Герои, злодеи, конформисты отечественной НАУКИ - Симон Шноль

Здесь так хочется сказать о важности научного долгожительства! Много десятилетий нужно нам, естествоиспытателям для продвижения в трудных направлениях. Математики могут выполнить основную жизненную задачу в 20-25 лет (как Галуа...). А. М. Кузин публикует наиболее яркие свои работы, преодолев рубеж 90-летия! (А. М. Кузин умер в 1999 г.) Все это хорошо, но главная проблема А. Г. гурвича — механизмы формообразования, пути преобразования одномерного текста полинуклеотидных последовательностей генома в трехмерные структуры клеток, органов, тканей, организмов - главная проблема современной биологии передается новому XXI веку. Примечания 1. Белоусов Л. В., Гурвич А. А, Залкинд С. Я., Каннегисер Н. К Александр Гаврилович Гурвич. М.: Наука, 1970. 2. Гурвич А. Г. Теория биологического поля. М.: Советская наука, 1944. 3. Гурвич А. и Л. Введение в учение о митогенезе. М.: Изд. АМН СССР, 1948. 4. Сборник работ по митогенезу и теории биологического поля. М.: Изд. АМН СССР, 1947. 5. Гурвич АЛ и Л. Д., Залкинд С. Я., Песоченский Б. С. Учение о раковом тушителе. М.: Изд. АМН СССР, 1947. 6. Гурвич А. Г. Избранные труды / Составители Л. В. Белоусов, А. А. Гурвич, С. Я. Залкинд. М.: Медицина, 1977. 7. Гурвич А. А. Проблема митогенетического излучения как аспект молекулярной биологии. Л.: Медицина, 1968. 8. Гурвич А. Г. Принципы аналитической биологии и теории клеточных полей. М.: Наука, 1991. 9. Казначеев В. П., Михайлова Л. П. Сверхслабые излучения в межклеточных взаимодействиях. Новосибирск: Наука (Сиб. отд.), 1981. 10. Казначеев В. П., Михайлова Л. П. Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей. Новосибирск: Наука (Сиб. отд.), 1985. 11. Мостовников Л. И., Хохлов И. В. Взаимодействие клеток человека с помощью электромагнитных волн оптического диапазона. Минск, 1977. 12. Конев С. В. К вопросу о природе и биологическом значении сверхслабых свечений клеток // Биолюминесценция. М.: Наука, 1965. С. 181-185. 13. Конев СВ., Мамуль В.М. Межклеточные контакты. Минск: Наука и Техника, 1977. 14. Шноль С.Э. Физико-химические факторы биологической эволюции. М.: Наука, 1979. 15. Гурвич А. и Л. II Успехи совр. биологии. 1943. Т. 16. С. 305. 16. Белоусов Л. В., Воейков В. Л., Попп Ф.-Ф. Митогенетические лучи гурвича // Природа. 1997. №3. С. 64-80/ 17. Кузин А. М. и Полякова О. И. О ферментативной активности высокоразбавленных растворов ферментов в присутствии аминокислот // [4]. 1947. С. 54-63. 18. Воейков В. Л., Баскаков И. В., Кефалиас К, Налетов В. И. Инициация сверхслабым УФ- облучением или перекисью водорода вырожденно-разветвленной цепной реакции дезаминирования глицина // Биоорганическая химия. 1996. Т. 22.№ 1. С. 39-47. 19- Кузин А. М. Стимулирующее действие ионизирующего излучения на биологические процессы. М.: Атомиздат, 1977. 20. Кузин А. М. Идея радиационного гормезиса в атомном веке. М.: Наука, 1995.

Примечания 241 21. Кузин AM. Вторичные биогенные излучения — лучи жизни. Пущино, 1997. 22. Biophotonics. Non-equilibrium and Coherent Systems in Biology, Biophysics and Biotechnology (Proceedings of Intern. Conf. Dedicated to the 120'Л birthday of Aleksander Gavrilovich Gurwitsch (1874-1954). Sept., 28-Oct.? 2 1994) / Eds. L V. Belousov, F.-A. Popp. Russia: Bioinform Services Co., 1995. 23- Кузин AM. Роль природного радиоактивного фона и вторичного биогенного излучения в явлении жизни. М.: Наука, 2002.

Глава 16

Борис Павлович Белоусов (1893-1970) и его колебательная реакция

Колебательная реакция Белоусова—Жаботинского широко известна не только в научном мире. Ее знают школьники, студенты, просто любознательные люди. Вы смотрите на стакан с красно-лиловой жидкостью, а он вдруг становится ярко-синим. А потом снова красно-лиловым. И снова синим. И вы невольно начинаете дышать в такт колебаниям. А когда жидкость налита тонким слоем, в ней распространяются волны изменения окраски. Образуются сложные узоры, круги, спирали, вихри, или все приобретает совершенно хаотический вид. Эта реакция известна уже более 40 лет. Ее открыл в 1951 г. Борис Павлович Белоусов [1, 2]. Анатолию Марковичу Жаботинскому принадлежит решающий вклад в изучение этой реакции, в то, что это замечательное явление стало общенаучным достоянием [18]. Реакция именуется особо почетным образом - двумя инициалами: BZ-reaction. Открытие Белоусова практически завершило почти 150-летний поиск колебательных режимов в химических процессах. Периодические процессы вообще, по-видимому, одна из основ для построения теорий в самых различных отраслях. Периодичность — регулярное повторение чего-либо во времени и (или) в пространстве — убеждает нас в познаваемости мира, в причинной обусловленности явлений. В сущности, периодичность - основа мировоззрения детерминизма. Понимание ее природы позволяет предсказывать события, скажем, затмения или появление комет. А такие предсказания — главное доказательство силы науки. История BZ-reaction — яркая иллюстрация старой загадки: что было раньше - курица или яйцо? Что первично - феномен, требующий теоретического объяснения, или теория, предсказывающая появление неизвестного ранее феномена? На самом деле, это — «порочный круг». Мы замечаем и объявляем феноменом лишь то, что понимаем, для чего уже существует теория. Но для построения теории должен быть «заказ» — наличие необъясненного феномена. Разрыв этого порочного круга требует огромных интеллектуальных и нравственных усилий исследователя - первопроходца. Инерция «здравого смысла» - причина множества трагических судеб, печальной «традиции посмертной славы», когда замечательные открытия оказываются преждевременными, не признанными при жизни их авторов. Открытие Белоусова — в этом ряду. Оно наглядно демонстрирует эту трудность восприятия «очевидности», того, что в буквальном смысле слова видно очам и, тем не менее, не видится окружающими. Однако начнем с самого начала.

Б. П. Белоусов. 1920-е гг. Б. П. Белоусов. Начало 1950-х гг. Старая Москва, конец прошлого века. Семья банковского служащего - отец, Павел Николаевич, и мать, Наталья Дмитриевна, воспитывающие шестерых сыновей. Прямая аналогия с купеческим семейством Вавиловых, Кольцовых, Четвериковых. Много великих людей вышло из таких, как потом с пренебрежением говорили, мещанских, купеческих семей. Владимир Иванович Вернадский когда- то с удивлением отметил, что нравственные и интеллектуальные достоинства российских дворян почти не сказались на развитии науки. Все имея — свободу, благоухание в парках, они занимались поэзией, музыкой, художествами, а строгий интеллектуальный труд требовал иного склада: бульдозерного, работящего! Вернадский удивился и... не нашел ответа. Так вот, шестеро детей, начало века... Старший, Александр, 17 лет, уже революционер. Планы увлекательные: взрывать, стрелять, скрываться. Он пропитан Марксом, упорно его изучает и «Капитал», конечно, уже прочел. А книжка эта замечательная, высочайших литературных достоинств — эмоциональных, художественных и, разумеется, научных. Блестящая романтическая мысль, покорившая столь многих. Саша Белоусов, вдохновленный идеей мировой справедливости, нашел прекрасную аудиторию в своих братьях, всех вовлек в революционную работу, в том числе и 12-летнего Бориса. А революционная работа, как всем ясно, связана с химией. Химия — самая лучшая наука для ниспровержения существующего строя — учит делать бомбы. Лабораторию соорудили прямо на чердаке московского дома на Малой Полянке. Братья были увлечены по-настоящему. Делать бомбы в 12 лет — это же наслаждение! Да еще испытывать их! И чтобы не знала мама! Детство Бориса Белоусова — это мечта (для Тома Сойера и Гекльберри Финна). О детстве и юности братьев мне рассказала дочь Александра Павловича Белоусова - Мобби Александровна. Она родилась на пароходе, между Японией и Соединенными Штатами, когда ее родители выполняли партийное поручение по сбору средств в Америке и других странах для будущей революции. Замечательная женщина, а ее сын, Борис Рафаэлович Смирнов, — стал «ключом» ко всей рассказываемой истории. В 1905 г, во время 1-й русской революции, Саша Белоусов, связанный с верхушкой большевистской фракции, возглавил бригаду боевиков. Когда революция была задавлена, Александру удалось скрыться. Первым арестовали Сергея, он назвался именем какого-то члена партии, который был ценнее для дела, чем этот мальчик. И погиб в Сибири. Кроме Сергея арестовали еще двух братьев - Владимира (14 лет) и Бориса (12 лет). И отправили в тюрьму для особо важных преступников. Александр был арестован через год, но сумел бежать из сибирской ссылки. Борис в те годы еще спал в обнимку с большим плюшевым медведем. Пришлось жандармам принести его в тюрьму юному революционеру. Матери вскоре предложили: либо всех сошлем в Сибирь, либо отправляйтесь в эмиграцию. Естественно, она предпочла Швейцарию. Выехали в большевистскую колонию, ведь брат был большевиком. Борис оказался в окружении большевиков там, где «в тяжелых условиях эмиграции» они готовили то, что потом устроили. Веселое воспоминание Бориса Павловича, как он играл в шахматы с Лениным. Ленин, чтобы победить, всячески поносил своего противника, пытаясь его деморализовать. Это очень обижало Бориса: что же он так ругается... Таким было его единственное соприкосновение с вождями. Больше он никогда не занимался революционно-политической деятельностью. И в партию никогда не вступал. Как ему удалось при этом достичь больших военных чинов в Советском Союзе? Но, может быть, поэтому он остался жив в 37-м — большевики тогда чаще убивали своих. Александр Павлович стал экономистом. Во время войны он завершал работу над книгой по экономике, оставаясь в Ленинграде. И умер в блокаду, а книга его погибла. В Цюрихе Борису надо было платить за обучение. Была другая возможность - обучаться бесплатно, но без диплома, со справкой о прослушанных курсах. Не сохранилось никаких документальных подтверждений, но, как я понял, в это время его главное увлечение — по-прежнему химия. Когда началась мировая война, он приехал в Россию призываться в армию. Добровольно. И удивительная история: его не взяли. Не хватило веса. Таких тощих в армию не брали. Оставалась химия. Сейчас говорят, в России было три великих химика: Ломоносов, Менделеев и Ипатьев. Ипатьев, создатель теоретических основ промышленной химии, в 30-м году, предвидя арест, сумел уехать за границу и поселился в США. В Америке ему посвящены труды, симпозиумы и т. п. В России же его почти не знают. Белоусов поступил на работу в химическую лабораторию металлургического завода Гужона (в советское время — завод «Серп и Молот»), идейно руководимой Ипатьевым. Поступить к Ипатьеву в лабораторию означало заняться военной химией. Борис Павлович усовершенствовал там свое образование и стал настоящим военным химиком. Еще до революции он разрабатывал способы борьбы с отравляющими веществами, думал над особыми составами для противогазов. После революции стал военным, с 23-го года по рекомендации академика П. П.Лазарева преподавал химию командирам Красной Армии в Высшей Военно-химической школе РККА, читает курс лекций по общей и специальной химии в школе Усовершенствования командного состава РККА, а в 1933 г. становится старшим преподавателем Военно-химической академии имени К. Е. Ворошилова. Однако основное содержание его жизни — научные исследования. Он автор множества научных трудов. Но в силу их специфики ни одной строчки трудов Белоусова, даже их краткого изложения, никогда и нигде не было опубликовано. Все шло в виде закрытых инструкций, приказов с грифом «совершенно секретно». В моем архиве есть копия некогда секретного отзыва академика Александра Николаевича Теренина, где он называет Бориса Павловича выдающимся химиком. Отзыв был написан в связи с возможностью присуждения ему степени доктора химических наук без защиты диссертации. В отзыве отмечается, что: «...Б. П. Белоусовым начато совершенно новое направление газового анализа, заключающееся в изменении цвета пленочных гелей при сорбции ими активных газов. Задача заключалась в создании специфических и универсальных индикаторов на вредные газообразные соединения, с обнаружением их в исключительно малых концентрациях. Эта задача была блестяще выполнена... был разработан ряд оптических приборов, позволяющих автоматически или полу-автоматически производить качественный анализ воздуха на вредные газы... В этой группе работ Б. П. Белоусов проявил себя как ученый, по новому ставящий проблему и решающий ее совершенно оригинальным путем. Помимо этих исследований, Б. П. Белоусову принадлежит ряд столь же оригинальных и интересных научных работ, которые не оставляют сомнения в том, что он безусловно заслуживает присуждения ему степени доктора химических наук без защиты диссертации». Но Б. П. ничего не хотел, никаких дипломов — «от этого не становятся умнее». В период массовых репрессий 37-38 годов были арестованы и убиты очень многие кадровые военные в званиях от майора и выше, погибли многие сослуживцы и друзья Белоусова. Его не арестовали, может быть, потому, что еще в 35-м он ушел из армии в долгосрочный отпуск, а после 38-го в отставку? Борис Павлович стал работать в секретном медицинском институте, где занимались, в основном, токсикологией. Сначала был заведующим лабораторией. Потом спохватились, что нет университетского диплома, и перевели на должность старшего лаборанта, не освободив от обязанностей заведующего лабораторией. По многим качествам он оставался военным человеком. Раздражала новая среда, сложные взаимоотношения, с эмоциями, чувствами, обидами. Характер У него всегда был непростой, а с годами стал совсем сложный. Директор института, тем не менее, понимал, с кем имеет дело. Сейчас этого не постичь, но тогда все главные, и не очень главные, бумаги имели подпись Сталина. На это же имя было написано письмо о том, что в секретном нашем учреждении работает заслуженный человек, зарплата у него низкая, как у старшего щ$. лаборанта, поскольку не имеет диплома о высшем об- *."' разовании, а на самом деле он заведует лабораторией. На этом письме Сталин начертал: «Платить, как заве- J дующему лабораторией, доктору наук, пока занимает i'" должность». Толстым синим карандашом. Недруги при- р молкли: сам Сталин велит платить. Длилось это, правда, "#" ■'■■'%■/■.■ недолго — Сталин вскоре умер. В эти годы главной стала лучевая проблема, проти- ■'..!..• волучевые средства. У Белоусова были замечательные Jp?: открытия в области противолучевых препаратов. Рабо- &V: тавшая с ним Людмила Тихоновна Туточкина рассказала f ^; мне как-то о его предложении использовать в качестве <" противолучевых средств производные хитина. Хитиновый покров насекомых — это своеобразная лучевая Его произвели в комбри- ловушка. Хитин можно, например, выделить из панци- ги — высокое для хими- рей крабов, его много в криле. Результаты этих работ ка военное звание, эк- тоже погребены где-то в секретных отчетах, вивалентное званию ге- в это время в биохимии были открыты цикличе- нерал-майора ские реакции: одно вещество превращается во второе, второе в третье, третье в четвертое, потом в пятое, а из него образуется опять первое. Борис Павлович подумал, что это замечательная вещь и надо ее исследовать, что хорошо бы сделать химическую аналогию биохимических циклов. Вот тут-то и начинается «химия с детства». Это только «живой» химик может сразу придумать. Вспомнить, что в 1905 г. он брал бертолетову соль, что ее аналог КВгОз: там хлор, а тут бром. Можно устроить реакцию, в которой исходный компонент цикла Кребса - лимонная кислота - будет окисляться этим аналогом бертолетовой соли. Бром окрашен, поэтому он будет виден, когда выделится в ходе реакции. Это была удача. Чтобы ускорить реакцию, Борис Павлович добавил в раствор каталитические количества соли церия. Церий — элемент переменной валентности, он катализирует окисление, переходя из четырех-в трехвалентное состояние. В растворе, в довольно концентрированной серной кислоте, сначала действительно появилась желтая окраска, но потом почему-то исчезла и вдруг возникла снова, а потом опять исчезла... Так была открыта колебательная химическая реакция в растворе. (А желтый цвет, как позднее показал Жаботинский, не от брома, а от церия.) Действительно ли Б. П. Белоусов первым открыл химические колебательные реакции? Лауреат Нобелевской премии И. Р. Пригожий считает работу Бориса Павловича научным подвигом XX века. Думаю, это несколько завышенная и субъективная оценка, тем не менее... Некоторым же авторам популярность BZ-reaction кажется несправедливой, а роль Белоусова — преувеличенной. В очень экзальтированной статье Б. В. Вольтер пишет [26]: «...Честь открытия химических колебаний не принадлежит нашему, XX веку... В 1828 г. Т. Фехнер изложил результаты исследования колебаний электрохимической реакции. В 1833 г. В. Гершель публикует... исследование колебаний в каталитической гетерогенной реакции. Наиболее интересна публикация М. Розеншельда в 1834 г. Ее автор совершенно случайно заметил, что небольшая колба, содержащая немного фосфора, в темноте испускает довольно интенсивный свет... это свеч'ение регулярно повторялось каждую седьмую секунду... приводится детальное описание мерцаний колбы. Сорок лет спустя (1874 г.) эти эксперименты с „мерцающей колбой" продолжил француз М.Жубер... Еще через двадцать лет... А. Центнершвер исследовал влияние давления воздуха на периодические вспышки фосфора... Особенно яркая страница в истории химических колебаний связана с „кольцами Лизеганга" (1896 г.)... И все-таки открытие Лизеганга, имевшее большой резонанс в научных химических кругах, не было первым. И до него изучались химические волны, а в 1855 г. вышла книга Ф. Рунге, в которой были собраны многочисленные примеры таких экспериментов.» Не принадлежит, если на то пошло, честь открытия химических колебательных реакций и XIX веку. Еще в XVII веке периодические вспышки при окислении паров фосфора наблюдал Роберт Бойль [22]. Знал ли Б. П. Белоусов об этих работах? Знал ли он брошюру Р. К. Кре- мана «Периодические явления в химии», изданную в Штутгарте в 1913 г.? Думаю, знал, тем более что свободно владел немецким и французским языками. Не мог он не знать и книги академика П. П. Лазарева [4], который, будучи биофизиком, увлекся идеей химических колебательных процессов как основы физиологических периодических явлений. Не мог он не знать и замечательной книги Ф. М. Шемякина и П. Ф. Михалева «Физико-химические периодические процессы», изданной в Москве в 1938 г. [7]. Не могли не знать эти работы и высокообразованные рецензенты. Почему же были отвергнуты статьи Б. П. Белоусова, посланные им в 51-м и 1955-м годах в очень солидные химические журналы («Журнал общей химии» и «Кинетика и катализ»)? Дело, видимо, в «инерции предыдущего знания». Все наблюдавшиеся до этого случаи колебаний в химических реакциях можно было объяснить пространственными эффектами, например, перепадом температуры на стенках колбы или диффузионными ограничениями скоростей реакции. Подобные «пространственные» причины колебаний нельзя исключить ни в опытах со свечением паров фосфора, ни, тем более, в явлениях типа колец Лизеганга. Но главным препятствием было... знание равновесной термодинамики. Не мог образованный человек представить себе в беспорядочном тепловом движении огромного числа молекул макроскопическую упорядоченность — все молекулы то в одном, то в другом состоянии! Будто признать существование вечного двигателя. Этого быть не может. И в самом деле - не может этого быть. Не может быть вблизи состояния равновесия, а только его и рассматривала термодинамика тех лет. Однако никаких ограничений на сложные, в том числе колебательные, режимы нет для неравновесных химических систем, когда реакции еще не завершились, и концентрации реагентов не достигли равновесного уровня. Но это обстоятельство ускользало от внимания химиков. Всем ясно, термодинамика — не просто раздел физики. Триумф равновесной термодинамики, созданной гигантами — Карно, Майером, Гельмгольцем, Больцманом, Планком, Шббсом, Нернстом, определил мировоззрение нескольких поколений исследователей. Потребовалось чрезвычайное интеллектуальное напряжение, чтобы вырваться из «железных оков полного знания» и исследовать поведение систем вдали от равновесия, чтобы создать термодинамику неравновесных процессов. В этом жизненный подвиг Онсагера и Пригожина. К этому времени уже существовало общее доказательство возможности колебаний в однородной, гомогенной системе, когда пространственные неоднородности несущественны. В 1910 г. А. Лотка [3] придумал систему уравнений, описывающую колебания концентраций реагентов в системе полного перемешивания, где возможен автокатализ. В этой первой модели Лотки колебания были затухающими. Через 10 лет он предложил систему с двумя последовательными автокаталитическими реакциями - и в этой модели колебания уже могли быть незатухающими [5]. Значит, колебания в гомогенном растворе в принципе возможны. Сложилась характерная для жизни нового знания ситуация — есть строгая теория Лотки-Вольтерра - колебания в гомогенных химических системах возможны — и есть общее мнение — они невозможны так как противоречат основам науки. Вот почему экспериментальное, бесспорное доказательство существования колебательных режимов в гомогенных растворах, в системах полного перемешивания приобрело такое большое значение. Тут следует отметить коренное различие позиций физиков и химиков. Одно из наиболее ярких достижений физики и математики XX века - создание теории колебаний. Большие, общепризнанные заслуги принадлежат здесь советским физикам — школе академика Л. И. Мандельштама. В 28-м году аспирант Мандельштамма А. А. Андронов выступил на съезде русских физиков с докладом «Предельные циклы Пуанкаре и теория автоколебаний» [6]. Он не сомневался в возможности химических колебательных реакций и был инициатором направленного поиска таких реакций в эксперименте.* В начале 1930-х годов в Институте химической физики Академии наук были обнаружены колебания свечения в «холодных пламенах», аналогичные колебательной люминесценции паров фосфора, которые заинтересовали замечательного физика Д. А. Франк-Каменецкого. В 39-м он объяснил эти колебания на основании кинетической модели Лотки 20-го года [8]. В 41-м в большой статье в журнале «Успехи химии» [9] он специально рассмотрел возможность колебательных режимов в гомогенных химических системах, хотя «холодные пламена», строго говоря, нельзя отнести к гомогенным химическим реакциям. Причины те же: перепады температуры и пространственные градиенты концентрации. Механизмом колебаний в этой сложной системе вместе с Франк-Каменецким занялся воспитанник андроновской школы И. Е. Сальников [10], и в 47-м представил в Институт химической физики диссертацию, которая называлась «К теории периодического протекания гомогенных химических реакций» [12]. И диссертацию отвергли! Кто был наиболее непримиримым хранителем незыблемых истин, наиболее образованным человеком в аудитории? Не знаю. Сработала «инерция предыдущего знания». Барьер «здравого смысла» химиков преодолен не был. Сальников успешно защитил эту диссертацию в следующем году в Горьком в институте, руководимом А. А. Андроновым.