Химические новости

Сообщения ОТОВСЮДУ

АМЕРИКАНСКИЕ ФИЗИКИ ВСЛЕД ЗА РОССИЙСКИМИ СИНТЕЗИРОВАЛИ УНУНКВАДРИЙ

Группа американских физиков опытным путем повторно доказала существование 114 элемента периодической системы Менделеева, впервые полученного российскими физиками из Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Авторами "открытия" стали сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Группа ученых во главе с профессором Хейно Ницше повторила сложнейший эксперимент, позволивший дубнинским физикам заявить о получении нескольких ядер 114 элемента еще 10 лет назад.
В своей работе ученые использовали циклотрон - ускоритель заряженных элементарных частиц, имеющий особую конструкцию, - с помощью которого ускоряли ионы металла кальция до необходимой энергии. На выходе из ускорителя эти ионы с большой силой ударялись о мишень из радиоактивного плутония. В результате такого соударения протекает множество реакций, в том числе и реакция слияния ядер кальция и плутония, имеющих в своем составе 20 и 94 протона соответственно. В итоге образуется ядро атома, содержащее 114 протонов, количество которых и определяет порядковый номер элемента в таблице. Новый элемент пока не имеет официального названия, а потому называется унунквадрием. В своих экспериментах группа Ницше смогла синтезировать всего два ядра 114 элемента, одно из которых имело массу 286 атомных единиц массы, а второе 287. При этом время жизни первого ядра составило десятую долю секунды, тогда как второе просуществовало примерно полсекунды, прежде чем распасться на более мелкие частицы.
На Земле элементы тяжелее урана, имеющего порядковый номер 92 в таблице, не встречаются, так как являются радиоактивными и их ядра уж распались за более чем четыре миллиарда лет Земной истории. Все элементы тяжелее урана синтезируются в специальных ядерных реакторах, в том числе и плутоний, использованный в работе американских физиков. Интерес к сверхтяжелым элементам, ядра которых содержат большое количество протонов и нейтронов, а потому имеют огромную по меркам ядерной физики массу, обусловлен отнюдь не только целями применения в энергетике или в военном деле.
Начиная с середины прошлого века физики-ядерщики всего мира ищут так называемый остров стабильности сверхтяжелых элементов. Ядра всех сверхтяжелых элементов очень неустойчивы и распадаются на более мелкие ядра и частицы за считанные доли секунды. Однако в 50-60-х годах прошлого века физики разработали теорию, согласно которой ядра некоторых сверхтяжелых элементов могут иметь особую конфигурацию, позволяющую им существовать минуты, часы, дни и месяцы. Некоторые ученые убеждены, что сверхтяжелые элементы могут быть стабильны даже в течение миллионов лет. Какими свойствами обладают эти ядра и насколько они могут оказаться полезными для науки и человечества, которое постепенно исчерпывает ресурсы углеводородной энергетики, ученым пока точно неизвестно. Кроме того, пока точно неизвестно, с какой массы ядра сверхтяжелого элемента этот остров начинается и насколько он велик.
"Основываясь на идеях 60-х годов прошлого века, мы полагали, что остров стабильности находится где-то в районе 114 элемента. Согласно современным представлениям стабильные ядра сверхтяжелых элементов могут иметь 120 или 126 протонов. Наша работа позволит выяснить, какие из представлений являются правильными и как нужно скорректировать наши модели", - отметил ведущий научный сотрудник лаборатории Кен Грегорич, слова которого приводит РИА "Новости".
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 25/09/2009

В МОЛОДЫХ КРАТЕРАХ НА МАРСЕ ОБНАРУЖЕН ЧИСТЫЙ ЛЕД

Американский "Марсианский орбитальный разведчик" обнаружил скопления льда еще в пяти кратерах на Красной планете, находящихся ближе к экватору. Они образовались не так давно в результате "бомбардировки" поверхности планеты метеоритами. "Мы знали, что лед под поверхностью Марса есть в полярных широтах, а теперь мы установили, что ледяные поля простираются намного ближе к экватору, чем можно было ожидать", - отметил исследователь из Аризонского университета Шейн Бирн, пояснив, что это реликтовый лед, свидетельствующий о том, что, возможно, несколько тысяч лет назад климат планеты был гораздо более влажным.
При этом лед, согласно данным, полученным со спектрометра на автоматической станции, содержит ничтожно малое количество грунтовых примесей - всего 1%. "До сих пор предполагалось, что лед, образовавшийся под поверхностью Марса, должен быть загрязнен на 50%", - подчеркнул Бирн. Несколько обследованных кратеров расположено близ того места, где в 1976 году совершил посадку аппарат "Викинг-2", одной из задач которого тоже был поиск воды на планете, уточняет ИТАР-ТАСС. Его бур смог проникнуть в марсианский грунт всего на 15 сантиметров. Еще бы каких-то 10 сантиметров и "мы бы 30 лет назад обсуждали то, о чем поведали миру только сейчас", едва не вскричал исследователь, не скрывая досады.
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 25/09/2009

РОССИЙСКИЙ ПРИБОР НАШЕЛ НА ЛУНЕ ВОДОРОД СОВСЕМ НЕ ТАМ, ГДЕ ОЖИДАЛИ

Об этом сообщил заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований (ИКИ) РАН Игорь Митрофанов на международном совещании "ХЕНД-2009".
"Этот результат оказался неожиданным, так как до настоящего времени считалось, что возможные локальные районы с высоким содержанием водорода на Луне должны совпадать с вечно затененными областями в окрестности ее полюсов", - сказал И. Митрофанов. "Таким образом, уже первые данные прибора ЛЕНД опровергли общепринятую гипотезу о местоположении районов с высоким содержанием водорода на Луне", - отметил он.
Основой для этой гипотезы было предположение о том, что на Луне могут существовать залежи водяного льда, принесенного на спутник Земли кометами. Поскольку водород - один из двух компонентов воды, то такие залежи можно было бы определить по концентрации водорода в лунном грунте.
По данным прибора ЛЕНД, самое большое содержание водорода находится в районе в окрестностях южного полярного кратера Кабеус. С учетом этого результата, этот кратер был отобран научной группой проекта LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) и руководством НАСА как место преднамеренного столкновения аппаратов LCROSS с поверхностью Луны. Вопросы о том, почему в верхнем слое грунта кратера Кабеус и других обнаруженных районов столь высоко содержание водорода и в какой форме он там присутствует (например, водяной лед, гидратированные лунные минералы), пока остаются открытыми. Данные научных приборов лунного спутника ЛРО, как полученные до настоящего момента, так и будущие, будут использованы для выработки новой научной гипотезы, которая должна объяснить происхождение локальных районов с высоким содержанием водорода на Луне.
Российский космический прибор ЛЕНД (англ. LEND - Lunar Exploration Neutron Detector) был включен в штатный режим работы на борту лунного спутника НАСА ЛРО (англ. LRO - Lunar Reconnaissance Orbiter) 15 сентября 2009 после того как этот спутник был переведен на рабочую орбиту с высотой 50 км.
В России кооперация эксперимента ЛЕНД включает Объединенный институт ядерных исследований, Всероссийский институт физики атомных реакторов, Всероссийский институт минерального сырья, Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН и Астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ. Российский прибор ЛЕНД был отобран в декабре 2004 года в НАСА на конкурсной основе для исследований Луны с борта космического аппарата ЛРО, как первый в истории космических исследований нейтронный телескоп с высоким пространственным разрешением (10 км).
Источник: Журнал "Наука и Жизнь"

"ХОЛОДНЫЙ ПЕРВОРОДНЫЙ БУЛЬОН" - ИДЕАЛЬНЫЙ ИНКУБАТОР "МОЛЕКУЛ ЖИЗНИ"?

Александр ГРУДИНКИН

Сполохи северного сияния взвивались тогда, словно праздничный салют в честь первых обитателей нашей планеты. Пронизывающий ледяной ветер дул над их колыбелью, как будто отгоняя злых духов от пристанища перворожденных. В оправе хрустальных льдин, в обрамлении серебристых снежинок жили они, поживали, хозяева пробужденной Земли - самые примитивные организмы, появившиеся под нашим Солнцем.
Жизнь зародилась в полярных морях, в толще льда - такую неожиданную гипотезу выдвинул в 1999 году немецкий физик, норвежец по национальности, Хауке Тринкс.
Поначалу идея казалась абсурдной. Многие его коллеги и теперь не принимают ее всерьез. Все прежние догадки о происхождении жизни, - в каких бы декорациях ни заставляли биологи свершаться это знаменательное событие, будь то на поверхности океана, возле глубоководного источника или же в космосе, далеко от нашей планеты, - объединяло общее начальное условие: жизнь зарождалась в тепле.
Еще памятный эксперимент Стэнли Миллера, проведенный в 1953 году (см. "З-С", 2/09), подтвердил, что в доисторические времена в атмосфере нашей планеты (в данном случае воздушной оболочкой служила смесь аммиака, водорода, метана и водяных паров) при температуре в несколько десятков градусов выше точки замерзания в самом деле могут возникать аминокислоты - составные части протеинов (белков).
Однако этот эксперимент вскоре перестал устраивать самих ученых. В дальнейших опытах Миллеру и его последователям так и не удалось получить сложные биомолекулы. Кроме того, состав атмосферы Земли в тот памятный миг, как выяснилось теперь, был иным. Она состояла не из аммиака и метана, которые быстро разлагаются под действием солнечных лучей, а из углекислого газа, азота и водяных паров, а этого недостаточно, чтобы образовались части "молекул жизни".
В конце концов, сам Миллер в 1998 году перечеркнул прежние надежды, проведя еще один знаменательный опыт - исследовав влияние температуры на компоненты одной из важнейших биомолекул, РНК. В этом эксперименте аденин, гуанин, цитозин и урацил - элементы, содержащиеся во всех живых клетках в составе рибонуклеиновой кислоты, - оказывались то на жаре, то на холоде. При 100 градусах Цельсия эти части РНК быстро гибли. В то же время при 0 градусов большинство их, по словам Миллера, были, в принципе, "достаточно стабильны", чтобы образовать рибонуклеиновые кислоты. Данный эксперимент окончательно убедил его в том, что молекулы жизни вряд ли могли сформироваться, например, в геотермальных источниках.
Что ж, неужели мы обязаны теперь отправиться на Крайний Север, чтобы там задуматься о том, как пробуждались к жизни частицы органического вещества? А рядом с теорией "Out of Africa" (популярным сценарием "исхода человека из Африки", см., например, "З-С", 6/01) должна занять свое достойное место гипотеза "Out of Arctica" ("Исход из Арктики")?
Конечно, тот самый "первородный бульон", над которым колдовал Миллер, закипит в тепле гораздо быстрее. С этим простодушным мнением любого кулинара согласится всякий биолог. Однако образовавшиеся соединения будут столь же стремительно разрушаться. Чтобы сохранить эти органические молекулы до того момента, когда они начнут размножаться, следует на какое-то время законсервировать их. Необходима, по словам исследователей, "энергетическая впадина", например, низкотемпературная фаза, когда процессы разложения молекул почти приостановятся.

Биореактор в белом безмолвии

"Нужно помнить следующее, - пишет Тринкс в книге "Шпицбергенский эксперимент". - Важнейшие химические реакции, необходимые для зарождения жизни, хоть и протекают в тепле быстрее, чем на холоде, но зато и образовавшиеся вещества так же быстро распадаются. Как показывают исследования, при температуре от 10 до 20 градусов Цельсия определенные биомолекулы разлагаются в считаные недели, в то время как при пяти градусах ниже нуля - в течение десятков тысяч лет". Так что жизнь может зародиться в любой среде, но лишь в оцепенении и покое - при очень низких температурах - она способна сохраниться. Лед можно рассматривать как идеальный инкубатор "молекул жизни". Он консервирует их; в его толще они могут пусть очень медленно, но зато стабильно развиваться.
Способствует этому и особая структура морского льда. Это - не монолитный блок, где на всех уровнях, во всех слоях господствуют одни и те же условия. Наоборот, при замерзании морская вода, в отличие от пресной, ввиду высокого содержания соли расслаивается. Между кристалликами льда - самые крохотные из них достигают в поперечнике 10 - 100 тысячных долей микрометра и состоят из чистой замерзшей воды - неизменно сохраняются крохотные пузырьки и канальцы, где циркулирует солевой раствор, содержащий определенные кислоты, простые сахара, минеральные вещества и углекислый газ. По меткому сравнению Тринкса, этот раствор - словно кровь, пульсирующая в наших жилах. Жидкость и лед разделены тончайшими пленками, которые напоминают клеточные мембраны. Все вместе это впрямь выглядит каким-то подобием живых клеток. Благодаря такой структуре лед подолгу удерживает сложные молекулярные комплексы, однажды образовавшиеся в нем; они скапливаются между отдельными его "клетками".
"Морской лед ведет себя, как тесто, в которое добавили дрожжи. В нем протекают разнообразные биохимические процессы. Рано или поздно, в чем я уверен, они приведут к образованию структур, напоминающих "кирпичики жизни", - полагает Тринкс.
Стоит отметить, что ультрафиолетовые лучи, опасные для всего живого, почти не проникают в толщу льда. Их поглощают близ его поверхности попавшие сюда аминокислоты. Сами они при этом частично разрушаются, а их фрагменты погружаются вглубь льда, где могут быть использованы для синтеза других сложных биологических молекул. Там же, в ледяных глыбах, отмечено поразительно высокое содержание углекислого газа, а его молекулы играют важную роль в подобном синтезе. Разность электрических потенциалов, химические различия и постоянный перепад температур лишь способствуют протеканию важнейших химических реакций, словно в настоящем биореакторе.
Подкрепляет гипотезу "холодного" зарождения жизни и мнение ряда геологов, полагающих, что около четырех миллиардов лет назад значительная часть морей на нашей планете была скована льдом. Данная гипотеза нашла поддержку даже у редакции авторитетного журнала Science. Одна из статей, появившихся на его страницах, была озаглавлена так: "Некоторые любят погорячее - но не первые биомолекулы". Разумеется, в ней говорилось о возможности зарождения жизни при низких температурах.
Итак, некоторые исследователи готовы назвать лед "холодным первородным бульоном". В полярных льдах, кстати, обнаружены разнообразные формы жизни, а это лишний раз свидетельствует о том, что биота может существовать в данной среде.Почему бы ей не зародиться там?
Вопрос отнюдь не академический. Если эта гипотеза найдет подтверждение, то, очевидно, жизнь гораздо шире распространена в Солнечной системе, чем считалось прежде. "Везде, на любой планете, где образовался лед, в его толще, возможно, зародилась и существует жизнь", - заявляет Тринкс. В таком случае следы живых организмов следует искать во льдах Марса, на спутниках Юпитера и, конечно, на кометах - этих припорошенных пылью льдинах, снующих по нашей планетной системе и, может быть, всюду - успешно или нет - сеящих жизнь. Если же вспомнить, что кометы порой вылетают за пределы Солнечной системы, то они могут уносить семена жизни и к другим планетным системам, распространяя их на просторах Галактики, как предполагали когда-то сторонники гипотезы панспермии.

"Курица или яйцо"

Так неужели первые биомолекулы в самом деле возникли в толще морского льда? И как они выглядели? При ответе на этот вопрос ученые вновь сталкиваются с пресловутой проблемой "курица или яйцо". Важнейшие биологические молекулы, известные нам, - это протеины и ДНК. Однако их возникновение невозможно без неких молекул-предшественниц.
Протеины (см. "З-С", 5/04) порой называют "рабочими лошадками" клеток. Они управляют всеми процессами обмена веществ, а также делением клеток. Однако эти работники не могут сами копировать себя и передавать свою структуру последующим поколениям протеинов.
В молекуле ДНК как раз и записан план, по которому из отдельных аминокислот будут собраны сотни различных протеинов. Подобная молекула может себя тиражировать, передавая информацию своим копиям, но для этого ей нужна помощь… именно протеинов.
Так что вряд ли жизнь на нашей планете зародилась с появления протеинов или ДНК. И тут вспоминается третья важнейшая биомолекула - РНК. Когда-то ее считали чем-то вроде простого посыльного, передающего "планы сборки" протеинов от молекулы ДНК туда, где те будут изготавливаться. Сегодня мы знаем, что рибонуклеиновые кислоты способны на большее.
Они могут быть носителями наследственной информации (многие вирусы и теперь используют эту их способность) и при определенных условиях готовы копировать сами себя.
Кроме того, особые цепочки РНК - рибозимы - служат катализаторами химических процессов. Иными словами, они выполняют роль ферментов. Американский биолог Джеральд Джойс, опираясь на эти факты, разработал модель возникновения жизни на основе РНК. "Молекулы РНК широко распространены в природе. Они лишь незначительно отличаются от молекул ДНК, хранящих наследственную информацию, и выполняют самые разные задачи в живых клетках. Многие ученые полагают, что зарождению жизни на планете, появлению протеинов и ДНК предшествовала особая эпоха - мир РНК". Это было время примитивных организмов, состоявших из рибонуклеиновой кислоты и обходившихся без ДНК.
Как показывают исследования, подобная схема вполне правомерна. Со временем РНК трансформировалась в ДНК. Самое же любопытное в том, что модель Джойса и гипотеза Тринкса прекрасно сочетаются друг с другом. "Похоже, именно холод - наиболее благоприятная среда для формирования из нуклеотидов таких молекул, как РНК, - отмечает Джеральд Джойс. - Минеральные вещества, вмерзшие в лед, лишь способствуют протеканию необходимых химических реакций".
А вот еще одна цитата из Хауке Тринкса: "Вновь и вновь задаются вопросом, что же все-таки было вначале, курица или яйцо? Вначале наследственная информация, а уже потом клеточная мембрана? Или же, как все это случилось на самом деле? Нам кажется, что в толще льда эти процессы протекали одновременно. С одной стороны, лед способствовал формированию клеточных мембран, а с другой стороны, образованию РНК. Те и другие элементы соединялись, и потом возникала своего рода первоклетка. А когда этот лед таял, подобные первоклетки попадали в окружающую среду, они могли распространяться в морской воде (точнее, в воде доисторических морей) и проникать туда, где сложились гораздо более благоприятные условия для существования жизни. И эти совершенно, совершенно примитивные предшественницы настоящих клеток продолжали развиваться и усложняться, пока не превратились, например, в бактерию".

Поток РНК по Джойсу

В середине уходящего десятилетия немецкий биохимик Кристоф Бибрихер у себя в лаборатории, в Институте биофизической химии в Геттингене, поставил знаменательный опыт, чтобы выяснить, что происходит с молекулами РНК, вмороженными в лед. Он насытил глыбу морского льда цепочками РНК и свободными нуклеотидами и принялся ждать.
Прошел почти год. Все это время Бибрихер и его коллеги, Тринкс и Вольфганг Шрёдер (в 2003 году ими втроем была издана книга "Лед и происхождение жизни"), регулярно меняли температуру льда, имитируя естественные капризы погоды и заставляя его то оттаивать, то снова смерзаться. Как оказалось, это лишь способствовало слиянию отдельных "кирпичиков" биомолекул в единое целое.
Терпение экспериментаторов было вознаграждено. В толще льда обнаружилось поразительно много новых РНК. Образовалась даже цепочка, насчитывавшая свыше четырех сотен нуклеотидов, а этого достаточно для того, чтобы РНК выполняла свои функции (пространственная структура различных рибонуклеиновых кислот содержит от 75 до 10 тысяч нуклеотидов. - Прим. ред.). "Это гораздо больше, чем показали все предшествующие опыты, - отмечает Бибрихер. - Ранее лучшим результатом была цепочка из семнадцати нуклеотидов". При этом все протекало даже быстрее, чем он надеялся. "Мы ждали целый год, поскольку думали, что холод замедляет все реакции. Теперь же знаем, что уже через месяц нуклеотиды начинают сцепляться друг с другом. По-видимому, какие-то поверхностные эффекты ускоряли все, что происходило в толще льда".
Разумеется, от появления первых саморазмножающихся РНК до первоклетки "дистанция очень велика, но все-таки теперь мы определенно представляем себе, в каком направлении должны двигаться" (К. Бибрихер), чтобы понять, как зародилась жизнь на нашей планете.
Сами экспериментаторы, кстати, не верят, что весь процесс превращения неорганического материала в живой организм протекал исключительно в толще льда. Допустимы различные вариации этого сценария. Например, при извержении подводных вулканов в полярных областях лед таял, и биомолекулы, зародившиеся здесь, оказывались в воде. Прежде чем снова вмерзнуть в лед, они реагировали между собой. После нескольких подобных циклов продукты их реакции могли, например, попасть в другую среду - в ту же воду или на дно моря - и уже здесь продолжить свою эволюцию.
Итоги еще одного знаменательного опыта были подведены в первые дни этого года. В лабораторных условиях - в Институте Скриппса (США) - удалось создать искусственную рибонуклеиновую кислоту, которая копировала саму себя с помощью подобных себе молекул. С ее появлением отпадает извечная дилемма: "Что было раньше?.." Эта РНК - сама себе и "курица", и "яйцо".
Как сообщалось в электронной версии журнала Science, Трейси Линкольн и Джеральд Джойс, сотворившие эту биомолекулу, сумели в ходе эксперимента буквально-таки "запустить механизм эволюции". Ведь случайные мутации улучшали или ухудшали способность данной молекулы к размножению. Довольно быстро в популяции РНК возобладали именно те ее разновидности, что размножались особенно быстро.
Конечно, эта РНК из пробирки ничуть не напоминает живое существо. Но она обладает его характерными свойствами, то бишь содержит некую биологическую информацию и размножается. "Эта молекула состоит из шестидесяти компонентов. Мы предоставляем их сами себе, и молекулы РНК собирают из них единое целое - свои копии. За пять часов каждая молекула изготавливала примерно сто своих копий. И каждая из них, в свою очередь, производит за пять часов 100 копий и так далее и так далее, - отмечает Джойс. - Возможно, нечто подобное произошло в природе около четырех миллиардов лет назад. Разумеется, сейчас в природе нет молекул РНК, которые размножаются сами собой".
Попутно исследователи убедились, что одной-единственной формы РНК недостаточно, чтобы она могла себя копировать. Понадобилось еще две молекулы, которые служили ферментами. "У нас имеются два различных фермента РНК: плюс-РНК и минус-РНК. Первая производит вторую, и наоборот. Минус делает плюс, плюс делает минус и так далее. В естественных условиях ведь происходит то же самое, ничего другого. У наследственной молекулы ДНК, двойной спирали, есть две цепи, так сказать, "плюс" и "минус". Информация неизменно передается от одной цепи к другой".
Конечно, полученные результаты вовсе не доказывают, что первыми биомолекулами, возникшими на Земле, являлись именно РНК и что они зародились в полярных льдах, но все-таки подобные опыты могут стать важным шагом на пути к пониманию происхождения жизни на нашей планете и в космосе вообще. Они свидетельствуют о том, что в решении этой проблемы наметился некий прорыв. Возможно, когда-нибудь из этих разрозненных экспериментальных данных сложится целостная картина - подлинная биография первого, самого примитивного микроорганизма, появившегося на Земле. Эта удивительная история Первомикроба непременно будет написана. А где ему лучше увидеть свет - под тропическим небом или сполохами северного сияния, - подскажут последующие эксперименты, новые компьютерные модели, научные теории и гипотезы.

Жизнь зародилась…

… на морском дне. "Черные курильщики" - геотермальные источники на дне океана, открытые лишь три десятилетия назад, - привлекают особое внимание ученых. Они изобилуют минеральными веществами и по праву могут считаться "колыбелью жизни".
…в глине. В некоторых глинистых породах, как выяснил американский биолог Джек Шостак, на основе жирных кислот могут формироваться мембранные пузырьки - "везикулы", заполненные жидкостью. Это - также возможные прообразы первых клеток. Подобные пузырьки, содержащие молекулы РНК, спонтанно увеличиваются в размерах, всасывая оказавшиеся рядом с ними другие пузырьки - "поедая" их: настоящий пример естественного отбора по Дарвину (см. "З-С", 8/07).
…в земной коре. В недрах Земли сложилась своя уникальная фауна, представленная очень многочисленными и разнообразными колониями микробов (см. "З-С", 8/09). По мнению ряда биологов, жизнь могла зародиться именно здесь, ведь в то время на поверхности планеты любые живые организмы неминуемо погибли бы, уничтоженные ультрафиолетовым излучением, вулканической лавой или ударами метеоритов.
…в атмосфере. Исследователи из американского национального управления по атмосфере и океану (NOAA) обнаружили, что в атмосфере встречаются капельки органических материалов, заключенные в маслянистую оболочку. Подобные капли поглощают частицы таких металлов, как никель и железо. На свету в присутствии этих катализаторов начинаются реакции, которые могут привести к образованию сложных биомолекул.
Все эти сценарии имеют свои слабости - зачастую те же, что и идея "горячего" зарождения жизни. Не случайно все больше ученых в последнее время интересуются возможностью "сотворения" жизни при низких температурах, когда процессы распада биомолекул чрезвычайно замедлены.

Пять ступеней творения

Появление биомолекул (4,2 миллиарда лет назад) Первые биомолекулы образовались после того, как поверхность Земли остыла. Кроме того, эти молекулы могли попасть на Землю вместе с кометами, прилетающими сюда.
Эпоха РНК (3,8 миллиарда лет назад) Возникают нуклеотиды - составные части "молекул жизни". Они соединяются в длинные цепочки - рибонуклеиновые кислоты, способные копировать сами себя.
Первые микроорганизмы (3,6 миллиарда лет назад) На основе РНК образуются дезоксирибонуклеиновые кислоты, содержащие наследственную информацию. Молекулы ДНК, заключенные в пузырьки жирных кислот, становятся прообразом первых примитивных клеток.
Эукариоты (1,7 миллиарда лет назад) Появляются клетки, которые содержат оформленные ядра, - так называемые эукариоты. Из этих клеток состоят все высшие животные и растения.
Становление высших форм жизни (0,6 миллиарда лет назад) Через три миллиарда лет после зарождения жизни на нашей планете образуются первые многоклеточные животные - так называемые эдиакарские организмы. Начинается эволюция высших форм жизни.
Источник: "Знание - Сила"
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 23/09/2009

ПРЕДЛОЖЕНА НОВАЯ ГИПОТЕЗА, ОБЪЯСНЯЮЩАЯ КРАСНЫЙ ЦВЕТ МАРСА

Ученые предложили новую гипотезу, объясняющую красный цвет Марса. По мнению исследователей, поверхность планеты приобрела характерный цвет из-за сильных ветров. О своих выводах ученые рассказали на Европейском конгрессе по планетарным наукам (European Planetary Science Congress 2009).
Долгое время астрономы полагали, что красный цвет марсианской поверхности возник под воздействием жидкой воды, когда-то присутствовавшей на планете. Считалось, что характерная окраска возникла при взаимодействии воды с определенными минералами. Большинство ученых склоняются к мнению, что жидкая вода исчезла с Марса несколько миллиардов лет назад (хотя существуют и значительно более поздние оценки). Соответственно, астрономы предполагали, что Марс "покраснел" не позже этого срока.
Однако марсоходы Spirit и Opportunity, начавшие изучать Марс в 2004 году, обнаружили на Красной планете минералы, которые не могли сформироваться в присутствии воды. Таким образом вода не могла быть причиной окраски Марса. Авторы новой работы предположили, что бурый цвет мог появиться на планете при столкновении пылинок различного химического состава. Между ними могли протекать химические реакции, давшие продукт характерного цвета.
Для проверки своей гипотезы авторы провели лабораторный эксперимент. Они поместили в закрытый стеклянный сосуд кварцевый песок и в течение семи месяцев регулярно встряхивали сосуд (при помощи специального прибора). Такое воздействие имитировало действие сильных марсианских ветров. По окончании эксперимента около 10 процентов песчинок разрушились до состояния пыли.
На следующей стадии опыта ученые добавили в сосуд минерал магнетит. Он имеет черный цвет и широко распространен на Марсе. По составу магнетит представляет собой смесь различных оксидов железа. Исследовали продолжили встряхивать сосуд, и вскоре его содержимое стало краснеть. По мнению авторов, на деформированной поверхности песчаных гранул происходила реакция с магнетитом. В итоге образовывался другой минерал - гематит, имеющий красный цвет. Как отмечают ученые, для того чтобы окрасить всю поверхность Марса в бурый цвет, необходимо относительно небольшое количество гематита.
Марс является одной из самых изученных планет Солнечной системы. Тем не менее, многие процессы, протекающие на нашем ближайшем космическом соседе, до сих пор остаются загадкой. Например, ученые пока не могут объяснить, почему огромные песчаные дюны на Марсе остаются неподвижными, несмотря на ветра. Сам ветровой режим Красной планеты изучен только для некоторых ее районов.
Об этом сообщает Lenta.ru со ссылкой на портал Space.com.

"ЛИТИЕВАЯ ПРОБЛЕМА" - ПОВОД ДЛЯ ПЕРЕСМОТРА ТЕОРИИ НУКЛЕОСИНТЕЗА?

Борис БУЛЮБАШ

Современная космология, по вполне понятным причинам, - один из самых привлекательных для широкой публики разделов современной физики. Язык космологов необычайно выразителен: раздувающаяся Вселенная, червоточины пространства-времени, черные дыры, темная материя, красные и коричневые карлики и так далее. Отчасти по этой причине американский научный журналист Джон Хорган определяет космологию как науку, "которую нельзя эмпирически протестировать или решить ее задачи в принципе". По его словам, цель космологов - "держать нас в благоговении перед тайной космоса".
Не стоит, однако, забывать, что все революции в космологии связаны с появлением новой наблюдательной информации. Так, специалист в области истории науки и техники, профессор Орхусского университета в Дании Хелге Краг считает, что история космологии свидетельствует об исключительно важной роли инструментов в развитии фундаментальной науки. Например, без радиотелескопа (массовое использование которого в астрономии началось после Второй мировой войны) не было бы сделано одно из важнейших открытий двадцатого столетия - открытие реликтового излучения.
Активное изменение образа Вселенной произошло после того, как астрономы, получив в свое распоряжение рентгеновские и инфракрасные телескопы, "вышли" за пределы видимого спектра. Исключительное значение имела также информация, которой они стали располагать после начала работы первых орбитальных телескопов. А большим событием последних лет стал для космологов запуск зондов, изучающих флуктуации реликтового фона. Речь идет в первую очередь об исследовательском зонде космического фона COBE (Cosmic Background Explorer) и зонде микроволновой анизотропии имени Вилкинсона WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).
Информация, полученная с этих зондов, позволила установить анизотропию реликтового излучения и измерить флуктуации его температуры в зависимости от направления. Что, в свою очередь, дало возможность уточнить численное значение одного из важнейших космологических параметров - отношения средней плотности числа барионов к средней плотности числа фотонов (барионы - одно из семейств элементарных частиц, в которое входят, в частности, протоны и нейтроны). Фактически же мы имеем дело с отношением плотности вещества к плотности излучения.
Количество барионов, приходящихся на один фотон, было для ранней Вселенной весьма важным параметром, влияющим на процесс образования ядер изотопов легких элементов: водорода, гелия, лития и бериллия. Начавшийся через секунду после Большого Взрыва, этот процесс закончился на 200-й (!) секунде и известен как нуклеосинтез Большого Взрыва. Элементы же тяжелее лития образовались в ходе термоядерных реакций в звездах. При этом существенным для дальнейшего рассказа является тот факт, что во Вселенной литий в основном представлен изотопом Li-7; другой изотоп лития - Li-6 - присутствует в космосе лишь в незначительных количествах.
До запуска зондов COBE и WMAP информация об уровне присутствия во Вселенной легких элементов как раз и позволяла оценить количество барионов, приходящихся на один фотон. После анализа поступившей с зондов информации ситуация сменилась на противоположную: измеренное с помощью зондов соотношение между барионами и фотонами позволило скорректировать теорию нуклеосинтеза Большого Взрыва - а следовательно, изменить представления о том, как распространены во Вселенной легкие элементы.
По современным расчетам, на миллион атомов водорода во Вселенной должно приходиться приблизительно 80 000 атомов He-4, 10 атомов дейтерия и изотопа водорода H-3, а также одна десятитысячная атома изотопа Li-7.
По словам Гэри Стеймана из Университета штата Огайо, зафиксированный в настоящее время уровень присутствия в космосе атомов дейтерия и гелия более-менее соответствует теории нуклеосинтеза. Иначе обстоит дело с литием: теория нуклеосинтеза предсказывает в три раза большее количество изотопа Li-7 во Вселенной, нежели следует из наблюдений. А два года назад Мартин Асплунд из Астрофизического института Макса Планка (Германия), исследовав химический состав 24 звезд, пришел к выводу, что изотопа Li-6 в них содержится в 1000 раз больше, чем предсказывает теория нуклеосинтеза. Вполне естественно, что космологи весьма серьезно отнеслись к "литиевой проблеме": согласие между теорией нуклеосинтеза и данными о распространенности легких элементов считалось важнейшим аргументом в пользу нарисованной космологами картины эволюции Вселенной. И соответственно в пользу самой теории нуклеосинтеза. "Если проблема с литием действительно существует, а астрофизикам так и не удастся ее объяснить, то ситуацию следует признать весьма печальной" - эти слова Гэри Стеймана приводит журнал New Scientist.
В то же время далеко не все считают "литиевую проблему" поводом для пересмотра теории нуклеосинтеза. Эксперты напоминают: основная часть ядер лития возникла не в первые минуты существования Вселенной; эти ядра стали формироваться значительно позже, в процессе звездной эволюции и в ходе столкновений между частицами космических лучей и частицами межзвездного газа.
Анализируя литиевую проблему, следует прежде всего проверить наблюдения самого Асплунда, у которого, кстати, на анализ собственных данных ушло целых пять лет. Одна из причин этого была в плохой видимости некоторых спектральных линий: линия Li-6 в звездных спектрах перекрывалась линией Li-7, превышавшей ее по интенсивности в 20 раз. Как сказал корреспонденту New Scientist Роберт Кайрел из Парижской обсерватории, адекватного решения проблемы Li-6 в настоящее время не существует. Кайрел, сомневаясь в результатах Асплунда, вместе с несколькими коллегами выполнил в 2007 году независимое исследование спектра одиночной звезды. В то же время, как сообщает New Scientist, Асплунд и сам перепроверяет полученные им результаты. Недавно, используя телескоп обсерватории Keck на Гавайях, он исследовал химический состав еще 10 звезд; предварительные результаты позволяют предполагать даже больший избыток Li-6, нежели представлялось ранее.
Хотя реальность "литиевой проблемы" и остается под вопросом, физики-теоретики активно ее обсуждают. Работающий в Оксфордском университете космолог Джозеф Силк не сомневается, что именно в поисках решения "проблемы лития" появится новая теория элементарных частиц. Как сказал Силк корреспонденту журнала New Scientist, "я не могу поверить, что эта проблема связана исключительно с физикой звезд". По мнению многих теоретиков, решение "литиевой проблемы" следует искать с помощью теории суперсимметрии. Ее сторонники предлагают, как известно, отказаться от принятой в физике элементарных частиц Стандартной модели, а одной из главных идей теории суперсимметрии является идея о существовании у всех элементарных частиц массивных "частиц-партнеров".
Эта теория, по мнению ее сторонников, позволяет снять с повестки дня и проблему недостаточного количества атомов Li-7, и проблему избыточного количества атомов Li-6. Теоретик Максим Поспелов из Perimeter Institute in Waterloo (Онтарио, Канада), решение "проблемы лития" связывает с гипотезой о существовании стаусов (staus) - тяжелых партнеров тау-лептонов. Расчеты Поспелова показывают, что стаусы - если допустить, что они существуют - будут образовывать связанные состояния с ядрами Be-7. Этот факт весьма важен, поскольку теория нуклеосинтеза объясняет появление лития соединением ядра Be-7 с нейтроном, в результате чего возникают ядра изотопа Li-7 и рождаются протоны. Если же Be-7 будет образовывать связанные состояния со стаусами, то в этом состоянии он, согласно расчетам, будет захватывать протоны. Образующееся в результате этого гибридное состояние ядра Be-8 и стауса должно распасться на два ядра He-4. А это, в свою очередь, означает, что теория супер-симметрии не предсказывает те процессы нуклеосинтеза, которые и приводят к появлению во Вселенной атомов лития.
Другое "суперсимметричное" решение "проблемы лития" предлагает физик-теоретик Карстен Джедамзик из французского университета Montpellier. Его расчеты показывают, что теорией суперсимметрии допускается существенно более раннее - по сравнению с теорией нуклеосинтеза - образование ядер Li-7. В это случае ядра Li-7 имеют шанс быстро разрушиться, поскольку температура Вселенной тем выше, чем меньше ее возраст.
При всем этом мы не должны забывать, что для самой теории супер-симметрии экспериментальные подтверждения на данный момент отсутствуют. Это обстоятельство специально подчеркивает Андреас Корн, считающий более правдоподобными такие объяснения "проблемы лития", которые основаны на анализе происходящего в недрах звезд. В целом же "проблема лития" ставит перед космологией проблему выбора: либо признать, что уровень собственного понимания физики звезд явно недостаточен, либо отказаться от Стандартной модели. Пока же космологи ожидают начала активных исследований на Большом Адронном Коллайдере и соответственно подтверждения (или опровержения) теории супер-симметрии. Все происходящее отлично иллюстрирует идеи профессора Хелге Крага и его слова о той роли, которую "инструментальная техника сыграла в формировании наших представлений о Вселенной в целом".
Источник: "Знание - Сила"
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 17/09/2009

ВОЗМОЖЕН ЛИ ВСЕОБЩИЙ ОТКАЗ ОТ СВИНЦА?

В.В. Зенин доктор технических наук, профессор, В.Н. Осенков кандидат технических наук, А.В. Рягузов кандидат технических наук, В.И. Федянин доктор технических наук, профессор, О.В. Хишко кандидат технических наук Воронеж

Промышленность всего мира переживает очередной этап преобразований, связанных с ужесточением экологических стандартов, - происходит всеобщий отказ от свинца. Эта тенденция станет общей для всех стран ЕС в 2015 г. Большинство ведущих корпораций ставят отказ от свинца в списки первоочередных задач. Россия также активно развивает технологии, которые помогут найти альтернативу применению свинца.
И все же глобальный переход на беcсвинцовые технологии - задача пусть не очень далекого, но все же будущего. Опасность свинца для окружающей среды и здоровья человека парадоксальным образом сочетается с его исключительной значимостью для современной промышленности.
Особенно сложно ответить на призыв экологов к запрету использования свинца в электронной аппаратуре. По их мнению, размещение на полигонах (свалках) отслуживших свой срок изделий радиоэлектронной промышленности, содержащих свинец в припое, ухудшает экологическую ситуацию. В последние годы пайке бессвинцовыми припоями в производстве изделий микроэлектроники уделяют пристальное внимание специалисты, работающие в этой области.

Свинцовая проблема

Первый оловянно-свинцовый припой был использован древними греками при производстве механизмов за 250 лет до н. э. В XX веке он стал широко использоваться в электронной промышленности, в частности, в технологии производства полупроводниковых изделий на сборочных операциях.
Свинец в процессе сборки в электронике используется в виде припойного сплава, покрытия печатной платы и покрытия компонентов. Наибольшее содержание свинца находится в паяном соединении, т. е. в припое.
Новое законодательство об охране окружающей среды - директива Совета Европы по экологической безопасности RoHS (Restriction of use of Certain Hazardous Substances) - стало причиной многих проблем для фирм, занимающихся распайкой плат традиционными методами с использованием припоев, содержащих свинец (на европейском рынке свинец полностью запрещен к применению в большей части электронного оборудования с июля 2006 г.).
Почему акцентируется внимание только на свинце? Разве другие ингредиенты, входящие в состав отходов производств всех уровней, не ухудшают экологию?
Начало процессу положил сенатор Эл Гор в 1992 г., представив в конгресс США законопроект, к которому прилагался обширный список подлежащих запрету "свинцовых" материалов и изделий. В него попала и продукция электронной промышленности, включая свинцовые припои и покрытия. Агентство по охране окружающей среды ЕРА (Environmental Protection Agency) провело инвентаризацию всех изделий, содержащих свинец, и составило список материалов, которые могут нанести существенный вред здоровью человека. В апреле 1993 г. в США был принят закон, в соответствии с которым подлежит обложению налогом каждый фунт свинца как в изделиях собственного производства, так и импортируемых.
Маховик перехода на пайку бессвинцовыми сплавами в мировой электронике уже запущен. Его невозможно остановить в отдельно взятой стране. И всем придется волей-неволей перейти на бессвинцовую технологию, несмотря на издержки и дополнительные капиталовложения.
Свинец представляет собой яд, накапливающийся на протяжении многих лет в тканях организма; 30% попадающего в организм человека свинца адсорбируется в кожных покровах, а 70% оседает в легких. Внешними симптомами отравления являются головные боли и боли в суставах, однако оно вызывает и скрытые, более серьезные последствия в виде поражений почек и нервной системы, бесплодия и врожденных пороков у потомства.
Установлены ПДК для свинца и его неорганических соединений: для атмосферного воздуха - 0,001 мг/м³, для рабочей зоны - 0,01 мг/м³, для питьевой воды - 0,03 мг/дм³.
Свинец очень фитотоксичен. Ионы свинца быстро теряют подвижность. Они прочнее, чем другие катионы, удерживаются гумусом почвы. Очень высокие концентрации свинца в почвах подавляют рост растений и вызывают болезнь, при которой нарушается образование хлорофилла в листьях и снижается активность фотосинтеза, - хлороз. Основная часть свинца задерживается в корнях растений.
Свинец относят к наиболее токсичным металлам, опасным даже в малых дозах. Объединенная комиссия ВОЗ по пищевому кодексу (Codex Alimentarius) включила его наряду с кадмием, мышьяком, медью, стронцием, цинком и железом в число компонентов, содержание которых строго контролируется при международной торговле продуктами питания.

Электроника и экология

Сегодня ни одна отрасль народного хозяйства не обходится без использования микроэлектроники. Специалисты утверждают, что двумя самыми важными технологиями сверхавтоматизированного XXI века будут компьютеры ("разум") и силовая электроника ("мускулы"). Технология сборки изделий электроники, особенно силовых полупроводниковых приборов, является такой же важной проблемой, как и создание кристаллов. Здесь наиболее трудоемкими являются сборочные операции, от качества выполнения которых во многом зависит эксплуатационная надежность готовых изделий. На многих сборочных операциях широко используется пайка, составляющая более 25% общей трудоемкостисборочных операций.
Бессвинцовые припои значительно более безопасны. Максимально допустимые разовые концентрации загрязняющих веществ (ЗВ): для оксида олова (в пересчете на олово) ПДК в рабочей зоне - 2 мг/м³, в атмосферных выбросах - 0,02 мг/м3; для меди соответственно. - 1 мг/м³ и 0,002 мг/м³; для серебра ПДК в рабочей зоне. - 1 г/м³, выброс в атмосферу не регламентируется.
Нами проведен сравнительный анализ применения припоев ПОС40 (содержит 40% олова и 60% свинца) и бессвинцового 95,5 Sn/4 Ag/0,5 Cu, который показал экологическую безопасность использования в производстве бессвинцовых припоев. При применении припоя, содержащего свинец, при тех же условиях организации рабочего места на участке пайки не удается достичь допустимых уровней ПДК загрязняющих веществ как в рабочей зоне, так и на выбросе в атмосферу.
При использовании свинцовых припоев источником загрязнения атмосферы свинцом является операция пайки в производстве изделий микроэлектроники (дискретные полупроводниковые изделия, печатные платы и т. д.). Уменьшить концентрацию свинца в рабочей зоне и выбросы в атмосферу при пайке свинцовыми припоями возможно за счет установления специальных фильтров очистки.
В радиоэлектронной промышленности в последнее время много внимания уделяют не содержащим свинец сплавам, несмотря на то что соответствующие законоположения к этому не обязывают. Большинство компаний мотивируют это предстоящим появлением таких законопроектов, что приведет к созданию торговых барьеров и конкуренции между производителями электроники.
Некоторые японские компании уже выпускают электронные изделия с припоями, не содержащими свинец, и маркируют их изображением зеленого листа, чтобы показать, что они "дружественны по отношению к природе". По имеющимся сообщениям, эти изделия очень популярны и получают призы, хотя такая маркировка необязательно означает, что изделия совсем не содержат свинец, поскольку в некоторых из них используются луженые с применением свинца платы и компоненты с лужеными выводами. Это заставляет других мировых производителей начать исследование вопроса, как отказаться от использования свинца, чтобы не стать аутсайдерами рынка.
В паяльном дыме содержатся опасные частицы и газы: пары канифоли (абиетиновая кислота), формальдегид, изоцианаты (метилдисоцианат и др.). Вдыхание паяльного дыма вызывает головокружение и головную боль, раздражение слизистой оболочки глаз и носоглотки, повышенную чувствительность к химикатам, хронический бронхит и одно из тяжелейших заболеваний в этом ряду - профессиональную астму.
Согласно Постановлению Минтруда РФ от 31 марта 2003 г. монтажники должны получать 0,5 л бесплатного молока, равноценных продуктов или специальных лечебно-профилактических напитков и витаминных препаратов в рабочую смену.

Свинец и другие тяжелые металлы на полигоне ТБО

Специалистам известно, что на городских свалках 48,1% свинца (по весу) приходится на аккумуляторные батареи и всего лишь 4,4% - на долю свинца, содержащегося в электронной аппаратуре. Судя по этим цифрам, в первую очередь следует решать проблему утилизации аккумуляторов, а не электронной аппаратуры. Проведенные в 1998 г. обследования показали, что из 139 проб, взятых в грунтовых водах вблизи 45 городских полигонов (свалок), не было зарегистрировано ни одного случая превышения норм содержания свинца.
Для контроля поступающих на полигон твердых бытовых отходов работает контрольно-пропускной пункт, в состав которого входят мастер-химик и эколог. Оценка отходов производится "на глаз" по объему, массе, составу и регистрируется в специальном журнале. Система регистрации отходов и их номенклатура аналогичны тем, что осуществляются в соответствии с директивой Совета Евросоюза № 1999/31/ЕС от 26 апреля 1999 г. За аналог классификационного каталога отходов принята система регистрации отходов, реализованная в проекте "Экологически чистый полигон захоронения ТБО для г. Москвы" (проект разработан при участии Агентства по охране окружающей среды Дании).
В отдельных случаях допускается размещение промышленных отходов совместно с бытовыми - это отдельные виды пластиков, вырубка резины, древесные отходы, лоскут хромовый, отходы пищевой промышленности, активированный уголь, кожзаменители (см. табл. 1).
Эксплуатация полигона должна находиться под постоянным контролем инженеров-экологов. При необходимости проведения мониторинговых исследований подключаются специализированные организации. Отчеты с данными по контролю в любое время должны быть доступны соответствующим экологическим службам. Особенно строгое регулирование осуществляется по отношению к токсичным промышленным отходам. Для этой цели сооружаются специальные полигоны по обезвреживанию, переработке и захоронению токсичных промышленных отходов.
К числу промышленных отходов, размещение которых на полигонах ТБО недопустимо, относятся отходы, содержащие ртуть, шестивалентный хром, кобальт, цинк, медь, никель, кадмий, свинец, бром, соли тяжелых металлов, а также некоторые неорганические (серная кислота и др.) и органические (фенол и др.) вещества.
По воздействию на состояние окружающей природной среды наиболее опасными являются фильтраты, формирующиеся в толще отходов при их взаимодействии с осадками и влагой, поступающей с отходами. Фильтрат - это высококонцентрированный водный раствор, содержащий многочисленные компоненты распада органических и минеральных токсичных загрязняющих веществ, в сотни и тысячи раз превышающие ПДК. Счиятается, что уровни загрязнения фильтратов в 5-20 раз превышают показатели, характерные для бытовых и промышленных (производственных) сточных вод.
Загрязнению фильтратом особенно подвержены зоны активного водообмена, приуроченные к верхней части разрезов, и прежде всего грунтовые воды.
В течение 3-5 лет с начала эксплуатации секции складирования ТБО фильтрат находится в кислотной фазе и имеет очень высокое загрязнение органикой ("молодой" фильтрат). После 3-5 лет эксплуатации секции складирования ТБО состав фильтрата изменяется благодаря анаэробному разложению органических кислот до метана. Фильтрат превращается в "старый" с медленно разлагаемыми гумусными органическими соединениями. При этом содержание тяжелых металлов существенно снижается. Они осаждаются в отходах в виде сульфидов, карбонатов и гидрооксидов в метановой фазе.
С целью исключения попадания фильтрата в подземные воды осуществляются сбор и канализация фильтрата в пруд-испаритель (отстойник). Разлив фильтрата недопустим, несанкционированный сброс его категорически запрещен.

Влияние полигона ТБО на состояние почвы и растений

Наиболее распространенным критерием качества поверхностных, подземных вод и систем водоснабжения, которым пользуются исследователи и аналитические лаборатории, является ПДК вредных химических веществ в пробах воды. В тех случаях, когда нормативные значения ПДК отсутствуют, нормирование качества осуществляется по ориентировочным допустимым уровням (ОДУ) химических веществ в воде.
На полигоне ТБО в атмосферный воздух выделяются загрязняющие вещества в результате процессов их разложения, от мусоровозов и техники, работающей на полигоне, от прудов-испарителей. Качество воздуха в рабочей зоне оценивается по гигиеническим нормативам.
Почва и растения находятся во взаимосвязи с атмосферным воздухом и подземными водами. Вредные химические вещества, выделяемые в воздух на полигоне, рассеиваются и оседают на рельефе местности, с атмосферными осадками проникают в почву и в подземные воды, а затем поглощаются растениями через корневую систему.
Для определения степени загрязнения верхнего горизонта почвы в зоне, прилегающей к полигону ТБО, отбираются пробы почвы на глубине 20-40 см. Направление отбора проб выбирается с учетом ближайшего населенного пункта. В месте отбора проб почвы используются образцы естественной растительности.
Перечень ингредиентов, предполагаемых для определения их концентрации в почве и растениях, представлен в табл. 2. В ней приведены сведения только о тех металлах, которые входят в состав припоев при сборке радиоэлектронной аппаратуры. При оценке воздействия анализируемого полигона ТБО на концентрацию загрязняющих веществ были отобраны 3 пробы почвы и 3 пробы растительных образцов. Место взятия проб было привязано к расположению скважин с территории, прилегающей к полигону (пробы № 1 и № 2), и в районе населенного пункта, расположенного на расстоянии 1,5 км от полигона ТБО (проба № 3).
Результаты анализа показывают, что пробы почвы по содержанию тяжелых металлов и микроэлементов не превышают нормы ПДК. Их уровень не оказывает отрицательного влияния на состояние окружающей среды вокруг полигона ТБО.
Кислотность почвы (pH) в местах взятия проб (7,54; 7,61 и 7,36) свидетельствует о том, что близость полигона ТБО не влияет на смещение показателя кислотности почв в кислую или щелочную стороны.
Содержание в почве нитратов, ионов серы значительно ниже ПДК. Содержание в почве хлоридов и железа, которые являются ингредиентами-индикаторами, в десятки (железо) и тысячи (хлориды) раз меньше, чем в фильтрате, что свидетельствует об отсутствии влияния полигона ТБО на почву.
Конечным пунктом миграции ионов металлов становятся ткани растений. Однозначно установлено, что в растениях накапливаются такие очень токсичные микроэлементы, как кадмий и ртуть. Кадмий выступает как антагонист цинка - элемента, необходимого растениям (без него нарушается нормальный обмен веществ, тормозится рост растения, прекращается образование семян).
Отравление растений тяжелыми металлами происходит также за счет выпадения металлов из атмосферы на поверхность листьев. И здесь свинец в числе наиболее токсичных элементов.
Проникновение тяжелых металлов через корневую систему зависит от их функций внутри растения. Те элементы, которые входят в состав жизненно необходимых соединений, поглощаются из почвы растениями избирательно. Содержание тяжелых металлов больше в корнях, затем идут стебли, листья и, наконец, семена, клубни, корнеплоды.
Разложение органических отходов на полигоне приводит к образованию биогаза - смеси метана, пахучих газов и углекислого газа. Количество образуемого газа при разложении ТБО с большим содержанием органики, по данным проекта "Экологически чистый полигон захоронения ТБО для г. Москвы", составляет 10 л/кг влажных отходов. Практически удается собрать 10-40% от общего количества образуемого газа. Заметим, что использование газа полигона ТБО в промышленном масштабе требует больших затрат. (Для сравнения: согласно директиве ЕС газ на полигоне ТБО должен быть собран и утилизирован в целях получения энергии; если это окажется невыгодным, то биогаз должен собираться и сжигаться. Немецкие специалисты с помощью оригинального верхнего покрытия полигона очищают метан путем превращения его в углекислый газ.)
Утилизация узлов радиоэлектронной аппаратуры должна производиться на специализированных предприятиях. Поэтому проблема попадания в почву и подземные воды свинца из аппаратуры, содержащей данный металл, является дискуссионной и требует дополнительных всесторонних исследований специалистов различного профиля совместно с экологами. Превышение ПДК свинца в окружающей среде связано в первую очередь с выбросом предприятий, выплавляющих свинец и производящих свинцовые припои, а также с выхлопными газами бензиновых автомобилей. Отравление растений тяжелыми металлами происходит за счет выпадения токсичных металлов из атмосферы на поверхность листьев. По этому признаку лидирующее положение занимают кадмий и свинец.

***

Свинцовая угроза - результат неумеренного и недальновидного производства и использования свинца в течение минувших веков. Но сейчас на первый план выходит экологическая безопасность производств и технологических процессов, так что пришло время для тщательного анализа угроз окружающей среде. Безусловно, свинец еще долгое время не потеряет своего значения в промышленности, но если находятся альтернативы, то ими необходимо воспользоваться.
В этом отношении наша страна предприняла ряд важных шагов. Положительные результаты по преодолению вредного воздействия свинца дало принятие Федеральной программы "Охрана окружающей среды Российской Федерации от свинцового загрязнения и снижение его влияния на здоровье населения". Принят также Федеральный закон "О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в РФ" от 22.03.2003 г., полностью запрещающий производство и оборот этилированного автомобильного бензина в РФ.
Но это лишь начало пути…

Литература 1. Медведев А.М. Бессвинцовые технологии монтажной пайки. Что нас ожидает?// Электронные компоненты. 2004. № 11. С. 5-8.
2. Припои и покрытия для бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники/ Зенин В.В., Рягузов А.В., Бойко В.И., Гальцев В.П. Фоменко Ю.Л.// Технологии в электронной промышленности. 2005. № 5. С. 46-51.
3. Ивасик А., Коваль Ю. Бессвинцовая пайка диктует перемены// Радиоэлектронные компоненты. 2005. № 3. С. 13-15.
4. Зенин В.В., Осенков В.Н., Рягузов А.В. Экологические аспекты пролемы бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники// Технологии в электронной промышленности. 2005. № 4. С. 81-83.
5. Шапиро Л. Внедрение европейской директивы RoSH// Электронные компоненты, 2006. № 1. С. 9-12.
6. Михайлова Г. Переход к бессвинцовому припою// Компоненты и технологии. 2004. № 4. С. 188-191.
7. Федеральный классификационный каталог отходов. Утвержден приказом Министерства природных ресурсов РФ № 768 от 02.12.2002.
8. Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления. СанПиН 2.1.7.1322-03. Минздрав РФ. М., 2003.
9. Дополнение к Федеральному классификационному каталогу отходов. Утверждено приказом МПР РФ № 663 от 14.08.2003.
Источник: "Экология и жизнь"
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 18/09/2009

ЯПОНСКИЕ УЧЕНЫЕ СОЗДАЛИ ДОЛГОДЕЙСТВУЮЩИЙ АНТИСЕПТИК

Уникальное химическое вещество, которое после нанесения на мебель или одежду уничтожает всех попадающих на них микробов и вирусов, создали японские ученые из города Хиросима.
На этот антисептик возлагаются большие надежды в повышении эффективности борьбы с распространением ряда заболеваний, включая новый грипп, сообщают сегодня местные средства массовой информации.
В состав дезинфицирующего вещества входят соли аммония, которые разводят водой или этанолом, то есть простым спиртом. Опыты показали, что частицы антисептика прочно закрепляются на поверхности и продолжают действовать в течение полугода. Все аналогичные средства, которые используются в мире в настоящее время, после высыхания теряют антибактериальную силу, отмечает ИТАР-ТАСС.
Создатель химического вещества, профессор Хироки Никава в интервью телеканалу Эн-эйч-кей заявил, что в продажу новое средство для дезинфекции поступит еще до конца года. "В школах проводятся масштабные санитарные обработки, однако это не мешает распространению нового гриппа, - сказал он. - Я полагаю, что теперь мы сможем решить эту проблему".
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 18/09/2009

АСТРОНОМЫ ОБНАРУЖИЛИ НАФТАЛИН В МЕЖЗВЕЗДНЫХ ПЫЛЕВЫХ ОБЛАКАХ

Американским астрономам впервые удалось доказать присутствие в межзвездных пылевых облаках нафталина. Правда, "космический нафталин" оказался не кристаллическим, который хозяйки часто используют на Земле, стараясь защитить свои вещи от моли, а газообразным. Авторами открытия стали сотрудники Университета штата Джорджия, которые занялись изучением так называемых неидентифицированных инфракрасных полос, присутствующих в инфракрасном излучении, испускаемом межзвездными пылевыми облаками. В течение уже 30 лет ученые безуспешно бились, пытаясь разгадать загадку этих полос, но так и не смогли установить, молекулы какого вещества отвечают за появление этих структур. Теперь же благодаря экспериментам, выполненным группой астрофизиков под руководством Майкла Дункана, одно из загадочных соединений наконец установлено.
О возможном присутствии в межзвездных облаках молекул нафталина, которые состоят из 10 атомов углерода и 8 атомов водорода, ученые подозревали давно, поскольку и тот, и другой элемент являются одними из самых распространенных во Вселенной, но пока доказать не могли. Сейчас исследователям удалось в лаборатории воспроизвести условия, существующие в огромных межзвездных облаках при температурах, близких к абсолютному нулю. Используя лазер, экспериментаторы смогли получить инфракрасный спектр несколько модифицированного газообразного нафталина и обнаружили, что он очень хорошо совпадет с элементами неидентифицированных инфракрасных полос. По мнению ученых, их методика поможет определить и другие фрагменты полос, выявив излучающие их соединения, определить состав пылевых облаков и, таким образом, лучше понять, как формируются звезды и планетные системы, передает ИТАР-ТАСС.
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 4/09/2009

МОЖНО ЛИ СНЯТЬ ФИЛЬМ О ЖИЗНИ МОЛЕКУЛ?

Процессы, связанные с движением молекул, длятся фемтосекунды. В тысячи раз быстрее, за аттосекунды, идут процессы, связанные с движением электронов. Если создать видеокамеру, снимающую со скоростью один кадр в аттосекунду, она сделала бы фильм на сюжет из жизни молекул. И этого можно добиться - нужен лишь сверхбыстрый электронный микроскоп с импульсами электронов, которые длятся столь малое время.
Ученые из университета Небраска-Линкольн во главе с доцентом Германом Бателааном, работая с лабораторией нобелевского лауреата в области фемтосекундной спектроскопии Ахмеда Зивайла, рассчитали возможность создания временных (ударение на последнем слоге) лазерных линз.
По их мнению, такая линза подчиняется законам, действующим в обычной, пространственной оптике, только сжимает лучи она не в пространстве, а во времени. Из расчета следует, что с помощью одного луча лазера можно получить импульсы электронов продолжительностью менее 10 фемтосекунд. Два луча лазера, направленных друг навстречу другу, должны сжимать электронный импульс в аттосекунды. Теперь дело за экспериментаторами, которые пожелали бы воплотить предсказание теоретиков в жизнь. Об этом сообщает "Химия и жизнь" со ссылкой на "Proceedings of the
National Academy of Sciences.
Источник информации: "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 31/08/2009

СУЩЕСТВА НА ГРАНИ ХИМИИ И ЖИЗНИ: РОЛЬ ВИРУСОВ В ЭВОЛЮЦИИ

М.А.Шкроб

Любой классический учебник по вирусологии неизменно начинается с рассуждения о том, являются ли вирусы объектами живой или неживой природы. Очевидно, разрешить этот спор невозможно, ибо дискуссия в конечном счете сводится к определению понятия "жизнь", которое вирусологией не рассматривается. В значительно большей степени ученых увлекает процесс перехода от неживой материи к живой. И тут, кажется, сама природа вирусов, существ на грани химии и жизни, требует поместить их непосредственно в гущу событий. Пусть гипотезы о том, что вирусы могли появиться даже раньше, чем клетки, на которых им положено паразитировать, кажутся парадоксальными, все же они слишком любопытны, чтобы остаться без внимания.
То, что мы можем считать живым уже безоговорочно, безо всякой оглядки на философию, появилось не мгновенно. Между "маленьким теплым прудом", как называл место возникновения жизни Чарльз Дарвин, и даже самой примитивной клеткой лежит огромная пропасть, мост над которой строят друг другу навстречу химики и биологи, пытающиеся установить, что же происходило на Земле задолго до нашего на ней появления.
Вероятно, правильней всего было бы создать в пробирке или даже на какой-нибудь небольшой планете условия, напоминающие те, что были на Земле миллиарды лет назад, запастись терпением и ждать появления жизни. Вместо этого ученым приходится довольствоваться в основном косвенными свидетельствами и отдельными экспериментальными фактами, относящимися прежде всего к области химии. Разумеется, результаты каждого такого опыта идут на вес золота (возьмем, например, блестящую работу группы Джона Сазерленда из университета Манчестера по абиогенному синтезу рибонуклеотидов, о которой "Химия и жизнь" писала в № 7 за 2009 год).
Пытаясь воссоздать картину появления жизни, биологи анализируют множество самых разных организмов, населяющих нашу планету сейчас. В качестве инструмента они выбрали универсальный метод - изучение геномов. Сравнивая характерные участки геномов ребенка и предполагаемого родителя, можно установить отцовство. Сравнивая геномы разных живых существ, можно выяснить степень родства между ними. Обнаруженные сходные черты говорят о том, каким мог быть общий предок, а различия - о том, когда и как пути разных групп могли разойтись. Какие же гены лучше выбрать для сравнения, если мы хотим исследовать самые ранние события в эволюции? Логично взять гены, отвечающие за самые основные, первостепенные задачи, такие, как синтез ДНК или белка.
Сравнение генов, имеющих отношение к синтезу белка (трансляции), позволило значительно продвинуться в изучении эволюции. Именно так в 1977 году группа Карла Вёзе открыла новый домен живого, скрывавшийся до этого в тени бактерий, - археи. Большинство людей об археях никогда не слышало, что удивительно, если учесть, что биомасса архей на Земле по оценкам превышает суммарную биомассу всех остальных организмов. Археи распространены по всей планете, ведь они способны выживать в самых немыслимых условиях: при температуре ниже нуля и при температуре выше 100°С, в кислотах и щелочах, при огромном давлении и в отсутствие воды. Пусть, наблюдая архей в микроскоп, вы не отличите их от бактерий, на молекулярном уровне археи так далеко отстоят и от бактерий, и от эукариот, что их пришлось вынести в отдельную группу.
Несмотря на то что эукариоты, археи и бактерии успели за время эволюции далеко разойтись друг от друга, все они должны происходить из одного корня, ведь в самой своей основе они устроены одинаково (к примеру, используют один и тот же носитель и способ кодирования генетической информации).

В своем глазу бревна не замечаешь

Долгое время ученые спорили о том, что возникло раньше, что было первой "молекулой жизни": белок или ДНК? Находились достаточно убедительные доводы и в пользу белка, обладателя каталитических свойств, и в пользу ДНК, носителя генетической информации. РНК при этом оставалась как-то за рамками дискуссии. В то время считалось, что предназначение РНК в клетке ограничивается ролью посредника между геном и белком. Само собой подразумевалось, что РНК вторична и по отношению к белкам, и по отношению к ДНК: в рамках этих представлений отсутствие того или другого делало бы существование РНК бессмысленным. Лишь сопоставив результаты опытов, демонстрирующих способность РНК выступать в качестве катализатора, с тем, что РНК может выполнять роль носителя информации у некоторых вирусов (например, у вирусов гриппа, полиомиелита, гепатитов А, В и С и др.), ученые смогли поставить некую точку в этих дебатах, признав лидерство за бывшим аутсайдером. Теория так называемого РНК-мира, с которого началась жизнь на Земле, - мира, населенного различными каталитическими молекулами РНК, - теперь стала практически общепризнанной.
А что, если подобная ситуация складывается и в споре о том, кто из ныне живущих организмов появился раньше: бактерии, археи или эукариоты? Количество гипотез на этот счет фактически ограничивается правилами комбинаторики: одни считают, что эукариоты появились от симбиоза бактерий и архей, другие - что первыми от двух других групп отделились бактерии, третьи - что эукариоты, и так далее. Вирусы же традиционно оставались в этом споре за бортом, как нечто, к жизни не относящееся. В самом деле, если думать о вирусах как о бездушных паразитах, эксплуатирующих все живое, трудно предположить, что они могли появиться на свет раньше своих жертв. Но может быть, вынося вирусы за скобки, мы упускаем что-то очень значительное?
Насчет происхождения вирусов существует три гипотезы. Две из них говорят о том, что вирусы так или иначе происходят от живых организмов и представляют собой деградировавшие клетки или "сбежавшие" гены. Но если бы вирусы происходили от клеток, то, по крайней мере, большая часть их генов должна быть гомологична генам клетки, однако на деле это не так. Существует огромное количество вирус-специфических белков. Например, многие вирусы имеют отличную от клеточной ДНК-полимеразу. Эти данные говорят в пользу третьей теории - независимого происхождения вирусов.
Допустим, вирусы образовались сами по себе. Ведут ли они свое начало из одного или из нескольких корней? Вирусы - очень разнородная группа: среди них есть такие, чей геном представлен одноцепочечной или двуцепочечной РНК, одноцепочечной или двуцепочечной ДНК. Существуют вирусы, заражающие бактерий, эукариот, архей. Есть ли у них хоть что-то общее? Оказывается, да. Белок внешней оболочки (капсида) у всех, за немногим исключением, вирусов содержит одно и то же характерное сочетание аминокислот. Эта последовательность специфична для вирусов, она не встречается в геномах клеток. Самое удивительное, что этот фрагмент имеется у вирусов, относящихся к совершенно разным группам, с РНК- и ДНК-геномами. Неужели все это разнообразие организмов может происходить от одного корня? Если общий корень существовал, то сколько же времени могло потребоваться на то, чтобы отдельные ветви разошлись до такой степени? И если вирусы такие древние, могли ли они повлиять на появление клеток?
Чем больше накапливается данных о вирусных геномах, тем яснее становится, что вне зависимости от того, считаем ли мы вирусы относящимися к жизни или нет, исключить их из рассмотрения, когда речь идет о зарождении жизни, нельзя. Рассмотрим две интересные теории, которые включают вирусы в общую схему эволюции. Одна из них кажется значительно более спорной, чем вторая, но истина и рождается в споре.

"Три вируса - три домена"

В 2006 году была опубликована очень любопытная работа французского ученого Патрика Фортерра. Фортерр начал обдумывать роль вирусов в эволюции уже с 80-х годов прошлого века. В то время он занимался изучением бактериофага Т4 (вируса, заражающего бактерии). Ученый обратил внимание, что ДНК-полимераза Т4 совершенно не похожа по структуре на ДНК-полимеразы живых организмов. Ему показалось, что это явно противоречит принятым в то время представлениям о вирусах как о выродившихся клетках, и с тех пор он борется за признание вирусов полноправными, а может быть, и ведущими участниками первых этапов возникновения жизни.
Фортерр обнаружил, что если сравнение аппаратов синтеза белка бактерий, архей и эукариот дает более или менее однозначные сведения об эволюции трех доменов и степени их родства, то воссоздать эволюцию, сравнивая гены, отвечающие за синтез ДНК, удается с трудом. В первом случае, какой бы ген вы ни выбрали для сравнения, вы получите один и тот же результат, а вот во втором результат будет зависеть от того, что за ген вы рассматриваете. Чтобы объяснить это противоречие, наличие которого, впрочем, ставят под сомнение другие исследователи, Фортерр предложил гипотезу "трех вирусов - трех доменов".
Ученый высказал довольно странную, но занятную идею, что ДНК могла впервые появиться у вирусов. Концепция РНК-мира гласит, что первые самореплицирующиеся системы возникли на основе РНК. Но каким образом мог произойти переход от РНК к ДНК, не очень понятно. В отличие от РНК, ДНК не обладает способностью к саморепликации. Конечно, у ДНК есть несомненные преимущества: во-первых, молекула ДНК химически более стабильна, а во-вторых, она состоит из двух комплементарных цепей, что позволяет в случае повреждения одной цепи восстановить информацию по другой. Таким образом, пусть и с проигрышем в независимости, ДНК предоставляет организму возможность иметь больший геном. И здесь кроется парадокс: ДНК не дает немедленного преимущества. Да, в отдаленной перспективе постепенное наращивание генома несомненно выгодно, но как оно могло быть поддержано отбором вначале? Фортерр считает, что вот тут самое время вспомнить о вирусах.
Итак, по мнению Фортерра, в "маленьком теплом пруду" плавали РНК-содержащие клетки, и клетки эти заражались РНК-содержащими вирусами. Чтобы защитить себя, РНК-клетки могли выработать некий способ разрушения чужого генетического материала, а такие способы, заметим, имеются и у современных бактерий (система рестрикции), и у современных эукариот (система РНК-интерференции). Чем могли ответить вирусы в этой гонке вооружений? Может быть, они попытались бы как-то модифицировать свой генетический материал, чтобы расстроить планы противника? Что, если они модифицировали РНК в двуцепочечную ДНК-молекулу, в которой нуклеотидные основания скрыты в глубине двойной спирали? В такой ситуации переход к ДНК мог бы стать для вирусов вовсе не отдаленным, а немедленным преимуществом.
Есть ли хоть какое-нибудь косвенное подтверждение этой идеи? В принципе да. У некоторых ДНК-содержащих вирусов имеются собственные ферменты, необходимые для получения ДНК на основе РНК (рибонуклеотид-редуктаза и тимидилат-синтаза), возможно, уцелевшие с тех времен. Фортерр предполагает, что вначале появилась ДНК, содержащая урацил вместо тимина. Напомним, что и ДНК, и РНК построены из четырех видов азотистых оснований, три из которых (аденин, гуанин и цитозин) совпадают у ДНК и РНК, а одно отличается: молекула РНК содержит урацил, а ДНК - тимин. Известно только одно исключение из этого строгого правила - "урациловая" ДНК имеет вирус PBS1, заражающий сенную палочку. Фортерр интерпретирует это исключение как доказательство того, что ДНК, содержащая урацил, могла существовать на Земле, пока не была вытеснена содержащей тимин.
А дальше могло случиться так, что однажды ДНК-содержащий вирус "застрял" в РНК-клетке, потеряв гены, необходимые для построения белковой оболочки. Вот на этом этапе РНК-гены хозяина могли начать постепенно включаться в ДНК вируса. Со временем РНК-хромосома таяла, а ДНК-хромосома росла, пока в конце концов все гены клетки не перешли на вирусную хромосому. Как бы выглядела такая клетка? Гены, отвечающие за трансляцию, остались бы у нее от РНК-клетки, а гены, отвечающие за синтез ДНК, - от вируса. Фортерр утверждает, что такое событие произошло в эволюции трижды: три вируса стали родоначальниками трех доменов живого.
Таким образом, предлагаемая Фортерром теория объясняет, кому было выгодно появление ДНК, как получилось, что молекулярная эволюция трансляционного аппарата происходила иначе, чем эволюция системы синтеза ДНК, и как именно произошли все три домена.
Разумеется, у этой теории есть недостатки. Например, Дэвид Пенни, профессор теоретической биологии из Новой Зеландии, указывает на то, что гипотетическая РНК-клетка должна быть устроена гораздо сложнее, чем это позволяет РНК как носитель генетической информации. Пенни не отрицает значительного влияния вирусов на эволюцию, но считает, что клетки осуществили переход на ДНК самостоятельно.
Евгений Кунин, сотрудник Национального центра биотехнологической информации США, соглашается с Фортерром в том, что вирусы вышли непосредственно из РНК-мира и могли первыми начать использовать ДНК, но его видение того, как это могло произойти, существенно иное.

Маленькие теплые лужицы

Итак, вернемся во времена РНК-мира. Предположим, что мир этот был сосредоточен не в одном "маленьком теплом пруду", а во множестве небольших "луж", организованных наподобие сот. В таких условиях, как считает Кунин, вдоклеточную эпоху образовались удивительные вирусоподобные генетические системы. Ученый отталкивается от того, что РНК-мир был поделен на отсеки, изолированные друг от друга таким образом, что молекулы РНК могли свободно рекомбинировать между собой в пределах одного отсека, но не могли смешиваться с молекулами РНК соседнего отсека. Рекомбинация и обмен генами происходили очень интенсивно. С одной стороны, РНК легче вступает в такие реакции, с другой стороны, нет никаких пространственных барьеров для рекомбинации молекул в пределах отсека. Эволюция шла значительно быстрее, пока не произошел переход к ДНК и не образовались замкнутые клетки.
Возникающие генетические системы использовали неорганические соединения из раствора и продукты деятельности других генетических систем. Сначала на них действовал индивидуальный отбор: выживали те РНК, которые могли, например, обеспечить собственное воспроизведение. Но со временем индивидуальный отбор должен был смениться своего рода популяционным отбором. Наличие в одном и том же отсеке одновременно молекул, способных эффективно копировать РНК, кодировать полезные белки и управлять синтезом предшественников, необходимых для построения новых молекул, давало выигрыш всему населению отсека. Произошло образование коммуны. И в такой коммуне неизбежно должны были появиться и тунеядцы: генетические элементы, которые паразитируют на других, ничего не предлагая взамен. Вот вам и настоящий вирус без всякого пока намека на клетку!
Тунеядцы могли быть очень опасны для коммуны. Если бы паразитический генетический элемент оказался достаточно бойким, он извел бы все ресурсы отсека на свою репликацию и тем самым прервал бы существование всех генетических систем своего отсека. После чего единственным способом выжить для паразита могло быть только заражение соседнего отсека. Скорее всего, начинающиеся подобным образом эпидемии должны были уничтожать "жизнь" в большинстве отсеков. Выжить в таких условиях могли или те отсеки, в которых паразиты вели себя скромнее, или те, в которых появилась бы система защиты от чужеродных генетических элементов. Вспомним идею Фортерра о том, что переход к ДНК в качестве носителя информации был способом защиты паразита от хозяина, - ее можно применить и к этой модели. Только в этом случае хозяином будет не клетка, а полезные члены коммуны.
В разных отсеках могли возникать самые разные паразитические генетические системы: одни могли быть полностью зависимыми от других участников коммуны, другие, возможно, приобретали собственные гены, повышающие эффективность размножения и распространения. Если тогда же появился белок оболочки, который давал паразиту явное преимущество, делая генетический материал более защищенным и повышая шанс заразить соседний отсек, то он мог быть позаимствован всеми существовавшими паразитами. Теперь, окруженные оболочкой, они уже совсем стали напоминать вирусы. Возможно, именно поэтому большинство современных вирусов имеют общий мотив в строении белка оболочки. Модель, предложенная Куниным, объясняет и удивительное разнообразие вирусов - они могут происходить от разных типов паразитов, живших в то время.

В самое ядро

Поговорим еще об одном предполагаемом вмешательстве вирусов в эволюцию - теории вирусного происхождения ядра эукариот (вирусного эукариогенеза). Из трех доменов, о которых шла речь выше, только у эукариот ДНК находится в ядре. Два других домена относятся к прокариотам, то есть безъядерным организмам, чья ДНК располагается непосредственно в цитоплазме. Наличие ядра - далеко не единственное отличие эукариот от прокариот. В клетках эукариот имеются и другие обособленные структуры, каждая из которых выполняет определенную функцию: например, в митохондриях происходит синтез АТФ (аденозинтрифосфата), в эндоплазматическом ретикулуме - синтез белков, в хлоропластах растительной клетки - фотосинтез. ДНК эукариот представлена линейной, а не кольцевой молекулой, как в случае прокариот. Кроме того, эукариоты обладают внутренним скелетом, способны к фагоцитозу (захвату и перевариванию пищевых частиц из среды), митозу и мейозу - особым типам клеточного деления, и это далеко не все различия, которые можно перечислить. Разумеется, ученым любопытно, каким образом возникло каждое из них. Было предложено множество гипотез о том, откуда могли произойти компоненты эукариотической клетки, наиболее известная из которых - теория эндосимбиоза.
Теорию эндосимбиоза сформулировал в 1905 году русский ботаник Константин Мережковский. Опираясь на опыты Андреаса Шимпера, заметившего, что деление хлоропластов очень похоже на деление свободноживущих цианобактерий, Мережковский предположил, что растения произошли в результате симбиоза двух организмов. В 20-х годах была высказана подобная же гипотеза в отношении митохондрий. Тогда научная общественность восприняла обе эти идеи без энтузиазма. Но когда в 60-х годах было открыто, что хлоропласты и митохондрии содержат собственную ДНК, теория эндосимбиоза пережила второе рождение. Во многом это произошло благодаря труду и настойчивости американской исследовательницы Линн Маргулис, которая развивала представления о симбиотическом происхождении органелл, несмотря на жесткую критику со стороны других ученых (одна из ее статей была пятнадцать раз отвергнута редакциями научных журналов). Настоящее признание теория эндосимбиоза получила в 80-х годах после того, как было установлено, что геном митохондрий устроен подобно прокариотическому, а не эукариотическому. Это убедило большинство ученых, и сегодня теория эндосимбиоза является общепризнанной.
Этот пример показывает, сколько времени и усилий требуется для признания гипотезы, описывающей события, которые происходили миллиарды лет назад. Ведь в этом случае трудно предъявить какое-нибудь неоспоримое доказательство. Должны были пройти десятки лет, прежде чем появились методы, с помощью которых теория симбиогенеза получила убедительное, но, заметим, опять же косвенное подтверждение.
В вопросах происхождения клеточного ядра ученым пока не удалось достигнуть согласия. Наиболее популярна идея симбиоза двух клеток, архей и бактерий, но раз уж мы взялись за изучение возможной роли вирусов в истории, подробнее остановимся на появившейся в последнее десятилетие теории вирусного эукариогенеза.
В 2001 году с разницей в несколько месяцев были опубликованы две статьи, посвященные рассмотрению теории вирусного происхождения клеточного ядра. Масахару Такемура из университета Нагоя и Филип Джон Ливингстон Белл из университета Макуори заметили, что крупные ДНК-содержащие вирусы, такие, как, например, вирус оспы, имеют много общего с ядром клетки. Вирусы такого типа окружены мембраной, их ДНК имеет линейную форму, характерную также для ядерной ДНК (в митохондриях и хлоропластах ДНК кольцевая). Молекулы РНК, использующиеся в качестве матрицы для синтеза белка (матричные РНК, мРНК), как у оспоподобных вирусов, так и у клетки определенным образом модифицированы с тем, чтобы повысить их стабильность и эффективность синтеза белка.
В предлагаемой теории древний вирус, напоминавший современный вирус оспы, заразил древнюю безъядерную клетку. Допустим, этот вирус обладал способностью какое-то время существовать внутри клетки, не убивая ее. При этом клетки продолжают жить и делиться, передавая вирус всему потомству. Вирус мог в какой-то момент полностью осесть в клетке, прекратить попытки выбраться наружу, уничтожив ее. Такой оседлый вирус действительно чем-то сходен с ядром. И если вирусные мРНК были лучшими матрицами, то клетке было бы выгодно постепенно перевести все свои гены на вирусную основу. Белл также полагает, что эукариоты обязаны вирусам и появлением митоза и мейоза, возникшим как способ контролировать число копий вируса в клетке на постоянном уровне.
Эту идею развивает французский вирусолог Жан-Мишель Клавери, который считает, что вирусы дали начало ядру, а ядро - вирусам. Клавери полагает, что, пока память о вирусном происхождении ядер еще не была утрачена, возможно, ядра могли покидать клетку и возвращаться к свободной жизни, унося с собой часть клеточных генов, которые уже могли перейти на вирусную хромосому. Каждое такое событие давало начало новой группе вирусов и способствовало тасованию клеточных и вирусных генов.
Как и все вирусологи, упомянутые в этой статье, Клавери уверен в том, что роль вирусов в эволюции недооценена: "Биологам пора перестать смотреть на вирусы как на случайные скопления генов. Мы задолжали этим господам признание выдающейся родословной".
Говоря о гипотезе Патрика Фортерра, Карл Вёзе, один из ведущих исследователей в данной области, замечает, что, возможно, не так и важно, прав Фортерр или нет, - важно, что он двигается в верном направлении. Несомненно, накопление сведений о геномах вирусов и их тщательный анализ внесет коррективы в существующие сегодня модели, но сама идея рассматривать вирусы в качестве активных участников истории возникновения жизни кажется правильной. Хотим мы того или нет, но вирусы существуют и, вероятно, будут существовать столько же, сколько жизнь на Земле, поэтому игнорировать их присутствие невозможно ни на каком этапе эволюции.
Подробнее о роли вирусов в происхождении клетки можно прочитать в статьях:
Forterre P. Three RNA cells for ribosomal lineages and three DNA viruses to replicate their genomes: A hypothesis for the origin of cellular domain. PNAS 2006, 103: 3669-3674.
Koonin E.V., Senkevich T.G., Dolja V.V. The ancient Virus World and evolution of cells. Biol Direct 2006, 1:29.
Bell P. J.L. Sex and the eukaryotic cell cycle is consistent with a viral ancestry for the eukaryotic nucleus. J TheorBiol 2006, 243:54-63.
Claverie J.M. Viruses take center stage in cellular evolution. Genome S/'o/2006, 7:110. Zimmer С. Did DNA Come From Viruses? Science 2006, 312: 870-872. Siebert С. Unintelligent Design. Discover 2006, 3.
Источник: "Химия и жизнь"

ВПЕРВЫЕ ПОЛУЧЕНА ФОТОГРАФИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЫ

Впервые в истории получена фотография химической структуры молекулы.
Понимание молекулярной структуры в таком масштабе может помочь в разработке многих вещей на молекулярном уровне - от области электроники (где отдельные молекулы используются в качестве переключателей и транзисторов) до производства лекарств.
В своих исследованиях специалисты используют так называемый атомно-силовой микроскоп (atomic force microscope, AFM). Их версия устройства действует как крошечный камертон, причем один из зубцов "вилки" находится ближе к образцу, а другой - дальше.
Когда "вилка" вибрирует, ближний зубец будет испытывать незначительные смещения частоты его вибраций по мере приближения к молекуле. Сравнивая частоты двух зубцов, можно понять, насколько близок зубец к образцу и в какой момент он сможет дать эффективное изображение структуры молекулы.
Измерение требует чрезвычайной точности. Для того чтобы избежать вмешательства посторонних молекул, опыты проводятся в высоком вакууме и при предельно низких температурах.
В ходе нового эксперимента на кончик AFM поместили молекулу окиси углерода (один атом углерода и один атом кислорода). С ее помощью и была получена фотография пентацена (C22H14), на которой видны химические связи между атомами углерода, формирующими центральное кольцо, и атомами водорода на периферии молекулы. Об этом сообщает "Компьюлента" со ссылкой на Би-би-си.

ИССЛЕДОВАТЕЛИ IBM ВООЧИЮ УВИДЕЛИ АТОМЫ В МОЛЕКУЛЕ

Как сообщается в пресс-релизе IBM, в качестве испытуемой молекулы ученые взяли пентацен - органический полупроводник (C₂₂H₁₄ ), который, как считают, может использоваться как органический транзистор в будущих молекулярных компьютерах. Расстояние между отдельными атомами углерода в пентацене всего 0,14 нм.
Используя атомный силовой микроскоп особой конструкции, исследователи смогли визуализировать атомы углерода молекулы, "прорвавшись" сквозь электронные облака. Для получения беспрецедентной разрешающей способности микроскопа испытуемая молекула помещалась с помощью магнитного поля на кончик иглы - атомарного зонда микроскопа, на конце которого удерживалась молекула СО. Однако между зондом-иглой и молекулой пентацена оставался зазор величиной менее нанометра - только так возможна была атомарная визуализация. Молекула СО действовала как мощная линза, выявляющая индивидуальные атомы испытуемой молекулы. "Атомарное разрешение было достигнуто фактически за счет отталкивания, возникающего между СО и молекулой пентацена в соответствии с принципом Паули, смысл которого состоит в том, что два идентичных электрона не могут приблизиться друг к другу слишком близко", - сказал сотрудник IBM Николай Молл (Nikoaj Moll). Второе необходимое условие получения атомарного разрешения - термическая и механическая стабильность системы. Отметим, что эксперимент проводился при температуре минус 268 ^о С в сверхвысоком вакууме.
Теперь, как утверждают ученые, имеется возможность не только видеть, но и манипулировать отдельными атомами и молекулами, т.е. изучать материю на новом уровне, одна из целей которого - построение электронных блоков и приборов атомарного и молекулярного размера. То есть более быстродействующих, энергосберегающих, миниатюрных процессоров, чем ныне существующие.
Отметим, что именно в IBM, в той же лаборатории в Цюрихе в 1981 году был разработан туннельный микроскоп, впервые открывший дверь в наномир. За эту разработку Герд Байнинг (Gerd Binnig) и Генрих Рохрер (Heinrich Rohrer ) в 1986 году были удостоены Нобелевской премии по физике.
источник: Журнал "Наука и Жизнь"

СИНОПТИКИ ПРИЗНАЛИ "ВЕСЕЛЯЩИЙ ГАЗ" РАЗРУШИТЕЛЕМ ОЗОНОВОГО СЛОЯ

Оксид диазота, известный также как "веселящий газ", обещает мало веселого озоновому слою земной атмосферы, защищающему нас от губительного ультрафиолетового излучения. Как установила группа ученых под руководством Аккигебала Равишанкара из Национальной метеорологической службы США, именно N₂O является в настоящее время главным озоноразрушающим веществом.
В 1980-е годы, после того как ученые обнаружили истончение озонового слоя земной атмосферы, 193 страны подписали Монреальский протокол, запрещающий производство веществ, разрушающих озоновый слой. Однако оксид диазота не вошел в список запрещенных веществ. В отличие от попавших под запрет фреонов и хлорфторуглеродов "веселящий газ" образуется как в результате деятельности человека, так и в природных процессах. При этом оксид диазота имеет много общего с "запретными" газами - он стабилен в тропосфере, попадая в стратосферу, образует химически активные соединения, которые разрушают озон, уточняет РИА "Новости".

АНТИОКСИДАНТЫ ПРОВОЦИРУЮТ РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАКОВЫХ КЛЕТОК

Антиоксиданты, входящие в состав многих медицинских препаратов и биологических добавок к пище, могут благоприятствовать выживанию и распространению раковых клеток по организму. До сих пор ученые и медики отмечали лишь положительное воздействие антиоксидантов на человеческий организм. Считается, что за счет снижения количества свободных радикалов в организме, химически активных молекул, вмешивающихся во многие тонкие биологические процессы, антиоксиданты помогают предотвратить раковые болезни, повысить иммунитет и замедлить старение. К антиоксидантам относят многие вещества, содержащиеся в растительной пище - витамин С, лимонная кислота, пектиновые вещества и другие. Они взаимодействуют со свободными радикалами, делая их безвредными для клеток и тканей человеческого организма.
Профессор Джоан Брюгге, заведующая кафедрой клеточной биологии в Медицинской школе Гарварда и ее коллеги в своих экспериментах с клеточными культурами показали, что при всей полезности антиоксидантов для здоровья людей, они могут помогать выживать и распространяться и раковым клеткам. Результаты работы опубликованы в четверг в Nature.
Отличительной особенностью раковых клеток является способность жить отдельно от так называемого межклеточного матрикса, обеспечивающего механическую поддержку клеток соединительных тканей. Если нормальная клетка по тем или иным причинам отрывается от матрикса, она тут же запускает процесс самоуничтожения, называемый апоптозом, так как лишается источника энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), необходимого для всех жизненных процессов, уточняет РИА "Новости".
Онкогенные клетки, образующие впоследствии колонии раковых клеток, в отличие от нормальных, как показали ученые, способны выживать вне матрикса, за счет усиленной работы гена ERBB2. Эта усиленная работа усиливает транспорт глюкозы в клетку и компенсирует тем самым недостаток АТФ. Эта компенсация зависит от ряда биологических процессов в клетке, приводящих в том числе и к синтезу молекул антиоксидантов.
Ученые показали, что компенсировать недостаток АТФ можно и без усиления транспорта глюкозы в клетку за счет работы ERBB2. Для этого достаточно одних только антиоксидантов, которые способствуют выработке энергии в клетке за счет окисления жирных кислот. Ученые сделали это открытие, работая с клеточными культурами а не с целыми организмами, поэтому оказывают ли антиоксиданты благотворное влияние на онкогенные клетки в человеческом теле авторам статьи еще предстоит выяснить.

АРКТИЧЕСКИЙ МЕТАН ВЫРВАЛСЯ НА ВОЛЮ

Петр ОБРАЗЦОВ

Одним из важнейших открытий в Арктике является обнаружение колоссальных месторождений газовых гидратов, представляющих собой твердый раствор газа (прежде всего метана) во льду. Такие неестественные при обычных условиях соединения могут существовать только при низких температурах и высоких давлениях, и эти условия как раз и реализуются на дне Северного Ледовитого океана. Уже посчитано, что запасов газовых гидратов человечеству хватит на несколько сотен лет. Другими словами, опасения остаться без источников углеводородов оказались беспочвенными.
Однако до сих пор не придумали, как извлекать эти миллиарды кубических метров горючего газа, ведь просто поднятие гидратов на поверхность приведет к выделению газа еще в верхних слоях океана. Хуже другое - самопроизвольное выделение метана, вызванное глобальным потеплением, уже началось.
Специалисты из Национального океанографического центра г. Саутгемптон, Бирмингемского университета (Великобритания) и организации IFM-Geomar (Германия) обнаружили более 250 метановых струй, поднимающихся со дна океана на глубинах 150-400 метров у Западного Шпицбергена. Интересно, что исследование было проведено с помощью обычного сонара - устройства для поиска косяков рыбы, пишет compulenta.ru. Ученые утверждают, что это первое наблюдение распада гидратов за последние 30 лет, когда температура воды в Арктике повысилась на 1 градус Цельсия.
Метан является даже более активным парниковым газом, чем углекислота, с выбросами которой пытаются бороться практически во всех странах мира. Согласно одной из теорий, именно парниковые газы являются причиной глобального потепления. Если согласиться с этой точкой зрения, то придется признать, что выделение метана становится опаснейшим явлением - при распаде гидратов в атмосферу попадут миллионы тонн метана, "подогреют" ее и послужат причиной затопления, например, Санкт-Петербурга и Нью-Йорка.
Однако многие крупные специалисты с этой теорией не согласны, и очень может быть, что в следующем десятилетии наступит, наоборот, всеобщее похолодание. Ждать осталось недолго, а пока неплохо было бы научиться использовать гидратный метан в мирных целях.

УЧЕНЫЕ РАЗРАБОТАЛИ НОВУЮ РЕАКЦИЮ ДЛЯ СИНТЕЗА ЛЕКАРСТВ

Химики разработали новую химическую реакцию для синтеза веществ, широко применяющихся в фармацевтической промышленности и сельском хозяйстве. Новая методика позволит существенно упростить и ускорить процесс синтеза многих лекарств и сделать их дешевле, говорится в статье авторов открытия, опубликованной в журнале Science.
Речь идет о присоединении атомов фтора к молекулам лекарств или других типов препаратов на завершающей стадии их получения. Многие физиологически активные вещества, применяемые медиками для лечения тех или иных болезней, содержат в своей структуре кольцевые элементы из шести атомов углерода, соединенных двойными связями углерод-углерод. Такие кольца, известные всем еще со школьной скамьи по молекуле химического вещества бензола, довольно быстро разрушаются организмом человека, что приводит к прекращению действия лекарства и необходимости повторного его принятия.
Для тог, чтобы такие молекулы были более устойчивы в организме, фармацевты немного изменяют их, присоединяя к таким бензольным кольцам атомы фтора, сообщает РИА "Новости". Образующиеся связи фтор-углерод очень прочны, так что разрушение лекарственных веществ в организме происходит медленнее, а лечебный эффект становится дольше. Присоединение молекулы фтора к бензольному кольцу, называемому так же ароматической функциональной группой (все вещества, содержащие бензольные кольца, обладают характерным чаще приятным, чем отталкивающим запахом, а потому называются ароматическими) - сложный химический процесс, который выполняется на последней стадии синтеза, когда вся остальная структура молекулы уже сформирована.
Он требует подчас высоких температур синтеза или применения агрессивных химических компонентов, в результате чего часть молекул в процессе синтеза успевает разрушиться или прореагировать неправильно, понижая эффективность синтеза. Профессор Массачусетского технологического института в США, Стефен Бучвальд (Stephen Buchwald) и его команда разработали катализатор на основе палладия, который позволяет провести присоединение атома фтора к ароматическому кольцу в мягких условиях и с большим выходом реакции. Палладиевый катализатор Бучвальда в результате своего действия в ходе единственной реакции заменяет так называемую трифлатную группу, уже присоединенную к кольцу на атом фтора, источником которого может служить простая неорганическая соль, например фторид цезия.
Существовавшие до сих пор методы введения фтора в подобные молекулы требовали применения нескольких стадий химических превращений и использования сложных и дорогостоящих исходных компонентов.
Внедрение этой реакции в промышленность, которое потребует некоторого времени, сделает более дешевым синтез не только лекарств, но и многих веществ, применяемых в сельском хозяйстве, а также нелекарственных компонентов, применяемых в медицинской диагностике, например, для томографирования человеческого тела. "Эффективность этого метода, несмотря на его простоту, пока не дотягивает до нужд промышленности, но мы уверены, что нашу разработку можно еще значительно улучшить", - сказал Бучвальд, слова которого приводит пресс-служба института.
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 17/08/2009

НОВЫЙ ПРОРЫВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОЛАЗЕРАХ

Минимальные линейные размеры лазеров определяются длиной волны излучения; если принять ее за 1500 нм и учесть показатель преломления, который в случае полупроводникового материала можно считать равным трем, окажется, что ширина (длина, высота) активного элемента должна превышать 250 нм.
Авторы рассматриваемой работы показали, что это ограничение можно обойти, используя в конструкции лазера сочетание полупроводников, диэлектриков и металлов. Ученые создали двойную гетероструктуру (см. рисунок) на основе полупроводников фосфида индия InP и арсенида индия-галлия InGaAs толщиной около 80 нм, по бокам которой были расположены слои диэлектрика - нитрида кремния - толщиной 20 нм. Затем на подготовленные таким образом поверхности активного элемента было нанесено серебряное покрытие. Сформированная структура исправно функционировала при температурах около 10К; теперь исследователи пытаются найти способ получить лазерное излучение при комнатной температуре.
Работа физиков из Голландии и США открывает новые возможности по миниатюризации полупроводниковых лазеров, а значит и применению их в быстродействующих компьютерах и линиях связи. "Мы преодолели ограничение на размеры нанолазеров, - говорит руководитель работы профессор Аризонского Университета Цунь-Чжэн Нин (Cun-Zheng Ning). - Это важное достижение; перед нанолазерами открываются серьезные перспективы в электронике и медицине".
Результаты исследований опубликованы в интернет-журнале Optics Express.
источник: Журнал "Наука и Жизнь"
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 11/08/2009

ФИЗИКИ ЗАРЕГИСТРИРОВАЛИ "ЗАГАДОЧНУЮ" ЭЛЕМЕНТАРНУЮ ЧАСТИЦУ

Международной группе физиков, в которую входят 602 ученых из 13 стран, удалось обнаружить следы новой элементарной частицы. Открытие сделано на американском ускорителе-коллайдере Тэватрон, работу которого курирует Национальная физическая лаборатория имени Ферми.
Согласно современным представлениям, адроны (общее название семейства элементарных частиц, обладающих сильным взаимодействием) состоят из кварков и делятся на барионы, которые состоят из 3 кварков, антибарионы - из 3 антикварков, мезоны - из кварка и антикварка. Связь между кварками в адронах осуществляется глюонами.
Недавно электрон-позитронные коллайдеры в Национальной физической лаборатории в Стэнфорде (США) и в Физической лаборатории КЕК в Японии обнаружили новые примеры композитных структур на основе кварков. Эти структуры, условно названные частицы X и Y, не являются ни мезонами, ни барионами.
В рамках проведенного на Тэватроне исследования ученые изучали распад так называемых B+ мезонов - частиц, в составе которых имеется "нижний" кварк. Анализ статистики этого распада позволил выявить небольшое количество мезонов, которые распадаются с возникновением новой частицы, получившей название Y(4140). Данное наименование было выбрано потому, что масса-энергия нового объекта составляет 4140 мегаэлектронвольт.
Исследователям удалось установить, что в состав новой частицы, вероятно, входят "очарованные" кварк и антикварк. Однако характеристики распада противоречат предсказаниям современных теорий. Ученые отмечают, что у них имеются достаточно экзотические объяснения свойств новой частицы. Так, например, существует вероятность, что Y(4140) состоит из четырех кварков.
По мнению представителя лаборатории Ферми Джакобо Конигсберга, скорее всего, эта частица играет какую-то значимую роль в образовании вещества. Возможно, она помогает кваркам формировать материю.
Физики подчеркивают, что похожие "загадочные" частицы в последние годы регистрировались на японском ускорителе лаборатории КЕК и на Стэнфордском линейном ускорителе.
Работа представлена в журнале Physical Review Letters. Об этом сообщает "Знание - Сила".
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 11/08/2009

ТАБЛИЦА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА СКОРО БУДЕТ ЗАПОЛНЕНА ДО КОНЦА

Таблица химических элементов Менделеева, возможно, скоро будет заполнена до конца - ядра атомов элементов тяжелее 126-го не смогут существовать, считает профессор Зигурд Хофман (Sigurd Hofmann) из GSI - Гельмгольцевского центра исследования тяжелых ионов в Дармштадте (Германия).
"Я думаю, что периодическая таблица (элементов) закончится между 120-м и 126-м элементом. За пределами это области исчезают эффекты оболочек, и атомные ядра не могут больше существовать", - сказал Хофман в интервью РИА Новости по электронной почте.
В природе не существует элементов с атомными номерами (числом протонов в ядре атома) больше 92, то есть тяжелее урана. Более тяжелые элементы, например, плутоний, могут нарабатываться в атомных реакторах, а элементы тяжелее 100-го (фермия) можно получать только на ускорителях, путем бомбардировки мишени тяжелыми ионами.
Группа под руководством Хофмана в 1996 году синтезировала 112-й элемент таблицы Менделеева. В июне 2009 года открытие было официально признано Международным союзом по чистой и прикладной химии, ученые предложили для элемента название "коперникий".
Их "конкуренты" - физики из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне - за последние десять лет синтезировали элементы с атомными номерами от 112 по 116, а также самый тяжелый на сегодняшний день 118-й элемент.
В настоящее время в Дубне идет эксперимент по синтезу "пропущенного" 117-го элемента и продолжается подготовка к синтезу 120-го.
Если будущий эксперимент по получению 120-го элемента будет успешным, это будет означать, что ученые вплотную приблизились к названной Хофманом границе.
Научный сотрудник ОИЯИ, руководитель сектора Лаборатории ядерных реакций имени Флерова Владимир Утенков пояснил РИА Новости, что устойчивость ядер сверхтяжелых элементов зависит от их структуры и влияния нейтронных и протонных оболочек. При определенных (их назвали "магическими") числах протонов или нейтронов ядро может быть наиболее устойчивым.
По словам Утенкова, даже если за названным Хофманом пределом нет еще более тяжелых оболочек, это не значит, что будет "обвал стабильности".
"Пока предсказывается, что все равно 127-й и несколько более тяжелых элементов будут относительно устойчивыми, - сказал российский физик. - Хотя пока нет ответа на вопрос, есть ли "дважды магические ядра" за пределами 126-го элемента. Этот вопрос открыт".
По словам Хофмана, он и его коллеги планируют провести серию экспериментов на линейном ускорителе тяжелых ионов UNILAC с использованием в качестве мишени кюрия-248 - "соседа" берклия, который используют в Дубне, по таблице Менделеева.
"В качестве первого шага мы планируем повторить реакцию слияния кальция-48 и кюрия-248, получить 116-й элемент и подтвердить таким образом данные, полученные впервые в Дубне", - сказал ученый.
Для официального признания нового сверхтяжелого элемента необходимо, чтобы реакцию повторили в других лабораториях.
В дальнейшем, рассказал Хофман, планируется использовать в качестве "снаряда" хром-54. Его реакция с кюрием может привести к появлению 120-го элемента. В Дубне этот элемент надеются получить в реакции калифорния-98 с титаном-50.
Говоря о значении исследований в этой сфере, Хофман отметил, что синтез и исследование сверхтяжелых элементов необходимы для понимания природы материи.
"Лучшее понимание устройства материи влияет на все современные технологии, которые должны все в большей степени учитывать особенности нано- и субнаноструктур. Кроме того, эта информация оказывает большое влияние на астрофизику", - отметил ученый. Об этом сообщает РИА "Новости".

МЕТАН ТАИНСТВЕННЫМ ОБРАЗОМ ИСЧЕЗАЕТ ИЗ АТМОСФЕРЫ МАРСА

Газообразный метан, следы которого в марсианской атмосфере, по мнению некоторых ученых, могут указывать на активную жизнедеятельность или разложение уже вымерших микроорганизмов, таинственным образом исчезает из воздуха, и ни одна из существующих климатических и химических моделей не может объяснить этой закономерности, утверждают авторы исследования, опубликованного в последнем номере журнала Nature.
Впервые метан в атмосфере Марса обнаружен в 2003 году, а совсем недавно ученые сумели выделить регионы красной планеты, являющиеся источниками этого газа. По мнению ученых, метан может иметь как абиогенное происхождение, так и являться продуктом жизнедеятельности микроорганизмов, живущих или живших некогда в прошлом в глубоких слоях марсианского грунта.
Ученые из Парижского университета имени Пьера и Марии Кюри Франк Лефевр (Franck Lefevre) и Франсуа Форже (Francois Forget) попытались получить более подробную картину, изучив поведение метана в атмосфере Марса. Ученые обратили особое внимание на пространственное распределение метана в марсианском воздухе, а также на сезонные вариации этого компонента атмосферы. Оказалось, что метан исчезает из воздуха гораздо быстрее, чем должен.
Молекула метана химически очень стабильна и в условиях Марса ее разрушение идет очень медленно - в течение столетий. Поэтому метан, учитывая сильнейшие марсианские ветры, дующие круглый год, должен быть распределен в атмосфере планеты практически равномерно. Вместо этого он сконцентрирован в трех регионах - Arabia Terra (Аравийская Земля), Nili Fossae (долина Нила) и Syrtis Major (Большой Сырт), где его концентрация заметно увеличивается в летние месяцы.
Объяснением этому могло бы быть химическое разрушение молекул газа под действием ультрафиолетового излучения, однако климатическое моделирование, проведенное учеными, показало, что этот процесс должен идти со скоростью, в 600 раз превышающей теоретически возможный максимум. Периодические процессы конденсации метана и его последующего испарения в теплые сезоны должны приводить к гораздо большим вариациям его концентрации, чем те, что ученым удалось наблюдать.
Согласно выкладкам исследователей, чтобы существующее распределение метана в марсианской атмосфере имело место, разрушение молекул этого газа должно происходить уже спустя час, после того, как они попадают в воздух из подземных источников - оттаивающей мерзлоты или более глубинных и теплых слоев марсианского грунта.
Если эти расчеты подтвердятся в ходе дальнейших наблюдений, это будет означать, что условия для существования органических молекул на поверхности Красной планеты намного суровее, чем считается в настоящее время. Прояснить этот вопрос должны дальнейшие исследования планеты. Об этом сообщает РИА "Новости".
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 6/08/2009

НАНОЗОЛОТО ИЗ ЧАЯ

Наночастицы золота всё шире используются в разных областях, например, в химии для получения катализаторов, в электронике для создания новых материалов, в биологии для разработки сенсоров. Одно из важнейших применений наночастиц из золота - использование в медицине в качестве основы для систем доставки лекарственных средств против рака. Однако, хотя сами наночастицы золота низкотоксичны и биологически совместимые, для их синтеза обычно используют вещества, попадание которых в организм недопустимо (например, борогидриды натрия). Не прореагировавшие вещества и возможные побочные вредные продукты приходится удалять. Поэтому вопрос о создании "зеленой нанотехнологии", которая создает наноматериалы без нанесения ущерба окружающей среде и здоровью человека, чрезвычайно актуален.
Такой "зелёный" способ получения наночастиц золота придумали исследователи из США. Метод оказался чрезвычайно прост - надо только заварить чай и подсолить его "золотой" солью. Не нужны никакие химические продукты, кроме NaAuCl₄. Исследователи поместили листья черного чая Дарджилинг (100 мг) в стаканчик объемом 10 мл, добавили 6 мл воды и 100 мкл 0,1 М водного раствора NaAuCl₄. Уже через полчаса при 25⁰С были получены сферические золотые наночастицы размером 15-45 нм. Их сразу отделили от чайных листьев с помощью фильтра.
Фитохимические вещества чая оказались не только эффективными восстановителями золота из соли, но одновременно и стабилизаторами. Они образовали на наночастицах надежное покрытие, препятствующее слипанию. Исследования продемонстрировали очень хорошую стабильность полученных золотых наночастиц в различных биологических растворах и отсутствие токсичности для живых клеток.
Такие нетоксичные наночастицы золота, усиленные фитохимическими веществами чайных листьев с антиканцерогенными свойствами, смогут найти самое широкое применение в диагностике и терапии.
источник: Журнал "Наука и Жизнь"
Источник информации "Известия" о новостях науки, техники и образования Выпуск от 6/08/2009

УЧЕНЫЕ СИНТЕЗИРОВАЛИ НОВОЕ ВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ

Группе ученых из Вашингтонского института Карнеги (США) удалось синтезировать новое водородсодержащее соединение, которое демонстрирует признаки перехода в металлическое состояние при сравнительно низких давлениях.
По предсказаниям специалистов, для получения металла на основе чистого водорода необходимо создать давление около четырех миллионов атмосфер; эта величина превышает давление в центре Земли, а потому подтвердить или опровергнуть предположения на опыте оказалось очень сложно. С практической точки зрения гораздо более перспективными представляются соединения водорода с другими элементами (к примеру, с кремнием): известно, что моносилан SiH4 переходит в металлическое состояние при вдесятеро меньшем давлении, а при достижении одного миллиона атмосфер становится сверхпроводником.
Авторы рассматриваемой работы сообщают о получении нового соединения SiH₄(H2)₂, которое образуется из смеси SiH₄ и H₂ при давлении "всего" около 7,5 ГПа. Рентгеноструктурный анализ показал, что для SiH₄(H₂)₂ характерна гранецентрированная кубическая структура (см. рисунок). Причем атомы водорода в данном случае значительно слабее связаны с окружающими, чем в других соединениях.
Проведя исследования при различных давлениях, авторы обнаружили, что с повышением последнего соединение постепенно теряет прозрачность, а при 35 ГПа становится абсолютно черным. Такое потемнение, ранее наблюдавшееся в опытах с моносиланом, как раз и указывает на постепенный переход в металлическое состояние.
Полная версия отчета ученых будет опубликована в журнале Physical Review Letters. Об этом сообщает "Компьюлента" со ссылкой на Американское физическое общество.

КИТАЙ И ТАЙВАНЬ ОБОШЛИ ЮНЫХ ХИМИКОВ ИЗ РОССИИ

Сорок первая Международная химическая олимпиада, проходившей в Кэмбриджском университете (Англия), принесла российской команде три золотых и одну серебряную медаль. Правда, российская сборная оказалась не самой лучшей - она заняла третье место в общекомандном зачете, уступив командам из Тайваня (1-ое место - 4 золота) и Китая (2-ое место - 3 золота, 1 серебро).
В состав российской сборной входили школьники из разных уголков России - победители Всероссийских олимпиад школьников и участники учебно-тренировочных сборов. Руководитель нашей команды с 2001 года - профессор Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (химический факультет) доктор химических наук В. Еремин.
Золотые медали завоевали Сальников Олег из Новосибирска, набравший 85,5 баллов из 100, Хохлов Даниил из Петербурга (79,9 баллов) и Чернышов Иван из Москвы (77,6 баллов). Серебряным призером стал Новожилов Игорь из Вологодской области (71,9 баллов).
Как сообщает пресс-служба Минобрнауки РФ, все победители и участники олимпиады выдвинуты на присуждение премии Президента России для поддержки талантливой молодёжи в рамках приоритетного национального проекта "Образование".
Первая Международная химическая олимпиада (МХО) была проведена в 1968 году в Праге. В ней участвовало по 6 школьников из Венгрии, Польши и Чехословакии. Советские школьники впервые приняли участие в III Международной олимпиаде, состоявшейся в Будапеште. В 1975 году комиссия по химическому образованию IUPAC приняла решение считать МХО одной из форм международного сотрудничества по химическому образованию и рекомендовала национальным химическим обществам содействовать организации и проведению химических олимпиад.
На сегодняшний день в МХО принимают участие школьники более чем из 60 стран мира. По сложившейся традиции к участию в МХО допускаются в составе национальных команд учащиеся старших классов и выпускники общеобразовательных средних школ, гимназий и лицеев. Помимо выявления сильнейших, на МХО сопоставляется уровень подготовки сильнейших химиков отдельных стран. Наша страна последний раз принимала МХО в 1996 году в Москве, на химическом факультете МГУ.
источник: Журнал "Наука и Жизнь"

Новости сайта "Алхимик" >>>