Куда смотрят ученые
Вопреки расхожим представлениям о том, что все российские НИИ давно живут одной сдачей в аренду своих площадей, в нашей стране ведется довольно много различных научных исследований. По нескольким направлениям ведутся наиболее интересные работы - это биотехнология (создание трансгенных организмов), нанотехнология и предсказание землетрясений.
Биотехнология.
"Когда я вижу, как в деревне кусты картошки поливают карбофосом, чтобы защититься от колорадского жука, я не понимаю аргументов противников трансгенных растений", - любит повторять академик РАСХН Константин Скрябин, который возглавляет центр "Биоинженерия" РАН. Этот центр - одна из ведущих организаций страны по созданию трансгенных растений. Именно в нем создан, запатентован и проходит испытания первый в России сорт трансгенного картофеля, устойчивого к Y-вирусу (распространенное заболевание, поражающее клубни). А в Пущинском научном центре РАН пытаются создавать морозоустойчивую клубнику с помощью генов, выделенных из северных рыб.
Трансгенные микроорганизмы производят множество веществ - от заменителя сахара аспартама до лекарств. Например, микробы, выведенные в ГНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов, синтезируют и необходимый человеку витамин В2, и аминокислоту треонин, которая нужна для того, чтобы улучшить корм животных. Более того, бактериями российские биотехнологи сумели заменить целое вредное и дорогое химическое производство, а именно синтез акриламида - сырья для множества полезных вещей от искусственных волокон до поглощающего влагу слоя в памперсах. А в институте микробиологии РАН под руководством члена-корреспондента РАН Григория Каравайко первыми в мире создали биотехнологию извлечения золота из руды, когда специально подобранные бактерии без всяких реактивов выделяют этот благородный металл из его соединений. Ученые занимаются и трансгенными млекопитающими. Например, в Биотехнологическом центре по животноводству РАСХН под руководством Льва Эрнста получили коз, выделяющих с молоком фермент химозин, используемый в производстве сыров. Традиционно этот фермент получают из желудков ягнят и телят. Нанотехнология.
Суть нанотехнологии в том, чтобы создать самовоспроизводящихся роботов размером в нанометры, т. е. в тысячные доли микрона. Нанороботы по некоему сигналу должны собираться в каркас определенной структуры, а потом, выхватывая атомы из проходящего мимо них потока строительного материала, эту структуру строить. В результате деятельности нанороботов получается что угодно - от микросхем до ракетных двигателей или зданий. Такова базовая концепция нанотехнологии, предложенная американским ученым Эриком Дрекслером.
Разумеется, эта концепция крайне далека от реализации, поэтому обычно под нанотехнологией понимают нечто более прозаическое - производство чего-то очень маленького. Прежде всего получение частиц диаметром в нанометры и создание электронных схем с элементами такого размера. Часть работ уже вышла за стены лабораторий. Борис Дудкин из Института химии КомиНЦ УрО РАН напоминает, что за последние годы уже сложился международный рынок нанопорошков. В результате ученому не нужно особенно ломать голову над применением очередного порошка - достаточно придумать надежную технологию его получения. Поэтому наночастицами занимаются практически во всех научных центрах России.
Как правило, нанопорошки служат добавками, качественно улучшающими свойства других материалов. Например, технолог хочет сделать из керамики прокладку для водопроводного крана. Для этого он берет порошок оксида алюминия и спекает его. Скорее всего, в этом материале есть много пор с острыми углами и он довольно хрупок. Свойства сильно улучшатся, если в сырье добавить менее 1% нанопорошка того же оксида алюминия. Его частицы заполнят пространство между более крупными частицами обычного порошка, и материал станет значительно прочнее. Материаловеды уже не одно десятилетие мечтают заменить металлы более прочными, твердыми и, главное, нержавеющими керамиками. Этому мешает неспособность керамики держать удар. Нанопорошки обещают с ней справиться.
Есть изделия, где нанопорошки играют главную роль. Например, это фотонные кристаллы или тонкие пленки. При правильном расположении частиц строго заданного размера они способны разлагать свет, а это нужно для систем оптической связи.
Делают наночастицы и непосредственно в твердом теле - при этом сразу получается композиционный материал. Например, полимерная пленка с металлическими наночастицами. Из таких пленок ученые Физико-химического института им. Карпова сумели сделать очень точные газовые сенсоры. Они воспользовались тем, что для наночастицы даже одна молекула какого-нибудь газа - это большой объект, который сильно меняет ее свойства и это легко зафиксировать. Другое применение пленок с наночастицами - новые устройства магнитной памяти. В них каждая частица служит одним битом информации, а плотность, с которой частицы и, соответственно, информацию можно разместить на пленке, в тысячи раз превышает нынешнюю. Эти работы связаны с созданием наносхем для электроники следующего поколения. Такая электроника позволит создавать принципиально новые устройства. Дело в том, что чем тоньше пленка, которую наносят на основу микросхемы, тем меньше в ней напряжения. Пленки толщиной в нанометры можно получать из таких веществ, которые совсем недавно применять для изготовления электроники было невозможно. Умение формировать тонкие пленки, причем делать их не сплошными, а в виде отдельных островков нанометрового размера, так называемые квантовые точки, дает возможность ученым из Физико-технического института им. Иоффе делать мощные лазеры, необходимые для нового поколения систем оптической связи. Землетрясения.
Самый простой метод предсказать время и место землетрясения - выявить закономерности его возникновения. Для этого берут каталог информации о нескольких сотнях тысяч стихийных бедствий и подвергают его математической обработке. Иногда это дает неплохой результат. Например, ученые из Института астрономии РАН выявили, что землетрясения в 3,5 - 4,8 балла (когда качается земля и трескается штукатурка) должны случаться в одном и том же месте каждый год. Наиболее сильно эта закономерность проявляется в средних широтах Северного полушария, что не удивительно - в Южном полушарии большая часть средних широт залита водой и никто там измерений не проводит. Другая закономерность - связь землетрясений и движения Луны. Ученые из НИИ ядерной физики МГУ им. Ломоносова заметили, что чаще всего сильные землетрясения случаются в дни полнолуния или новолуния. Причина, видимо, в том, что сила морского прилива служит спусковым крючком для катастрофического разряжения напряжений, которые накопились в земной коре.
Московские ученые заметили эту закономерность, сопоставив два факта - статистику землетрясений и результаты наблюдений за всплесками нейтронного излучения от поверхности планеты. Эти всплески имели четко выраженную периодичность в 12 часов, т. е. были вызваны движением Земли вокруг Солнца. При определенном сложении приливных сил от Солнца и Луны напряжения в земной коре усиливаются и там, где они превосходят критический уровень, из глубин планеты начинает активно выделяться радиоактивный радон, возникают потоки альфа-частиц. Это увеличивает интенсивность нейтронного излучения в десятки раз. Как утверждают специалисты, одного универсального признака, указывающего на приближающееся землетрясение, не существует. Перед каждым толчком возникает сразу несколько предвестников, причем в каждом регионе есть свой уникальный набор явлений. Первые предвестники беды могут появиться уже за 20 суток. Поэтому, получив тревожные данные со спутников или от наземных служб, специалисты должны вылетать в сейсмоопасный район и проводить там специальные измерения. Разумеется, для этого нужны специализированные спутники. Проекты спутников для наблюдения за сейсмоопасными районами разработаны в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН и в НПО им. Лавочкина.