ь. Оставалось ответить на вопрос: как обнаруженная бактерия ухитрилась командовать образованием льда?
Исследователи установили, что ее оболочка покрыта особым белком. Но лишь спустя двадцать лет после «поимки» Pseudomonas syringaeрусский биофизик Каява и американский биолог Линдоу выяснили, как данный микроб получает власть над градом и растениями.
Оказалось, что бактерия «обманывает» воду! Белковая оболочка бактерии имитирует структуру льда, жульнически «прикидываясь» поверхностью ледяного кристалла. Обманутые молекулы охлажденной воды пристраиваются к «фальшивому льду», и на шкуре бактерии вырастает настоящий и острый ледяной кристалл, похожий на кинжал.
Ледяной кинжал оказался очень полезным оружием для бактерий. Они добывают себе пищу, опустошая питательные кладовые растения,– выедают внутренности клеток. Но переходить из клетки в клетку бактериям трудно – растительные клетки отделяются одна от другой твердыми стенками. Именно они отвечают за прочность листа и самой древесины. Поэтому бактерия Pseudomonas syringaeвыращивает ледяной рог и легко протыкает им жесткие оболочки клеток, добавляя себе и своему потомству питательного жизненного пространства. Листья кукурузы, разрезаемые изнутри миллионами острых кинжалов «ледяных бактерий», быстро чернеют и гниют. Засохшие листья осыпаются, и бактерии смешиваются с почвой.
Сильный ветер поднимает пыль с бактериями в облака.
Лед послушно образуется на оболочке бактерий даже в тучах, но резать в облаках некого, и ледяной кристалл просто вырастает в кусок льда и падает на землю. Так возникает град, который возвращает бактерии на землю и заодно повреждает растения, делая их еще более беззащитными перед микробами, умеющими выращивать ледяные ножи.
Так и живут эти микроскопические повелители льда, радуясь своему полезному таланту.
–Грабители!– осуждающе сказал Андрей.
–Ученые, узнав коварную бактерию в лицо, не медлили – генетики стали выводить микробов, которые вытесняют бактерий – носителей ледяного оружия, но сами неопасны для растений. А химики сумели синтезировать вещество, которое действует аналогично белку на оболочке Pseudomonas syringae.Метеорологи используют это вещество для управления осадками и предотвращения крупного града.
Постепенно ученые стали понимать, насколько важную роль играют бактерии Pseudomonas syringaeв погоде и природе нашего мира. Фактически они командуют не только градом, но и обычными снегопадами: их находят даже в снеге, выпадающем в Антарктиде. Микроскопические «властители льда» настолько эффективно кристаллизуют воду, что раствор с белком этих бактерий стали добавлять в снеговые пушки, создающие покрытие горнолыжных трасс.
Вот с какой пользой поохотились ученые на таинственного микроба, замораживающего воду. Интересно, что эта бактерия выполняет и полезную функцию – благодаря ей упавшие осенние листья быстрее гниют и возвращают накопленные питательные вещества в почву.
–Какие хитрые микробы,– сказал сонным голосом Андрей.– Даже колючки на себе научились выращивать.
–Мы, люди, еще хитрее!– возразила Галатея.
Дзинтара улыбнулась, поправила одеяло Галатеи и подушку Андрея.
–Спокойной ночи, люди. Отдыхайте, ведь утром вас ждет – и ждет с нетерпением!– новый интересный день.
Дистиллированная вода– очень чистая вода, полученная испарением и последующей конденсацией водяного пара.
Джон Лукас– биолог, сотрудник Калифорнийского университета.
Стивен Линдоу– биохимик и бактериолог, профессор Калифорнийского университета, академик Национальной академии наук США.
Габор Вале– исследователь атмосферных процессов, профессор Вайомингского университета.
Пауль Хоппе(1896–1972)– американский агроном, специалист по кукурузе.
Рассел Шнель– американский исследователь атмосферы, сотрудник Национального агентства по исследованиям океана и атмосферы (NOAA). Родился в Канаде.
Марта Кристенсен– профессор кафедры ботаники Вайомингского университета.
Андрей Каява– русский биофизик, сотрудник Национального центра научных исследований Франции.
Сказка о Б 2ФХ, доказавших, что мы – инопланетяне
–Тут какая-то ошибка,– сказала Галатея, указывая на название сказки.– Как можно доказать, что мы – инопланетяне, если мы – земляне!
Никки, которой сегодня выпала очередь рассказывать очередную историю, усмехнулась и сказала:
–Ну что ж, давайте разберемся в доказательстве Б 2ФХ. Но сначала нужно вспомнить кое-что из химии. Человек по весу на 15% состоит из водорода, а на 85% – из кислорода, углерода, азота, серы, фосфора, кальция, железа и атомов других элементов. Для постройки человеческого тела природа использовала более десятка химических элементов; впочве, воде, растительности и животных их можно найти около сотни. Эти атомы можно собрать, потрогать и проанализировать. А вот какой химический состав имеют звезды, до которых невозможно дотронуться? Можно ли его узнать?
–Как можно узнать состав чего-то, до чего даже нельзя дотронуться?– удивилась Галатея.
–До девятнадцатого века ученые считали, что задача определения химического состава звезд является неразрешимой проблемой. Но в 1814 году физик Фраунгофер разложил солнечный свет в детальный спектр и обнаружил в нем темные линии – признаки наличия в атмосфере Солнца таких известных химических элементов, как водород, кальций, натрий и железо. Позже ученые нашли на Солнце даже новый, неизвестный на Земле элемент, который назвали гелием в честь греческого бога Солнца Гелиоса.
К началу двадцатого века ученые считали, что Солнце, хотя и гораздо горячее Земли, но имеет похожий химический состав – то есть представляет собой раскаленный камень.
Так полагал и Генри Рассел, крупнейший астроном и знаток эволюции звезд, один из открывателей знаменитой диаграммы Герцшпрунга – Рассела, которая показывает как меняется яркость звезд, когда они старятся.
В 1925 году к Расселу пришла молодая девушка Сесилия Пейн-Гапошкина, которая по солнечному спектру сумела рассчитать содержание различных элементов в нашем светиле. Она вежливо сообщила знаменитому астроному, что по ее вычислениям получается, что химсоставы Земли и Солнца действительно похожи, но за одним исключением: на Солнце водорода в миллион раз больше, чем других элементов.
Если перевести эту мысль с вежливого языка на правдивый, то получится, что все теории Рассела и других астрономов насчет Солнца – сущая ерунда. На самом деле Солнце – это не раскаленный камень, а горячий газовый шар из водорода с небольшой примесью других элементов.
Знаменитый профессор ответил юной Сесилии что-то вроде: «Вы спятили, дорогая!» – и велел выбросить эту водородную глупость из ее диссертации.
–Неужели Рассел проверил расчеты Сесилии и нашел ошибку?– спросила сердито Галатея.
–Нет. Просто знаменитые люди полагают, что они и без всяких расчетов знают истину. Истине приходится частенько их наказывать за это самомнение! Так случилось и с Расселом: спустя несколько лет он был вынужден публично признать, что юная Сесилия права: звезды состоят в основном из водорода.
Астрофизик Эддингтон высказал предположение, что в звездах водород превращается в гелий. То есть звезды – это термоядерные реакторы, осуществляющие синтез водорода в гелий.
Стало понятно, что основным строительным элементом Вселенной является водород, который собрался в звезды, термоядерно «загорелся» в них и стал превращаться в гелий.
Ганс Бете первый детально исследовал протон-протонную термоядерную реакцию в звездах, в ходе которой получается гелий, а также предложил, параллельно с Карлом Вайцзеккером, азотно-углеродный цикл термоядерного превращения водорода в гелий.
–Откуда же на водородно-гелиевом Солнце появилась примесь элементов тяжелее гелия? Например, откуда взялись химические элементы, из которых состоит человек?– спросил внимательно слушавший Андрей.
–Какой ты молодец!– Никки уважительно посмотрела на Андрея.– Ты задал очень хорошие, точные вопросы.
Но ответов на твои вопросы долго не могли найти. Физик Георгий Гамов полагал, что все химические элементы, включая тяжелые, возникли в момент зарождения Вселенной, во время Большого взрыва.
Астроном Фред Хойл высказался против теории Гамова и в 1946 году предположил, что тяжелые элементы образовались гораздо позже – внутри водородных звезд. Он считал, что в звездах может быть достигнута такая температура, при которой будет «гореть» даже гелий – и три ядра гелия смогут соединиться в одно ядро углерода! Такую гипотезу высказывал и физик Ганс Бете, но обосновать ее удалось лишь Хойлу с соавторами, которыми стали астроном-наблюдатель Маргарет Бербидж, ее муж астроном-теоретик Джеффри Бербидж и физик-ядерщик Уильям Фаулер. В 1957 году они вместе с Хойлом опубликовали знаменитую статью «Синтез элементов в звездах», которую по инициалам авторов (и с учетом очевидной формулы Б × Б = Б 2) стали обозначать и упоминать как статью Б2ФХ.
Б 2ФХ показали, что в массивных звездах не только гелий превращается в углерод и кислород, но и углерод может термоядерно «гореть» и превращаться в неон, натрий и магний. С ростом температуры центра звезды с обычных десяти – двадцати миллионов градусов (примерно такую температуру имеет середина нашего Солнца) до трех миллиардов начинают «гореть» все более тяжелые химические элементы – и каждый такой процесс добавляет звезде энергии. При «горении» кремния возникают самые прочные атомные ядра – ядра железа. Они уже не могут «гореть», и в звезде начинает накапливаться железная сердцевина.
Давление внутри звезды достигает такой величины, что один кубический сантиметр звездного железа начинает весить целую тонну. И в какой-то момент ядра железа не выдерживают и начинают крошиться: снова распадаться на ядра гелия. Этот обратный процесс идет с затратой энергии, но ведь энергии у звезды накопилось очень много. Железное сердце звезды теряет прочность и рушится внутрь светила под действием самогравитации. От обрушения железной звездной сердцевины высвобождается огромное количество не термоядерной, а гравитационной энергии – и звезда, после падения сама в себя, немедленно взрывается!