей стране он впервые представлен в качестве раздела физиологии.
“Физиология крови”, включающая также иммунную защиту, написана выдающимся ученым и педагогом Кристианом Бауэром (Christian Bauer), профессором из Швейцарии. Он основное внимание уделил структуре и функциям форменных элементов крови, вопросам, связанным с ее переливанием, разобрал механизмы остановки кровотечения и заживления ран. Очень удачно и органично сюда вошел текст, дающий общее представление об иммунной системе, написанный в виде расширенного примечания рецензентом профессором Л.В.Ковальчуком.
Автор двух следующих разделов - “Физиология дыхания” и “Кислотно-щелочное равновесие” - германский профессор Петер Шейд (Peter Scheid). Этот крупнейший специалист в области физиологии дыхания излагает тему не совсем привычно для русского читателя, уделяя значительное внимание физике газа, количественным различиям дыхательных объемов в зависимости от физических параметров условий, в которых производятся измерения. В разделе дается сравнительная характеристика гемодинамических показателей малого и большого кругов кровообращения, а также нормальные величины, характеризующие внешнее дыхание, газообмен, транспортную функцию крови. Подробно разбираются вентиляционно-перфузионные взаимоотношения и обсуждаются влияющие на них факторы. Касаясь тканевого дыхания, автор рассматривает не только механизмы диффузии, но и возможные нарушения в обеспечении тканей кислородом, а также следствия нарушений. Раздел заканчивается прикладными вопросами, которые интересны даже неспециалисту. Например, как правильно дышать обычному пловцу и тому, кто ныряет под воду с трубкой или профессиональным аквалангом; какие газовые смеси и почему предпочтительны для разных глубин. И все это - на основе биофизических и физиологических механизмов. Раздел мог бы служить самостоятельным учебником не только для аквалангистов, но и для альпинистов, поскольку излагаются процессы, происходящие при подъеме на разные высоты.
В теме “Кислотно-щелочное равновесие” сначала дается общее представление о буферных системах, а затем - особенности каждой из них. Кроме того, на высоком профессиональном уровне анализируются ответные реакции организма на первичный сдвиг кислотно-щелочного равновесия, возникший в результате респираторных и нереспираторных нарушений, указываются пути компенсации.
“Эндокринная система” представлена в учебнике широко известным специалистом из Германии профессором Карлхейнцем Вогтом (Karlheinz Voigt). Эндокринная система занимает особое место в организме, поскольку она наряду с нервной системой обеспечивает взаимосвязь отдельных органов и формирование организма как единого целого. Гормоны рассматриваются как сигнальные вещества, способные передавать информацию, а следовательно, запускать, изменять или подавлять ту или иную функцию клетки. Автор детально излагает механизмы синтеза гормонов, прослеживая путь от гена, обсуждает способы транспорта, механизмы передачи и взаимодействия их с эффектором. Не менее подробно показывает эффекты действия гормонов в норме, при их гиперфункции и недостаточной продукции. Работа каждой железы внутренней секреции рассматривается не изолированно, а в тесном единстве с другими. В разделе содержится много таблиц с количественными показателями уровня гормонов, а также схем, иллюстрирующих механизм работы каждой эндокринной железы, пути ее регуляции и возможные взаимодействия.
“Физиология почек” написана профессором из Германии Стефаном Зильбернаглем (Stefan Silbernagl), признанным авторитетом в этой области. Общие сведения касаются структуры почки, почечного кровообращения, процесса мочеобразования и методов исследования функций почек. В отдельных главах даны молекулярные и клеточные механизмы гломерулярной фильтрации, реабсорбции и секреции. Автору в доступной форме удалось продемонстрировать удивительно тонкое “распределение труда” в отдельных частях нефрона и дать представление о функциональном назначении каждого микроскопического участка.
Раздел “Физиология пищеварения” написан коллективом авторов из Австралии: Джоном Янгом (John A.Young), Дэвидом Куком (David Cooк), Дженифер Лингард (Jennifer Lingard), Эрнстом ван Леннепом (Ernst W. van Lennep) и Эриком Уегманом (Eric A.Wegman). Здесь довольно компактно - в виде схем и кратких пояснений - приведены все основные механизмы секреции и всасывания, а также разобраны механизмы моторной деятельности желудочно-кишечного тракта. Именно современное представление клеточных механизмов переваривания пищи ценно и для отечественных клиницистов, и для рядового студента.
Цветные схематические рисунки и фотографии гистологических срезов, которыми изобилует весь учебник, помогают создать зрительное представление о физиологических, а в ряде случаев и о патологических механизмах. Подписи под рисунками имеют самостоятельное значение: разъясняя основную идею, они тем самым помогают лучше понять и усвоить сложные детали. Этот новый методический прием не был характерен ранее для учебников, изданных в России. При воспроизведении экспериментальных кривых, как правило, дается схематичное изображение того метода, с помощью которого результат получен.
К положительным сторонам следует отнести построение каждого раздела: оно начинается с описания рассматриваемых в нем ключевых вопросов, а затем уже детально излагается материал. В конце каждой главы имеется резюме и обязательный список специально сформулированных контрольных вопросов для самопроверки. Все это способствует лучшему пониманию и усвоению материала, а при необходимости и самостоятельному изучению.
Перевод книги выполнен квалифицированными переводчиками, а редакторы и рецензенты, будучи крупнейшими российскими учеными, приложили максимум усилий, чтобы адаптировать материал к требованиям, принятым в России. Существенный вклад в качество перевода внесли консультанты Физиологических обществ Великобритании и Германии: профессор Макс Леб (Max J.Lab) и доктор медицины Рудольф Шуберт (Rudolf Schubert) соответственно. В результате получился прекрасный перевод и хороший стиль изложения.
Огромную работу проделали научные редакторы учебника - профессора И.С.Киселева и И.Н.Дьяконова, а скорректировали отдельные вопросы рецензенты: академики и члены-корреспонденты РАН и РАМН Арчаков А.И., Банин В.В., Владимиров Ю.А., Ковальчук Л.В., Мазо Е.Б., Розенштраух Л.В., Романов Ю.А., Середенин С.Б., Скворцова В.И., Ткачук В.А., профессора Дьяченко А.И., Кирищук С.И., Кузьменко Н.Е., Лопина О.Д., Онищенко Г.Е., Павлов Б.Н., Смирнова О.В.
Разные тексты учебника даны в цветном исполнении, что позволяет сократить время поиска интересующего материала и повысить эффективность его восприятия. Так, на белом фоне представлен общетеоретический текст, на голубом - необходимый для студентов, получающих более детальное биологическое или биофизическое образование, а на розовом - патофизиологические или клинические комментарии по определенным проблемам физиологии.
Весь основной материал учебника еще до его издания в течение нескольких лет апробировался в учебном процессе на кафедре фундаментальной и прикладной физиологии РГМУ. Там же и на кафедре физиологии человека и животных МГУ прошел успешные “испытания” в 2004-2005 учебном году уже вышедший в свет учебник. Его использовали и преподаватели ряда медицинских университетов страны при подготовке к занятиям.
Прочитав эту книгу, понимаешь, что физиология - наука динамичная и быстро развивающаяся, поскольку за последние годы появилось много новых сведений, существенно изменились взгляды на механизмы ряда физиологических процессов. Сегодня без знания основ физики, химии, молекулярной биологии и, конечно, современной физиологии будущий врач не сможет по-настоящему овладеть своей специальностью, стать профессионалом. По существу, это единственный учебник, изданный в России, в котором новый, современный уровень физиологии сочетается с классическими представлениями. Уже сейчас благодаря учебнику значительно повысилась эффективность обучения студентов не только физиологии человека, но и медико-биологическим и клиническим дисциплинам, что в целом поможет формированию творчески мыслящего, квалифицированного и широко образованного врача-исследователя, работающего в 21-м столетии.
По этому учебнику должны изучать физиологию все студенты - медики и биологи - в России. Он, безусловно, будет полезен и преподавателям физиологии, поскольку многие изложенные в нем сведения имеются только в оригинальной специальной литературе и требуют для их изучения по крайней мере хорошего знания английского и немецкого языков. Характерно, что этот учебник уже сейчас лежит на столах не только многих физиологов, но и врачей различных профилей. Можно только приветствовать выпуск издания, столь уникального и столь необходимого для развития отечественной физиологии. И не случайно в 2004 г. учебник был удостоен Золотой медали Российской Федерации на конкурсе “Профессиональный учебник”, а в 2005 г. - престижной премии Серебряная лира.
Экология. Лесоведение
НОВЫЕ КНИГИЕ.Н.Иерусалимов. ЗООГЕННАЯ ДЕФОЛИАЦИЯ И ЛЕСНОЕ СООБЩЕСТВО. Отв. ред. Г.В.Линдеман. М.: Т-во науч. изд. КМК, 2004. 263 с.
По мере развития лесного хозяйства на Земле лесоводы все чаще и чаще сталкиваются с потерями, вызванными массовым размножением филлофагов, которое производит впечатление регулярно повторяющейся катастрофы.
Эта периодичность выражена нечетко, и наступление очередной вспышки точно предсказать нельзя. Обычно совершенно неожиданно в кронах лесных насаждений резко увеличивается численность одного или нескольких видов насекомых, питающихся хвоей или листвой. Чаще всего в зоне умеренного климата это личинки некоторых видов бабочек или пилильщиков. Произведя существенные опустошения, они исчезают, превращаются во взрослых насекомых, те снова откладывают яйца, и опять появляются прожорливые личинки. В лесной, лесостепной и в небольших, но очень важных для хозяйства лесах степной зоны такие массовые размножения повторяются довольно часто и наносят большой ущерб.
В книге рассматриваются последствия повреждения деревьев в очагах массового размножения лесных филлофагов. Приводятся результаты многолетних исследований, которые показывают, как влияют подобные повреждения на физиологические процессы у древесных растений, на микроклимат и на ценотические отношения в лесном сообществе. Описаны компенсационные процессы у поврежденных деревьев и в насаждениях, позволяющие сохранить необходимый уровень продуктивности лесного сообщества. Предложены также пределы допустимой степени повреждения.
Биология
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНВАЗИИ В ВОДНЫХ И НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ. Под ред. акад. А.Ф.Алимова и Н.Г.Богуцкой. М.: Т-во науч. изд. КМК, 2004. 436 с.
В XX в. инвазии различных организмов стали причиной изменения границ биогеографических областей. Инвазии как плата за гидростроительство, туризм, звероводство, спортивный лов и охоту признаны одним из ведущих факторов трансформации природных экосистем.
Изучение основных закономерностей расширения ареала видами животных имеет богатую историю, начало которой на территории Российской империи было положено экспедициями Императорского зоологического музея.
Книга обобщает многолетние результаты работ Зоологического института РАН и его партнеров в области изучения биоразнообразия, формирующегося в водных и наземных экосистемах под влиянием чужеродных видов. На современном уровне проанализирована и систематизирована терминология, характеризующая предмет и различные аспекты инвазионной биологии, дано общее представление о биологических инвазиях как частном случае расселения организмов и оценены масштабы этого явления. Описаны основные причины и закономерности антропогенного расселения видов в сравнении с естественным на примере конкретных видов животных и надвидовых таксонов в конкретных водных и наземных экосистемах. Особенное внимание уделено значению видов-вселенцев в формировании фаун и флор, влиянию на структурно-функциональные характеристики экосистем. Показаны возможности применения информационных технологий в изучении чужеродных видов.
История науки
Г.Е.Горелик. АНДРЕЙ САХАРОВ. НАУКА И СВОБОДА. М.: Вагриус, 2004. 367 с.
Эта книга - первая биография “отца советской водородной бомбы” и первого русского лауреата Нобелевской премии мира. В ее основе лежат уникальные, недавно рассекреченные архивные документы и около 50 интервью историка науки Г.Е.Горелика с людьми, лично знавшими А.Д.Сахарова еще студентом, затем - выдающимся физиком и, наконец, опальным правозащитником.
Андрей Дмитриевич жил в эпоху советской цивилизации с ее разительными контрастами: первый спутник в космосе, высоты художественного творчества - и подавление свободы. Чудом на фоне сталинской эпохи была научная школа, в которой Сахаров начал свой путь в физике. Его жизнь разворачивалась на фоне ядерной алхимии, вышедшей из научных журналов на первые страницы мировых газет.
В книге даны ответы на глобальные вопросы. Как и почему главный теоретик советского термоядерного оружия превратился в защитника прав человека? Была ли водородная бомба создана отечественными физиками самостоятельно или при помощи разведки? Что общего между симметрией бабочки и асимметрией Вселенной? Как Сахаров смотрел на свою судьбу и что думал о соотношении научного мышления и религиозного чувства?
