– Он еще и лавочник! – взвыл от возмущения доктор Грю, но делать нечего – обещал, так надо исполнять – и он отправился с ожесточением паковать чемоданы.
Да, Антони ван Левенгук был лавочником. Он родился в семье корзинщика и не учился в университете, а с шестнадцати лет работал в лавке суконщика. Там он и увидел небольшой микроскоп, который использовался для разглядывания нитей в тканях. Вскоре он приобрел себе такой же.
Повзрослев, Левенгук сам завел лавку, но любовь к микроскопам не оставил. Он прочитал книгу английского ученого Роберта Гука «Микрография» и всерьез заинтересовался изучением природы с помощью микроскопа. Левенгук сам стал шлифовать увеличивающие линзы и постепенно достиг больших успехов. Лавочник научился создавать микроскопы, которые сами были малы, зато увеличивали предметы в триста раз без серьезных искажений!
Левенгук помещал в микроскоп все, что попадалось под руку, – воду, листья, собственную кожу, кровь.
Однажды Левенгук взял соскоб со своих зубов и стал внимательно рассматривать его в свой лучший микроскоп. Исследователь всмотрелся и… увидел, что в поле зрения его прибора копошится что-то живое. Оно шевелилось, двигалось – совсем как маленькие рыбки или червяки. Неужели внутри человека могут находиться другие живые существа?
Левенгук был взволнован своими наблюдениями. Он никогда ни о чем подобном не слышал, и уважаемый им Роберт Гук ничего не писал о мелких животных, которых можно увидеть в микроскоп.
Антони был потрясен, когда понял, сколько микросуществ живет на его вполне крепких и чистых зубах. «В полости моего рта их было, наверное, больше, чем людей в Соединенном Королевстве…» – записал он в своей тетради.
Микроскоп был для Левенгука любимым хобби, с которым он не расставался всю жизнь.
Он не любил теоретизировать. «Следует воздержаться от рассуждений, когда говорит опыт», – полагал он, тщательно записывал результаты своих наблюдений и отправлял письмом в Лондон для публикации в журнале Королевского научного общества.
В один прекрасный дождливый день дверь лавки Левенгука с грохотом распахнулась. На пороге стояли трое надменных английских джентльменов во главе с доктором Неемией Грю. Они были мокры и свирепы.
– Ну, сударь, показывайте своих… звер-рушек! – про-р-рычал доктор. – Дайте мне самому на них посмотреть!
Левенгук не возражал. Он закрыл лавку и провел делегацию лондонских ученых в комнату на втором этаже, где он занимался своими исследованиями.
Неемия Грю прильнул к микроскопу и онемел…
* * *– И что же он мог увидеть в микроскоп? – заинтересованно спросила Галатея у матери, читавшей сказку про Левенгука.
– О, доктор Грю мог увидеть очень многое. Хороший микроскоп – это окно в мир мельчайших существ, находящихся в беспрерывной борьбе за выживание. Они выглядят по-разному: как шарики и как палочки, как изящные туфельки и как бесформенные комки слизи. Но все они без исключения активно размножаются, засеивая пространство своими потомками.
И еще они все любят есть, вернее – жрать.
Если они крупные, то пожирают мелких, обволакивая их своим телом.
Если они мелкие, то они различными способами вскрывают стенки более крупных соседей и проникают внутрь них, чтобы там разбойничать и размножаться.
Микроорганизмы огромны по количеству, многообразны по форме и различны по образу жизни. Одни сидят как яйца в лукошке, надеясь на то, что окружающая жидкость принесет им питание, другие носятся взад и вперед, вращая хвостом, словно подлодка с винтом и электромотором.
– У микробов есть электромоторы? – не поняла Галатея.
– Есть, – подтвердила Дзинтара. – Такие моторы, состоящие всего из пары десятков молекул, крутят жгутики у бактерий.
Крупные клетки принимают меры предосторожности, укрепляют свои стены, нанимают сторожей для защиты. Разбойные вирусы и бактерии в ответ учатся обманывать охрану клеток и пробивать их самые прочные защитные преграды.
Клетка человека или растения похожа на укрепленный город – с крепостными стенами, защищающими от неприятеля, с трассами, по которым носятся автомобили, перевозящие грузы, с охранниками, которые решают – кого пропустить через городскую стену, а кого нет. Мусорщики и водовозы, строители и ремонтники – многие профессии человеческого мира представлены в крохотной живой клетке. В ней есть библиотека – хранилище информации с чертежами не только данной клетки, но и всего организма. Служители библиотеки все время сравнивают жизнь клетки с ее проектом, собирают в соответствии с этим проектом нужные материалы и передают их перевозчикам и строителям. Каждый обитатель клетки знает свою роль и аккуратно выполняет ее.
Андрей спросил:
– Кто же командует всем этим? Вот у людей городами управляют специальные разумные люди и почти разумные компьютеры.
– Очень хороший вопрос, – ответила Дзинтара. – Но процессами внутри клетки никто не управляет. Жизнь клетки самоорганизованна. Хромосомы, состоящие из ДНК, командуют только синтезом белков, из которых состоит клетка. А белки сами собираются в скелет клетки, во внутриклеточные автомобили и фабрики. Согласованность работы всех клеточных структур объясняется тем, что природа миллиарды лет разрабатывала механизмы жизни, а все неудачные или неправильно работающие версии просто отбраковывала. Выживали только те клетки, чьи обитатели вели себя согласно правилам.
Галатея не очень хорошо поняла объяснения матери и попросила:
– Мама, продолжай про Левенгука!
И Дзинтара продолжила чтение.
* * *Итак, Неемия Грю прильнул к микроскопу и онемел!..
Да что там говорить – вскоре после визита доктора Грю и английской делегации лавочника Левенгука (который не имел никакой научной степени, не знал латыни и уже поэтому в те времена не мог считаться ученым) избрали действительным членом Лондонского королевского общества! Говоря современным языком, лавочник Левенгук стал академиком.
Триста писем написал Левенгук в Лондон. Они составили четыре тома его сочинений, опубликованных еще при жизни исследователя. Он прожил 90 лет, но и перед самой смертью он просил отправить свои последние письма и наблюдения в Лондон.
* * *Все люди на планете должны быть очень благодарны лавочнику Левенгуку, который оказался умным и наблюдательным естествоиспытателем.
Он открыл для человечества целый новый мир – мир микроорганизмов, который сейчас исследуют десятки тысяч ученых, но он до сих пор полон тайн.
Люди узнали, что именно микросущества, найденные Левенгуком, отвечают за смертельные болезни, свирепствующие в мире.
Среди них была и чума, которая не раз наваливалась на Европу. В четырнадцатом веке «черная смерть» опустошила континент, убив почти половину европейцев. Даже свирепый голод не забирал столько жизней, сколько унесли эти мелкие, опасные животные, обнаруженные голландским лавочником.
Открытие Левенгука кардинально изменило мир: люди стали смотреть вокруг себя другими глазами.
Обнаружение микробов привело к тому, что люди осознали пользу чистых рук и вымытых тарелок, блага водопровода и канализации, преимущества домов без крыс и улиц без мусора. Возможно, что простое мытье рук спасло больше людских жизней, чем все лекарства вместе взятые.
– Вот, – назидательно сказал Андрей. – А ты, Галатея, вечно ходишь с грязными руками!
– Просто я люблю строить города из песка! – возразила сестра. – Зато я всегда мою руки перед едой, а ты часто прыгаешь за стол с немытыми руками!
– Потому что я умею их не пачкать!
Дзинтара дождалась внимания и продолжила:
– Люди научились создавать эффективные лекарства тоже благодаря открытию Левенгука.
Поймай вредного микроба, который вызывает болезнь, разведи его в лаборатории – и ищи яд, который его убьет. Выбери из найденных ядов тот, который не убьет человека, – и ты получишь лекарство.
Конечно, в теле человека есть масса полезных микроорганизмов, которых трогать нельзя, – например, без некоторых бактерий мы не смогли бы переваривать пищу.
Открыв опасных микробов и найдя способы борьбы с ними, люди стали жить в два-три раза дольше, чем в Средние века.
И все это благодаря лавочнику Левенгуку с его талантом создателя микроскопов и его увлеченностью исследователя-биолога.
Дзинтара закрыла книгу сказок, а Галатея заявила:
– Мама, я тоже буду биологом, как Левенгук и ты!
– Кем сильно захочешь, тем обязательно станешь. А сейчас вам пора спать. Не забудьте умыться на ночь и почистить зубы. Помните: чистые люди и зубы дольше живут!
Микроскоп– устройство для увеличения изображения мелких предметов. Оптические микроскопы достигают увеличения в 2000 раз.
Неемия Грю(1641–1712) – английский ботаник, первым начавший изучать под микроскопом анатомию растений.
Ренье де Грааф(1641–1673) – голландский врач и анатом.
Антони ван Левенгук(1632–1723) – голландский естествоиспытатель, открывший микроорганизмы. В 1680 году избран членом Лондонского королевского общества.
Роберт Гук(1635–1703) – английский ученый. Открыл закон Гука в теории упругости и много других научных законов и природных феноменов. В 1665 году опубликовал книгу «Микрография», описывающую результаты микроскопических исследований, включая открытие растительных клеток.
ДНК– дезоксирибонуклеиновая кислота, длинная (до 5 сантиметров у человека) молекула, в которой записана информация о программе развития и функционирования организма. Служит для передачи генетической информации от родителей к детям.
Хромосомы– внутриклеточные структуры, которые содержат плотно смотанную нить ДНК. Полный набор хромосом образует геном организма.
Сказка об инженере Расселе, который мчался за волной на лошади
Сегодня сказку детям читала королева Никки, приехавшая в гости к Дзинтаре. Впрочем, слово «читала» тут не очень подходило – Никки обычно щедро приправляла прочитанное собственными замечаниями и шутками – так что не всегда было понятно, где блюдо, а где приправа, но всегда было вкусно – то есть интересно.
На улице шел шумный теплый дождь. Интересно – куда он шел? Но дети не смотрели в окно, а слушали сказку.
– Эта история случилась в Англии. В начале девятнадцатого века здесь разгорелась война между кораблями и паровозами.
Британские сельские дороги всегда были дрянь. Стоило пройти дождю – и они превращались в полосы отличной вязкой грязи. А как возить грузы из села в город? Морем!
Поэтому вокруг островной Англии густо сновали парусные барки и чумазые пароходики. Более того – собственники кораблей объединились и прокопали массу каналов – чтобы открыть дорогу в глубь суши для барж и лодок. Водный канал был настолько гладкой и удобной дорогой, что пара лошадей легко тащила за собой многотонную баржу, правда, с небольшой скоростью.
И вдруг у каналокопателей начались напасти!
Мелкие пароходы просто сошли с ума: они вылезли на берег, обзавелись колесами и назвались ПАРОВОЗАМИ, прямо намекая, что сухопутный ПЕРЕВОЗ сейчас их дело.
Паровозы раздвигали носом воздух, а не воду, поэтому двигались заметно быстрее пароходов и барж. Паровозам понадобились гладкие железные дороги, но и их прокладывать было легче, чем копать каналы, – особенно в горах.
Но так просто корабельщики отдавать сушу паровозникам не собирались.
* * *Незадолго до этого шотландец Хьюстон случайно сделал замечательное открытие. Однажды его лошадь, тащившая баржу, испугалась и помчалась во весь опор. И тут Хьюстон заметил, что, когда баржа достигла более высокой скорости, чем обычно, буксирный канат ослаб, и лошадь побежала гораздо легче. Тогда Хьюстон купил несколько легких суденышек и стал буксировать их по-новому. Если обычно баржи на каналах двигались со скоростью 6–9 км в час, то теперь лошадей стали погонять кнутами до тех пор, пока они не разгоняли лодку до двойной скорости. И тут происходило чудо: лодка дальше продолжала двигаться на гребне своей собственной волны – и буксировать судно становилось легче.
* * *Надеясь увеличить скорость движения барж по каналам, корабельщики наняли молодого талантливого инженера Рассела для изучения этого интересного эффекта «лодок-летунов», который обещал немалую выгоду судовладельцам.
Его исследования показали, что при определенной скорости усилие, необходимое для буксировки баржи, резко падало: при 12 км в час оно составляло 225 кг, а при 14 км в час – 127 кг. Почти в два раза меньше! Чудеса! Быстрый ход лодки требовал меньшей тяги!
Свои эксперименты инженер проводил на канале возле шотландского города Эдинбурга.
В один из жарких августовских дней Рассел, сидя на вороном коне и держа часы в руках, следил за шеститонной баржей, которую тянула за собой пара гнедых коренастых лошадок. Молодой человек записывал данные измерений в блокнот и заставлял лошадей тащить баржу то медленнее, то быстрее.
В тот момент, когда баржа резко остановилась, инженер заметил поразительное явление. Позже он рассказывал о событиях этого дня так: «Я наблюдал за движением баржи, которую с большой скоростью тянула по узкому каналу пара лошадей, как вдруг баржа резко остановилась. Но отнюдь не остановилась приведенная ею в движение масса воды в канале. Неистово бурля, она стала собираться вокруг носовой части судна, а затем вдруг, приняв форму обособленного крупного возвышения – округлого и резко очерченного скопления воды, продолжила свой путь по каналу без сколько-нибудь заметного изменения формы или уменьшения скорости. Я поскакал за ней верхом, и, когда нагнал ее, она все еще катила вперед, сохраняя свою первоначальную форму в виде фигуры футов тридцати длиной и один-полтора фута высотой. Высота скопления постепенно уменьшалась, и, проскакав за ним одну-две мили, я потерял его в извивах канала. Такой оказалась в августе 1834 года моя первая встреча со столь своеобразным и прекрасным явлением».
Рассел назвал этот горб, который нес на себе легкие лодки, «волной-перевозчиком». Волна так заинтересовала инженера, что он построил модель канала в лаборатории и повторил это явление в миниатюре. Рассел был очень увлеченным инженером: он даже выкопал в саду бассейн для гидродинамических опытов.
– А мы устраиваем бассейны, чтобы самим купаться! – сказала Галатея. – Вот чудаки!
– Открытие инженера Рассела, – улыбнувшись, продолжила Никки, – несмотря на свою наглядность, было встречено с недоверием среди маститых ученых. Среди них был математик и королевский астроном Джордж Эйри, а также видный специалист в гидродинамике, президент Королевского общества и баронет Джордж Стокс. Дело в том, что наблюдение Рассела противоречило законам классической гидродинамики. Каждый знает, как распространяются волны на воде от брошенного камушка – образуя цепь кольцевых гребней и быстро затухая.
– Подожди, Никки! – воскликнула Галатея, взяла из цветочного горшка маленький камень, потянулась к аквариуму, стоящему на подоконнике, и бросила в него камушек.
Рыбки укоризненно разбежались по углам, а Галатея внимательно проследила за волнами, расходящимися после падения камня.
– Продолжай, пожалуйста! – вежливо сказала девочка, вернувшись на свое место.
– ЛИНЕЙНОЕ волновое уравнение, описывающее волны от падающего камня, было хорошо известно. Но существование уединенной волны, которая распространяется на длинные расстояния, категорически противоречило классическим линейным уравнениям гидродинамики.
Но постепенно скепсис сменился интересом. Французский физик Жозеф Буссинеск вывел НЕЛИНЕЙНОЕ уравнение, описывающее уединенную волну Рассела. Позже лорд Рэлей тоже предложил математическое описание этого феномена. Окончательная точка была поставлена в 1895 году профессором Амстердамского университета Кортевегом и его студентом де Фризом. Нелинейное уравнение, которое известно сейчас как уравнение Кортевега – де Фриза, имело решение в виде уединенных волн, позже названных солитонами.
Сейчас мы понимаем, что Рассел не просто открыл новое гидродинамическое явление, он открыл целый новый мир – мир нелинейной физики, вернее, НЕЛИНЕЙНОЙ НАУКИ. Что такое линейная наука? Это когда два плюс два равно четырем. Нелинейная – это когда два плюс два равно пяти, а то и десяти, а может – и сотне.
– Ух ты, я обязательно скажу это учителю! – воскликнул Андрей.
– Типичное нелинейное явление – торнадо или смерч, который внезапно складывается из обычных атмосферных движений и мчится разрушительным вихрем, вращающимся со скоростью в тысячу километров в час.
Да, маленькие волны, расходящиеся вокруг камушка, хорошо объясняются линейным уравнением, но без нелинейной физики невозможно понять, как возникают штормовые валы, украшенные белыми гребнями, или кипящие прибойные волны, разбивающиеся о песчаный берег, или грозное цунами, которое незаметно перемещается на многие тысячи километров в открытом океане, взметаясь на прибрежном мелководье огромной стеной из воды.
Уравнение Кортевега – де Фриза стало одним из главных инструментов нелинейной науки, а солитоны оказались распространенными явлениями в природе. Что там далеко ходить – посмотрите в окно!