Артем Оганов рассказал в ProScience Театре о настоящем и будущем своей науки

Кристаллограф Артем Оганов напомнил зрителям новогоднего вечера в ProScience Театре, что 2014 год по решению ООН станет годом кристаллографии, в ознаменование столетия с открытия рентгеноструктурного анализа отцом и сыном Брэггами.

Буквально за последние годы в области кристаллографии и компьютерной химии были совершены многочисленные прорывы в попытках предсказать структуру вещества, создать вещества с нужными характеристиками, рассчитав их строение при помощи компьютерных алгоритмов. Теперь, изучая структуру вещества, ученые обращают внимание не только на мир «неживого». Например, стали понятными на химическом уровне причины болезней, вызываемых асбестовой пылью. Компьютерный расчет, определяющий структуру вещества, помогает создавать новые лекарства.

В дальнейшем движении от неживого к живому Артем Оганов видит один из важнейших путей развития своей науки. Также Артем Оганов ожидает, что ученые смогут лучше объяснять и предсказывать структуру и свойства веществ, находящихся в экстремальном состоянии, например, при сверхвысоком давлении. Подобные знания помогут не только лучше понять строение Земли или других планет. Эта область ворвется в индустрию, и крупные химические компании начнут заниматься компьютерным дизайном новых материалов. Эти новые, необычные вещества будут применяться и в фармакологии.

Замгендиректора НИИ прикладной химии расстреляли в Подмосковье

В подмосковном Сергиевом Посаде неизвестный расстрелял заместителя генерального директора ФГУП «НИИ прикладной химии», являющегося частью группы «Ростехнологии», передает «Интерфакс»со ссылкой на источник в правоохранительных органах.

По его данным, убийство было совершено в четверг около 23:00. Как сообщили очевидцы, неизветный расстрелял мужчину и скрылся с места преступления

Источник пояснил, что погибший был полковником полиции запаса, а в НИИ он отвечал за безопасность.

НИИ прикладной химии отвечает за разработки в сфере военной и гражданской пиротехники.

Графен, нанотрубки и все-все-все

Создание новых материалов – это путь, пожалуй, максимально быстрого применения последних достижений физики и химии в практической области. Современное материаловедение достигло уровня, на котором рассматривается связь строения веществ на атомном и молекулярном масштабе с их свойствами в макромире. В течение года мы неоднократно рассказывали о разработанных учеными новых материалах в новостях и обзорах ProScience, в лекциях Полит.ру, однако всегда есть исследования, которые еще не были упомянуты. О некоторых из них мы хотим рассказать в конце года.

Много новых материалов, разработанных в 2013 году, связаны с использованием графена, точнее с сочетанием этой формы углерода с другими веществами. Ученые из Массачусетского технологического института, как сообщает их статьяв Science, получили графеновый полупроводник, нанеся слой графена на подложку из нитрида бора. При этом свойства графена изменяются в зависимости от того, под каким углом пересекаются его кристаллическая решетка и кристаллическая решетка нитрида бора. Другой коллектив исследователей сумел обосновать использованиеграфена в качестве основы электродов в аккумуляторах. Согласно расчетам, литиевый аккумулятор с электродами из бора, нанесенного на графеновую основу, будет иметь емкость более 7,6 мегаджоулей на килограмм (примерно в пять раз больше современных).

Большая перспектива у технологии, опробованной испанскими исследователями. Ученые из Мадридского института передовых исследований в нанонауке (Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia), Мадридского университета Комплутенсе (Universidad Complutense de Madrid) и Мадридского автономного университета (Universidad Autónoma de Madrid) попробовали нанести на графен тетроциано-пара-хинодиметан (TCNQ), графеновый слой при этом располагался на подложке из рубидия. TCNQ – это вещество с формулой (NC)2CC6H4C(CN)2. Оказалось, что при нанесении на графен оно приобретает магнитный момент: его молекулы располагаются зонами с одинаковой ориентацией спинов. Это явление в будущем можно будет использовать при создании электронных устройств, в которых для кодирования информации будет использоваться не только заряд, но и спин частиц (так называемая спинтроника). Эта технология позволит значительно улучшить устрйоства хранения и передачи информации. Статья испанских ученых была опубликованау Nature Physics.

В Китае создан аэрогель графена– самое легкое твердое вещество, в семь раз легче воздуха. Прошлый рекорд легкости твердых веществ принадлежал аэрографиту, плотность которого 0,18 миллиграмма на кубический сантиметр. Плотность аэрогеля графена 0,16 мг на кубический сантиметр. Он настолько легок, что один его кубический сантиметр может лежать на тычинках цветка или пухе одуванчика. Новый материал способен восстанавливаться после сжатия почти на 90%. Перспективная область его применения – ликвидация разливов нефти в океане. Аэрогель графена способен впитать нефть массой в 900 раз больше собственной. Скорость впитывания 68,8 граммов в секунду. Также его можно использовать как изоляционный материал и в качестве электрода в ионисторах.

Другая перспективная область – использование углеродных нанотрубок. Исследователи из Университета Уильяма Райса (Хьюстон, США) совместно с коллегами из Израиля и Нидерландов смоглив этом году заплести нанотрубки в волокно. Получившиеся нити сочетают в себе высокую прочность и гибкость с высокой электропроводностью, сравнимой с электропроводностью меди. Они найдут применение в электронике и технологии передачи электроэнергии на большие расстояния.

Журнал Nature Nanotechnologyрассказало разработанном учеными из Университета штата Мичиган и Института фотонных исследований в Барселоне (ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques) методе определения слабых колебаний электростатического поля при помощи углеродных нанотрубок. Этот метод основан на колебаниях нанотрубок в электрическом поле. Как сказал один из авторов исследования, силы, отражающиеся в этих колебаниях столь малы, что их можно сравнить «с гравитационным притяжением двух людей, находящихся на расстоянии 4,5 тысячи километров». Новая технология сможет регистрировать изменение спина отдельного электрона. Это сделает возможным значительное увеличение точности магнитно-резонансной томографии.

Весьма интересны и перспективны свойства станена– материала, аналогичного по строению графену, но состоящего не из атомов углерода, а из атомов олова. Группа исследователейпод руководством профессора Шоучэн Чжана в Стенфордском университете занимается исследованием топологических изоляторов– материалов, поверхность которых электропроводна, а остальная часть представляет собой диэлектрик. В случае сверхтонкой пленки электропроводными оказываются края материала. Топологические изоляторы были предсказанытеоретически в 2005 году, а впервые синтезированыв 2008 (антимонид висмута). Ученые предполагают, что материал на основе станена с добавленными атомами фтора станет высокоэффективным топологическим изолятором. Предвидя блестящее будущее станена в качестве компонента микросхем, профессор Чжан даже предположил, что когда-нибудь кремниевую долину придется переименовать в Оловянную.

Несколько неожиданным оказалось появление в такой новейшей области физики конденсированных сред, как изучение топологических изоляторов, природного материала, тем не менее 2013 год принес и такой сюрприз. Найденный в старом руднике в Чехии, где когда-то добывали золото, минерал кавалюзит оказался наделенным свойствами топологического изолятора. Его описалав журнале Nano Letters группа немецких и швейцарских физиков во главе с Паскалем Герингом. Примерный состав этого минерала – Bi2(Te,Se)2(Se,S). При этом его качество оказалось выше, чем у полученных до сих пор синтетических изоляторов, так как он не содержит дефектов, приводящих к появлению областей проводимости внутри материала. Возможно, более выгодным будет добывать природный топологический изолятор, чем синтезировать искусственные.

Если упомянутый нами выше метод увеличения емкости литий-ионных аккумуляторов с использованием электродов из графена и бора пока находится на теоретической стадии, то другой способ, предложенный в Высшей технической школе Цюриха (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich), можно реализовать уже сейчас. Группа исследователей под руководством Максима Коваленкосмогла вырастить нанокристаллы олова и оксида олова размером от 9 до 23 нанометров с большой точностью. Нанокристаллы образуют подобие «губки», связывающей ионы лития и выпускающей их при разрядке аккумулятора. Один атом олова в нанокристалле способен связать до четырех ионов лития. Емкость аккумулятора, на аноде которого будут расположены эти нанокристаллы, увеличится в два раза по сравнению с существующими моделями. При этом емкость начальной зарядки отличаться не будет, но после многочисленных циклов зарядки и разрядки аккумулятора разница в емкости станет заметной.

Другая конструкция сверхмощных литиевых аккумуляторов представленаучеными из Университета Иллинойса. Они также получены благодаря наноматериалам: анод состоит из сплава олова и никеля, а катод из соли лития (LiMnO2). Трехмерная структура анода и катода напоминает микроскопические «гребенки» с пористыми зубцами. Она обеспечивает быстрое прохождение химических реакций. Всё это позволяет новым батареям как запасать много энергии, так и выделять ее в краткое время.

«Я пришел в науку благодаря научно-популярной книге»

Интервью о книгах с Артемом Огановым, Ph.D. в кристаллографии University College London, доктором наук (Habilitation) Швейцарского Федерального политехнического института в Цюрихе, профессором Университета штата Нью-Йорк, победителем конкурса мегагрантов и руководителем Лаборатории компьютерного дизайна материалов Московского физико-технического института. Беседовали Наталия Демина и Борис Долгин.

Помните ли вы, когда вы научились читать? Какой была первая книга?

Я не помню себя того возраста, поэтому должен основываться на свидетельстве моей мамы. Она говорит, что то ли в три года, то ли в четыре года я уже читал. Первую книгу тоже не помню, но уже в четыре года мне якобы случайно попалась научно-популярная книгу по химии (только совсем недавно я узнал, что это не было случайностью, а книгу мне подсунула мама, считавшая, что у меня есть склонность к науке). Названия той книги я тоже не помню – она была относительно тонкой, страниц 100-150, с синей обложкой.

На обложке и внутри книги было много картинок, как химические элементы взаимодействуют друг с другом. Каждый химический элемент – такой человечек, пузатый, кривоногий, лопоухий, лысенький или носатенький и так далее, и было изображено, как эти элементы друг с другом за ручку гуляют, как они друг друга купают, как один друг друга обижают. И мне эти картинки страшно понравились, и я стал эту книжку читать. И заинтересовался химией, с возраста где-то четырёх лет уже мечтал стать химиком.

Всю жизнь я думал, что эта книжка упала на меня, как яблоко на Ньютона – я любил рыться в книжных шкафах, и где-то там её откопал. Но пару лет назад мне моя мама открыла глаза, что она знала, в каком шкафу я буду лазить, и знала, что туда подложить.

А почему она чувствовала, что вам будет интересна именно химия, а не математика, не физика?

Моя мама – психолог. Она проводила своего рода эксперимент надо мной. Ей казалось, что у меня есть склонности к науке, она хотела это проверить, посмотреть, как я на что отреагирую. Она никогда не навязывала мне, чем мне заниматься, как мне выбрать мой путь, и решила посмотреть, как я отреагирую на хорошую научно-популярную книгу.

К слову, моему брату, который сейчас работает программистом, она подсунула книжки по кибернетике, и это определило и его жизненный путь. Вот такая у нас замечательная мама.

Уже в шесть лет я ходил в Политехнический музей, знал его весь наизусть. В семь лет я ходил в Политехнический музей на вечерние лекции по химии. В восемь лет ездил по вечерам в Менделеевский институт, там было очень интересно, но я тогда не мог писать достаточно быстро за лектором, и писала за меня моя мама. Она везла меня через всю Москву, и у нас не было метро, а потом еще и конспектировала, до сих пор у нас хранятся такие стопки тетрадок с этими конспектами.

Выписывали ли вы какие-то научно-популярные журналы?

Не выписывали – почему-то наша семья ни на что не подписывалась. Мы много чего читали, но журналы мы предпочитали покупать в киосках Союзпечати.

В том числе «Химию и жизнь»?

В том числе «Химию и жизнь». Моя мама бегала по всему району, искала свежие выпуски «Химии и жизни». Моя мама знала всех продавцов во всех киосках «Союзпечати», она всегда их просила отложить следующий номер, так что обычно он мне все-таки доставался и без подписки. Когда «Химия и жизнь» пишет о моих работах, мне это особенно приятно – все-таки журнал моего детства!

Вы много занимаетесь популяризацией науки, читаете лекции. А почему вы это делаете? Почему тратите на это время?

Мне это нравится. Популяризация науки – благородное занятие. Сам я пришел в науку благодаря научно-популярной книге. Если бы не научно-популярная книга, то я не знаю, чем бы я сейчас занимался. Все занятия хороши, но свое призвание в жизни я бы не нашел. Наверное, одна из главных целей научной популяризации состоит в том, чтобы на маленьких детей, которые склонны к научной деятельности, «упала» нужная книжка, как в свое время на меня.

Какова была роль Геологической школы МГУ? Как вы вообще туда попали?

Роль Геошколы была огромной. С возраста четырёх лет я мечтал быть химиком. Потом лет в одиннадцать я впервые увидел у одноклассника дома коллекцию минералов, мне это страшно понравилось. Я пошел в Минералогический музей, стал туда ходить буквально каждый день. Много книжек прочитал, заставлял свою бедную маму покупать эти книжки, и решил стать минералогом. Когда мне исполнилось лет двенадцать, я узнал, что при МГУ есть Геошкола.

Как об этом узнали?

Не помню – от каких-то знакомых.

Сарафанное радио.

Что-то такое. Я пошел в Геошколу при МГУ, и для меня это было огромным опытом как в образовательном плане, потому что по вечерам нам читали лекции про минералы, проводили практические занятия, как их определять, нам давали основы и классической геологии и даже палеонтологии. Так что в образовательном плане это было очень интересно, до сих пор этот опыт для меня очень важен.

Но еще более важным был жизненный опыт. Ведь тогда в двенадцать лет я был таким комнатным растением: сидел со своими книжками, презирал занятия спортом, презирал всё это сельское хозяйство, копание в земле. У нас никогда не было дачи, я всегда думал, что умные люди сидят с книжками, а в земле копаются те, кому Бог мозгов не дал. И тут для меня открылась красота природы, и я понял, как много в жизни я не видел.

Мы с ребятами стали ездить на выходные в Подмосковье, Новгородскую область. Дальше больше: Карелия, Кольский полуостров, Урал, Приазовье, Северный Кавказ. Мы облазили практически всю европейскую часть тогдашнего Советского Союза. Это было потрясающим опытом.

Я понял, что такое терпеть лишения, когда вы в палатке фактически спите на земле, когда у вас барабанит дождь три дня подряд, и вы не знаете, что делать, вас заливает грязью. Когда вы сами готовите еду в котелке, а не мама вам готовит. Понял, что такое дружеское плечо. Понял, как здорово, когда компания собирается у костра. Понял, как этот костер разжигается. И когда компания собирается у костра, и человек, который ещё вчера читал лекцию, сегодня поет под гитару. Я понял, что такое сжать зубы, не сдаваться и идти дальше. Не вопить, не нудить, а ведь очень хотелось…

Понимаете, когда у двенадцати-тринадцатилетнего парня рюкзак нагружен по самое не могу минералами, кирпичами, сгибаешься до земли, а надо идти 30 километров. Ну, плакать хочется. Можно, конечно, выкинуть минералы, но только тогда зачем шел в поход? И приучаешься сжать зубы, не жаловаться и идти дальше.

Мужское воспитание.

Это было очень важно. Особенно важно, потому что мои родители расстались, когда мне было двенадцать лет, и фактически нас воспитывала мама, меня и брата. Брат от природы такой мужик, такой богатырь под два метра, такой большой. А я всегда был тощим и слабым. И для меня эта школа была необыкновенно важна. Мне бы хотелось, чтобы мои дети тоже через неё прошли. Геошкола дала мне и физическое воспитание, и к выпуску я стал лучшим спортсменом школы.

Видите ли вы себя автором научно-популярной книги?

Почему бы нет. На самом деле мне предлагали написать такую книжку. Конечно, особо времени нет её писать, но я про себя подумал, что, может быть, время от времени, буду по воскресеньям писать что-то для души, там, глядишь, за год что-то и накопится.

Вы много бываете в США, бываете в Китае, в России. Как вы оцениваете ситуацию с научной популяризацией в этих странах?

В Китае, хотя я там провел почти год своей жизни, честно говоря, не знаю как с популяризацией науки по простой причине, что я не понимаю китайского языка. Я вижу какой-нибудь журнал, но я понятия не имею о чем он. Да и, честно говоря, в Китае я видел в основном не журналы, а газеты. Но в Китае сейчас очень сильная наука, высоки интерес к науке и ее поддержка, но вот на счет популяризации мне нечего сказать.

А не было такого, что вас там приглашали куда-нибудь выступить не перед студентами, это понятно, не перед научным сообществом, а перед школьниками, обычной публикой?

Научно-популярные лекции я читал в разных странах: читал во Франции, в США многократно. Был интересный опыт чтения лекций швейцарским политикам, представляете, пришли депутаты какой-нибудь аграрно-лесотехнический партии, они сидят в аудитории, а я им рассказываю про поведение вещества в ядрах планет. Опыт крайне интересный. В Китае я много читал лекций, но не научно-популярных.

В США с научно-популярной деятельностью дела обстоят достаточно хорошо. Во-первых, считается, что если ученый высокого калибра, то он просто должен популяризировать свою науку. Университет, когда выходит какая-то сильная работа сотрудников университета, пишет пресс-релиз. Пресс-релиз мгновенно отправляется научным репортерам всех ведущих изданий. Если им это интересно, они пишут дополнительные материалы.

Сейчас, кстати, такая схема апробируется МГУ и «Газетой.ру», это первый опыт. У нас на днях выходит пресс-релиз, сделанный таким вот образом, но это будет не первый, а второй. Насколько мне известно, первый пресс-релиз вышел буквально пару дней назад. Эта традиция пресс-релизов очень сильна в США и очень нужна здесь.

Кроме того, в США есть замечательные научно-популярные журналы: «Scientific American», «New Scientist». Ведущие научные журналы как «Nature» и «Science» тоже популяризируют науку. Например, «Nature» ещё лет 10 назад начал публиковать подкасты о текущих прорывах, которые публикуются в журнале, с ученым проводится аудио-интервью, и это интервью транслируется по радио. У «Science» есть замечательная новостная лента, которую делают профессиональные журналисты на основе того, что публикуется в журнале. Более того, эти журналы делают довольно благородное дело: они рассказывают даже и о том, что публикуется в конкурирующем журнале. «Science», например, может совершенно спокойно рассказать о последних прорывах, опубликованных в «Nature».

В нашем университете, как я думаю и в любом уважающем себя университете, есть замечательная традиция научно-популярных лекций – каждую неделю проводятся Science Open Nights: Physics Open Night, Chemistry Open Night, Biology Open Night, Astronomy Open Night….

А пускают ли людей извне университета?

Конечно, пускают! У нас нет пропускной системы, в отличие от российских университетов. Сегодня я своего гостя, профессора из Швейцарии, не смог пропустить на Физтех, потому что у входа сидела бабушка-вахтерша и сказала: «А первый отдел не пускает», а в первом отделе мне сказали, что он представляет угрозу безопасности – я не понял, где я вообще нахожусь, и с трудом удержался, чтобы не нагрубить.

На лекции в наш университет в США приходят все желающие, обычная публика. Наш университет находится в посёлке Стони-Брук на северном побережье Лонг-Айленда, и, несмотря на это, на такие лекции легко приходит по 300 человек. Огромная аудитория забита битком, приходят бабушки, дедушки, школьники. Эта традиция мне очень нравится.

Мне кажется, что люди приходят из искреннего интереса к науке. Люди созданы любопытными, любознательными существами, интерес к познанию есть у любого, не только у ученого. И хорошо, если это любопытство покрывается за счет толковой научной популяризации, а не за счет мыльных опер. Хотя должен сказать, что мыльные оперы и надо мной одержали верх – я пристрастился к сериалу «Великолепный век» про Сулеймана Великолепного. Ничего не могу с собой поделать – и на старуху бывает проруха.

Может быть, это тоже такая форма популяризации истории?

Да, популяризация истории. Правда, они там ее сильно перевирают…

Вот это проблема!

Да, там даже испанская королева мечтает попасть в гарем к Сулейману.

Успеваете ли вы что-то читать из нон-фикшн? Что порекомендуете? В последние два-три года что-нибудь привлекло ваше внимание?

Я очень люблю научпоп и историю. Люблю читать книжки по областям науки, которые мало или совсем не пересекаются с моей. Например, сейчас мне очень интересно читать про физиологию, медицину и биологию.

Недавно я с огромным удовольствием, например, прочитал книжку про рак. Автор – какой-то американец с вполне «онкологической» фамилией Сомпайрак (Lauren Sompayrac). Книжка «Что такое рак?» (How Cancer Works) оказалась очень интересной.

Она издана по-английски?

По-русски, переведена пару лет назад. Я очень люблю читать историю. История у меня идет циклами. Так два года подряд я читал взахлеб вообще всё, что попадалось про Китай. Китайцы мне постоянно говорят – но они мне льстят – что я знаю их историю лучше, чем они сами.

Потом я взахлеб читал книги про Византию, прочитал целую полку книг. Сейчас у меня начинается новая любовь – персидская история. Но беда – про персидскую историю я что-то ничего нормального пока не нашел. Сейчас я читаю книжку одного оксфордского профессора 20-х годов, которая в 20-е годы – т.е. до Гитлера – излагает арийскую теорию.

Ну, Гитлер то базировался на популярной теории своего времени.

Честно говоря, я был уверен, что он её придумал!

Нет, он вообще ничего не придумал.

Теория совершенно бредовая, я думаю, нормальный человек её не произведет.

Нужна хорошая фантазия, чтобы её придумать.

Оксфордский профессор-британец говорит про то, что вся история человечества есть борьба семитов и арийцев, в которой арийцы одерживают полную победу.

В Британии этот фашистский посыл был вполне популярен в свое время.

До Гитлера, в 22-ом году книжка издана.

Последний вопрос: что вы думаете о будущем книги? Пофантазируйте, что будет с книгой через 50 лет, на ваш взгляд? Бумажная, электронная, какая-то другая?

Я не знаю, мне страшно себе представить, но, может быть, книги будут как-то иньектироваться в нервную систему или в кровь.

Человека превратится в киборга?

Вроде того. Шприц с «Войной и миром»: сделал инъекцию и – ах, Наташа Ростова на балу! Страшновато представить.

Еще недавно у меня возникла идея. Люди с разным акцентом по-разному произносят одно и тоже слово, мы по-разному прочитываем одинаково написанное слово. Может быть, когда-нибудь люди станут насколько умными, что вместо букв и звуков будут писать спектры, однозначно задающие фонетику каждого слова.

Такая аналогия транскрипции. Скажите, вы читаете с экрана или на бумаге? Или и то и другое?

И то и другое. С экрана – когда путешествую. Когда не хочется таскать с собой много книг, поэтому я беру электронную книжку, в которой закачаны сотни книг. Когда я сижу дома, конечно, хочется в руках подержать бумажную книгу. Конечно, удовольствие от перелистывания хорошо изданной книги никто не отменял, хотя оно, к сожалению, уходит в прошлое.

А ваши коллеги по университету в США они читают в основном бумажные книги или электронные? Есть какие-то наблюдения в зависимости от возраста, от страны, откуда приехали? Есть какие-то закономерности?

Мне трудно сказать… Знаете, у меня есть такой принцип – не совать нос в чужие дела. Как работают другие люди, как работают коллеги, мне интересно только в одном смысле – есть ли что-то, что я могу у них перенять. Из общих соображений, думаю, что молодое поколение читает электронные носители, старое поколение, конечно, любит читать бумажные книги. А наше поколение где-то посерединке, и мы можем и так и этак.

А ваша мама перешла на электронные хотя бы частично или нет?

Мама хорошо умеет пользоваться компьютером, но у неё очень сильное предпочтение к бумажным книгам. Электронные книги она не любит.

Спасибо за интервью!

Предрасположенность к науке

10 января 2014 года исполняется 60 лет докт. физ.-мат. наук, академику РАН, профессору и проректору МГУ, председателю Совета по науке при Министерстве образования и науки Алексею Ремовичу Хохлову. О его жизни и работе в науке с ним поговорила Наталия Демина.

Ваш отец был ректором МГУ и крупным ученым. Можно ли сказать, что вы стали ученым благодаря влиянию отца?

Да. Отец был крупным ученым, сделал свое имя в науке, потом стал ректором Московского университета (1973). Безусловно, я с детства рос в научной семье. Мой дедушка со стороны матери, Михаил Михайлович Дубинин, тоже был академиком, специалистом в области физической химии, адсорбции. Отец работал в области оптики, лазерной физики, радиофизики и акустики. Поэтому атмосфера в семье, конечно, повлияла на выбор жизненного пути.

В семье говорили о науке? Круг общения вашей семьи составляли ученые?

Да. Мы жили вместе с бабушкой и дедушкой, родителями отца. Когда я был маленький, они тоже преподавали. Бабушка работала на физфаке МГУ, дедушка в Московском энергетическом институте. Да, конечно, в семье были разговоры про науку, но в то время я их особо не понимал. Помню, что к нам в гости приходили Нобелевские лауреаты.

А кто именно?

Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс (Charles Hard Townes) – те, кто незадолго до этого, в 1964 году получили Нобелевскую премиюза работы в области квантовой электроники, за изобретение лазеров. Я помню, что здоровался с ними, о чем-то разговаривал.

И если говорить о влиянии родителей, то оно заключалось в том, что они несколько раз направляли меня в правильную сторону. Первые 7 классов я проучился в школе имени Ромена Роллана, гуманитарной школе с обучением ряда предметов на французском языке. Когда у нас началась физика, родители меня что-то спросили по физике и поняли, что дела плохи, и что мне нужно переходить в другую школу. Я начал ходить сначала в вечернюю физико-математическую школу, а потом сдал экзамены и поступил во «Вторую школу». В течение трех лет я ездил туда с Проспекта мира.

Далеко.

Далеко. Каждое утро туда и обратно через всю Москву.

Вам было тяжело поначалу учиться во «Второй школе»? Там же наверняка учились дети-гении, дети-вундеркинды.

Понимаете, дело ведь не только в генетической предрасположенности и способностях, а в подготовленности. У меня за плечами было семь классов чисто гуманитарной школы, где, скажем, физику у нас преподавала киномеханик после техникума. Поэтому подготовка была довольно слабой. В начале учебы во «Второй школе» в первой четверти у меня было три тройки: по физике, алгебре и геометрии. Потом уже одна тройка во второй четверти, потом я уже обрел необходимый уровень. Школу я закончил практически со всеми пятерками за исключением, кажется, сочинения. За сочинение я получил четверку.

А вы были олимпиадником? Получалось ли у вас хорошо решать олимпиадные задачки?

Да, в 10 классе я вполне втянулся в это дело. Я не был на международной олимпиаде, но я получал премии на московских олимпиадах по физике.

Вам нравилось решать задачки? Сидеть, думать, искать оригинальное решение?

Да, конечно. Определенная предрасположенность к науке, наверное, была, но помимо предрасположенности необходимо было ещё иметь и технику, знания. «Вторая школа» дала очень хорошую технику решения задач, фактически никаких проблем после этого не было с чисто математическими вещами.

А вы успели там поучиться до её разгрома?

Да, как раз когда мы закончили, в 1971 году, тем же летом Владимир Федорович Овчинников был освобожден от должности директора. Нельзя сказать, что после этого «Вторая школа» закончилась. Много хороших ученых вышли из «Второй школы» и после 1971 года. Может быть, там уже не было такого сплава обучения очень хорошей техники решения задач по физике и математике, и одновременно такого взгляда на социальные и гуманитарные дисциплины. Кстати, я помню, что помимо физики я занял даже первое место на городской олимпиаде по истории и обществоведению.

Можно ли сказать, что «Вторая школа» была как Лицей для Пушкина, я имею в виду, что давала какой-то оппозиционный взгляд на действительность?

Не то, чтобы оппозиционный, но нас приучали думать самостоятельно, не в рамках мейнстрима.

То, что вы потом всё-таки вступили в КПСС (1975) не входит в противоречие с тем, что вы были выпускником «Второй школы»? Казалось, что выпускник «Второй школы» не должен вступать в КПСС. Или я не права?

Нет, во-первых, на меня же было много разных влияний. Знаете, что дала школа? Умение мыслить критически. Оно развивалось в нас в ходе преподавания литературы, истории и обществоведения, но это не означает, что, например, со всем сказанным на уроках я соглашался. Как раз в этом критическая мысль и состоит: с чем-то соглашаешься, а с чем-то нет. Что касается вступления в КПСС, это была тогда достаточно обычная вещь. Люди, которые хотели что-то изменить, могли это сделать легче, будучи членами партии.

Это был своего рода Совет по науке, да? Такой способ инструментального воздействия на власть?

Я обычно старался стоять в стороне от чисто политических действий, но всегда пытался изменить жизнь вокруг в том, что касается моей профессиональной сферы. «Вторая школа» мне дала самостоятельность и критичность мышления, научила иметь свое мнение. Когда с перестройкой всё пришло в движение, я подумал, что нужно провести некоторые изменения в Московском университете. В 1990-91 годах я и несколько моих коллег предложили новую редакцию Устава МГУ, и в конечном итоге многие вещи были приняты.

Потом где-то в 1991 году я увидел, что всё идет совсем не так, как хотелось бы, и от этой около-политической деятельности отошел (кстати, из КПСС я вышел в январе 1991 года, а не после путча, как многие) и решил больше сосредоточиться на чисто научных вещах. Тем более тогда уже стало понятно, что в этом моя сильная сторона, именно здесь я могу проявить себя оптимальным образом.

А то, что вы сейчас всё-таки занялись научно-организационной детальностью, означает, что наука вас перестала полностью удовлетворять или вам кажется, что «если не я, то кто же»? Почему вы занялись общественной деятельностью?

Я занимался уставом МГУ, когда я видел, что что-то можно изменить. Потом я всё-таки увидел, что лучше больше времени уделять науке. Но научно-организационной деятельностью я занимался всегда. У меня всегда была определенная тяга к тому, чтобы в рамках своей сферы деятельности, что-то изменить. К тому же, к середине нулевых годов у меня накопился большой опыт наблюдения за тем, как устроена наука в других странах. Поэтому возникла потребность рассказать об этом и попытаться провести какие-то необходимые преобразования в России.

Вам кажется, что это дело небезнадежное?

Нет. Собственно говоря, исходно я принял решение, что всё-таки не уеду из России, что буду заниматься наукой здесь. В 1990-е годы, когда всё разваливалось, мне наоборот удалось создать очень работоспособный коллектив, который многое сделал в науке. Здесь даже речь идет не о моих личных достижениях, а о достижениях моих коллег. Двадцать три человека из тех, кто работает вместе со мной, состоят в «списках Штерна».

Классно. Это ваши ученики или просто коллеги?

В основном, ученики. Там есть люди, с которыми мы вместе работаем, но в основном ученики.

Расскажите, пожалуйста, об этом графике. Можно сказать, это библиометрический кейс академика Хохлова. У графика есть два горба.

Мой хирш-фактор в настоящее время равен 54. Соответственно, я взял 54 мои наиболее цитируемые статьи и посмотрел, как они распределяются по годам. Одновременно стрелочками на этой гистограмме указано время выхода моих основных книг. Моя первая статья вышла в 1976 году, когда мне было 22 года (А.Р. Хохлов окончил физфак МГУ в 1977 году - "Полит.ру"). Я довольно рано начал публиковаться в зарубежных журналах. Естественно, те статьи, которые публикуются в зарубежных журналах, имеют больший потенциал для цитирования.

А вы знаете английский, немецкий языки? Какие языки знаете?

Французский – мой первый иностранный язык. Я же всё-таки 7 лет проучился в школе с французским языком. Английский я как-то особо нигде не учил, а научился разговаривать в ходе работы. Свою первую самостоятельную статью я начал писать на 6-ом курсе, она вышла в 1977 году, когда я уже был в аспирантуре – кстати, в зарубежном научном журнале. Дальше я уже начал писать сам, мой научный руководитель академик Илья Михайлович Лифшиц давал мне полную свободу. Когда он увидел, что я уже достиг определенного уровня, он сказал: «Пишите, работайте, как считаете нужным».

Я защитил кандидатскую диссертацию в 1979 году, в 1980-м году ещё выходили статьи, которые я писал в аспирантуре. Из гистограммы видно, что к моменту окончания аспирантуры у меня уже было четыре статьи, которые впоследствии хорошо цитировались. В 1981 году было еще две таких статьи, в 82-ом – четыре статьи (в 1983 году А.Р. Хохлов защитил докторскую - "Полит.ру"). Всё это шло по нарастающей. Но где-то, по-моему, в 1982 году меня вызвали в серьезный кабинет и сказали: «Как же так, Алексей Ремович, вы публикуете статьи в иностранных журналах, а почему же вы не информируете советскую научную общественность о своих работах?». Хотя я публиковал статьи также и в российских журналах.

В те времена нужно было получать разрешение на публикацию статей на Западе, и мне в МГУ перестали давать такие разрешения. В российских журналах я публиковался, из гистограммы видно, что в этот период мне все же удалось опубликовать хорошие статьи на английском языке обходным путем через Академию наук, но в целом на Западе я уже не мог так много публиковаться.

Ввели искусственный запрет?

Во всяком случае, не хотели, чтобы я там публиковался, не знаю почему. Я думаю, что какие-то люди были недовольны слишком быстрым моим ростом, решили меня немножечко попридержать. По Высоцкому: «распяли, но не сильно». Вы понимаете, что после этого я крайне негативно отношусь ко всем высказываниям, что российским ученым нужно печататься преимущественно в российских журналах.

С начала 1987 года я перешел на должность профессора на кафедру общей физики МГУ. Стал преподавать общую физику и преподавал до конца 1992 года. Надо сказать, что чтение такого курса – очень сложная вещь. Я действительно подготовил все разделы общей физики, читал их, по-моему, достаточно хорошо.

Для первого курса или какого?

Для первого и второго курса, курс общей физики. Преподавание – это особая область, тут нужно всё время держать внимание аудитории. Тогда ещё микрофонов не было. Вы видите, что я покашливаю, потому что голос тогда приходилось постоянно форсировать. Но мне кажется, что читал я хорошо. Студенты обычно аплодировали после лекции.

А домашние задачи, семинарская работа была тоже за вами?

В эти годы нет. Семинары я много вел в первые годы моей работы (1979-1982), я был на кафедре квантовой теории, там мы отвечали за курс электродинамики. У меня было часов 12 в неделю.

А какой секрет, по-вашему, хорошей лекции, чтобы студент не заснул?

Надо всё чётко и ясно излагать, да и самому надо всё чётко понимать. После такого опыта в жизни я не боюсь никакой аудитории. Такая практика, безусловно, очень много мне дала. Возникла определенная уверенность в себе. Это опосредованно связано и с тем, что теперь я не боюсь говорить непопулярные вещи, в определенном смысле – это следствие уверенности в себе.

Возвращаясь к статьям, все эти годы я в основном выполнял предписание не публиковаться на Западе…

Уже, вроде, перестройка началась, уже не надо было ничего выполнять.

Есть же определенная инерция, кроме того, я втянулся во вкус «оповещать» российскую научную общественность. В эти годы очень активно работал семинар по теории полимеров, который был основан еще Ильей Михайловичем Лифшицем.

На физическом факультете я начал читать оригинальный курс «Статистическая физика макромолекул». Сначала он был издан в виде ротапринтного издания в МГУ в 1985 году, эта книга была очень востребована. Затем мы уже с А.Ю. Гросбергом написали две книги: «Статистическая физика макромолекул», вышедшая в издательстве «Наука», и написанная на более популярном уровне «Физика в мире полимеров», вышедшая в серии «Библиотечка «Квант».

Потом началась перестройка, которая затронула и МГУ. В какой-то момент я понял, что всё-таки многие вещи, которые я тогда сделал, неизвестны за границей, надо с ними активнее знакомить международную научную общественность. В Пущино, в 1991 году, незадолго до путча, я организовал международную конференцию в области науки о полимерах. Потом пошло: я стал опять публиковать свои научные результаты в зарубежных журналах.

International School - Seminar "Modern problems of physical chemistry of macromolecules". Международная конференция в Пущино (1991) с участием А.Р. Хохлова, Т.М. Бирштейн и других. Фото предоставлено С. Нечаевым.

Одновременно я организовал лабораторию, там начались экспериментальные исследования. Наша работа в этот период хорошо видна на рисунке, каждый год несколько из опубликованных статей неизменно оказывались в числе высокоцитируемых. Рекорд сразу в 7 таких статей приходится на 1996 год, эти работы были выполнены в 1995. Действительно, в те годы был расцвет нашей лаборатории. За счет того, что нас хорошо знали коллеги из других стран, нам удалось получить зарубежные гранты и быстро развиваться.

Где-то начиная с середины 1990-х годов, мы начали подключать компьютерные эксперименты. И сейчас мы очень много работаем в области компьютерного эксперимента, и мне кажется, что в этой области мы – одна из самых активных в мире групп. Причем возможности в этой области постоянно растут. Возможность проводить вычисления на суперкомпьютере «Ломоносов» довольно существенно нас продвинула вперед. В последние годы мы сделали несколько рекордных вычислений.

Иногда кажется, что этот суперкомпьютер в МГУ – лишь для красоты. Он действительно нужен для работы?

Нет, не для красоты. Многие вычисления, которые раньше приходилось считать месяцами, сейчас проводятся в течение одного дня. Это же очень важно для научной работы.

Но большая часть моих хорошо цитируемых статей – работы в области теории полимеров. Я занимался статистической физикой, и разными вопросами, связанными с теорией переходов макромолекул из развернутого в коллапсированное состояние, теорией заряженных макромолекул, полимерных гелей. Некоторые из этих работ опережали свое время – это видно по их цитированию: сначала некоторый период запаздывания, затем, через 5-10 лет – пик интереса, затем спадание, но довольно медленное.

Я думаю, что такой большой «период полураспада» связан с тем, что во многих статьях мы рассматривали фундаментальные аспекты. В 1981 году мы с моим аспирантом, Сашей Семеновым, он сейчас профессор в Страсбурге, написали две статьи про полимерные жидкие кристаллы. Мы впервые рассмотрели, как происходит жидкокристаллическое упорядочивание в цепях с частичной гибкостью. До этого нобелевским лауреатом Ларсом Онсагером было описано, как растворы жестких стержней переходят в жидкокристаллическое состояние, а мы выполнили фактически первые работы с учетом гибкости. Так что все ученые, которые занимаются жидкокристаллическим упорядочением растворов макромолекул с частичной гибкостью, так или иначе, цитируют наши работы.

Эти кристаллы нашли сейчас своё прикладное применение или нет?

Да. Через жидкокристаллическое состояние происходит формование волокон из жесткоцепных полимеров для создания высокопрочных материалов.

Мы продолжали теоретические работы, много сделали по теории полимерных гелей, цепи которых заряжены. Эти гели широко используются в качестве суперабсорбентов, например для изготовления подгузников. Они вбирают в себя много воды, потому что в объеме геля есть противоионы,. Противоионы не могут выйти из геля, потому что, выйдя, они оставят оголенными заряды, которые есть на цепях геля, это очень большая энергия. Так что противоионы стремятся занять максимально предоставленный им объем, за счет этого гель набухает, вмещает в себя много жидкости. Именно так устроены памперсы.

Ваши исследования поспособствовали тому, что появились хорошие памперсы?

Нет, это было еще до нас, все это было более-менее понятно и раньше. Мы рассматривали несколько более сложные системы – напрмер, как гели взаимодействуют с противоположно заряженными поверхностно-активными веществами (ПАВами). Тогда ПАВы могут заместить противоионы в геле, которые получают свободу выйти во внешний раствор. Но ПАВы, заходя, агрегируют. И агрегаты уже не оказывают распирающего давления, а противоионы вышли в раствор, произошел ионный обмен. И в результате гель коллапсирует. И вот этот процесс мы впервые достаточно подробно рассмотрели и теоретически, и экспериментально. На фундаментальном уровне, с учетом того, что в некоторых случаях и противоионы могут агрегировать. Поэтому теперь те, кто изучает этот комплекс вопросов, часто ссылаются на наши работы.

Описанное явление – это природное явление или его как-то искусственно создавали в лаборатории?

В обычной жизни этих агрегатов и ПАВов не бывает?

Нет, бывает. Это совершенно универсальные явления. В том то и дело, что наш подход к полимерным системам был общефизическим. Мы пытались найти те явления, которые универсальны, которые годятся для целого класса полимерных соединений. И именно эти явления пытались описывать. Все жесткоцепные полимеры образуют жидкокристаллическую фазу в растворах достаточно большой концентрации. Ионный обмен, разбухание заряженных гелей – это тоже универсальные явление. И они наблюдаются для всех набухающих в воде гелей независимо от химической природы цепей геля.

Как у вас вообще проснулась любовь к полимерам? Почему вы выбрали эту область как предмет изучения?

Это второй момент, который подсказал мне мой отец. Я был на третьем курсе, выбирал к какому научному руководителю идти. Отец сказал, что полимеры – это очень перспективная область на границе с биофизикой. И что Илья Михайлович Лифшиц как раз интересуется полимерами, посоветовал мне подойди к нему, попроситься в его группу.

Это брат Лифшица, который сотрудничал с Ландау?

Да, Илья Михайлович, академик. Он был выдающимся специалистом в области физики твердого тела, электронной теории металлов. В 1960-е годы он занимался неупорядоченными системами, по оценке многих ученых за ряд результатов в этой области он мог бы получить Нобелевскую премию. А где-то с конца 1960-х годов много внимания уделял полимерной тематике. Он сделал очень важные работы в этой области.

И мой отец сказал «иди к нему, я думаю, что это будет правильный выбор». И действительно это был очень верный совет. Вначале, как это было принято в школе Ландау, я сдавал теоретический минимум. После сдачи шести экзаменов И.М. Лифшиц сказал мне: «Хватит этим заниматься, давайте решать научные задачи». Он сформулировал ряд задач, которые я решил, еще, будучи студентом.

Вы – теоретик или экспериментатор?

Теоретик, тесно сотрудничающий с экспериментаторами. Я организовал лабораторию, и она для того времени была уникальна, потому что теоретик пытался в экспериментах проверить свои теоретические предсказания. Обычно бывает наоборот, главными являются экспериментаторы, они в основном на практику обращают больше внимание. А мы обращали внимание больше на физическую сторону явления. Может быть, поэтому у нас и получились хорошие результаты.

Ваша научная группа и сейчас существует? Многие ли уехали?

Кто-то остался, кто-то уехал. Много хороших ученых продолжают работать в Москве (на кафедре в МГУ и лаборатории ИНЭОСа, которые я тоже возглавляю). Я же говорил, 23 – в «списках Штерна».

С 2005 года только одна из Ваших работ вошла в top-54 по цитируемости. Это из-за административной нагрузки?

С 2008 года я стал проректором МГУ. Сказать, что это помогает в написании хороших статей, я не могу. Но с другой стороны, и в этот период получилось несколько работ, которые, как я уверен, со временем войдут в top. Я уже говорил, что занимаюсь фундаментальными вещами, поэтому мои статьи обычно цитируются достаточно равномерно и со «слабым затуханием».

Напомню, что это лишь самые цитируемые статьи – их 54. Ясно, что статье, опубликованной в 1978 году, при прочих равных условиях, проще набрать определенное число цитирований к 2013 году, чем недавней статье. На самом деле, эти наукометрические вещи могут довольно много рассказать о научной карьере ученого. И мне кажется, что на эти графики достаточно интересно смотреть.

Вот почему А.Р. Хохлов хорошо относится к наукометрии, потому что у него самого хорошо с цитируемостью и прочими количественными показателями.

При этом я ничего не знал про наукометрию еще 10 лет назад. То, что у меня хорошие показатели – это приятно, но само по себе это ни о чем не говорит. На самом деле, наукометрические показатели – это лишь инструмент для различных заключений.

Успехи в науке для вас – самое главное в жизни? То, что дает вам наибольшее удовлетворение, да?

Да, конечно, а что же еще?

Не знаю, может быть, какие-то должности…

Вот чего не хочу, так это должностей.

То есть это секрет, что вы хотите кем-то стать? Не считаете нужным об этом говорить?

Нет, если мне что-то надо, то я прямо говорю.

Часто слышу, что Хохлов хочет стать ректором МГУ, Хохлов хочет стать тем-то или тем-то.

Я могу сказать, что я никем не хочу стать, мне уже 60 лет. Такие разговоры о моих гипотетических карьерных планах – полная ерунда. Это говорят люди, которые не понимают, как тяжела административная ноша. Но я-то об этом хорошо знаю. Я вообще не понимаю, почему люди стремятся заниматься государственной службой.

У кого-то не получается работать в науке, а есть еще желание влиять.

Влиять лучше, как сейчас говорят, будучи в экспертном сообществе. Как раз будучи на государственной службе, у вас никакой свободы влияния нет. Конечно, если вы никто, то и влиять не будете. Но если у вас уже есть определенные заслуги в науке, то влиять гораздо проще.

А вы такой осторожный и дипломатичный были всегда? Или же постепенно выработали такое отношение к жизни? Бывает, что вы ругаетесь?

Нет, но вы же представитель СМИ… Как я могу ругаться?

А бывает, что в обыденной жизни вы ругаетесь, теряете самообладание?

Ну, ругаться я, конечно, иногда ругаюсь. Не матом, конечно, но про себя – могу и так.

А бывает, что вы хохочете? Умеете хохотать?

Всем кажется, что вы очень дисциплинированный, всегда себя держите под контролем. Это вам дается тяжело или вы такой по складу характера?

Ну, нет, это, конечно, пришло. Очень важным опытом было чтение курса общей физики для младшекурсников в МГУ, это очень способствовало самодисциплине. После этого всякие выступления перед начальством кажутся ерундой. Если вы умеете себя держать перед детьми, то вы умеете себя держать перед кем угодно.

Вы научились скрывать свои чувства даже в ущерб своей эмоциональности, открытости, да?

Вам автоматически приходится себя контролировать. Вы читаете лекции общей физики 2 раза в неделю в течение семестра. Сидят молодые люди, вы должны, во-первых, им быть интересны, во-вторых, им должно было все понятно, и в-третьих, вы должны излагать материал на достаточном хорошем уровне. Для этого нужно себя контролировать. Это определенная школа жизни. Иногда очень хорошие ученые, которые не имеют опыта чтения лекций, они в определенных случаях теряются…

А опыт руководства людьми?

Опыт административной деятельности также очень важен. Я уже больше 5 лет сталкиваюсь с этой деятельностью непосредственно, и многие вещи стал гораздо лучше понимать. Многие ученые, которые не сталкиваются с этим, не совсем правильно понимают ряд аспектов руководства наукой и образованием. И поэтому им кажется, что оптимальный путь поведения – чисто протестные действия.

Если бы они владели той информацией, которой владеете вы, то они бы стали вашими единомышленниками?

Ну, мне кажется, что да. Мне кажется, что к этому все придет. Потому что чистый протест не имеет перспективы. Хорошо, вы против реформы, но что дальше? Реформа произошла, а вы против. Представьте себе, что Правительство скажет: «Хорошо, давайте вернем все по-старому». Мы что этого хотим?

Но вам скажут, что нужно проводить реформы так, как это предлагали сами ученые.

Как? Большинство ученых предлагают всегда одно и то же: дайте нам больше денег, не сокращайте никого, чтоб у всех были зарплаты выше, чем на Западе и так далее, и все будут довольны. Во-первых, этого не будет, во-вторых, мне кажется, что эта ситуация без каких-либо изменений в организации науки приводила и будет приводить к загниванию.

Есть разные ученые. Я имею в виду активное меньшинство.

Но активное большинство, к сожалению, против. С другой стороны, надо помнить, что в научной сфере демократии не может быть.

Сейчас кажется, что будет не хуже?

Я не знаю. Я в данном случае считаю, что если оставаться в рамках чисто протестной деятельности, то лучше точно не будет. Нужно подключить мозги и попытаться направить реформу в правильное русло. Конфронтация ни к чему хорошему не приведет.

Бывая на каких-то мероприятиях в Минобрнауки, я вижу, как вы ведете себя. Там сидят чиновники, сотрудники министерства, и ученые. И вы постоянно стремитесь помогать чиновникам общаться с учеными. Почему вы выбрали именно эту роль медиатора, посредника? Потому что думаете, что все равно надо помогать взаимодействию чиновников и ученых?

Именно потому, что у меня слишком много информации. Я просто понимаю все происходящее лучше многих. Иногда ученые, которые совершенно не сталкивались с административной работой, не понимают некоторых вещей. А я понимаю все это немного лучше, и поэтому стараюсь быть медиатором, как вы говорите.

Ваше медиаторство часто вызывает критику: «Почему он не с нами? Почему он не отстаивает нашу позицию так же горячо как мы?»

А что толку горячо отстаивать?

Возможно, если и вы начнете ее отстаивать, чиновники подумают: «Ого, даже Хохлов!».

Вернуть ситуацию к тому, чтобы было все по-старому, как, может быть, хотел старый Президиум Российской академии наук – это сон разума.

А бывало такое, что вы теряли сон из-за научных мыслей? Не идет эксперимент, что-то не получается и вы не спите. Бывало такое?

В этом смысле я – человек дисциплинированный, привыкший к работе. И собственно еще со школы. Бывает, что задача не решается, но я не думаю, что правильно из-за этого не спать. Я привык к тому, что не всё получается.

А бывало, что вы не спали из-за того, что запоем читали интересную книжку, не могли остановиться.

Нет, вряд ли. Без самодисциплины невозможно жить.

Откуда она взялась? Это от родителей, генетически, или уже выработано потом?

Во-первых, конечно, есть генетический фактор.

А отец был такой же как вы? Похож на вас?

Он, безусловно, систематически работал.У меня этот навык выработался еще в школе. После того, как я начал учиться во «Второй школе», мы действительно были под жестким прессингом. Нужно было очень много работать. Все сейчас говорят про оппозиционные настроения во «Второй школе» и так далее. Но всё это было на втором плане. На первом плане, нужно было уметь решать задачи по физике, математике. Объем был большой, все в программу не влезало, мы иногда приезжали к так называемому нулевому уроку.

К 8 часам?

Да. Приезжаешь на нулевой урок, еще темно, и тебе дают так называемую «десятиминутку» по тригонометрии. За десять минут нужно было провести довольно сложные преобразования, на каждое преобразование по минуте. И потом преподаватель собирает листочки и ставит оценку. Нас учили тому, чтобы математические преобразования мы проводили автоматически, очень быстро.

То есть нарабатывали технику?

А это очень сложно, на самом деле. Может быть, вот так это всё и сложилось.

А бывало ли, что вы теряли голову, или вы все время держите себя к руках?

Наверное, бывало когда-то. Я стараюсь держать себя в руках, но, конечно, бывают ситуации…

Вы можете треснуть кулаком по столу?

Это я вполне могу.

Есть ли у Вас в жизни девиз?

Я бы не сказал, что у меня есть какое-то любимое высказывание. Я довольно хорошо знаю Пушкина, часто примеряю его строки к различным ситуациям в реальной жизни. В последнее время часто приходит на ум: «Иные, лучшие, мне дороги права; Иная, лучшая, потребна мне свобода: Зависеть от царя, зависеть от народа – Не все ли нам равно?».

И в этом же стихотворении сформулировано, то, в чем Пушкин видел «русское счастье»: «Для власти, для ливреи Не гнуть ни совести, ни помыслов, ни шеи. По прихоти своей скитаться здесь и там, дивясь божественным природы красотам, и пред созданьями искусств и творенья, трепеща радостно в восторгах умиленья». Мне не нужно дополнительного признания. Я стараюсь быть полезным здесь, в России, стараюсь высказывать свою точку зрения, не оглядываясь на то, является ли моя точка зрения общепринятой.

А вы понимаете, что можете быть в чем-то неправы?

Я не считаю, что всегда прав. И во многих случаях я делаю ошибки. И если не прав, это признаю.

Власти Западной Вирджинии объявили режим ЧС из-за утечки химикатов

В Западной Вирджинии в США объявлен режим чрезвычайной ситуации в связи с утечкой токсичных веществ в реку Элк, сообщает USA Todayсо ссылкой на губернатора штата Эрла Рэя Тумлина.

По данным санитарных служб, утечка 4-метилциклогексан-метанола произошла в четверг утром на предприятии Freedom Industries, базирующемся в городе Чарльстоне. На данный момент, причина авария не установлена, нет также данных о возможных пострадавших в результате инцидента.

В зону поражения вошли пять округов штата, на территории которых находятся не менее 100 тысяч домохозяйств. Администрация обратилась к жителям с просьбой не пользоваться водой из крана для питья, приема душа и стирки. Экстренные службы штата организовали пункты выдачи питьевой воды для граждан. В пострадавших округах закрыты школы.

Палитра вкуса

В трактате «О душе» Аристотель писал: «Виды вкусовых свойств, так же как и у цветов, – это, во-первых, простые противоположности – сладкого (γλυκὺ) и горького (πικρόν): во-вторых, примыкающие к ним: к сладкому – жирное (λιπαρόν), к горькому – соленое (ἁλμυρόν); в-третьих, промежуточные между ними – едкое (δριμὺ) и терпкое (αὐστηρὸν), вяжущее (στρυφνὸν) и острое (ὀξύ); примерно такими представляются различия вкусовых свойств». Со времен Аристотеля и до наших дней не утихали споры о количестве основных вкусов, подобных основным цветам, смешением которых вызывается всё разнообразие ощущений.

В древнем Китае всё любили раскладывать в соответствии с пятичленной моделью: пять стихий, пять цветов, пять злаков, пять звуков, пять запахов, пять добродетелей. Выделяли они и пять вкусов: сладкий, кислый, горький, острый и соленый. Острый в качестве одного из базовых вкусов выделяется и во многих других культурах.

Одну из классификаций вкуса предложил и Михаил Ломоносов. В 1752 году в труде Prodromus ad veram chymiam physicam («Введение в истинную физическую химию») они писал: «Главное из более отчетливых вкусовых ощущений такие: 1) вкус кислый (acidus), как в уксусе; 2) едкий (causticus), как в винном спирте; 3) сладкий (dulcis), как в меде; 4) горький (amarus), как в смоле; 5) соленый (salsus), как в соли; 6) острый (acutus), как в дикой редьке; 7) кисловатый (austerus), как в незрелых плодах». Правда, далее он делал оговорку: «Которые из них простые, которые сложные, можно объяснить не раньше, чем будет известна природа начал». Со временем в европейской культуре сложилось устойчивое представление о четырех основных вкусах: горьком, сладком, кислом и соленом.

Чтобы хотя бы попытаться разобраться с базовыми вкусами, надо договориться об определениях. Если мы говорим о цветах, то в реальности мы имеем дело с непрерывным спектром, который человек искусственно членит на области, соответствующие названиям цветов. Это членение зависит от культуры. Если в русском языке в ряду основных цветообозначений есть голубой и синий, то в английском им соответствует одно слово blue. Во многих языках есть одном базовое слово для тех областей спектра, которые мы называем синей и зеленой (например, японское aoi), другие языки “не различают” зеленый и желтый цвета (аккадское warḳu). Зато, например, в венгерском два цвета vörös и pirosсоответствуют русскому красному. В польском есть слова слова niebieskiи granatowy, обозначающие оттенки синего цвета, но их значения не совпадают с русскими словами голубойи синий.

Если набор базовых цветов – условность, зависящая от конкретной культуры, то что происходит с базовыми вкусами? В той же мере они условны или за их различиями стоит какой-то объективный фактор? Если говорить о наборе вкусовых прилагательных в языке, то да, они обусловлены лишь культурой. Но ученые не перестали искать набор базовых вкусов, определенный не языком и культурой, а физиологией вкусового восприятия.

Они решили считать вкусами лишь те ощущения, которые возникают при раздражении рецепторов, расположенных во вкусовых сосочках языка. Это вывело из базового набора острый вкус, ведь, как выяснилось, ощущение острого возникает у человека при помощи не вкусовых, а в куда большей степени обонятельных рецепторов. С. В. Рязанцев в книге «В мире запахов и звуков», говоря о восприятии острого вкуса, предлагал читателями проделать следующий опыт. Зажав нос, положить на язык кусочек лука, а потом кусочек яблока – вкус лука покажется таким же сладким, как и яблока. Автор данного текста произвел этот опыт на себе. Вкус лука действительно показался сладковатым, правда, яблоко было всё равно слаще.

Но вот с кайенским перцем такой трюк не пройдет. Его острота обеспечивается не только обонятельными рецепторами, но и рецепторами языка и слизистой оболочки рта, воспринимающими капсаицин (алкалоид, который делает перец острым). Но они расположены не во вкусовых сосочках, так что ощущение остроты перца физиолог не счел бы вкусовым в строгом смысле.

Вкус мяты или камфары физиологи также не стали включать в число базовых. Ментол действует не на вкусовые рецепторы, а на рецепторы, воспринимающие холод, заставляя их активизироваться даже в тепле. Именно этим объясняется чувство прохлады во рту от мятных конфеток. В данном случае опять-таки ощущение, которое человек называет вкусовым, формируется через невкусовые рецепторы.

Есть еще вяжущий вкус, тот самый, который Ломоносов называл «кисловатый, как в незрелых плодах». Он возникает при воздействии на слизистую оболочку рта высокой концентрации ионов водорода или из-за взаимодействия белков организма с веществами, которые содержатся в пище. Ощущение вкуса в данном случае формируется тактильными рецепторами.

Итак, на долю вкусовых рецепторов остались четыре вкуса: сладкий, горький, кислый и соленый. Долгое время этот набор считался базовым. Однако в 1908 году японских химик Кикунаэ Икеда заинтересовался вкусом супа «комбу даси» из водоросли комбу (один из видов ламинарии). Проведя ряд опытов Кикунаэ Икеда сумел выделить из водоросли в кристаллическом виде вещество, которое придает комбу характерный вкус, и определить химическую формулу этого вещества – C5H9NO4. Это глутаминовая кислота, одна из аминокислот, входящих в состав белков. На следующий год Кикунаэ Икеда основал компанию по производству пищевой добавки – усилителя вкуса «адзиномото», который представлял собой соль глутаминовой кислоты (глутамат натрия).

Со временем глутамат натрия стал популярной пищевой добавкой, используемой по всему миру. Сперва он получил распространение в Китае и соседних странах Восточной Азии. В Во время Второй мировой в армии США решили применять глутамат натрия для улучшения вкуса солдатских пайков. Благодаря этому глутамат натрия проник и в пищевую промышленность США.

Японский химик пришел к выводу, что вкус, который придает пище глутаминовая кислота, отличается от четырех базовых вкусов, выделяемых физиологией. Он придумал для нового вкуса название умами (旨味), образованное от слов умай‘вкусный, приятный на вкус’ и ми‘вкус, ощущение вкуса’.

Несколькими годами позднее было открыто еще одно вещество со вкусом умами – аденозинмонофосфат (АМФ). Его обнаружил Синтаро Кодама, ученик Икэды, обнаружил вещество со вкусом умами в кацуобуси– блюде из сущеного и копченого тунца. Родственное вещество гуанозинмонофосфат (ГМФ) придавало вкус умами грибам шиитаке. Наконец, уже в 1950-х годах Акира Кунинака открыл, что при смещении продуктов, содержащих глутамат, с теми, в которых содержится АМФ или ГМФ, ощущение вкуса умами значительно усиливается.

Типичные носители вкуса умами – это грибы, морепродукты, соевый и рыбный соус, некоторые твердые сыры, помидоры, грецкие орехи. Решающим доводом в пользу выделения умами в ранг базового вкуса стало наличие у человека специфических рецепторов, ответственных за его восприятие.

История открытия умами напоминает рассказ Сент-Экзюпери о турецком астрономе, который открыл астероид Маленького принца, но ему никто не поверил, поскольку он был одет в турецкий костюм. В Японии о вкусе умами говорили с начала XX века, но так как большинство публикаций о его исследовании было сделано на японском языке и в японских научных журналов, широкое признание умами как пятого вкуса по всему миру наступило лишь к концу столетия.

Этим летом было опубликовано интересное исследованиеяпонских ученых. Они описали случаи, когда пожилые пациенты теряли восприятие вкуса умами, при сохранении чувствительности к четырем остальным вкусам. Последствия этого были печальными: у людей пропадал аппетит, начиналась потеря веса, ухудшалось общее состояние здоровья. После терапии, когда чувствительность к умами восстанавливалась, негативные симптомы исчезали.

Итак, на данный момент известны пять основных вкусов: горький, сладкий, соленый, кислый и вкус умами. Предполагается, что их выделение имеет эволюционный смысл. Сладкий вкус указывает нам на пищу, богатую углеводами, умами – на белковую пищу. Благодаря ощущению соленого мы поддерживаем правильную концентрацию солей в организме, ведь если содержание солей в клетке будет ниже, чем в окружающей среде, то она погибнет от обезвоживания. Если в клетке концентрация соли будет слишком низкой, то туда наоборот начнется избыточный приток воды извне и клетка просто лопнет. Кислый и горький вкусы изначально предназначены для опознавания опасных веществ.

Возможно, список базовых вкусов не исчерпывается пятью. В 2005 году ученые сообщили, что крысы наделены особыми рецепторами для восприятия вкуса жира. Эту чувствительность обеспечиваетмембранный белок CD36.

Финалисты и лауреаты премии «Просветитель»-2013 выступят с лекциями в Москве

Историк и филолог Вера Мильчина во вторник, 4 февраля 2014 года, своей лекцией «Астольф де Кюстин и его книга “Россия в 1839 году”» откроет цикл лекций премии «Просветитель». Ее выступление состоится в Лектории Культурного центра «ЗИЛ»в 19:30. В феврале и марте в том же месте и в тот же час перед слушателями выступят и другие финалисты и лауреаты премии «Просветитель» сезона 2013 года. Об этом сообщает пресс-служба премии.

Вера Мильчина, финалист «Просветителя» за книгу «Париж в 1814-1848 годах. Повседневная жизнь», расскажет о французском писателе Астольфе де Кюстине и его книге про собственное путешествие в России в 1839 г. Эта книга была запрещена не только в царской России, но и советской, и только в 1996 г. вышел в свет полный перевод. Историк расскажет, почему перевод книги вышел только спустя полтора столетия, что такого написал вельможа о России.

Продолжит цикл лекций выступление биолога Дмитрия Жукова, лауреата премии 2013 года за книгу «Стой, кто ведет? Биология поведения человека и других зверей». 11 февраля в 19.30 он прочтет лекцию «Неконтролируемый стресс». Слово «стресс» мы слышим отовсюду постоянно и каждый день сталкиваемся с ним. Но знаем ли мы, что бороться нужно только с неконтролируемым стрессом? Можно ли справиться с этим чувством? Как вести себя в неконтролируемой ситуации? Как воспитывать детей, чтобы они умели выходить из стрессовых ситуаций победителями? Об этом расскажет Дмитрий Жуков на своей лекции.

Во вторник, 18 февраля 2014 года, историк Александр Васькин, финалист премии за книгу «Москва, спаленная пожаром. Первопрестольная в 1812 году», прочтет лекцию на тему «Московский Лермонтов. К 200-летию поэта». На лекции Александр Васькин расскажет о любимых московских адресах Лермонтова, составит своеобразный портрет поэта на фоне развернутой картины жизни Москвы первой половины XIX-го века. Начало лекции в 19.30.

25 февраля филолог и переводчик Виктор Сонькин, лауреат премии 2013 года за книгу «Здесь был Рим», прочтет лекцию на тему «Помпеи: гибель и возрождение римского города».1935 лет назад извержение Везувия стерло с лица земли несколько городов возле Неаполитанского залива. Почти семнадцать веков про них никто не вспоминал. Зато когда в XVIII веке эта тема стала сенсацией. Брюллов с картиной «Последний день Помпеи» и Булвер-Литтон с одноименным романом – сразу стали знаменитостями. Почему же традиционная дата извержения – 24 августа 79 г. н.э. – сегодня подвергается сомнению? Какие загадки хранит Помпея? На эти и другие вопросы ответит знаток античной истории и культуры Виктор Сонькин.

В марте с лекциями выступят: 11 марта – химик Петр Образцовс докладом «Новые эволюционные и генетические угрозы человечеству», 18 марта – историк Дмитрий Копелев – с лекцией на тему «Под флагом «Короля-Смерть»: загадка символики Веселого Роджера». Завершит цикл лекций выступление 25 марта астронома Александра Петрова тему «Гравитация: эволюция представлений о тяготении».

Напомним, что премия «Просветитель» была учреждена в 2008 году основателем и почетным президентом компании «Вымпелком» и основателем Фонда «Династия» Дмитрием Зиминым. Цель премии – привлечь внимание читателей к просветительскому жанру, а также создать предпосылки для расширения рынка научно-популярной литературы.

Вход на все лекции свободный. Предварительная регистрация не нужна. Лекции пройдут по адресу: Москва, ул. Восточная, д. 4, корп. 1. Ближайшая станция метро – Автозаводская, выход из последнего вагона из центра.

Молекулярные машины: что это такое и как их делать?

Мы публикуем стенограмму и видеозапись лекции доктора физико-математических наук, руководителя лаборатории Теории сложных систем Института химической физики им. Н.Н. Семенова Владика Аветисова, прочитанной в рамках цикла "Публичные лекции "Полит.ру"" 14 ноября 2013 г.

Добрый вечер, приятно всех вас видеть.

Лекция публичная, насколько я понимаю, а тема, в действительности, насыщена деталями, в которых часто и кроется смысл. Но говорить о них тут нет никакой возможности, поэтому я всю, так сказать, "строгую науку" уберу, и буду говорить только на смысловом языке.

О чем я буду говорить?

О том, что живая природа - это мир молекулярных машин. Это первое, о чем бы я хотел вам рассказать. Второе - о том, почему это так. Третье - о том, как можно делать искусственные молекулярные машины. Честно говоря, про то, как делать – это только чтобы показать, что любая теория, так или иначе, выходит на какое-то практическое приложение. Сами практические приложения меня сейчас заботят меньше всего, а вот почему то, что назвали молекулярными машинами, увидели именно в живой природе, и что это вообще такое - молекулярная машина, - вот об этом мне и хотелось бы, главным образом, поговорить.

Речь, как вы заметили, уже зашла о живой природе, живых системах, и мне нужен какой-то общий взгляд на эти системы, который позволил бы увидеть, где там то, что называют молекулярными машинами, и почему они там.

Давайте посмотрим на биологию как бы по вертикали, не останавливаясь на деталях. Но одну мысль все-таки высветим: что живая природа – это мир молекулярных машин. Это первый сюжет моей лекции (у меня их четыре).

Грегор Мендель, австрийский монах и по совместительству биолог, открыл законы наследственности, о которых знают все, как мне представляется, и которые говорили о том, что у наследственных признаков есть материальный носитель. Это самое важное, что нам сейчас нужно. Август Вейсман, немецкий биолог, немногим позже определил, что этот материальный носитель находится в ядре клетки. Томас Морган, американский биолог, уточнил, что этот носитель находится в хромосоме, в особой органической субстанции, которая расположена в ядре клетки. Нобелевская премия. Наконец, Джеймс Уотсон, американский биолог, и Фрэнсис Крик, английский биохимик, открыли тот самый носитель, который в хромосоме, которая в ядре клетки, и этим носителем оказалась гигантская молекула - ДНК. Тоже Нобелевская премия.

Что такое ДНК? Это две сложенные вместе полимерные нити с очень хорошо состыкованными звеньями, их называют «основания». И оказалось, что вся наследственная, генетическая информация заключена в том, как вот эти основания распределены по цепи ДНК.

Последовательность оснований вдоль цепи ДНК - это и есть то, что называется геномом, индивидуальной генетической программой организма. Выяснилось, помимо всего этого, что клетка - это очень сложная функциональная система. Здесь показаны не очень понятные картинки про клетку, которые призваны изобразить только одно – что это очень сложная система.

Тысячи взаимосвязанных превращений, которые определяют метаболизм клетки, ее жизнедеятельность, в том числе – и передачу наследственных признаков. И все это делается по генетической программе в ДНК.

Еще оказалось, что все процессы в клетке контролируются специальными макромолекулами, специальными структурами, которые исторически были названы ферментами или белками.

Это Джон Кендрю, английский биохимик, первым расшифровал пространственную структуру белка миоглобина. Тоже Нобелевская премия.

Вот так выглядит пространственная структура миоглобина, полимер, который уложен в спиральки. Миоглобин построен только из спиралек, но сама структура сложная. Вот это тот же миоглобин, но только в атомном представлении - видите, какая компактная структура! А вот это - сложная архитектура химических связей в структуре миоглобина.

Помимо миоглобина есть, конечно, и другие белки-ферменты, их много, тысячи, и, естественно, у них разные структуры.

Итак, у нас есть ДНК, у нас есть очень сложная структура взаимоотношений и взаимосвязей между различными превращениями в клетке, и все эти процессы и взаимоотношения контролируются очень специальными структурами, которые называют ферментами или белками.

Помимо всего этого, есть еще центральная догма биологии. Это тоже очень важно, сейчас мы это увидим. Центральная догма утверждает, что генотип определяет фенотип, то есть последовательность оснований в ДНК, генетическая программа, определяет весь организм.

Это тоже очень сложная схема – как все это происходит. И тут тоже много Нобелевских премий. Сначала делается, так сказать, рабочая копия нужного участка ДНК – она называется информационной РНК. Про РНК я ничего не сказал, но сейчас это и не так важно, считайте, что это копия фрагмента цепочки ДНК. Но то, что происходит потом – очень важно. Этот фрагмент ДНК отображается в совершенно другую макромолекулу – цепочку, собранную из аминокислотных остатков. Эта цепочка, в свою очередь, чудесным образом превращается в фермент, белок, который выполняет строго определенное действие в клетке. Вот так генетическая программа, записанная в ДНК, становится биологической функцией. Это отображение построено на своде специальных правил - генетическом коде, и центральная догма биологии утверждает, что передача информации всегда идет от ДНК к белку, и никогда наоборот. Но при этом, копии ДНК делают белки. Иначе говоря, в живой клетке нет информационного замыкания, но есть функциональное замыкание.

Откуда взялась первая ДНК вместе с копирующими ее белками не знает никто, но это очень важная вещь, функциональное замыкание - для всего того, как все устроено и работает в клетке. ДНК содержит те инструкции, по которым строятся белки, а белки строят саму ДНК. И многие структурные особенности ДНК, РНК и белков, помимо всего прочего, еще обусловлены и тем, что должно быть функциональное замыкание, то есть эти макромолекулы выбраны такими, чтобы обеспечить функциональное замыкание. Если кто-нибудь из вас встречал такое слово как "хиральность" - это право-левая асимметрия молекул, и слышал про биологическую гомохиральность – это тот факт, что молекула ДНК построена только из правых сахаров, а белковые молекулы - только из левых аминокислот, то вот эта самая гомохиральность нужна, главным образом, для функционального замыкания.

Ну, вот. Что же в этой картине называют молекулярными машинами? Молекулярными машинами тут называют ферменты, белки, потому что, контролируя любой процесс и любое превращение в клетке, они все делают так точно, что это напоминает нам, образно говоря, то, как работают роботы, машины.

Пока нам достаточно такой картины, очень размашистой, конечно, но более детальной пока не нужно. Вот в этом смысле, в смысле сложной функциональной организации клетки, и в смысле того, что там, в ней, в клетке, все процессы ведутся очень точно, и это делают белки, - вот в этом смысле клетку можно называть операциональной системой, построенной из молекулярных машин и производящей молекулярные машины.

Кстати, почему язык кибернетики так хорошо ложится на генетику? Программа, считывание информации - почему? Именно потому, что процессы, которые протекают в клетке, очень похожи на вычисления.

И вообще, чем отличается биохимия от химии? Говорят, что живое - это химия. В каком-то смысле - да, но это не совсем химия. Кто главное действующее лицо в химии? Число Авогадро (порядка 1024). Оно показывает, сколько попыток мы можем использовать, т. е. столько раз мы можем пробовать что-то сделать с атомами, если делаем это вполне случайно. Химия так и работает - вполне случайно. Если из миллиарда попыток одна удачная, считайте, что все хорошо, у вас пойдет реакция и выпадет нужный осадок.

А как работает биология? Она работает прямо наоборот. Там не больше одной ошибки на миллиард актов. Вот как работает биология! Она имеет дело с отдельным событием, а не с большим числом попыток, и она обязана использовать эту одну попытку, и сделать все точно. Вот в этом огромная разница между химией и биологией. Химия работает быстро, но неточно (быстро - потому что там все элементарные события происходят на временах порядка 10-13 секунды), а биология - медленно, но очень точно. Почему медленно? потому что один акт, элементарный, тот который, например, совершает белок, занимает время порядка секунды. Сравните: 10-13 секунды и 1 секунда, разница в 13 порядков, но и в точности примерно такое же отличие. Химия у нас существенно стохастическая, а биология - существенно алгоритмическая, все выглядит как вычисления.

Итак, что есть живая природа? В точки зрения классической биологии - это мир организмов, разнообразие которых определяется наследственностью, изменчивостью и естественным отбором.

А с точки зрения молекулярной биологии? Это мир операциональных систем химической природы, построенных на основе молекулярных машин и производящих молекулярные машины.

Как и всякое определение, оно не претендует на полноту. Это даже не определение, это в каком-то смысле точка зрения. Насколько хороша эта точка зрения или плоха, в действительности определяется только теми выводами, которые мы можем сделать, опираясь на эту точку зрения. Если они будут интересны, она хороша, если не будут интересы, она никому не нужна.

Почему в живой природе все построено на молекулярных машинах? Это тоже важно, и это мой следующий сюжет - "чтобы строить что-то сложное, нужно работать аккуратно". Вообще-то, все знают: чтобы сложить сложную конструкцию, нужно все делать очень аккуратно, но мы попробуем показать, что это прямо следует из одной фундаментальной физической модели, которая скажет нам, что значит "работать аккуратно".

Тут показана некоторая математика, но, давайте так - тот, кто умеет читать такие тексты, тот быстро их прочитает, и ему все станет ясно и без слов. А я буду рассказывать на пальцах.

Если живое - это множество последовательностей, а биологи, открыв ДНК, сказали, что живое - это последовательности, то давайте попробуем построить пространство последовательностей, пространство для живого, и сначала посмотрим, что это за пространство, какое оно - большое, маленькое, и как там можно жить, в этом пространстве.

Как его построить? На самом деле, не так сложно. Пусть у нас есть некоторая последовательность, собранная из двух букв, вот она. Пространство таких последовательностей я могу построить следующим образом. Я его представлю в виде многомерного куба, вершины которого – это конкретные последовательности, расположенные так, что каждая последовательность отличается от своего соседа только одним символом.

Например, вот это четырехмерный куб, в вершинах которого я расположил последовательности длиной 4, набранные из двух символов, цифр - 0 и 1. Каждая последовательность отличается от своего соседа только одним элементом, это видно: здесь 4 нуля, здесь три нуля и одна единица, и так далее. Такой многомерный куб называется пространством последовательностей. Давайте теперь посмотрим на размер этого куба для ДНК-последовательностей, сколько там вершин у куба. Алфавит - 4 буквы, А, Т, Г, Ц. Текст одной ДНК - миллиард букв, это примерно тысяча 400-страничных томов. Но вариантов таких текстов – а это и есть число вершин, т.е. размер всего пространства последовательностей, 4 в миллионной степени. Для того, чтобы вы ориентировались в таких гигантских числах, скажу, что число электронов во всей Вселенной - 10 в степени 130, а число молекул ДНК на Земле не больше, чем 10 в 40-й степени.

О чем это говорит? О том, что все живое во Вселенной, если, конечно, оно похоже на ту форму жизни, которую мы знаем, занимает исчезающе малую часть пространства ДНК- последовательностей. То есть, есть гигантское пространство ДНК-последовательностей, и в этом гигантском пространстве есть исчезающе маленькая область, в которой только и существует не только наша земная жизнь, но и вся жизнь, похожая на нашу, которая вообще может существовать в нашей Вселенной, - разумеется, если наша Вселенная действительно конечна.

Что делать с параллельными мирами, я пока не очень знаю, потому что - сколько их, бесконечное множество? Но если взять только нашу Вселенную, то какая бы жизнь, подобная земной, ни существовала в нашей Вселенной, она будет занимать только исчезающе малую часть пространства ДНК-последовательностей.

Но ДНК - гигантская молекула, миллиарды звеньев, а мы знаем, что в клетке есть РНК, они существенно меньше, а есть еще белки, они еще меньше, и может быть для них мы найдем что-то физически более разумное.

РНК – алфавит те же 4 буквы, но длина уже тысяча знаков, а не миллиард. Одна РНК - это всего полстраницы текста, правда, всевозможных текстов 10 в 600-й степени. Для сравнения у нас есть те же два масштаба - число РНК на Земле – это 10 в 40-й , и число электронов во Вселенной – это 10 в 130=й. И величина 10 в 600-й опять несопоставимо больше этих двух масштабов. Опять же, все живое заполняет исчезающе малую часть пространства РНК-последовательностей.

Остались белки, как раз, молекулярные машины. Тут 20 разных букв, но последовательности всего в пару сотен знаков. 200 знаков - это предложение, и не очень длинное. Но, увы, всевозможных текстов 10 в 230-й степени, и это опять слишком много.

Получается, что все главные игроки в биологии - ДНК, РНК и белки - живут в исчезающе малых областях пространств тех структур, которые, вообще говоря, химия может построить. В этом смысле любая из существующих молекул ДНК, РНК или белка является уникальной. Они, конечно, уникальны и в том смысле, что их тексты "осмысленные". Но это другой вопрос, является ли текст, записанный в ДНК, а значит и в РНК и в белках, случайной последовательностью букв? Нет, не является, это мы знаем, но дело не только в этом. Любой фиксированный ДНК-текст – это уникальный текст. Сборка ДНК, РНК или белка - это выбор одной определенной последовательности из огромного числа потенциально возможных альтернатив. Живое все время чувствует дыхание этого всепожирающего гигантского пространства последовательностей, в котором очень легко безвозвратно исчезнуть. Вот в этом смысле ДНК, РНК, и белки - это сложные молекулярные конструкции.

Все это, кстати, имеет прямое отношение к биологической, и тем более, к предбиологической эволюции. Но мы не будем сейчас на это отвлекаться, хотя это очень интересная тема, а попробуем оценить, когда мы там можем безвозвратно исчезнуть, в этом гигантском пространстве, а когда - нет. Я имею в виду сложные конструкции и аккуратность сборки. Аккуратность мы сейчас и попробуем оценить.

С какой точностью нужно собирать последовательность, чтобы ее собрать? Тут у меня есть слайд, демонстрирующий сборку с ошибками - вот ошибка, и это ошибка, и это.

Я тут собирал последовательность примерно по тем правилам, по которым собирают ДНК, и сделал 3 ошибки. Это очень важный вопрос - сколько ошибок можно делать, чтобы был шанс собрать нужную последовательность, и он прямо связан с тем, почему жизнь устроена на основе молекулярных машин. Нам надо тут понять, с какой точностью мы должны собирать последовательность, когда сталкиваемся с гигантским числом альтернатив. Чтобы получить такую оценку, нам, конечно, нужна какая-то математика, но опять же, я не буду особенно ею пользоваться, а просто выведу вас на одну фундаментальную физическую модель, которая, в действительности, вам хорошо известна, и вам можно будет просто опереться на интуицию.

Почему нам нужна именно фундаментальная модель? Потому что мы сейчас рассуждаем о живой природе вообще, и рискованно делать общие выводы, оставаясь в рамках каких-то конкретных моделей. Всегда можно сказать, что вы получили этот результат, потому что взяли эту модель с такими предположениями. Возьмите другую модель - и тогда вывод будет другой. И как быть? Лучше всего, конечно, использовать фундаментальную, т.е. самую общую модель. А в какой интерпретации эта фундаментальная модель используется, в биологической или физической, это неважно.

Я так и поступлю. Я начну с достаточно специальной модели сборки последовательностей, но сведу ее к фундаментальной физической модели, и вывод буду делать на основе этой фундаментальной модели. Это может быть тоже интересно.

Я начну вот с какой модели. Пусть у меня есть 2 разные буквы, здесь это L и D, а собирать я хочу последовательности, состоящие только из одной буквы, например, из буквы L, а буква D - это ошибка в такой последовательности. И еще, пусть по каждой собранной последовательности могут собираться такие же последовательности, но с ошибками. Поскольку у меня каждая последовательность размножается, то все это будет раздуваться, и просто взорвется. Это не очень хорошо, надо как ограничить рост всей системы, например, ограничить общую массу, т.е. общее число последовательностей. Поскольку это ограничение никак не связано с ошибками, оно для нас не сильное. Других предположений тут, на самом деле, и нет - кроме еще одного, что ошибки возникают чисто случайно, т.е. независимо друг от друга. Существует вероятность p, того что звено цепи будет выбрано правильно, и вероятность q = 1 - p, что звено будет неправильное, и, собственно, все. Зачем мне нужны p и q ? Для того чтобы ответить на наш вопрос: с какой точностью я должен собирать последовательность, чтобы не исчезнуть в гигантском пространстве последовательностей.

На самом деле, эту модель копирования со случайными ошибками можно представить как комбинацию точного копирования и случайного превращения последовательностей в другие последовательности. Это можно показать математически, для этого она тут и нужна. Здесь вот показана математическая конструкция, описывающая нашу модель.

Любая из последовательностей может дать точно такую же последовательность, а она, в свою очередь, может с какой-то вероятностью превратиться в любую другую последовательность. А случайное превращение последовательности в другую последовательность - это случайный прыжок в пространстве последовательностей.

Видите, у меня появилось пространство последовательностей, и ошибки свелись к случайным прыжкам в пространстве последовательностей. А это уже очень здорово, потому что я про пространство последовательностей-то знаю все, а случайные прыжки - это случайный процесс. О них я тоже знаю все, и теперь, вместо того, чтобы придумывать конкретные механизмы появления ошибок при копировании, я буду говорить о свойствах случайных процессов в пространствах последовательностей.

Итак, нашу модель мы свели к модели, которая комбинирует две вещи: источник (источник - это и есть производство последовательностей, их точное копирование) и диффузию (диффузия - это случайное расползание этих последовательностей по пространству последовательностей за счет случайных изменений, случайных скачков).

Диффузия в пространстве последовательностей происходит ровно так же, как обычная диффузия - капнули каплю чернил в воду, и эта капля начала расползаться. Вот так же расползается разнообразие последовательностей в пространстве последовательностей при случайных изменениях. Капля чернил - это разнообразие последовательностей: чем шире капля чернил, тем больше разных ошибочных последовательностей.

Вот это и есть фундаментальная модель. Модель источника с диффузией - это одна из фундаментальных моделей физики, и неважно теперь, с чего я ее получил. Я, конечно, не должен забывать об интерпретации модели, потому что я должен потом к биологии вернуться, но свойства этой модели не будут определяться тем, что это такое – случайные мутации в ДНК, или броуновское движение частичек чернила в воде, или что-то еще.

Так вот. Оказывается, у модели источника с диффузией есть два режима, оба простые. Если вероятность ошибки мала - что значит мала? – это значит, расползание медленное, диффузия слабенькая, - то тогда распределение, то есть "пятно" в пространстве последовательностей, остается локализованным возле нужной последовательности. Вы, конечно, будете иметь какие-то последовательности, которые отличаются от нужной вам последовательности, но эти все варианты будут находиться рядом в пространстве последовательностей. Это означает, что вы с достаточно хорошей вероятностью воспроизводите свою последовательность.

Другой режим – это когда вероятность ошибки большая, то есть диффузия сильная. Тогда распределение расплывается по всему пространству последовательностей.

Ответ, казалось бы, тривиальный. Понятно, что если диффузия сильная, а источник слабый, то все расплывется, - а если источник сильный, а диффузия слабая, то все, естественно, будет локализовано. Но нас же не это интересует. Нас интересует, что значит «вероятность ошибки мала». Это сколько? - вот что нас интересует.

Оказывается, ответ очень простой, и он, что очень важно, не зависит от механизма копирования: если последовательность достаточно длинная, то условие малости для вероятности ошибки означает просто одна ошибка на всю длину, и это связано с фундаментальными свойствами случайного блуждания в многомерном пространстве. А пространство последовательностей у нас многомерное, размерность его равна длине последовательностей, которые мы собираем, а они, как я уже сказал, достаточно длинные. Так вот, одно из фундаментальных свойств случайного блуждания в пространстве большой размерности заключается в том, что почти все траектории этого случайного блуждания невозвратные. Иначе говоря, если вы в многомерном пространстве случайно ушли от какого-то места на несколько шагов и дальше будете двигаться тоже случайным образом, то вы никогда не вернетесь обратно. Что это означает для сборки последовательностей? Это означает, что если число ошибок при сборке больше 1, по порядку величины, конечно, то вы никогда не сможете воспроизвести нужную последовательность.

Вот эта оценка - одна ошибка на всю длину – связана с фундаментальными свойствами случайных процессов в многомерных пространствах, и дело тут не в биологии, а в физике. Поэтому в клетке все делают молекулярные машины, все должно делаться с очень высокой точностью, не больше 1 ошибки, чтобы собрать сложную молекулярную конструкцию. Когда вы собираете белковую полимерную цепь по инструкции в ДНК, вы должны ее собрать с точностью не больше одной ошибки на всю цепь. Когда вы собираете ДНК, вы должны собирать ее так, чтобы было не больше 1 ошибки на всю ДНК, и так далее. Вот почему живое не может существовать без структур, которые обеспечивали бы такую точность всех этих операций, и вот эти-то структуры и называются молекулярными машинами. Их там, в клетке, много разных, практически все функционально активные белки - это молекулярные машины.

Теперь мы понимаем, что молекулярная машина – это структура, которая осуществляет точные операции с объектами атомного масштаба. У нас есть общий взгляд на то, что такое молекулярная машина. Он сложился из наших размышлений о живой природе вообще. Там обязательно должны быть структуры, которые способны осуществлять точные операции на атомном уровне. Например, чтобы собрать ДНК, надо взять определенное звено, и поставить его в определенное место в цепи. Или наоборот, вырезать из молекулярной структуры определенный фрагмент. Молекулярная машина - это своеобразный "нано-робот", который умеет точно работать с единичными атомами и молекулами.

Теперь давайте подумаем, что это вообще может быть такое.

Даже если мы больше ничего о нем, о "нано-роботе, не знаем, кроме того, что он должен точно работать с одиночными атомами и молекулами, то не трудно сообразить, что он должен быть замысловато устроен, потому что, с одной стороны, этот объект маленький, он нанометрового масштаба. Нанометр - это 10 атомов водорода. Если его размер, диаметр, скажем, 5 нанометров - то 50 атомов в диаметре. Упаковка может быть не максимально плотная, тогда это порядка, скажем нескольких тысяч атомов, ну, пусть 10000 атомов. Много это или нет? Как посмотреть. С одной стороны, это очень немного. 10000 атомов - это не макроскопическое твердое тело. Флуктуации самой структуры достаточно большие, порядка нескольких ангстрем. И это совсем не похоже на макроскопическую машину: у макро-машины, флуктуации структуры несопоставимы с масштабами, на которых она осуществляет свое действие.

И так, флуктуации у нано-машины большие, но при этом она должна работать с атомными объектами точно. Например, чтобы сделать правильную химическую связь между двумя атомами надо их позиционировать с точностью до десятой доли ангстрема. Что же получается? Флуктуации порядка нескольких ангстрем, а позиционировать атом нужно с точностью до десятой ангстрема. Это все равно, что трясущимися руками попасть ниткой в игольное ушко. И молекулярная машина должна делать это с одной попытки, то есть практически достоверно. Спрашивается, как она тогда должна быть устроена? Вот это и есть самый интересный вопрос.

Перейду теперь к моему третьему сюжету в лекции: "Чтобы работать аккуратно, надо работать медленно". Это очень важная, оказывается, вещь - какая из фундаментальных физических моделей стоит за всем этим. Если мы начнем обсуждать детали, то я вас просто перегружу, но одну мысль мне все-таки хочется донести.

Машина - это механика, она работает точно, но медленно. Молекулярные машины - это тоже как бы механика, но не совсем, потому что настоящей механики на наномасштабах нет, хотя молекулярные машины работают тоже точно и тоже медленно. Теперь вот хотелось бы понять, в каком смысле медленно. Я уже показывал, что белки действительно похожи на роботов, они работают как механические устройства. Чтобы понять, медленно работает белок, или нет, мне нужна математическая модель белка, из которой это стало бы видно. Такую модель построили следующим образом. Взяли реальную белковую молекулу и представили ее структуру в виде сети - набора узлов со связями. Узлы можно отождествлять с разными элементами структуры. Если у вас есть суперкомпьютер, то узлами могут быть атомы в рассматриваемой молекуле, а если суперкомпьютера нет, то можно взять описание погрубее, например, звено полимерной цепи считать узлом. Теперь, как задаются связи. Связи задаются тоже достаточно просто: считается, что если 2 узла, т.е. 2 элемента структуры, 2 атома или 2 звена, расположены в пространстве на расстоянии не больше некого радиуса обрезания (это уже, конечно, искусство - правильно подобрать радиус обрезания), то тогда считается, что связь есть, а если больше, то считается, что связи нет. Что еще? Считается, что все связи упругие, то есть они могут растягиваться и сжиматься, и растягиваются и сжимаются они как пружинки, по закону Гука. Это и вся модель.

Может показаться, что это все очень искусственно и к реальности отношения не имеет, но, на самом деле, это хорошая модель, потому что она физически правильная.

Что мы хотим теперь узнать с ее помощью? Мы хотим изучать движение всей структуры, всей сети, всей системы узлов. Различных типов движений у такой системы очень много, столько, сколько степеней свободы. Например, у белковой молекулы, состоящей из 10000 атомов, степеней свободы несколько десятков тысяч. Разобраться во всех этих движениях - задача непростая, поэтому я покажу только результат этих исследований.

Вот, например, белок миозин. Все говорят, что это молекулярная машина. А что показывает модель? Построили для миозина эластичную сеть, исследовали динамику, и выяснилось вот что: две самые медленные моды, то есть самые медленные движения миозиновой структуры, оторваны от всех остальных мод. Это первое. Есть большая, как мы говорим, спектральная щель между самыми медленными модами и всем остальным спектром мод. У разных белков таких "оторванных" мод немного, одна или две, но они есть всегда.

Я тут сразу хочу воспользоваться ассоциацией с двигателем, с поршнем и газом над поршнем в цилиндре. Двигатель - это машина, и у нее две системы: термодинамическая (газ над поршнем) и механическая (поршень в цилиндре). В термодинамической системе все движения атомов быстрые и флуктуации большие, а движения механической системы медленные, и флуктуации ничтожно маленькие. Так вот, в двигателе, в устройстве с двумя системами, термодинамической и механической, есть колоссальный разрыв между характерным временем движений атомов в термодинамической системе, в газе, и характерным временем движения механической конструкции, поршня. В макро-двигателе, это, как бы, вещь понятная, потому что обе системы макроскопические. Но белок – это ведь нано-объект. Тут нет макроскопических подсистем. Но на языке быстрых и медленных степеней свободы структуры, здесь предстает то же самая картина. У природной нано-машины, у белка, имеется большой разрыв между быстрыми степенями свободы, которых много, и самыми медленными степенями свободы, которых одна-две.

У белков - молекулярных машин, как выяснилось, особая динамика. Если посмотреть, как ведет себя белок миозин в многомерном динамическом пространстве движений миозиновой структуры, то ведет он себя вот как. После возмущения, он быстро релаксирует на некоторую плоскость (потому что у миозина две оторванные медленные моды), лежащую в этом многомерном динамическом пространстве, и дальше медленно смещается к равновесию по этой плоскости, не покидая ее. В таких случаях говорят, что есть низкомерное притягивающее многообразие. Но что это означает в реальности - движение в плоскости? Это просто движение достаточно крупных фрагментов миозина - одна-две самые медленные моды. А что такое быстрые моды? Быстрые движения? Это стохастические движения атомов миозина. Вы подогрели каким-либо образом какое-то место белковой молекулы, возбудили быстрые степени свободы, - и дальше это возбуждение перешло в медленное движение крупных фрагментов. Вот вам почти полная аналогия с газом и поршнем, с устройством, где тепловая энергия, или энергия быстрых движений, трансформируется в медленное механическое движение. Молекулярная машина тоже преобразует возмущение быстрых степеней свободы в квазимеханическое движение, движение определенных структурных субъединиц вдоль одной-двух самых медленных степеней свободы. Наша модель эластичной сети, узлов со связями, показывает, что биологические молекулярные машины, белки, в частности, работают так же, как и макроскопические машины.

Но не надо забывать, что белок, как молекулярная машина, отличается от обычной макро-машины тем, что там все сильно флуктуирует. Передача энергии от быстрых степеней свободы к медленным осуществляется на фоне больших флуктуаций самой структуры, а все операции, которые совершает белок с единичными атомами, даже с одним электроном, - это все должно происходить точно. Поэтому организация такой структуры, структуры молекулярной машины, должна быть очень специальной.

А можно сделать искусственный "нано-двигатель", т.е. молекулярную структуру, которая преобразует тепловую энергию в механическое движение?

Я перехожу к самой неинтересной для меня сейчас части, то есть на самом деле она очень интересная, потому что, посмотрите, прежде чем подойти к этому вопросу, нам пришлось о многом поговорить. Мы уже понимаем, почему в биологии, в живой клетке есть молекулярные машины, мы понимаем, что без молекулярных машин не может быть самой клетки, потому что там надо все делать очень точно. С другой стороны, мы понимаем, что для того, чтобы работать точно, надо работать медленно, и что молекулярные машины, которые есть в клетке, действительно работают медленно, и при этом работают точно.

А теперь хочется сделать то же самое. Ну, понятно, что можно использовать то, что природа уже сделала - методами генной инженерии и биотехнологий вы можете синтезировать определенные белки, даже попробовать сделать новые белки, используя для этого всю ту машинерию, которая есть в живой клетке. Но далеко от живой клетки вы уйти не сможете - от тех молекулярных машин, от тех видов молекулярных машин, которые делаются клеткой.

А вот если слово «искусственный» означает не такой как в клетке; не используя ничего, что есть в клетке, вот можно сделать молекулярную машину? Или нет? Оказывается, можно. Четвертый сюжет моей лекции – это рассказ как раз об этом.

Давайте возьмем обычную полимерную глобулу. Внешне она очень похожа на белковую глобулу, например, на миоглобин, который, как мы знаем, тоже молекулярная машина. Правда, структура у обычной полимерной глобулы не такая, как у миоглобина. В обычной глобуле полимерная нить уложена вполне случайным образом. Так вот, обычная полимерная глобула - это не молекулярная машина. Это модель эластичной сети показывает. В спектре релаксационных мод миоглобина медленные моды отделены от остальных, а в обычной глобуле такой щели нет. Мы знаем, что динамика у биологической молекулярной машины особенная, она быстро релаксирует на определенную плоскость или кривую, то есть на низкоразмерное многообразие, и то, что делает молекулярная машина, ее функция, осуществляется при движении на этом низкоразмерном многообразии. А у обычной полимерной глобулы это не так. Посмотрите, как выглядят ее динамические траектории - они притягиваются к разным точкам, разным аттракторам, и никакого низкоразмерного многообразия тут нет.

Конечно, случайные полимерные глобулы – это то, что сделать проще всего, но это не годится совсем.

А другие полимерные глобулы, необычные, бывают? Вот, оказывается, бывают – это, так называемые, фрактальные или складчатые глобулы. Здесь у вас на одной из лекций на «Полит.ру» Нечаев Сергей рассказывал про фрактальную глобулу.

Хитрость тут вот в чем. Обычная глобула перепутана, а фрактальная глобула уложена так, что там полимерная нить совсем не перепутана. Она уложена вот как - сначала в мелкую складочку, которая как целое уложена в складку большего масштаба - получается складочка в складке – ну, и так далее.

В результате, складка большого масштаба состоит из складок меньшего масштаба, каждая из них состоит из складок еще меньшего масштаба. Получается иерархия складок.

И если все время думать про молекулярные машины, то идея - передавать энергию с быстрых степеней свободы на медленные, используя иерархию масштабов – появляется почти сразу . Она у нас и появилась.

Правда, чтобы сделать фрактальную глобулу, нужно обмануть термодинамику, потому что все промежуточные складки неустойчивы, они не складываются, если ничего не предпринимать, а сливаются, и получается обычная перепутанная глобула. Чтобы сделать фрактальную глобулу, нужно запретить сливаться складкам по ходу складывания полимерной цепи в глобулу, вот что нужно сделать.

Для начала, можно придумать физическую модель такого процесса – мы такой процесс назвали иерархическим коллапсом полимерной цепи - когда звенья сначала укладываются в маленькие кластеры, из которых образуются кластеры побольше, из которых образуются еще бо'льшие кластеры – и, наконец, самый большой кластер. При этом, что очень важно, сами кластеры не сливаются, а представляют собой целостные структурные субъединицы.

Такой процесс можно смоделировать на компьютере. Получается вот такая структура.

И что, вот это - молекулярная машина? Оказывается, да. Идея иерархической укладки цепи, иерархически организованной структуры, у которой есть возможность каскадной передачи возбуждения от мелкомасштабых движений на крупномасштабные движения, вот эта идея оказалась действительно конструктивной.

Вот конкретный пример фрактальной глобулы. А вот это спектральная щель у движений этой структуры - медленная мода, здесь она одна, отделена от всех остальных. А вот динамические траектории фрактальной глобулы. Видно, что все траектории садятся на некоторую кривую в многомерном динамическом пространстве. Это и есть одномерное притягивающее многообразие. Иначе говоря, медленная динамика этой структуры, этой фрактальной глобулы, живет на одномерном многообразии.

Фактически, это нано-двигатель, который преобразует тепловую энергию в механическое движение. Он выглядит именно так. И функция его заключается в том, что он переводит энергию возмущения быстрых степеней свободы в медленное квазимеханическое движение.

Это, на самом деле, и все сегодня.

Что же мы узнали? Что живая природа - это мир молекулярных машин. Вторая мысль, которую я хотел донести, - чтобы собрать сложные молекулярные конструкции, нужно работать аккуратно, а чтобы работать аккуратно, нужно работать медленно. Наконец, третья мысль, что иерархия и самоподобие – вот то, что нужно, чтобы делать искусственные молекулярные машины.

В заключение я хочу представить наш замечательный коллектив. Это Сергей Нечаев, он не является сотрудником моей лаборатории, но я горжусь тем, что уже не один год работаю с этим замечательным физиком. Альберт Бикулов - это наш математик. Ольга Стетюхина, Ольга Вальба и Дмитрий Мешков - это мои аспиранты, и Виктор Иванов - один из лучших в компьютерном моделировании полимеров.

Иван Бессонов: Вопрос по последней части вашего рассказа - про фрактальные глобулы. Вот эта вот схема, когда происходит самоорганизация глобулы, которая пока еще не фрактальная, во фрактальную. Мне интересно, какие объекты за этим стоят, то есть, как это выглядит, что-то простейшее представить, может быть, например, чередование гидрофильных и гидрофобных участков в полимере - очевидным образом организуются. Но это же не какое-то специфическое свойство, это относится к любому вообще белку. Я что-то не так понял?

Владик Аветисов:Возьмем полипептидную цепь с произвольным, точнее, случайным чередованием гидрофильных и гидрофобных звеньев. Тогда возникает вопрос - получится ли фрактальная глобула, так? То есть, Вас интересует механизм?

Иван Бессонов: Да, вы описываете фрактальную глобулу как что-то особенное, а мне как-то вот кажется, что ничего особенного в ней нет, она по идее должна практически всегда получаться.

Владик Аветисов: Мы тоже так думали вначале. А когда смоделировали на компьютере фрактальную глобулу и увидели, что динамические свойства у нее как у молекулярной машины, то подумали: ну все, она у нас в руках, мы сейчас сделаем полномасштабное моделирование коллапса полимерной цепи молекулярной динамикой, и быстро определим, что сказать химикам, чтобы они синтезировали то, что нам надо. Не вышло: сливается все в одну большую складку, большую глобулу, неустойчивая граница между складками. Нам пока не удалось эту проблему решить для реальных физических условий, мы ее решаем пока только модельным способом.

В целом, проблема выглядит так: для того чтобы сложить нить во фрактальную глобулу, нужно на процесс укладки, процесс коллапса цепи, наложить иерархию топологических ограничений, чтобы получалась иерархия несливающихся складок. Это как бы общее требование. А как физически это реализовать? Пока не получается организовать иерархию топологических ограничений только из локальных межатомных взаимодействий. Я подозреваю, что это может и не получиться. Можно попробовать варьировать жесткость вдоль цепи, но у нас есть подозрение, что тогда последовательность фрагментов разной жесткости, которая нужна будет для создания иерархии топологических ограничений, вот эта последовательность, скорее всего, должна быть неслучайной. И тогда немедленно возникнет вопрос - а кто ее будет делать, такую последовательность? Какие-то молекулярные машины? И придется опять обращаться к биологии, к клетке, потому что клетка это все и делает. Она делает неслучайные последовательности, она контролирует сборку макромолекул и их укладку. Например, укладку ДНК в хромосоме. Большая группа белков управляет топологическими ограничениями, при которых ДНК укладывается во фрактальную глобулу. С белками такая же история. А вот сделать это без всего того, что есть в клетке, - вопрос открытый, но я, все-таки, думаю, не безнадежный.

Александр: Скажите, пожалуйста, вы не сказали, почему нужно медленно, это некий физический закон?

Владик Аветисов: Я действительно не пояснил, почему нужно делать медленно. Я могу сказать вот что. Во-первых, абсолютно ясного понимания, из какой фундаментальной модели это следует - что нужно делать медленно, чтобы делать точно - у нас пока нет. Но есть некоторые вполне разумные физические соображения, и эти соображения вот какие. Молекулярная машина должна работать в условиях, когда флуктуации структуры существенно больше, чем та точность, с которой она должна делать какую-то операцию. Это означает, что она должна как-то уменьшить влияние флуктуации, но заморозить их она не может, понизить температуру нельзя. Как быть? Оказывается, существует некий общий способ борьбы с флуктуациями - это долго ждать. Классический пример. Вам нужно увидеть очень слабый сигнал, который лежит под уровнем шума, то есть, если попробовать измерить этот сигнал, то амплитуда шума будет больше амплитуды сигнала, и сигнала не видно. Тогда делают хитрую вещь. Представьте, что у вас есть спектр, например, поглощения, как бы линейка, на которой в каком-то определенном месте стоит сигнал, а флуктуации при каждом измерении случайным образом меняются вдоль этой линейки. Так вот - мы промерили 1 раз этот спектр - и сигнал у нас сидит под шумом, мы его не видим. Проводим точно такое же измерение 2-й раз, 3-й раз, много раз - и все эти спектры складываем строго по линейке. Произойдет вот что - сигнал при каждом измерении расположен на линейке в одном и том же месте, и после сложения амплитуда в этом месте вырастет пропорционально числу измерений. А как вырастет амплитуда шума? Вот на этот счет есть фундаментальная теорема о сложении случайных величин, и она говорит о том, что амплитуда шума вдоль всей линейки будет расти как квадратный корень из числа измерений. Итак, амплитуда сигнала, который был под шумом, будет расти как число измерений, а амплитуда шума - как корень из числа измерений, в результате, отношение сигнал/шум будет расти как корень из числа измерений. Поэтому, если сигнал меньше шума, то надо измерить его много раз, и все измерения сложить без случайных сдвигов. Делание большого числа измерений - это и есть работать медленно. Нано-механика как раз позволяет много раз измерить и сложить результаты без сдвигов.

Константин Иванович: Спасибо за хорошую лекцию. Принципиальный вопрос, чисто математический: вы показывали там диффузию в многомерных пространствах, сказали, что если вероятность ошибки мала, то расплывание будет локализоваться в одну точку. А справа была картинка, где все это расходилось. Так вот, вся наша жизнь, та, которая построена, она зависит от этой картинки. То есть, можно ли доказать, и доказано ли это математически, что при диффузии с малой вероятностью все сходится в точку, потому что если не сходится, то вся жизнь у нас лопнет?

Владик Аветисов: Вопрос хороший, но у меня возникло подозрение, что я как-то не на всем здесь сфокусировал ваше внимание. Не надо забывать, что речь идет о диффузии и источнике, там есть источник, а диффузия распространяет то, что выходит из источника, по пространству последовательностей. В этом смысле, если источник действует постоянно, а диффузия не очень сильная, то в этом месте вы будете иметь все время темное пятно; а если источник слабый, а диффузия сильная, то пятно расплывется по всему гигантскому пространству последовательностей. Не надо забывать про источник: сама диффузия ничего не локализует, это только расплывание.

Вопрос из зала: Стабильный источник?

Владик Аветисов: Конечно, к тому же еще автокаталитический.

Елена Романенко: У меня, наверное, будет видение дилетантское. У меня два взаимосвязанных вопроса. Первый: вот как раз вы вышли на источник. Вы говорили о преобразовании тепловой энергии в механическую, сравнивая с большими машинами. Что еще может быть источником возбуждения при расхождении? Это первый вопрос. Второй, точнее, продолжение первого: вы упомянули, что внутри клетки это происходит как-то; если вынуть этот процесс из клетки, возникают сложности. Что внутри клетки является источником этого возобновляющегося процесса? Это первый вопрос. Второй вопрос о построении моделей. У меня сложилось впечатление, что вы использовали три типа моделей. Пусть мы строим дом, второй способ моделирования - это мы строим дом как бы из кубиков, похожих на детали дома, третий способ моделирования - мы рисуем вот это построение дома, допустим, на компьютере. Мы все время теряем влияние среды. Пройти от реального построения дома к изображению этого строительства на экране или листе бумаги мы можем. Но пройти обратно: от найденной модели на листе бумаги к построению дома на ландшафте – это ведь, наверное, другой путь. Мне не хватило влияния среды, вы все время про вот эту модель, вынутую из среды, рассказывали, а вот если ее погрузить во влияние клетки, среды, допустим, сказывается как-то на этом процессе?

Владик Аветисов: Спасибо за вопрос. Если позволите, я попробую уточнить то, о чем вы спрашиваете. Давайте начнем с первого вопроса. О том, может ли быть какой-то еще источник возбуждения, кроме теплового. У молекулярных машин.

Все, что угодно, все, что возбуждает быстрые степени свободы. Например, видимый свет, инфракрасный свет и пр., это зависит от того, есть ли кому этот свет поглотить в структуре. В клетке, насколько я знаю, работа белков - молекулярных машин инициируется источником химической энергии. Грубо говоря, молекулярные машины клетки – это как современные двигатели, которым нужен бензин, без него они работать не будут. Что там происходит? Биологическая молекулярная машина имеет специальное место в своей конструкции, которое называется активным центром. К этому активному центру, к этому месту подходит молекула, которая выделяет много энергии, если ее сломать. Белок ее ломает. И, кстати говоря, действие, которое он совершает, ломая молекулу, это тоже функция машины. Часть структуры белка, вокруг активного центра, занимается именно этим. Белок ломает молекулу, как это делает машина, при этом, естественно, выделяется энергия. Эта выделившаяся энергия возбуждает ближайшее окружение активного центра - то место, где выделилась энергия. Это и есть возбуждение быстрых степеней свободы белка. И дальше это локальное возбуждение трансформируется в медленные движения каких-то больших частей белковой молекулы, которые и реализуют основную функцию.

Вот, например, кинезин. Знаете, как он действует? Вот эту огромную везикулу, которая даже не помещается на экране, он тащит по цитоскелетной нити. Как он это делает? У него, вот в этой части, есть активный центр. Туда приходит богатая энергией молекула АТФ. Кинезин ее поглощает, щепит, выделяет энергию и делает один шаг своими ступнями. Приходит следующая молекула АТФ. Он ее опять сжигает, выделяет энергию… вот так, поглощая молекулу за молекулой, кинезин совершает шаги и тащит гигантскую везикулу в нужное место в клетке.

Второй вопрос - об отношениях модели и среды. Это очень сложный вопрос. Вообще, можно ли отделить биологическую систему от среды, в которой она существует? Это неважно, выделяю я что-то из клетки или я выделяю клетку как таковую. Это очень коварный вопрос. У меня на эту тему дискуссия уже много лет идет с академиком Журавлевым Юрием Николаевичем - крупный биолог, во Владивостоке работает. Вот он все время пытается меня убедить в том, что биологические системы не относятся к классу автономных систем, или, как говорят, автономных агентов, т.е. биологический объект, функционально, не может быть автономным. Обычно, объект рассматривают как автономный только относительно некоторых степеней свободы, т.е. относительно некоторых функций, которые этот объект реализует. Но если это биологический объект, то у него обязательно должен быть набор функций, обращенных к внешней среде, без которых смысл внутренних функций теряется. Эта тема очень непростая. Вопросы, которые я рассматривал в своей лекции, существенно проще этой темы. Оставаясь в плоскости этих более простых, но, тем не менее, достаточно сложных вопросов, я могу пока не определять специально то, где тут в моих моделях среда.

Продолжение вопроса из зала: Полимерная глобула, она в какой среде работает?

Владик Аветисов: В какой? Это зависит от того, какая глобула.

Как вы делаете глобулу? Вы берете полимерную нить и помещаете ее в плохой растворитель. Что такое плохой растворитель? Это уже зависит от полимера. Если полимер гидрофильный, т.е. собран из гидрофильных звеньев, то плохим будет гидрофобный растворитель. Проще говоря, если звенья полимерной цепи хорошо взаимодействуют с водой, хорошо растворяются в воде, то полимерную цепочку нужно помещать во что-то жирное, в масло. Поскольку наша полимерная цепь любит воду и терпеть не может масло, она там, в масле, сожмется в комок. А если полимерная цепь сделана из какой-то гидрофобной органики, то, наоборот, ее нужно опустить в воду. Вот, собственно, и все. Она схлопнется - и будет у вас глобула. Обыкновенную глобулу сделать просто. А сделать иерархическую, складчатую глобулу - это сложнее, тут выдумка нужна.

Продолжение вопроса из зала: Сразу нарушается структура. Клетка замкнутая, и все колебания из нее не выходят, а этот раствор чем ограничен? Рамками емкости?

Владик Аветисов: Я не совсем понимаю, какой раствор. Тот, куда я погружаю глобулу, когда я делаю искусственную наномашину? Она у меня в пробирке, клетки вообще нет.

Продолжение вопроса из зала: Границами машины в клетке является тело клетки.

Владик Аветисов: Нет, в клетке десятки тысяч таких машин.

Продолжение вопроса из зала: Их взаимодействие внутри клетки. А если возьмем одну глобулу в растворе, она же ни с чем не взаимодействует? Вот эти ее колебания и прочие процессы.

Владик Аветисов: А, вот что вы имеете в виду! Вы хотите сказать, что физические свойства белковой молекулы существенным образом зависят от того, находится она в клетке или не находится. Вы это хотите сказать?

Я думаю по этому поводу вот что. Это тоже очень давняя дискуссия, одна из таких дискуссий, которую биологи очень любят вести с физиками. Я думаю, что если белок вынуть из клетки и поместить в раствор, который не травмирует сильно его третичную структуру, то исследование этой третичной структуры не будет лишено смысла.

Леонид Назаров: Какие существуют гипотезы о функциональной нагрузке квазимеханического движения фрактальной глобулы?

Владик Аветисов: Какие вообще функции могут выполнять молекулярные машины типа теплового двигателя, функциональным элементом которых является складчатая глобула?

Предположим, я научился делать фрактальную глобулу, которая превращает тепловое возмущение в механическое движение. Теперь я хочу это механическое движение для чего-то использовать. Например, я хочу перекусывать полимерные нити, как ножницами. Мне конечно понадобится хороший химик и какая-то сумма денег, но я думаю, что я это сделаю. Или, например, я хочу сделать такую машину, которая бы, строила полимерные нити. То есть, садилась бы на хвост какого-нибудь олигомера короткого, брала из раствора нужный мономер, лепила его к концу и сдвигалась на один шаг. Это уже более сложная конструкция. Что мне для этого нужно? Мне, конечно, нужен элемент, который превращал бы внешнюю энергию в квазимеханическое движение нужным для сборки полимера образом. Тогда я смогу сделать, например, полимерную нить метровой длины… Мечта Чубайса…

Но заданный вопрос вот еще в чем заключается. Можно ли представить функцию, которая вошла бы в противоречие со способностью превращать внешнюю энергию в квазимеханическое движение? Я, честно говоря, сейчас занят тем, что хорошо бы сделать что-нибудь простое. Вот то, чего сделать нельзя, то есть о границах применимости, я пока еще не думал. Если посмотреть на биологические молекулярные машины, то там ведь кроме белков есть и огромные машины. Например, рибосома. Это целый агрегат, но это тоже машина. По-видимому, для того чтобы сделать машину типа рибосомы, просто двигателя, т.е. возможности превращать энергию в механическое движение, мало, еще что-то нужно. Но для манипуляции единичными атомами и молекулами, небольшими, я думаю, что такой конструкции хватит. Может быть, я очень наивен, я еще не знаю.

Виктор Вакин: Скажите, возможно ли теоретически создание машины, которая воспроизводит саму себя? Потому что в клетке информация переходит от одной машины к другой - и так по кругу. ДНК – РНК – белки, и белки делают новую ДНК.

Владик Аветисов: Если я вас правильно понял, вопрос в том, может ли машина воспроизводить саму себя, теоретически? Ответ на это дал фон Нейман, теорема о самовоспроизводящихся автоматах. Утверждение теоремы заключается в том, что сложность самовоспроизводящегося автомата не превышает сложности автомата. Поскольку автомат в некотором смысле машина - то ответ на Ваш вопрос - да. Но тут есть тонкость. Она заключается вот в чем. Видим ли мы в биологии такую молекулярную машину, скажем, какой-нибудь белок, который бы сам себя воспроизводил? Нет. Этого нет. Что воспроизводит себя? Система. На самом деле воспроизводит себя не элемент системы, а вся система воспроизводит элемент системы. В этом смысле самовоспроизводящейся машиной является не белок, а клетка.

Продолжение вопроса из зала:Мы снова вернулись к клетке…

Владик Аветисов: Я же аналог, это не обязательно. Потому что, сделав синтетическую или искусственную молекулярную машину, я начну думать о том, как сделать операциональную систему, т.е. систему взаимодействующих машин. Как только в операциональной системе, состоящей из таких искусственных молекулярных машин, получится функциональное замыкание, она станет самовоспроизводящейся, как клетка. Конечно, эти рассуждения пока на уровне фантазий, но, занимаясь искусственными молекулярными машинами сейчас, мы вполне видим эту перспективу.

Вопрос из зала:Я обратил внимание на определенную недосказанность: вот вы рассказываете про механизм, как кинезин перешагивает ногами. Вы говорите о том, что тепловое движение переходит в механическую энергию - в этом весь смысл. Вопрос мой заключается в том: это какой-то физический формализм, или это на самом деле непосредственный механизм? Потому что если взять, например миоглобин, который связывается с кислородом, то это связано с конформационными переходами в белке, геометрия меняется, и фактически, это то же самое, но там механизм другой. Меняется окружение железа, другая геометрия его комплексов в геме. Это не просто абстрактное - тепловая энергия переходит в механическую энергию, там это расписать можно более четко. Вы об этом не говорите, это не входит в тему этой лекции, или это два принципиально разных механизма, два разных объяснения?

Владик Аветисов: Правильно ли я понял, что то, что происходит в активном центре миоглобина, вам понятно? И вам понятно, что когда миоглобин присоединяет молекулу NO или молекулу кислорода, то в активном центре возникает стерическое напряжение, оно возникает на временах порядка 10-13 секунды, - это и есть возмущение быстрых степеней свободы. Дальше начинается каскад конформационных перестроек, которые приводят молекулу белка в другое конформационное состояние. В этом новом состоянии миоглобин снова может присоединить к активному центру NO или молекулу кислорода.

Вы спрашиваете, а где тут машина? Конформационные переходы? Не всякие конформационные переходы определяют машину. У вас должна быть оторванная медленная мода.

Вот возьмем обычную глобулу, просто обычную запутанную глобулу, подогреем ее, и она тоже начнет релаксировать. Там будут конформационные переходы? Конечно, будут. Но это не машина. Сам факт конформационных переходов еще не означает, что перед вами машина. А где в миоглобине машина?

Вы, конечно, представляете себе активный центр миоглобина. Там есть ион железа. Для того чтобы к этому иону железа присоединился малый лиганд, железо должно быть выдвинуто из гемовой плоскости. А когда лиганд присоединяется к железу, железо смещается обратно в гемовую плоскость. Кто контролирует эти перемещения? Два аминокислотных остатка, один снизу гемовой плоскости, другой сверху, и вот смещение этих аминокислотных остатков, которые, в свою очередь, контролируются движениями соответствующих спиралей, - и есть элементы машины. Конечно, то, что происходит в активном центре миоглобина, - это процессы, происходящие на более коротких временных масштабах, чем, например, те процессы, которые связанны с механикой кинезина, где большие конформационные переходы - он переставляет свои лапы. Это другая временная шкала, но характер происходящего примерно такой же. Очень хороший пример с миоглобином. Этот пример показывает, как именно белок, как машина, манипулирует единичным атомом, в данном случае - ионом железа, и при этом умудряется, при относительно больших флуктуациях структуры активного центра, позиционировать атом железа относительно гемовой плоскости с точностью до одной десятой ангстрема.

Продолжение вопроса: Но там жесткая плоскость, особых нет у него флуктуаций.

Владик Аветисов: Плоскость - да, а вокруг плоскости…

Продолжение вопроса: То есть так или иначе, актин-миозиновый комплекс, кинезин, везде все равно есть какой-то конкретный механизм, то есть говорить, что где-то есть тепловое возбуждение, – это формализм и упрощение.

Владик Аветисов: Тепловое возбуждение, как таковое – это не главное. Не случайно мы сделали именно фрактальную глобулу, то есть структуру, иерархически уложенную, где возмущение быстрых степеней свободы каскадно, то есть специальным образом, передается на медленные степени свободы. Если мы посмотрим на белок, то там тоже есть специальным образом организованная часть, которая передает возмущение, энергию, выделенную в активном центре, … и так далее.

Елена Романенко: Можно мне еще дополнить? Возможно ли агрегированное взаимодействие этих молекулярных машин, есть какой-то еще перенос информации между близко взаимодействующими или последовательно взаимодействующими молекулами?

Владик Аветисов:То есть можно ли между молекулярными машинами организовать передачу информации, сигналов? Помечтать можно….

Елена Романенко:То есть никакой информации об этом сейчас нет?

Владик Аветисов: Ну, таких данных пока вроде нет. А что, это кто-то сделал?

Елена Романенко: А в клетке разве не последовательно?

Владик Аветисов: Вы об искусственных машинах или естественных? Если о естественных, то да, конечно, то, что называется метаболической сетью, это и есть как раз сложная функциональная система взаимоотношений между молекулярными машинами в клетке.

Елена Романенко: А как там происходит перенос информации?

Владик Аветисов: По-разному. Честно говоря, вы меня спрашиваете про биологию, я же не биолог, не надо забывать. …

Елена Романенко: Хорошо. Если возьмем две полимерные глобулы, они будут взаимодействовать? И можно ли их как-то скоординировать?

Владик Аветисов: Я вам расскажу об одной работе, которую мы сейчас делаем. Это математическое моделирование динамики белковой молекулы примерно на 10 временных порядках, скажем, на временах от 10-10 секунды до 1 секунды. Решить такую задачу непросто, потому что белковая молекула – это очень сложная структура, там разномасштабные движения, и их нужно каким-то образом все описать. Мы для этого использовали очень красивую математику, о которой я здесь совсем не говорил, но которая как раз описывает динамику на иерархиях. Так вот, мы построили такую модель белка и попытались с помощью этой модели описать рабочий цикл молекулярной машины типа миоглобина - связывание и отрыв малого лиганда. Знаете, что мы обнаружили? Если правильно описать сложную динамику белковой молекулы, то становится понятно, что белковая молекула будет очень тонко чувствовать окружение. Все знают, что если чем-то нагрузить белковую молекулу, например, посадить на нее какую-нибудь достаточно большую молекулу, то работать она будет плохо, потому что будет нагружена, стеснена. Оказывается, что это, вроде бы, не совсем так. Представим себе, что мы нагружаем белковую молекулу все больше и больше и смотрим, как она работает под нагрузкой. До некоторого момента она никак не будет откликаться на нагрузку, никак не будет реагировать. Однако как только мы, образно говоря, "перебрали", нагрузили чуть больше некоторого значения, функциональная активность белковой молекулы изменится скачком, а дальше с ней опять ничего происходить не будет.

Таким образом, у белковой молекулы нет гладкого отклика на изменение внешних параметров. Существуют очень узкая область значений параметров, в которой функциональная активность белка резко меняется. Вот эти узкие параметрические зоны - влияние внешней среды, о котором вы говорите - используются клеткой для управления активностью белков в сложной функциональной системе. Сигналы, которыми, условно говоря, обмениваются белки, могут быть просто химическими.

Борис Долгин:Я позволю себе один вопрос. Кому первому принадлежит идея использовать кибернетическую метафору, например, "машина" - это ваше?

Владик Аветисов: Это общепринятый термин, откройте любой современный учебник по биофизике, и в разделе «Белки» вы увидите фразу: белок – это молекулярная машина. На вопрос, что это такое, ответа вразумительного не будет. Только сейчас становится понятно, каким смыслом этот термин можно наделить.

Я должен сказать, что концепция "белок–машина", появилась еще тогда, когда я был студентом. Эти идеи я впервые услышал в МГУ на лекциях Льва Александровича Блюменфельда. Тут конечно надо упомянуть еще и Симона Эльевича Шноля, Михаила Владимировича Волькенштейна - вообще советскую биофизическую школу 60-х 70-х годов. И, по-моему, она была первой в том, что белок – это машина. Но тогда не было математического аппарата, которым можно было бы адекватно отразить эту идею, построить правильную физику тогда не удалось, но метафора "белок-машина", конечно, принадлежит им.

Борис Долгин: Спасибо большое, это было очень интересно.