Юный техник, 2004 № 12 - Журнал «Юный техник»

Это, в частности, говорит о том, что в истории эволюции распознавание запахов всегда играло и продолжает играть чрезвычайно важную роль. Даже бактерии — самые примитивные живые существа — отыскивают пищу с помощью запаха. У более высокоорганизованных животных, обитающих на суше, обоняние вообще служит главным средством коммуникации.

Обратите внимание хотя бы на свою собаку, с которой вы гуляете. Пес то и дело сует свой нос во все уголки и щели. Таким образом он «читает свою утреннюю газету» — узнает, кто побывал в данном месте до него и что при этом произошло.

Говорят, что у животных существует даже своеобразный химический язык, с помощью которого они распознают опасность, сообщают о своих притязаниях на данную территорию, находят источники пищи и даже передают друг другу любовные послания.

Лишь у человека со временем обоняние притупилось — мы общаемся друг с другом с помощью языка и слов, а не азбукой запахов. Тем не менее, даже мы стараемся обратить на себя внимание с помощью духов или одеколона. И это при том, что у нас в активном состоянии находится лишь около 350 активных запаховых генов. У человекообразных обезьян их вдвое больше. А вот у «братьев наших меньших» около 100 000 генов реально кодируют различные запахи; так что палитра химического языка весьма разнообразна!

Итак, Аксель и Бак обнаружили и описали те тысячи генов, которые кодируют соответствующее количество протеинов-рецепторов, ответственных за восприятие запахов. В носовой полости на площади всего нескольких квадратных сантиметров (у человека, например, около 6 кв. см) расположено около 30 млн. клеток обонятельного эпителия. Причем каждый из них имеет на поверхности мембраны лишь один какой-то вид рецепторного белка. И, стало быть, способен воспринимать ограниченное количество родственных запахов.

Таким образом, теория «ключа и замка», о которой некогда писал Лукреций Кар, в какой-то степени верна. Данный рецептор-«замок» срабатывает лишь в том случае, если ощущает определенный запах-«ключ». Лишь тогда от него поступает соответствующий сигнал в обонятельную луковицу головного мозга, где расположено около 2000 узкоспециализированных образований — так называемых клубочков; они осуществляют прием сигналов от соответствующих рецепторов, их обработку и передачу информации в другие отделы мозга.

Поскольку же подавляющее большинство запахов вызывается одновременным действием различных молекул, а каждая из обонятельных клеток реагирует сразу на несколько родственных запахов, то все разнообразие воспринимаемых нами ароматов создает в мозге своего рода мозаику. Эта цветовая картина позволяет не только определить конкретно, чем пахнет — жареным мясом, розой или, скажем, керосином, но и может возбуждать у человека определенные воспоминания. Не зря же писал некогда поэт: «И дым Отечества нам сладок и приятен!..»

Станислав СЛАВИН

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Как рождается нефть?

Удивительные результаты лабораторных экспериментов представил на 26-й Геологической конференции специалистов северных стран российский нефтехимик Владимир КУЧЕРОВ. По его словам, полученные коллективом наших ученых данные подтверждают возможность синтеза сложных углеводородных систем в условиях верхней мантии Земли из неорганического сырья.

Чтобы понять суть этого высказывания, нам придется заглянуть в историю нефти. С той самой поры, когда воины Александра Македонского, как писал Плутарх, начали использовать нефть для того, чтобы смачивать в ней зажигательные стрелы, которые затем огненным градом обрушивались на крепости и корабли противника, не утихают и споры о том, откуда взялась нефть на Земле.

Древние римляне полагали, что нефть — это кровь Земли. И использовали эту чудодейственную жидкость в качестве лекарства от кожных болезней. В Средние века алхимики научились перегонять нефть, получая тяжелые и легкие фракции, и высказали предположение, что нефть сродни углю. Позднее их предположение поддержали такие авторитеты, как М.В. Ломоносов и Н.Д. Зелинский.

Суть рассуждений сторонников органического происхождения нефти такова. Нефть, подобно углю, получается в недрах Земли из органических остатков, которые попадают в недра вследствие перемещения горных пластов при сейсмических подвижках. Оказавшись глубоко под землей, в условиях сильного давления и практически полного отсутствия кислорода, эти органические остатки и превращаются со временем либо в уголь, либо в нефть. А именно древесные стволы и прочая растительность превращаются в уголь, а остатки животных организмов и продукты их жизнедеятельности — в нефть. Кроме того, имеют значения величины температур, давлений и прочие условия…

Однако такая точка зрения вызывала справедливые нарекания. Хотя бы потому, что как-то чересчур сложно уж все получалось. Отложения эти в определенное время должны были попасть в некие пограничные условия, должны были пройти миллионы, а то и миллиарды лет, прежде чем из этого сырья получилось «черное золото»…

«Мне, как химику, куда легче представить, что нефть может получаться в недрах Земли в результате взаимодействия карбидов железа в горных толщах с водой», — заявил Д.И. Менделеев и даже написал сравнительно несложное уравнение такой реакции.

Вот оно: 2FeC + ЗН2О — Fe2О3 + С2Н6.

Но откуда могло появиться в недрах столь значительное количество карбида железа? Ведь это нестойкое соединение, и в природных условиях высока вероятность его окисления. Образование карбида железа могло произойти на определенном этапе охлаждения Земли из первоначального раскаленного шара в интервале 1800–1900 °C. При температуре 1000–2500 °C карбид железа взаимодействует с парами воды, что приводит к образованию углеводородов. Но в этих условиях углеводороды нестойки и распадаются на водород и углерод. При более низких температурах эти составляющие вновь трансформируются в карбид железа, который в более мягких условиях взаимодействует с водой и генерирует углеводороды. Последние в газообразном состоянии поднимаются к поверхности, где при охлаждении и собираются в пористой породе осадочного слоя в залежи.

Процесс образования залежей карбида железа может быть представлен и более простой схемой, при которой железо взаимодействует с графитом при высоких температурах и недостатке кислорода. Как известно, имеется несколько типов карбидов железа (FeC, Fe2C, Fe3C и т. д.), которые могут быть источниками образования углеводородов.

В общем, в теории все получается. А на практике?

Как проверить теоретические расчеты, основанные на методах современной термодинамики, которые показывают, что синтез углеводородов возможен при температурах 900 — 1700 градусов по Цельсию и давлении 30–70 килобар?

В глубь Земли не попадешь, да и нет у нас столько времени выжидать, пока эти процессы, уже происходившие однажды, произойдут снова. Да и произойдут ли? Ведь они могли протекать лишь на определенном этапе развития нашей планеты…

В общем, оставался один путь: смоделировать в лаборатории процессы, некогда происходившие в верхней мантии Земли. Конечно, не так-то просто создать установки, в которых реакции синтеза углеводородов из минералов будут происходить при давлении до 50 килобар. Но наши экспериментаторы это сумели. Ими была создана аппаратура высокого давления, позволяющая достигать химического равновесия в реакционной ячейке при температуре до 900—1200 градусов Цельсия и сохранять герметичность в течение нескольких часов.

При этом методами масс-спектрометрии и газовой хроматографии при ступенчатом нагреве в продуктах реакций действительно была обнаружена смесь углеводородов, состоящая из начальных членов алканового, алкенового и аренового рядов.

Успех этих исследований показался специалистам настолько важен, что результаты работы были опубликованы почти одновременно в докладах Российской академии наук и в докладах Национальной академии наук США.

С. СЛАВИН, В.ЧЕРНОВ

КСТАТИ…

«Скважина» на ферме

С точки зрения американских ученых, свинарник представляется весьма перспективным в качестве источника… нефти. Группа исследователей из Иллинойского университета уже на протяжении ряда лет работает над проблемой превращения свиного навоза в топливо, которое можно будет использовать для обогрева домов и выработки электроэнергии.

Предстоит еще немало потрудиться, прежде чем замыслы обретут практическую законченность и коммерческую привлекательность. Но уже сейчас исследователи обещают определенные выгоды и животноводам, и потребителям. По мнению ученых, продемонстрировавших своей проект на международной специализированной выставке «Нефтегаз-2004», идея важна в плане создания альтернативных и возобновляемых источников энергии. А также снижения зависимости США от иностранных источников нефти.