Борис Ляпунов - Химия завтра
Химическое формование тоже заимствовано у природы. Кожа, мышцы, сосуды, все живые ткани образуются не из заготовок, а получаются из первичного сырья сразу как готовое изделие. Этот способ станет одним из важнейших в химической технологии будущего.
Паутина, оказывается, изготовляется пауком точно по заказу. Для разных своих надобностей наук делает и разную нить: эластичную — для ловчей сети, прочную — для подвески, объемную, похожую на шерсть — для кокона, хранилища яиц.
Мы стремимся подражать пауку, создавая искусственные волокна, но нам это удается пока что хуже. И в поисках путей к синтетическим волокнам с заранее заданными свойствами нам стоит внимательнее присмотреться к работе паука. Он, как и шелкопряд, проделывает совсем просто то, что нам дается с большим трудом.
Возможно, химикам в будущем удастся создать искусственный белок, в котором искусственные же молекулы с заложенной в них наследственной информацией будут управлять синтезом, выращивать волокнообразные полимеры с заранее заданными свойствами. Искусственно воссоздадут происходящее в живых тканях, где молекулы, обладая наследственной памятью, руководят «строительством» белков.
Присмотревшись к шелкопряду, химики-технологи поняли, что совершали ошибку. Он не продавливает жидкую заготовку сквозь отверстие, как делают наши машины, — он приклеивает капельку к чему-либо и вытягивает нить.
Мы портим материал, ломаем молекулы, наше волокно непрочно. А шелкопряд предоставляет молекулам самим укладываться наилучшим образом — вдоль волокна, и оно становится очень прочным. Верх совершенства в таком живом химическом производстве!
Материал у него одновременно и машина. Он сам придает себе нужную структуру. И ключ ко всему этому скрыт в молекулярном механизме. Разгадав его, мы перенесем технологические принципы природы в технику. Не появятся ли тогда химические фабрики волокон без машин?
Но выяснить, что происходит в органическом мире, если смотреть на него с химической точки зрения, — далеко не все. У природы химия будет учиться создавать заменители, не уступающие оригиналам, а может быть, и превосходящие их. Паук и шелкопряд — не единственный пример. Мы уже делаем искусственную кожу и будем делать ее еще лучше.
Не удивительно ли это? Человек проникает в тайны далеких звезд и галактик, исследует глубочайшие земные недра, изучает атом. А живая природа для него до сих пор полна загадок. Птиц, насекомых и других животных и растений наберется, вероятно, миллионы видов. Работы хватит, по-видимому, не на одно поколение ученых и инженеров.
Но нас здесь интересуют лишь химики и химики-технологи. Какие уроки им может преподать мир живого?
Бабочка тутового шелкопряда может улавливать запахи, если пахучего вещества в кубометре воздуха хотя бы одна молекула! Ученые заинтересовались этой замечательной способностью и синтезировали то самое вещество, которое привлекает бабочек.
Вещество, однако, оказалось в четырех лицах, и лишь один из изомеров[1] в точности соответствовал природному. Бабочка безошибочно его отличала, люди же сделать этого не могли. Вот насколько бывает развито обоняние у живых существ!
Химики не преминули воспользоваться своим открытием. Искусственно созданное ими вещество уже пробуют применять для приманивания и уничтожения вредителей лесов. Задача чрезвычайно важная: ведь те ядохимикаты, которые до сих пор создавала химия, становятся бессильными, ибо насекомым удается к ним приспособиться, и новые их поколения уже не так-то просто истребить. Кроме того, ядохимикаты порой уничтожают не только вредных, но и полезных насекомых. Яды попадают в овощи, фрукты, даже в молоко и мясо.
Положение очень серьезно. Химия ищет выход и, несомненно, найдет его. Она уже пробует создавать препараты, которые помешали бы вредным насекомым размножаться, делая их бесплодными.
Что еще мы могли бы позаимствовать у «живой химии»?
Сотни запахов различает лягушка, собака — уже до миллиона, кролик — несколько миллионов. Кролика и лягушку, правда, не заставишь работать, зато собачий нюх верой и правдой служит человеку. Если бы собака попала в цех, она по запаху смогла бы определить, не начался ли износ инструмента, найти место, где протекает трубопровод.
И пытаются даже приспособить мух в качестве индикаторов — они покажут, где протекает жидкость в какой-либо гидросистеме. Говорят, что «мушиным» способом американцы испытывают надежность топливного оборудования ракет. Каковы их успехи — об этом, правда, ничего не известно…
Но важно другое. Несомненно, природа подскажет, как устроить тончайший, распознающий запахи прибор.
Любопытно, что разных запахов — десятки миллионов, Надо иметь опытный «нюх» парфюмера, чтобы различать хотя бы сотни. Распознать сложные пахучие вещества химик теперь может далеко не сразу. А что было бы, если обострить обоняние химика, дать ему в помощь искусственный нос?
Он станет контролером на парфюмерном заводе. Криминалистам заменит ищейку. На пищевом комбинате определит, свежие ли продукты. Такой «нос» следил бы за чистотой воздуха в городах и на производстве.
Запах — своего рода химический сигнал, на расстоянии рассказывающий о веществе. И попади искусственный нос в атмосферу другой планеты, он быстро определит ее состав. Этот экспресс-анализ по запаху можно передать в зашифрованном виде по радио.
Да и вообще обостренное обоняние раскрыло бы перед нами целый мир и вне Земли, и на Земле.
Разве не помог бы совершенный прибор по самым незначительным изменениям «спектра» запахов просигналить, что человек заболел? Разве не предупредили бы такие приборы о приближении опасного износа деталей, особенно там, где работают автоматы? Разве не пригодился бы опыт природы, чтобы вообще предупреждать об опасности где бы то ни было — в шахте, на химическом заводе, в кабине космического или подводного корабля?
Рыбы тоже чувствительны к запахам; они замечают в кубометре воды даже миллионную долю грамма примеси. Только поэтому лососевые за тысячи километров находят путь к местам нереста. Как они улавливают запах, мы пока не знаем. Когда же узнаем, сможем, вероятно, построить прибор для своего рода химической связи под водой.
Пусть современный электронный «нос» способен отличить всего несколько химических соединений. Его «потомки» постепенно догонят природу.
Воспользовавшись опытом природы, мы построим приборы, которые по чувствительности во много раз превзойдут современные. Тогда измерению и наблюдению станут доступны такие расстояния, колебания, количества вещества, света и тепла, которые сейчас ускользают от нас.
Подобно тому, как сверхскоростная киносъемка — лупа времени — позволила понять, сколь велико мгновение, сколь богато оно событиями, проникновение за пределы сегодняшней чувствительности приборов, видимо, приоткроет дверь в сверхмалое.
А из малого вырастает большое. Ведь только тогда, когда научились обращаться с невообразимо малыми количествами вещества, смогли открыть и изучить свойства новых элементов, получить вещество сверхвысокой чистоты, применять «меченые» атомы, разделять изотопы.
Когда научились принимать и усиливать слабые сигналы, слабые токи и свет, тем самым распахнули окно во Вселенную. Увеличилась познанная ее часть, более того: она предстала иной — Радиовселенной, Вселенной ультрафиолетового и инфракрасного излучений. И были открыты тогда темные, невидимые радиозвезды и радиогалактики, звезды, которые в обычный телескоп не обнаружить.
Так почему же не предположить, что мир живого не поможет нам приоткрыть завесу скрытого сейчас?
Химик, например, сможет точно определить, какие элементы растворены в морской воде и сколько их там. Сейчас обнаружено сорок четыре. И, несомненно, должны быть остальные. Ведь обнаруживаются же в телах морских животных те из них, какие еще не найдены в воде. Просто нет еще столь сверхтонких методов анализа, просто мы не умеем замечать и обращаться со столь слабоконцентрированными растворами.
Если вспомнить про гигантский объем Мирового океана, малое опять обернется большим. Узнав все о воде, мы сумеем тогда полностью использовать эту «жидкую руду». Она будет поставлять все элементы менделеевской таблицы.
Очень интересным органом обладают киты. Чувствительности этого живого прибора может позавидовать техника. Усатый кит питается планктоном и находит его скопления в толще вод, всегда двигаясь к нему по кратчайшему пути. Но китовая пища скапливается не всюду, а лишь в определенных местах, с определенной соленостью. Кит, очевидно, определяет с высокой точностью (до сотых долей процента!), насколько насыщена солями морская вода, а потому и находит быстро дороге к своему «пастбищу». Может быть, н «опыт» китов пригодится тем, кто изучает океанские богатства?