'Вопросы к интервью

Н. Асадова: 1706 в Москве, у микрофона Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Привет, Егор.

Е. Быковский Привет, Наргиз. Здравствуйте, дорогие друзья.

Н. Асадова Это передача «Наука в фокусе». И сегодня у нас как всегда для вас заготовлено две интересные темы. Егор озвучит нам первую.

Е. Быковский Даже больше. Потому что будет «Вопрос-ответ» в конце, как обычно. Насчёт первой темы вот, что: меня всегда лично завораживала идея сверхпроводимость, полное отсутствие электрического сопротивления, да ещё и вытеснение магнитного поля. Я поэтому с большим удовольствием всегда читаю новости по этой теме.

Например, в конце марта Science опубликовал статью об очередном маленьком, но важном шаге в понимании высокотемпературной сверхпроводимости. Там была мелкая область, речь шла о микроскопической электронной структуре купратов, в которых возникает волна зарядовой плотности – это явление, которое конфликтует со сверхпроводимостью. И вот я в этот момент начал вспоминать всякие другие публикации.

Три года назад сообщалось, что Лейпцигские исследователи обнаружили сверхпроводимость в отдельных зёрнах графита прямо при комнатной температуре. Ещё в декабре прошлого года другим немецким учёным удалось обнаружить сверхпроводимость при помощи излучаемых сверхмощных инфракрасных лазеров.

С другой стороны, сколько я ни читаю, а так и не слышно, чтобы комнатная сверхпроводимость была в обозримом будущем достигнута.

Н. Асадова Вы знаете, я, в отличие от Егора Быковского, не читаю ничего по этой теме и считаю её очень заумной и сложной. Поэтому мы сегодня пригласили в нашу студию прекрасного гостя – Бориса Файна, физика, профессора Сколтеха. Здравствуйте, Борис.

Б. Файн Здравствуйте.

Н. Асадова Объясните, пожалуйста, мне и всем слушателям, которые точно так же, как я…

Е. Быковский Мне тоже.

Н. Асадова У меня простой вопрос: что такое сверхпроводимость, и является ли это открытие канадских учёных таким уж мощным прорывным шагом.

Е. Быковский Давайте потратим пару минут, объясним, что это такое, откуда она взялась и когда была открыта.

Б. Файн Давайте поговорим об этом. Сверхпроводимость – это такое замечательное явление, которое было открыто в 1911 году голландским физиком Камерлинг-Оннесом. Он на самом деле собирался показать, что все материалы при достаточно низких температурах становятся изоляторами, потому что там движение частиц должно замёрзнуть. А вместо того обнаружил, что, в частности, в некоторых материалах, таких как алюминий или ртуть, сопротивление исчезает совсем при температуре порядка нескольких градусов Кельвина, то есть, грубо говоря, где-то -270 градусов Цельсия. Впоследствии немецкие физики…

Е. Быковский Это примерно за 3 градуса до абсолютного нуля.

Б. Файн Да. Впоследствии немецкие физики Мейснер и Оксенфельд также показали, что эти материалы не только являются идеальными проводниками, но также и идеальными диамагнетиками. То есть, в отличие от нормальных, если бы такие существовали, идеальных проводников, которые замораживают магнитное поле, идеальные диамагнетики всегда выталкивают магнитное поле, то есть создают внутри себя поле, полностью противоположное внешнему. И это было первое указание на то, что квантовая природа тут очень существенно, а именно калибровочные инвариантности ассоциируются с фазой квантовой волновой функции.

Н. Асадова Что бы это ни значило. Объясните, пожалуйста, попроще.

Б. Файн Вы знаете, это такое квантовое свойство, это то, почему так много физиков искренне интересуются этим явлением, считая его почти магическим свойством природы. Я добавлю к истории, что с момента открытия прошло более 40 лет, прежде чем это явление было объяснено. То есть в то время все выдающиеся физики современности, такие как Гейзенберг, Паули, Ландау, Блох, даже сам Эйнштейн пытались объяснить это явление. Но у них это не получилось. Получилось это у группы американских физиков, возглавляемых Джоном Бардином и включающих также Леона Купера и Роберта Шриффера.

И вот они придумали такую теорию, что…

Е. Быковский Бардин же потом и получил за это Нобелевскую премию.

Б. Файн Бардин является единственным человеком, который получил две нобелевские премии по физике: одну за изобретение транзистора, а вторую – за теорию сверхпроводимость.

Н. Асадова А что за теорию они придумали?

Б. Файн Это объяснение сверхпроводимости таким образом выглядит: что микроскопическая модель, предложенная ими, была модель газа ферми-частиц, то есть электронов со слабым притяжением. В чём состояло выдающееся достижение? Во-первых, понять, что такая модель именно описывает реальные материалы, где, как мы знаем, это никакой не ферми-газ, и что там есть вместо притяжения сильное электрическое отталкивание между частицами одного знака, то есть электронами. Но, тем не менее, они поняли, что отталкивание экранируется, и баланс энергий не такую важную роль играет, а важную роль играет притяжение через звуковые волны, которые называются фононами.

И дальше само по себе решение этой модели тоже было интересное, что электроны в этой истории образуют объекты, которые называются куперовские пары. Но это не то, что два электрона вместе соединяются, а один электрон принимает участие в парах со многими электронами. Если вы себе представите, бывают такие танцы, когда танцоры обмениваются партнёрами одновременно, и такой танец – это то, что более-менее электроны выполняют в этих сверхпроводниках, то есть они одновременно находятся в паре с большим количеством партнёров вокруг себя. И вот это явление называется квантовая когерентность, здесь очень существенна квантовая природа электронов, и вот такую теорию они предложили. Можно, к слову, добавить, что это была только вершина айсберга, а также российская школа физики, в частности, вокруг Капицы, Ландау, Боголюбова тоже внесла очень серьёзный вклад в описание этого явления.

Е. Быковский Наргиз, стало ли тебе понятнее?

Н. Асадова Немножко стало понятнее. Мне интересно, какие сверхпроводники сегодня существуют, используются ли они где-то, как мы любим говорить, в народном хозяйстве. Кстати, Виталий из Санкт-Петербурга нам прислал вопрос такой же на СМС: «Сверхпроводимость есть, но как её использовать в народном хозяйстве».

Е. Быковский Давайте я на секундочку поясню, чтоб не было путаницы, что вот была открыта сначала низкотемпературная сверхпроводимость, потом так называемая высокотемпературная. Но она тоже при очень низких температурах на самом деле. А есть ещё и комнатная, которая фактически не была достигнута.

Б. Файн То есть тут надо понимать, что высокая или низкая считается от абсолютного нуля. Вот эта низкотемпературная сверхпроводимость, или обычная сверхпроводимость – она обычно существует при температуре несколько градусов Кельвина. Высокотемпературная сверхпроводимость существует при температурах порядка 100 К, при атмосферном давлении – 130 К максимальное значение. Комнатная температура – это 300 К. То есть тут ситуация достаточно оптимистичная. То есть разница не принципиальная, и, казалось бы, можно ожидать, что в любой момент в принципе какой-нибудь новый материал вдруг покажет сверхпроводимость при комнатной температуре.

Е. Быковский Но пока не показывал.

Б. Файн Пока это не произошло, это исключительный материал. Есть много лабораторий, которые пытаются это найти, обнаружить, но пока это не произошло. Если это произойдёт, это будет очень большой прорыв в науке, наверное, сравнимый с изобретением лазеров.

Н. Асадова Вопрос, возвращаясь к той статье, о которой говорил в начале Егор, в журнале Science – эксперимент этих канадских учёных, которые как раз таки экспериментируют со сверхпроводимостью при комнатной температуре, насколько я понимаю. Это издание называет это неким большим прорывом. Назовёте ли вы это тоже каким-то большим прорывом, или это очередной какой-то маленький шаг…

Е. Быковский Science как раз большим прорывом это не называл. Там было сказано, что это важный, но небольшой шаг.

Б. Файн Да. Ситуация в этой области следующая: что открыт класс высокотемпературных сверхпроводников, которые называются купратами, в 1986 году, до сих пор…

Н. Асадова Купраты – это от слова купрум?

Б. Файн Купраты – это то, что содержит медь и кислород. То есть все эти материалы содержат слои меди и кислорода. А то, что между ними – это то, что различает один материал от другого, и там идут сложные химические формулы. Так вот, эти материалы в некотором смысле представляли собой, может быть, ночной кошмар для теории твёрдого тела в том смысле, что всё, что теория не понимала, в этих материалах проявилось. В частности, теория не понимала, где заканчиваются границы применимости теории Бардина, Купера и Шриффера, что происходит, когда мы больше не можем описывать это, как газ, или даже как ферми-жидкость, предложенную Ландау. И именно всё это и реализуется в этих материалах. Причём, сверхпроводимость при более высокой температуре, и довольно устойчивая.

В частности, там есть такое явление, которое наблюдалось в середине 1990-х, а потом особенно сильно в начале 2000-х годов, что у них есть сильная неоднородность электронных состояний, то есть вот эта электронная жидкость или не жидкость не равномерно распределена по этим плоскостям меди и кислорода, а концентрируется такими сгустками. И вот эта статья, которую вы имели в виду в журнале Science, она как раз пытается разобраться, вот эти сгустки – они организуются как полосы, типа как на американском флаге, или как клетки типа как на шахматной доске.

Очень простой вопрос, но от этого вопроса зависит понимание, что там электроны делают. Или они вдоль таких полос могут двигаться, или в этих клетках они сидят и образуют существующие куперовские пары. Этот вопрос давний.

Е. Быковский Клетки, получается, хуже. То есть это такая очень локальная сверхпроводимость, ни для чего не пригодная.

Б. Файн Если там получается та сверхпроводимость, то это именно та, которая наблюдается. То есть действительно большинство научного сообщества склоняется к тому, что там полосы. И я как раз этим вопросом лично занимался и долгое время считал и продолжаю считать, что клетки – это именно более вероятно то, что там происходит. И в этой связи вот эта работа – у неё есть несколько важных аспектов. Во-первых, это важное новое, оно уже достаточно развитое, но такое наиболее продвинутое применение некой экспериментальной техники для исследования этих материалов, и это новая микроскопическая информация. Вот, что, наверное, слушателям следует понимать про исследования такого рода – что они очень тяжелые и сложные.

Выглядит это так, что мы много рассуждаем о том, что происходит внутри материалов. Но а как же мы об этом узнаём? Мы не можем просто сходить в материал, посмотреть, что делает один электрон, что делает второй электрон. Мы можем только на них светить или светом, или рентгеновскими лучами, магнитным резонансом. Это нечто вроде средней температуры в больнице. И из этой средней температуры в больнице мы пытаемся понять, что же там индивидуальные больные делают.

И поэтому каждое новое развитие такой техники, изучающее материалы, оно важное, ценное, и эта канадская группа является ведущей группой в некой технике, которая называется резонансное рентгеновское рассеяние.

Но дальше, когда это приходит к интерпретации их эксперимента, вот, они пронаблюдали некое аккуратно измеренное свойство, которое они интерпретируют как указание на то, что в этих материалах вот эти неоднородности имеют характер полос, а не клеток. Если это важно, это, конечно, большая помощь в развитии теории. И будет много теоретиков, которые будут на этом основании теорию строить. У меня есть на эту тему серьёзные сомнения. Но это моё частное мнение.

Е. Быковский Хорошо. Я бы хотел вот, что спросить: отступив на шаг в сторону, за последние 10 лет я наблюдаю большое количество очень удачных открытий, связанных с тем, что появились мощные вычислительные системы, которые помогают нам вычислить будущие свойства материалов, я имею в виду большие успехи по ферромагнетикам, по метаматериалам. Их создают в компьютере, а потом уже синтезируют. Почему нельзя пойти тем же путём – созданием материалов, пригодных для сверхпроводимости. Ведь мы же знаем все факты или не знаем? Что нам мешает?

Б. Файн Это очень важный хороший вопрос. Дело обстоит следующим образом: сверхпроводимость, возникает она или нет, с точки зрения энергии системы – относительно маленький фактор. Если вы помните мультфильм «Ну, погоди», там, где волк балансировал штангу, и там садилась бабочка то на одну сторону, то на другую, и это меняло баланс. Так же в сверхпроводимости: большие энергетические факторы, которые, если переводить в температурную шкалу, порядка десятков тысяч кельвинов, они балансируются друг с другом, и в результате сверхпроводимость может возникнуть, а может не возникнуть. И вычислить это прямым образом чрезвычайно сложно.

К сожалению, природа квантово-механических расчётов такова, что сложность расчёта растёт экспоненциально с числом частиц в системе. То есть, допустим, если у вас 100 частиц – это одна сложность, если 101 – по крайней мере, в два раза больше, если 110 – уже в тысячу раз больше. И никакого реального шанса произвести прямой расчёт системы, в которой есть число Авогадро, то есть 10^23 частиц, его просто нет. И, к сожалению, именно это есть ситуация с расчётом сверхпроводимости.

Е. Быковский То есть это считается в лоб, никаких эвристических методов не существует, что ли?

Б. Файн Эвристические методы – это то, что учёные-физики пытаются развить. Это нечто вроде… работы: пытаться что-то сделать, какие-то упрощающие предположения, посмотреть, что получится, потом сравнить с экспериментом. То есть тут эксперимент и теория должны вместе продвигаться. Пока такого понимания, как правильно рассчитывать свойства высокотемпературных сверхпроводников, а также предсказывать, будут ли новые материалы сверхпроводниками, пока стопроцентно надёжного метода нет, хотя для материалов, где ожидается механизм типа как предложено Бардином, Купером и Шриффером, имеются некоторые успехи.

Е. Быковский Как движутся исследователи, если это нельзя посчитать? Откуда они берут материалы для экспериментов?

Б. Файн Пробуют. Это удача, успех. За открытие сверхтемпературной сверхпроводимости…

Н. Асадова Интуиция.

Б. Файн Да. То есть открыватели высокотемпературной сверхпроводимости Беднорц и Мюллер в 1986 году открыли, имея определённую интуицию, которая в принципе с тех пор не подтвердилась. Так же как Камерлинг-Оннес открыл сверхпроводимость в поисках изоляторов, так же они имели в виду некоторый другой механизм. Они могут даже с этим и не согласиться, но их механизм тоже пока не подтвердился. И, соответственно, они открыли, а с тех пор по аналогии… можно посмотреть на материал: если некий слоистый материал является сверхпроводящим и при некоторых параметрах магнитным, то надо смотреть на другие магнитные слоистые материалы, пытаться в них подавить магнетизм, и потом на границе, где это подавляется, надеяться найти сверхпроводимость. Например, такой подход несколько лабораторий в мире именно так пытаются действовать.

Другие лаборатории просто пытаются смотреть на новые материалы, и, где можно, мерить эффект Майснера. Примерно так.

Н. Асадова Я предлагаю вам вернуться к вопросу про народное хозяйство и спросить: как сверхпроводники сегодня используются и как они могут использоваться в будущем?

Б. Файн Пока сверхпроводники требуют охлаждения, и, тем не менее, есть ситуации, когда это охлаждение очень осмысленно. Например, есть такие приборы, которые работают на эффекте Джозефсона, это эффект, грубо говоря, квантового туннелирования куперовских пар. Прибор называется SQUID. И с помощью этих приборов можно, например, аккуратно мерить магнитное поле в поисках новых полезных ископаемых, например, нефти.

Другие ситуации, когда требуются большие плотности тока. Например, сегодня высокотемпературные сверхпроводники уже используются в магнитах для магнитно-резонансной томографии. То есть это такое очень распространённое применение. Или, например, если у вас есть ситуация, когда у вас небоскрёбы, типа как на Манхэттене, и представьте себе, какое огромное количество электрических кабелей к ним идёт. И оказывается, что пространство для этих кабелей строить настолько дорого, что дешевле там поместить высокотемпературные сверхпроводники и их охлаждать. И это тоже происходит.

Е. Быковский Чтобы что? Чтобы вернуть потери?

Б. Файн Чтобы повысить концентрацию тока, чтобы плотность тока…

Н. Асадова Чтобы было выше КПД.

Б. Файн Если такой ток будет проходить через обычные проводники, то они расплавятся, то есть для этого нужны…

Н. Асадова Или нужно много проводов.

Б. Файн Или много проводов, и для этого пространства не хватает. Дальше, если когда-нибудь, а я надеюсь, что в течение 20-50 лет сверхпроводимость…

Е. Быковский В следующем году, давайте будем оптимистами.

Б. Файн Она будет открыта. То тогда это будет в принципе качественно новый ресурс, в частности, для электроники.

Е. Быковский Давайте пофантазируем.

Н. Асадова Как она может выглядеть. И к чему вы бы это применили в первую очередь?

Б. Файн Во-первых, из-за чувствительности магнитному полю для разнообразных детекторов, которые так или иначе могут полезно измерять магнитное поле. Дальше элементы логики могут поменяться.

Н. Асадова Что вы имеете в виду?

Б. Файн Современные компьютеры основы на обычных транзисторах. А тут на основании сверхпроводников можно другие элементы логики предложить. Если совсем далеко продвигаться, можно, конечно, думать даже и о квантовых компьютерах. Но тогда это будет то, за что довольно много людей в физике сегодня борются – создать квантовые компьютеры при комнатной температуре. Но это очень оптимистический прогноз.

Е. Быковский Там и другие проблемы есть с квантовыми компьютерами, не только сверхпроводимость. Но мы сейчас их тогда уже не будем касаться. А давайте ещё предположим, что случится с обычным нашим народным хозяйством. Мы говорили про кабели. А какая потеря, чтобы было всем понятно, примерно есть в обычном кабеле по сравнению со сверхпроводящим?

Б. Файн Теоретически в сверхпроводящем кабеле просто не должно… На практике, несомненно, потери будут, связанные с тем, что там могут возникать сверхпроводящие вихри Абрикосова, которые будут как-то двигаться, и от этого будут потери. Но против этого имеется инженерное решение, как мешать этим вихрям двигаться, то есть дальше это будет инженерная задача. Но можно говорить, что потери в таких кабелях будут на порядки величины меньше, чем в обычных.

Н. Асадова Это, в частности, позволит существенно экономить электроэнергию?

Б. Файн Я надеюсь, что так. По крайней мере, в некоторых приборах. Больше я не могу сказать. В частности, есть такая задача – в компьютерных чипах. То есть есть проблема миниатюризации, состоящая в том, что чем меньше становятся эти чипы, чем плотнее становится концентрация логических элементов, тем больше происходит выделение энергии. И, наверное, многие из слушателей имеют опыт, как лэптоп на коленях нагревается сильно. То есть, скажем…

Е. Быковский Проблема отвода тепла.

Б. Файн Есть острая проблема отвода тепла, которая, чем дальше будет концентрация этих элементов увеличиваться, тем больше она будет. И, соответственно, это позволит… Так или иначе значительная часть элементов в электронике, наверное, будет сверхпроводящая.

Н. Асадова Нам Михаил из Самары прислал вопрос: «Используется ли вольфрам и его свойства при изучении сверхпроводимости?

Е. Быковский Насколько я помню, используется вообще несколько сотен всяких соединений, может быть, и вольфрам тоже.

Б. Файн Я не знаком со сверхпроводящими свойствами вольфрама и соединений, которые включают в себя вольфрам.

Е. Быковский Но это возможно.

Б. Файн Может быть, такие есть.

Н. Асадова Ещё Таня нам пишет: «А почему не упоминаете исследования в Черноголовке? Когда-то была легендарная русаковская лаборатория в МИСиСе.

Б. Файн Я упомянул, что советская и российская научная школа внесли значительный вклад. И если начинать индивидуально упоминать, то кого-то придётся обидеть.

Н. Асадова А сейчас концентрируются в основном эти исследования где? В каких-то странах, в каких-то университетах? Вы можете назвать лидеров в исследованиях?

Е. Быковский Где возможны точки прорыва?

Б. Файн Много десятков таких мест. То есть такого единого места, где это происходит, трудно назвать. Разные университеты пытаются вербовать ведущих ученых в этой области, так что, в общем-то, исследовательские группы состоят из представителей разных университетов, разных исследовательских институтов. Но есть хорошо известные места: некоторые институты Макса Планка, лаборатория IBM, по крайней мере до недавнего времени, MIT и так далее.

Н. Асадова Спасибо вам большое. К сожалению, наше время подошло к концу. И у нас был Борис Файн, физик, профессор Сколтеха. Спасибо за интересную лекцию. А мы сейчас прервёмся на новости и рекламу, а затем продолжим нашу передачу. Будет другая очень интересная тема. Никуда не уходите.

Е. Быковский Спасибо.

НОВОСТИ

Н. Асадова: 1735 в Москве. У микрофона по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». И мы продолжаем нашу передачу. И сейчас будет очень интересная тема, на мой взгляд. Мы с Егором тут вычитали, что, оказывается, некоторые виды рака могут быть заразны. Рак, который передаётся как инфекционное заболевание.

Океанологи раскрыли крайне странный феномен: популяции многих моллюсков в прибрежных водах у восточного берега Северной Америки стремительно сокращается из-за распространения среди них заразной формы лейкемии. Клетки рака крови путешествуют от одной колонии к другой через воды океана. Дальше в статье рассказывается о том, что это не единственный вид рака, который может таким образом передаваться, как какой-то вирус или как инфекционное заболевание. Оказывается, тасманийские дьяволы, есть такое животное, могут заражать друг друга раком в ходе стычек и укусов, а также есть собаки, которые передают венерическую саркому половым путём. И в связи с этим…

Е. Быковский В связи с этим я думаю, что часть слушателей уже попадала в обморок просто от ужаса у радиоприёмников.

Н. Асадова Чтобы разобраться в этой теме, мы пригласили сегодня к нам в студию Михаила Гельфанда, доктора биологических наук, профессора факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ, члена Европейской академии. Здравствуйте, Михаил.

М. Гельфанд Добрый день. У меня основная аффилиация всё-таки в Институте проблем передачи информации.

Н. Асадова Знаете, у меня здесь на три листа расписано, какие у вас…

М. Гельфанд Три листа – бог с ним. Но всё-таки в этом порядке. Но уж если что-то выбирать, то…

Н. Асадова Хорошо. И заместитель директора Института проблем передачи информации.

М. Гельфанд Это как раз неважно. Так в чём вопрос-то?

Н. Асадова Вопрос в следующем. Что это за рак, который передаётся как инфекционное заболевание и перечисленные мною случаи… этим ограничивается всё или нет?

Е. Быковский Можно я тоже слегка доверну этот вопрос. Потому что рак обычно всё-таки считается заболеванием не заразным совсем в обыденном сознании. А тут вдруг обнаруживаются такие странные факты.

М. Гельфанд Обыденное создание в этом смысле не очень точно. Потому что рак возникает, когда в клетке нарушаются основные, я бы сказал, бюрократические процессы. Нормальная клетка понимает своё место в окружающей ткани, она не делится без необходимости и сохраняет свою тканевую идентичность. У раковой клетки нарушаются сигналы, с помощью которых клетка узнаёт своих соседей, она, во-первых, становится бессмертной.

Е. Быковский То есть она теряет способность к апоптозу?

М. Гельфанд Если хотите по-умному – она теряет способность к апоптозу. А по-простому – она не желает самоуничтожаться. Если в нормальной клетке что-то сломалось – в ней включается встроенный механизм самоуничтожения, как у ракет. У раковой клетки он отказывает.

Кроме того, она начинает бесконтрольно делиться, как следующая стадия. А ещё кроме того она приобретает способность жить не в своей ткани, а в каких-то других тканях. Получается метастаз, и 90% смертельных случаев от вызванных раком – это на самом деле не первичный рак, а последствия метастазов. И вот эти поломки могут быть, во-первых, внутренние. Клетка делилась, геном испортился, случилась какая-то ошибка. И клетка постепенно становится всё более и более злокачественной. Какие виды ошибок могут быть наследственными, они могут уже в клетке присутствовать на самом деле. Есть формы рака с наследственной предрасположенностью. В принципе, чтобы рак начался, должно очень много чего сломаться. Там довольно много встроенных предохранителей.

А второе, что может быть, может быть спровоцировано вирусом. Вы сказали правильное слово, только не в том контексте. Есть раки вирусной природы, классический – это рак шейки матки, который провоцируется некоторыми вирусами папиллом. От него можно просто вакцинировать.

Е. Быковский Вызывается или провоцируется? Это же не совсем…

М. Гельфанд Впрямую не вызывается. То есть можно иметь этот вирус и не заболеть, а могут быть другие причины. Но это довольно сильный фактор риска. Так что в принципе Гардасил, вот эта вакцина, она довольно полезная.

Н. Асадова Но она делается только до определённого возраста?

М. Гельфанд Дело не в возрасте. Она делается до начала половой жизни. Но в этом случае всякий раз, такая стартовая клетка, от которой происходит опухоль – это клетка самого организма, которая поломалась. А в тех трёх случаях, которые вы перечислили, это клетка на самом деле другого организма. В случае тасманийских дьяволов это какой-то несчастный дьявол, который первый заболел этой болезнью примерно 20-30 лет назад, совсем недавно. А в случае венерической саркомы назад это случилось где-то 10 000 лет назад.

И такая клетка действительно становится инфекционным агентом, уже настоящим. Она отрывается от носителя, и это рак, который передаётся в случае тасманийских дьяволов с укусом, это такой рак морды, а в случае собак – из названия понятно, каким образом.

Е. Быковский Михаил, на секунду отступлю в сторону: откуда стало известно насчёт 10 000 лет? Как посчитало?

М. Гельфанд А известен геном этой… опять-таки, та несчастная собака, которая заболела столько времени назад, её геном известен, потому что просто взяли опухоль и определили последовательность генома этой опухоли. Точно так же с тасманийскими дьяволами. И примерно можно оценить скорость накопления мутаций в случае тасманийских дьяволов. Не очень хорошо, потому что в раковых клетках вообще мутации случаются обычно быстрее, чем в нормальных. Там ещё и портятся механизмы воспроизводства ДНК, дупликации. А в случае собак, кроме того, если я правильно понимаю, примерно понятно… есть таксономическое дерево собак и пород. И вот эта собака, по-моему, родственница сибирских лаек. Вот это первый предшественник венерической саркомы собак. А у динго их нету. То есть можно по времени возникновения породы и по тому, где эта опухоль на общем дереве собак находится.

Е. Быковский То есть всё-таки примерно?

М. Гельфанд Геродот не записал в книгах. Это довольно хорошая оценка: 10-13 тысяч и 20-30 лет, она довольно точная.

А в случае этих несчастных гребешков механизм на самом деле пока что неизвестен. А результаты те же самые: просто определили геномную последовательность опухоли. Но в случае гребешков это лейкемия, то есть прямо не крови скорее, а гемолимфы всё-таки. Но это неважно. Кто ел устриц, понимает, что крови там как таковой нету.

Но это жидкая опухоль. А вот венерическая саркома и опухоль морды – это солидные опухоли такие, происходящей от нормальной ткани. Человеческих опухолей, сразу скажу, таких неизвестно. Первое время можно жить спокойно.

Н. Асадова Я напомню телефон для СМС: +79859704545. Присылайте свои вопросы Михаилу Гельфанду, если вас интересует что-то связанное с раком.

М. Гельфанд Я сразу хочу оговориться. Я на самом деле не люблю передачи про рак, потому что я, во-первых, не клинический онколог, и, во-вторых, я даже не онколог экспериментальный. Всегда после таких передач приходят письма, люди просят просто конкретного медицинского совета. Это я не берусь.

Е. Быковский Мы сейчас говорим про рак у моллюсков и у собак, а не у людей.

М. Гельфанд Про моллюсков и собак лучше, про механизм генетического переноса – это можно со мной. А вот про медицину лучше специалиста.

Н. Асадова Каким образом происходит тогда этот генетический перенос у моллюсков, в частности?

М. Гельфанд У моллюсков на самом деле неизвестно. У тасманийских дьяволов происходит, когда они друг друга кусают за морду, у них есть такая манера. И, соответственно, клетка просто с одного дьявола попадает на другого. Поскольку эти клетки научились, как раковые, отрываться от своего исходного… при той ткани, где они должны быть, и поселяться где угодно. Вот они поселяются

Е. Быковский Меня больше моллюски интересовали. Они же не трутся друг о друга носами. У них носов-то нету. То есть где-то…

М. Гельфанд У них не только носов. У них ничего другого тоже… Никто не знает по-хорошему. Это очень свежая работа. Ещё в прошлом году была предыдущая работа той же группы с немножко другой теорией того, как это происходит. Там хорошо виден исследовательский процесс, как они до этого дошли, если по статьям посмотреть.

Одна из гипотез основана на том, что эти клетки, по-видимому, какое-то время могут жить просто в воде. Моллюски – фильтраторы, каждая ракушка пропускает через себя несколько литров воды в сутки.

Е. Быковский Но при этом всё-таки вода не является для них питательной средой, для клеток.

М. Гельфанд Питательной не является. Но не обязательно же всё время жрать.

Е. Быковский Как это верно.

Н. Асадова У нас вопрос тут возник такой: может ли от каких-то животных, моллюсков, если раковые клетки могут жить отдельно в воде, и передаваться и человеку в какой-то момент? Есть ли такие…

М. Гельфанд Закона природы, почему так не должно быть, вроде бы нет, но это на самом деле скорее всего нет. Потому что иммунная система чужие клетки хорошо умеет узнавать, особенно другого вида. Это видно просто на пересадке органов. И там на самом деле удивительная история, и с собаками, и с дьяволами. Вот эти клетки собак научились прятать свои антигенные детерминанты, то, чем организм узнаёт чужую клетку и соответственно свои. Но это старый патоген, ему уже 10 000 лет, он спокойный. На самом деле опухоль видеть совершенно отвратительно, если погуглить картинку, но она проходит у собак. Иммунная система через некоторое время начинает её узнавать и её давит.

У тасманийских дьяволов этот патоген очень молодой и поэтому очень агрессивный. Распространяется он потому, что тасманийские дьяволы вообще очень похожи друг на друга генетичеки. Это маленькая популяция, прошедшая, по-видимому, через бутылочное горлышко, то есть они генетически очень однородны. Поэтому с точки зрения иммунной системы это почти что один организм. Про ракушек, опять-таки, никто не знает. У них иммунная система есть, но совершенно другая, по-другому устроена. И когда это возникло и как иммунитет этих гребешков справляется или не справляется, это толком неизвестно. Будет известно, я думаю, примерно через год. Потому что наверняка определят последовательность генома и самого моллюска, и его опухоли. Можно будет сравнивать, можно будет понимать, когда это произошло. Похоже, что это у других ракушек тоже есть.

Е. Быковский В принципе вообще если мы увидим, что такой механизм существует как у как минимум двух видов, а то скорее всего…

М. Гельфанд Трёх уже.

Е. Быковский Тем более – трёх. То теоретически можно предположить, что и у человека в любой момент может случиться так, что у кого-то вдруг начнётся какая-то специфическая форма рака, которая сможет передаваться.

М. Гельфанд Опять-таки, такого закона природы нет, чтобы такое не случилось. Но поскольку люди генетически довольно разнородны, то то, что она успешно сможет передаваться, это довольно маловероятно.

Е. Быковский Это если брать население Земли в целом, а так-то в каких-нибудь локальных популяциях…

М. Гельфанд Сейчас уже не так много таких сильно клональных популяций. Алексей Симонович Кондрашов, который очень любит рассказывать про генетический груз человечества, когда ему задают такого сорта вопросы, говорит: не бойтесь, всемирное потепление нас убьёт гораздо раньше.

Е. Быковский Или метеорит.

Н. Асадова Егор, есть у тебя ещё вопросы про моллюсков и рак? Нам в основном присылают сейчас вопросы, не связанные с раком моллюсков, а в основном связанные с раком у человека. В частности, Дмитрий Мезенцев спрашивает: «Можно ли избежать рака, как это сделала Анджелина Джоли?».

М. Гельфанд Ему это сделать довольно сложно, потому что она себе сделала мастэктомию. У мужчин рак молочной железы бывает, но вещь довольно экзотическая. Нет, нельзя, потому что переродиться может любая клетка, не обязательно клетка молочной железы.

Н. Асадова Сергеич из Москвы спрашивает: «А от коровы, болеющей лейкемией, через молоко может передаться?».

М. Гельфанд Нельзя.

Н. Асадова Нет, не может, Сергей, успокойтесь.

Е. Быковский А почему?

Н. Асадова Есть такой закон природы?

М. Гельфанд В силу того, что я сказал. Что коровья клетка будет уничтожена, потому что… Организм на самом деле свои собственные раковые клетки тоже довольно эффективно чистит. Опять-таки, чтобы успокоить читателей, в каждом из них в каждый момент времени присутствует несколько тысяч раковых клеток, потенциально раковых. Иммунная система с ними, вообще говоря, справляется. Рак – это довольно большой пробой. Коровья клетка будет нести абсолютно чужие другие антигенные детерминанты, то, что иммунная система опознаёт. И будет уничтожена независимо от того, раковая она или не раковая.

Е. Быковский То есть какие-то шансы есть заразиться у телёнка, но не у нас с вами. Да и то достаточно небольшие.

Н. Асадова А что, у телёнка есть такой шанс через молоко заразиться?

Е. Быковский Нет такого закона природы…

М. Гельфанд Закона природы, почему у тасманийских дьяволов и собак может быть такая форма рака, а у коров не может быть такой формы рака, такого закона природы нет.

Е. Быковский Но у коров мы пока вроде не регистрируем.

М. Гельфанд На самом деле теперь, по-видимому, будет некоторое оживление в этой области. Я когда читал статьи про первые два рака, у меня была идея, что надо просто начать систематически исследовать каких-нибудь живых существ, живущих большими популяциями, типа летучих мышей. Просто целенаправленно искать такого сорта случаи. Похоже, что… Опять, у моллюсков почти наверняка будут ещё. Потому что есть такие же необъяснимые болезни и их предварительные данные, что похожие механизмы.

Е. Быковский Что касается коров, например, то если бы там существовали такие вещи, то было бы видно. Бывают случаи массового падежа скота. Но они по понятным причинам происходят: ящур, ещё какие-то заражения. Если бы коровы начали массово болеть раком, мы бы это уже, я думаю, что заметили. Они живут скучно.

М. Гельфанд Заметили бы, да. Ещё раз, страшилок можно придумать сколько угодно. У нас всё-таки научная передача, а не научно-фантастическая. Есть гораздо более реальные способы пострадать от коровы.

Н. Асадова Да, так что о раке, который может передаться с молоком коровы, вам лучше не думать. Ну что, я подвожу итог нашей второй темы. Спасибо вам, Михаил Гельфанд, что вы пришли к нам и рассказали про эту статью о передаче рака у моллюсков. И сейчас я ещё раз перечислю все ваши регалии.

М. Гельфанд Не надо регалии. А у нас есть ещё время? Лучше бы про что-нибудь ещё интересное поговорить.

Н. Асадова Знаете, у нас есть ещё время. Но это время оформлено в виде рубрики «Вопрос-ответ». И в рамках этой рубрики…

Е. Быковский Может, мы сейчас ответим на какие-нибудь вопросы не только из прошлой передачи, но и из текущей. Может быть, Михаил нам поможет.

Н. Асадова Хорошо. Переходим к нашей новой рубрике.

Итак, напоминаю вам телефоны для СМС: +79859704545. Это телефон для СМС, куда вы можете присылать свои вопросы, в частности, Михаилу Гельфанду, который у нас остался в студии. Может на них ответить. Или, может быть, какие-то другие вопросы вас интересуют: про космос, про человека, про мозг, про что хотите. +79859704545. А мы сейчас всё-таки ответим на какое-то количество вопросов, которые в прошлый раз нам пришли на СМС.

«Черты личности зашифрованы в генах?», — нас спрашивают.

Е. Быковский Не помню, кто это спрашивал, но отвечаю, что да, зашифрованы в том смысле, что многие личные особенности передаются по наследству. Доказательства из изучения пар близнецов, ими много кто занимается, в особенности однояйцевых близнецов, которые вместе воспитывались, по сравнению с теми, кто был разлучён в раннем детстве. То есть генетически одинаковых, но выросших в разных семьях. Среди хорошо передающихся генами черт, например, было выявлено стремление к лидерству, консерватизм, подчинение авторитетам. Вообще может показаться странным, что желание соблюдать правила и почитать традиционные ценности может наследоваться, но это такой научный факт.

Биологическим базисом здесь может быть многоуровневое сочетание разных нейромедиаторов, включая серотонин, дофамин, норадреналин и другие. Есть, кстати, и другие черты, которые наследуются с более чем 50%-ой вероятностью: это жизнелюбие, нелюдимость, стрессоустойчивость и авантюризм. Но вообще это всё не значит, что мы обречены быть такими, как велит геном: трусливый человек может перевоспитаться, слишком рисковый – понять в какой-то момент, что стоит придержать коней. Поэтому, конечно, черты передаются по наследству, но их можно в себе переработать.

М. Гельфанд Давайте я байку вам расскажу по этому поводу.

Н. Асадова Давайте, да.

М. Гельфанд Есть такая черта характера, которая называется «поиски нового». Она определяется по стандартным психологическим тестам, это относительно объективная вещь. Известно, с каким геном она связана. Есть дофаминовый рецептор, у которого есть несколько вариантов. Некоторые варианты предрасполагают к этому, а некоторые, наоборот, не предрасполагают. А дальше можно смотреть частоту этих вариантов в разных популяциях человека. Там есть несколько замечательных наблюдений.

Первое – что вариант, который располагает, его очень много среди белого населения Австралии. Упражнение – понять, почему. Есть частота растёт в Америке с севера на юг. Понятно, люди, которые искали нового, они просто дальше прошли. Америка заселялась через Берингов перешеек с севера. Его частота практически равна 0 в Китае, где была очень мудрая государственная политика вместе с государственными преступниками вырезать всю семью тоже. С генетической точки зрения это очень правильно, они у себя этот аллель извели.

Н. Асадова Очень интересно. У меня всегда возникает вопрос: на какой процент твои гены определяют твой характер, твои склонности. Какой процент здесь генов, а какой – самовоспитание, влияние окружающей среды.

М. Гельфанд А что вы называете процентом в этом случае?

Н. Асадова Не знаю, например, человек, который привык много читать, учиться и так далее. Если у него родители, бабушки-дедушки были профессурой и так далее, то значит и их внук будет много читать, или нет? На какой процент?

Е. Быковский Много читать – это же не черта характера.

М. Гельфанд Во-первых, не черта характера. Но это можно придумать черту характера, которая является измеримым коррелятом этого. Делали вот что: смотрели интеллект, как определяется генами, IQ. Более точно – не IQ, а смотрели вот что. Набор генов, которые вроде бы должны влиять на способность к обучению, нашли такой набор генов, и он предсказывает, сколько времени человек проведёт в школе, колледже, университете. Проблема в том, что это очень широкие распределения. То есть про индивидуального человека ничего сказать нельзя. А такой выдающийся, как считают авторы и научная общественность, результат состоял в том, что эти распределения сдвинуты друг относительно друга в среднем на месяц. То есть лишний месяц обучения до получения образования в группе людей с одним набором вариантов генов и в группе людей с другим набором генов – он есть. Но предсказательная сила этого по состоянию на сейчас ничтожна.

Н. Асадова Илья прислал вопрос, мне кажется, вам его можно вполне адресовать: «А правда ли, что некоторые болезни уменьшают риск рака, как псориаз в отношении меланомы, или это байки?».

М. Гельфанд Я про это не знаю. Опять-таки, псориаз тоже имеет генетическую компоненту. Поэтому легко себе представить какой-то вариант гена, который предрасполагает к одним болезням и защищает от других. Банально просто иммунный статус. Я думаю, что все болезни, связанные с гипериммунитетом, могут понижать вероятность рака.

Е. Быковский То есть это вероятно, да. Но для точного ответа нам найти специалиста как раз по этой…

Н. Асадова Мы запишем этот вопрос и более подробно вам ответим…

М. Гельфанд Да вам специалисты толком не скажут. Это довольно плохо известно.

Н. Асадова Тогда другой вопрос человека, который не представился, но зато мы знаем, что он из Челябинской области: «А чьи болезни, папы или мамы, с большей вероятностью наследуют дети?».

М. Гельфанд Смотря какие болезни. Есть болезни, которые в принципе…

Е. Быковский Смотря какого пола ребёнок.

М. Гельфанд Смотря какого пола ребёнок. Есть болезни, которые наследуются строго по материнской линии. Всякие мышечные анемии, в частности. Они вообще наследуются не с ядерным геномом, который к нам приходит от папы и от мамы. А с той частью генома, который приходит только от мамы, так называемый митохондриальный геном. Они наследуют строго по материнской линии.

Наверное, есть какие-то статистические сдвиги в других болезнях тоже, но в принципе в общем поровну.

Н. Асадова У нас больше не остаётся, к сожалению, времени, чтобы отвечать на вопросы. Но все, кто нам прислали в этот раз вопросы, мы на них ответим на следующей неделе, если успеем. Обязательно я останусь после передачи и перепишу. Я благодарю всех участников передачи за то, что пришли сегодня в студию в воскресенье.

Итак, с вами были Михаил Гельфанд, доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ, член Европейской академии, заместитель директора Института проблем передач информации РАН.

Е. Быковский И прочее, и прочее, и прочее.

Н. Асадова А также Наргиз Асадова и Егор Быковский.

М. Гельфанд Спасибо.

Е. Быковский Доброго вам воскресного вечера. Спасибо. До свидания.

Комментарии

1

Пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий.

19 апреля 2015 | 17:18

Профессор Сколтеха... А что это за зверь такой?

Самое обсуждаемое

Популярное за неделю

Сегодня в эфире