– Прежде чем химик начнет сливать растворы вместе, он должен проделать немало расчетов, сопоставлений и прикидок. Действовать вслепую – зря терять время. Нужна хорошо обдуманная гипотеза, которую потом можно проверить в пробирке.
Много вариантов реакции исследовал Белоусов – и нашел все-таки дорогу в свою терра инкогнита.
Вот маршрут, вернее – рецепт. Если соединить в одной колбе и в нужных пропорциях раствор серной кислоты, бромат натрия, лимонную кислоту, сульфат церия и индикатор фенантролин-железо, то возникнет чудо: раствор начинает менять цвет с голубого до оранжевого и обратно с периодом колебания от долей секунды до десятков минут.
Если вылить этот раствор в плоскую чашку, то по мелкому слою поползут волны разного цвета. После нескольких десятков колебаний нужно подлить свежие растворы, чтобы поддержать химическую реакцию, – совершенно так же, как нужно питать живой организм.
Периодическая реакция, открытая Белоусовым, явилась в каком-то смысле простым аналогом жизни, неравновесной химической пульсацией, похожей на сердцебиение.
В комнату Белоусова, в которой «тикали» жидкие химические часы, или, если угодно, билось химическое сердце, потянулись друзья и сотрудники. Борис Павлович носил колбу даже домой, показал ее домашним и своему племяннику.
Потом Белоусов сел писать статью о своем открытии.
Химик Белоусов занимался практическими задачами, печатных трудов и патентов имел много, но в академических журналах не публиковался и с нравами тамошних рецензентов знаком не был. Увы, среди рецензентов научных журналов виртуозы встречаются редко. Это неформальное звание редко кому удается заслужить.
В 1951 году статья Белоусова об открытии удивительной реакции ушла в журнал Академии наук. И… быстро вернулась с отказом в публикации. Болван-рецензент завернул статью, категорически утверждая, что такая химическая реакция невозможна!
Обычно немногословный Белоусов с горечью сказал, что нынешние ученые утратили уважение к фактам. Рецензенту оказалась чужда мысль Левенгука: «Следует воздержаться от рассуждений, когда говорит опыт».
Борис Павлович Белоусов взялся за дальнейшее исследование новой реакции. Пять лет он улучшал свою работу, проводил новые измерения и анализы.
А в это время научный мир не стоял на месте.
Английский математик Алан Тьюринг в 1952 году высказал предположение о том, что сочетание химических реакций с процессами диффузии может объяснить целый класс биологических и химических явлений, в частности, периодическое чередование полосок на шкуре тигра. Бельгийский физик Илья Пригожин в 1955 году пришел к выводу, что в неравновесных термодинамических системах, к которым относятся и все биологические системы, возможны химические колебания.
Ни Тьюринг, ни Пригожин не подозревали, что обсуждаемый ими феномен уже открыт, но статья о нем все еще не опубликована.
Наконец Белоусов отправляет в печать новый вариант своей работы – уже в другой журнал.
Но статья снова вернулась с отказом в публикации! Рецензент посчитал, что автор неправильно написал статью, и предложил ему сократить ее до пары страниц.
Такой наглости неумных рецензентов Белоусов не выдержал, навсегда прекратил общение с академическими журналами, а статью выбросил в мусор.
– Ну зачем он это сделал! – горестно воскликнула Галатея. Дзинтара вздохнула:
– Племянник Белоусова, уже ставший студентом-химиком, предлагал дяде принести колбу в редакцию – пусть сами увидят химический маятник в действии!
Генерал Белоусов сердито отказался: «Что я им – клоун?»
Прошло восемь лет после открытия колебательной реакции – по-прежнему о ней никто, кроме сотрудников и друзей Белоусова, не знал. Но… по Москве уже поползли слухи о необычном стакане, в котором бьется цветное «химическое сердце». Биофизик из Московского университета Симон Шноль, услышав об этой реакции, загорелся и стал искать ее открывателя – но безуспешно. У Шноля даже вошло в привычку, выступая на каждом научном семинаре, расспрашивать присутствующих химиков о неизвестном авторе колебательной реакции.
После очередного семинара к Шнолю подошел студент и сказал, что эту реакцию открыл его двоюродный дед – Борис Павлович Белоусов.
Шноль взял у студента номер телефона Белоусова и позвонил химику. Борис Павлович был сух, от встречи отказался, но рецепт реакции продиктовал.
Симон Шноль рецептуру полностью выдержать не смог, ярких цветов не достиг, но все-таки получил колебания желтоватого цвета и был восхищен ими. В лабораторию Шноля любопытные сотрудники устроили паломничество, и вскоре весть о чудесной реакции разнеслась по городу.
Шноль был обеспокоен – любая работа над реакцией представлялась ему неэтичной, потому что не было возможности сослаться на печатную работу автора открытия.
Он снова позвонил Белоусову, долго уговаривал его – и вскоре получил сборник трудов по радиационной медицине с кратким описанием колебательной реакции. Составители сборника знали и уважали Белоусова – и сразу опубликовали его краткую заметку.
Трехстраничная работа 1959 года и стала единственной печатной работой Белоусова об открытой им циклической реакции.
Этот маленький камушек вызвал лавину. Шноль поручил своему аспиранту Анатолию Жаботинскому детально исследовать колебательную реакцию. Вскоре в исследовании химического маятника участвовали уже десятки людей; они публиковали сотни статей, получали кандидатские и докторские степени… Белоусов в этой деятельности не участвовал. Ему было глубоко за семьдесят, и он продолжал работать в своем институте. А потом какой-то бюрократ все-таки добрался до химика-виртуоза и выгнал его на пенсию – мол, старик «часто болеет».
Без любимой работы Белоусов сразу умер.
Открытая им химическая реакция, ныне знаменитая и носящая имя Белоусова – Жаботинского, оказалась поворотным пунктом в современном мировоззрении, основанном на понятиях самоорганизации, открытых систем, колебательных реакций и структурообразующих неустойчивостей.
Работа Белоусова в малоизвестном сборнике стала одной из самых цитируемых публикаций в мире. Это редчайший случай, когда единственная краткая публикация заслуживала Нобелевской премии. Но лишь спустя десять лет после кончины Бориса Павловича Белоусова ему посмертно была присуждена Государственная премия России.
Но Борис Белоусов получил гораздо большее, чем медаль и денежную награду, – он получил ни с чем не сравнимое наслаждение, открыв в мире химических реакций даже не страну, а целый огромный континент, полный тайн и новых дорог.
Что важнее – открыть Америку или получить за это награду?
Дзинтара сделала паузу, и дети переглянулись.
– Возможно, кто-нибудь и задумается над ответом на этот вопрос, но только не Борис Белоусов, химик-виртуоз и счастливый открыватель колебательной реакции поразительной красоты и важности.
Примечания для любопытныхКатализаторы– вещества, ускоряющие химическую реакцию. Сам катализатор не расходуется в ходе реакции. Прогресс в обществе тоже зависит от того, есть ли в нем люди-катализаторы, в частности ученые.
Энзимы (ферменты) – белки или другие сложные органические молекулы, которые ускоряют химические реакции в живых организмах.
Борис Павлович Белоусов(1893–1970) – военный химик, в 1951 году открывший колебательную химическую реакцию, известную сейчас как реакция Белоусова – Жаботинского.
Владимир Николаевич Ипатьев(1867–1952) – химик, академик Российской академии наук и профессор университета в Чикаго (США).
Ганс Кребс(1900–1981) – биохимик, открывший цикл Кребса (1937) и получивший за это Нобелевскую премию (1953).
Алан Тьюринг(1912–1954) – английский математик, внесший важный вклад в информатику и биологию.
Диффузия– процесс переноса молекул газа, жидкости или твердого тела из области с высокой концентрацией в область низкой концентрации. Например, молекулы маминых духов диффундируют во все углы комнаты.
Церий– серебристый металл из группы лантанидов, редкоземельных элементов. Из сплава церия с железом делают кремни для зажигалок.
Индикатор фенантролин-железо– вещество, которое изменением цвета показывает колебания валентности церия в растворе. Церий трехвалентен – индикатор синий; церий четырехвалентен – индикатор красный.
Валентность– способность атомов химического элемента образовывать определенное число химических связей с атомами других элементов.
Илья Романович Пригожин(1917–2003) – физик и химик, основатель современной неравновесной термодинамики, лауреат Нобелевской премии (1977), виконт Бельгии.
Симон Эльевич Шноль(род. в 1930) – биофизик, профессор МГУ.
Анатолий Маркович Жаботинский(1938–2008) – биофизик. Детально исследовал химическую реакцию, открытую Белоусовым (ныне – реакция Белоусова – Жаботинского).
Сказка об агрономе Борлоуге, спасшем миллиард людей от смерти
Дзинтара спросила детей:
– Вы видели, как ветер качает спелые тяжелые колосья, и светлые волны бегут по пшеничному полю?
– Да, это очень красиво! – ответила Галатея.
– Верно, эта картина вдохновляет многих поэтов и художников. Но она же внушает тревогу знающему агроному.
«Дайте мне точку опоры – и я сдвину Землю!» – сказал Архимед, открывший правило рычага. Ветер налетает на пшеничный стебель, увенчанный тяжелым колосом, и гнет его к земле. Ветер ничего не знает про правило рычага, но вовсю им пользуется. Чем длиннее стебель, тем сильнее воздействие ветра на корень и нижнюю часть стебля. Дождь уменьшает прочность стебля – и если в это время поднимается сильный ветер, то пшеничный стебель наклоняется к земле, ломается у основания и роняет увесистый колос в грязь. Крестьяне говорят – пшеница полегла.
Пшеничное поле, на котором колосья полегли, не даст и половины от обещанного природой урожая.
А недобор урожая вызывает голод, болезнь и смерть ослабевших от недоедания людей.
Нет врага у человечества беспощаднее, чем голод.
Организм человека может самостоятельно преодолеть даже смертельную болезнь, но голод непобедим – отсутствие достаточного питания убивает даже самых сильных людей. Лекарство от голода хорошо известно, но вырастить или добыть это лекарство совсем не просто.
Экономист Мальтус математически доказал, что быстрорастущее человечество обязательно столкнется с нехваткой продуктов, и начнется всемирный голод.
В двадцатом веке это зловещее предсказание стало сбываться. В 1940 году президент Мексики понял, что его стране угрожает голод: население быстро росло, а поля давали слишком мало урожая. Зерно приходилось покупать за рубежом, и деньги в казне быстро иссякали.
Президент Мексики обратился за помощью в благотворительный Фонд Рокфеллера, который профинансировал экспедицию ученых-агрономов в Мексику.
Одним из участников экспедиции был тридцатилетний генетик Норман Борлоуг.
Норман понимал рост и жизнь пшеницы исключительно глубоко, потому что он был не только ученым, специалистом по заболеваниям растений, но и сыном фермера, который с семи до восемнадцати лет работал на отцовской ферме. Будучи небогатым студентом, Норман подрабатывал еще и лесником. В 1930-х годах в Америке наступила Великая депрессия, и Норман видел много безработных, которым было не на что купить еды. Юноша навсегда запомнил лица людей, страдающих от недоедания.
И вот он на переднем крае борьбы с голодом. Как поднять урожайность пшеничных полей? Норман смотрел на красивые волны, которые знойный ветер гнал по полям Мексики, и сокрушенно думал о том, как трудно опровергнуть математические теории Мальтуса о нехватке еды – ведь площадь полей не растет, а уменьшается, а число людей на Земле стремительно увеличивается.
Но сдаваться было нельзя – и Норман размышляет о получении новых сортов пшеницы, которые бы решили проблему урожайности в Мексике. Нужны сорта, которые не болеют и обладают мощным колосом… Но тяжелый колос будет ломать стебель! Это барьер урожайности, который виднейшие специалисты считают непреодолимым: чем урожайнее пшеница, тем сильнее она подвержена полеганию. Это замкнутый круг – и никто из агрономов еще не нашел из него выхода.
Норман думает о проблеме днем и ночью. И даже во сне перед ним раскачиваются длинные пшеничные стебли с тяжелыми колосьями. Закон выживания царит в природе. Каждое растение тянет стебель к свету, старается вырасти подлиннее, обогнать соседей.
Но чем длиннее архимедов рычаг, тем проще ветру сломать стебель пшеницы – поэтому в первую очередь ветер валит самые высокие растения.
Норман, проезжая по мексиканским деревушкам, видит костлявых ребятишек с огромными черными глазами на исхудавших лицах.
Что же делать с длинной пшеницей? Что посоветует по этому поводу Архимед? Хм, если действие ветра усиливается при удлинении рычага, то верно и обратное: чем короче рычаг, тем слабее действие ветра. Так, может, заставить растения изменить своему природному обычаю тянуться к солнцу и сделать их стебли покороче? Тогда ветру и дождю будет сложнее уложить стебель на землю.
Как сократить стебель мексиканской пшеницы? Например, скрестить ее с низкорастущей японской пшеницей. Попробовать поймать ген карликовости растения и заставить его создать короткий и прочный стебель для пшеницы.
Но для выведения нового сорта пшеницы требуется много лет.
Чтобы ускорить процесс селекции, Борлоуг решил выращивать по два урожая в год. Идея получить ранним летом зерно и немедленно высеять его в другой климатической зоне для второго – осеннего – урожая так противоречила общепринятой агрономической практике, что руководитель экспедиции запретил это делать. Но недаром Борлоуг был университетским чемпионом по борьбе. Он уперся и поставил условие: если ему не дают свободы действия, то он немедленно уходит в отставку.
И свобода действий была упрямому Борлоугу дана!
Двенадцать лет провел Норман Борлоуг в Мексике. Идея сокращения длины стебля пшеницы оказалась гениальной: карликовые сорта пшеницы, полученные Борлоугом, не только оказались устойчивыми к полеганию, но и очень урожайными: они не тратили питательные вещества на рост лишнего стебля, направляя их в колос.
Благодаря работе Борлоуга и других агрономов, урожайность мексиканской пшеницы выросла настолько, что Мексика перестала закупать продовольствие за рубежом, а вскоре принялась сама торговать зерном.
Но за океаном, в Индии и Пакистане, война против голода продолжалась: люди сотнями тысяч умирали от недоедания.
Борлоуг едет в Пакистан, потом в Индию. Он организует переправку в эти страны десятков тысяч тонн семян новых сортов пшеницы. Его миссия наталкивается на сопротивление бюрократии и местных религиозных лидеров, на неграмотные действия персонала, отвечающего за сохранность драгоценных семян.
Война между Индией и Пакистаном еще больше осложнила работу Борлоуга. Агрономы сеяли новые сорта пшеницы под вспышки от артиллерийских обстрелов.
Благодаря титаническим усилиям Борлоуга и его коллег, урожайность пшеницы в Индии, Пакистане и Турции стремительно увеличилась, обогнав рост населения и опровергнув прогноз Мальтуса! За пять лет – с 1965 по 1970 год – Пакистан и Индия удвоилипроизводство пшеницы и вышли на уровень продовольственного самообеспечения.
Борлоуг возглавил Международную программу по улучшению пшеницы. Опытом Борлоуга воспользовались другие ученые, которые стали выводить карликовые высокоурожайные сорта риса и других злаков.
Норман Борлоуг был нетерпелив и в каждой стране ставил перед собой задачу удвоения урожая пшеницы за год. Новые сорта отправляются в Южную Америку, на Ближний Восток, в Африку…
Специалисты охарактеризовали стремительный рост урожайности зерновых в эти годы как «Зеленую революцию». В 1970 году Норман Борлоуг получает Нобелевскую премию с характеристикой «За вклад в решение продовольственной проблемы, и особенно за осуществление Зеленой революции». При представлении нового лауреата было сказано: «Никто другой из его поколения не сделал столько для того, чтобы дать хлеб голодному миру…»
В своей нобелевской лекции Борлоуг сказал: «Если вы стремитесь к миру – насаждайте справедливость, но в то же время возделывайте поля, чтобы получать больше хлеба, иначе не будет и мира».
По оценкам экспертов, работа агронома Борлоуга спасла от голодной смерти МИЛЛИАРДземлян.
Но у каждого времени свои герои. Прошло несколько десятков лет, проблема голода отступила на второй план общественного внимания. Жители богатых стран давно забыли о голоде и страдают лишь от ожирения, а люди в бедных странах мало читают и редко знают, кого они должны благодарить за урожайность своих полей.
Когда 12 сентября 2009 года великий ученый Норман Борлоуг умер, то это событие было едва замечено газетами, заполненными ежедневной спортивной, криминальной и светской чепухой.
Андрей дослушал сказку и спросил:
– Мама, а что будет дальше? Ведь урожайность полей невозможно поднимать неограниченно. Значит, Мальтус все равно победит?