В ответе за выбор пути нации
Институт Франции был создан в 1795 году с целью “сбора открытий, совершенствования искусств и науки”. Организаторы, а ими были видные общественные и государственные деятели, стремились объединить писателей, поэтов, искусствоведов, мыслителей и ученых, облегчить их работу и обеспечить поддержкой государства.
Почти 200 лет назад, в 1816 году, институт стал включать в себя Французскую академию, Академию надписей и изящной словесности, Академию наук, Академию изящных искусств, в 1932 году к этим четырем добавилась пятая — Академия политических наук и нравственности. Задачи, которые сегодня решает институт:
— стимулирует бескорыстную исследовательскую и творческую деятельность в области литературы, науки и искусства;
— поощряет межакадемические работы;
— несет ответственность за выбор пути развития нации.
Открывая совместное заседание РАН, АН Института Франции и Академии технологий (АТ) в Париже, на набережной Конти, в особняке, построенном по приказу кардинала Мазарини, президент Академии наук Института Франции Жан Саленсон сообщил, что возглавляемая им организация создана в 1666 году. И сегодня насчитывает в своих рядах почти 900 академиков и членов-корреспондентов, в том числе иностранных. Среди них есть и трое российских: Владимир Котляков, он присутствовал в зале, Гурий Марчук и Людвиг Фаддеев. А в XVIII столетии им еще являлся и Петр Великий.
Судя по реакции зала, не все были в курсе этого факта. И академик РАН нобелевский лауреат Жорес Алфёров чуть позже уточнил: Петр Великий стал членом-корреспондентом французской АН не за то, что был Императором Всероссийским, а за то, что сделал впечатляющий доклад о географии Каспийского моря на научном семинаре в Академии наук в Париже.
Просуществовав более 300 лет, АН Института Франции пришла к мнению о необходимости перемен. И в результате приняла на себя обязательство, что 50% всего ее состава должны быть младше 50-летнего возраста.
— В отличие от РАН, — подчеркнул Жан Саленсон, — АН во Франции не занимается управлением исследовательскими организациями, не выдает грантов научным работникам, за исключением тех, которые выделяются в рамках призов самой академии. Кто же во Франции координирует фундаментальные исследования? Национальный центр научных исследований (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS). CNRS финансируется из бюджета и прямо подчиняется профильному министерству. Президент административного совета CNRS назначается советом министров Франции, членами совета являются представители министерств, крупного бизнеса, известные ученые и ведущие специалисты самого CNRS.
Судя потому, что президент CNRS Алан Фукс находился в президиуме высокого собрания, академики тесно работают с CNRS. А также, как рассказал Жан Саленсон, с избранными руководителями французской нации и правительством. В практике АН — побратимство между членами парламента и молодыми специалистами, представляющими различные научные организации. Цель — завязывание тесных контактов между влиятельными персонами и обмен информацией. Сенату и парламенту надо лучше представлять, каковы проблемы и потребности научного сообщества, молодых исследователей, чтобы соответственно адаптировать французское законодательство к этим нуждам. Также члены АН при участии Академии технологий составляют отчеты, доклады по разным актуальным темам.
— Эти доклады публикуют, — продолжал президент АН. — Их достоверность, качество и полнота гарантированы составом рабочих групп, а также тщательно соблюдаемыми процедурами написания. Наши правила обеспечивают АН полную независимость от какого-либо лоббирования и слухов, даже в Интернете. Предоставляя только объективную информацию, АН может отстаивать свое мнение как среди политиков, бизнесменов, так и среди простой публики. Даже если общественность какое-то решение не поддерживает, даже если не все научные работники согласны с ним, остается борьба на ринге открытой дискуссии. И, как правило, АН вступает в нее. К тому же молодежь лет пять назад вышла с инициативой, которую по-русски можно назвать “месим тесто своими руками”. Ее суть состоит в том, что ученые сами через Интернет распространяют сведения о себе, своих исследованиях и мнения по различным вопросам. То есть, в конечном счете, ученые имеют возможность сами формировать свой имидж. Инициатива получила международное признание, поддержана правительством, нашла одобрение общества и опять же укрепила репутацию Академии наук как независимого эксперта.
С юбилеем, лазер!
Впрочем, основная тема заседания встречи ученых двух стран была связана с 50-й годовщиной лазера и его применением. Вице-президент РАН академик Александр Андреев сделал экскурс в историю изобретения, связанного с именем Альберта Эйнштейна, советских физиков Валентина Фабриканта и его коллег Бутаевой и Вудинского. В 1951 году советская тройка ученых провела первые опыты по усилению света, а через год исследователи сразу трех стран — СССР, США и Канады — независимо друг от друга предложили новый принцип генерации и усиления высокочастотных электромагнитных колебаний. Это позволило создать квантовые генераторы сантиметрового и дециметрового диапазона, известные сейчас под названием “мазеры”. Использование мазеров повысило чувствительность приемной радиоаппаратуры в сотни раз… Однако слово “лазер” появилось только с созданием оптического квантового генератора на рубине, который изобрел инженер Теодор Мейман. И привычное всем название “лазер” — аббревиатура английского выражения: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation. В переводе означает — “усиление света с помощью индуцированного излучения”.
Выступая с кафедры АН на набережной Конти, академик Жорес Алфёров вспомнил шестидесятые годы прошлого века, когда получил свой первый патент в области гетеропереходов. Гетеропереходы в полупроводниках — это когда в контакт приведены два или несколько различных по химическому составу полупроводников. Реализация таких устройств на основе гетероструктур позволяла бы создавать чрезвычайно мощные и очень компактные конструкции. Но трудно было подобрать идеально подходящие по размерам кристаллической решетки различные полупроводники. Алфёрову первому удалось решить эту задачу. А в 1970 году был создан первый в мире полупроводниковый лазер, способный работать непрерывно при комнатной температуре. В 2000 году Жоресу Алфёрову совместно с американскими учеными Гербертом Кремером и Джеком Килби была присуждена Нобелевская премия по физике за исследование полупроводниковых гетероструктур, лазерные диоды и сверхбыстрые транзисторы. Сегодня сверхбыстрые транзисторы — основа радиоспутниковой связи и мобильных телефонов. Лазерные диоды, сконструированные на основе новой технологии, передают информационные потоки посредством оптических сетей.
Ведь в отличие от света, испускаемого обычными источниками, лазерное излучение когерентно в пространстве и времени, монохроматично, распространяется очень узким пучком и характеризуется чрезвычайно высокой концентрацией энергии, такой, какая еще недавно казалась фантастической… Поэтому луч лазера стали использовать в качестве тончайшего инструмента для исследования различных веществ, выяснения особенностей строения атомов, молекул и их взаимодействия, определения биологической структуры живых клеток. С помощью луча лазера научились передавать сигналы и поддерживать связь как в земных условиях, так и в космосе на любых расстояниях. Причем по лазерным линиям удается передавать значительно больший объем информации, чем по традиционным линиям связи —
100 000 букв в секунду. При этом внешние помехи сводятся к нулю. Лазер помогает вести дистанционные замеры, определять уровень загрязнения среды, прокладывать курс самолетам, обеспечивать точность наведения боеголовок для обороны.
Алан Помпиду, президент Академии технологий Франции и академик АТ Эрих Шпиц, в свое время запустивший проект оптического диска, проанализировали использование лазеров в наши дни. Удивило, что лазер нашел применение чуть ли не в полусотне отраслей и перспектива их развития тесно связана с прогрессом в лазерной технике. Лазеры сегодня используются в основном для функционирования оптических накопителей, для обработки материалов — как самых твердых, так и самых мягких; передачи изображения (плоские экраны, мобильные телефоны, ПК), в медицинской терапии и хирургии вплоть до офтальмологии, для нужд авионики, обороны и в научных исследованиях. Специалисты считают, что лазеры могут быть применены в решении проблемы ядерного синтеза. Тем не менее уже сегодня 23% рынка лазеров — средства коммуникации. А в целом по всем секторам лазеров в год в мире продают на 5 миллиардов 320 миллионов долларов. И скоро будут продавать еще больше, потому что лазерная техника развивается.
Ученые трудятся над созданием супермощных лазеров. Об этом рассказал представитель Комиссариата по атомной энергии Шарль Лион. По его мнению, лазер с импульсом от 1 миллиарда гигаватт можно будет использовать для поддержки ускорителей частиц. Но конструкция лазера “мегаджоуль”, над которой сейчас бьются французские специалисты, непривычно велика и сложна. Он позволит утвердить теоретические модели создания современного оружия…
— С помощью лазера-мегаджоуля, — говорил Лион, — мы получаем температуру в несколько миллионов градусов, давление — в несколько миллионов мегабар и возможность экспериментально проверить наши теоритические расчеты. Здание для лазера — 300 м в длину (можно уложить Эйфелеву башню), 50 м — в высоту, сам холл, где проводят эксперимент, имеет диаметр 60 метров. Крупное помещение — сфера из алюминия весом в 110 тонн. В ней сделаны 203 отверстия, а точность наведения — 50 микрон. Планируется с помощью этого лазера проводить порядка 50 различных видов диагностики.
Но есть ученые, которые думают о бытовом применении лазера. Скажем, Жорес Алфёров мечтает применить полупроводниковые лазеры для конструкции телевизора, дешевого и компактного, словно мобильный телефон. Для этого, утверждает академик, требуются три лазерных источника — зеленый, синий и красный. Красный есть, о создании синего объявлено, не за горами и зеленый луч.
Директор Международного центра лазеров, профессор и преподаватель МГУ Виктор Задков рассказал о совместной работе с лабораторией лазерометрии Франции:
— Лазер применяют для мониторинга в геодинамике, например, измеряют деформации небоскребов, а так же в спектроскопии, нанотехнологиях, при генерации импульсов экстремальной интенсивности, для когерентных радиационных источников в рентгеновском и гамма-излучениях, можно получать суперточные измерительные приборы. Скажем, все живое, в том числе и человеческое тело, производит магнитные поля. Каковы они, мы можем себе очень точно представить благодаря лазеру. И еще — почти 30 лет назад были сделаны первые оптические часы, позволявшие вести измерения с точностью 10 в -11-12 степени. Потом были разработаны транспортируемые оптические часы, а сегодня — фемтосекундные компактные метановые оптические часы с точностью — 10 в -16 и даже большей степени…. Их производят в Физическом институте им. П.Н.Лебедева, а сегодня уже есть переносной часовой стандарт. И сделан он вместе с французскими коллегами.
Завершилась тема лазера торжественным награждением Жореса Алфёрова медалью CNRS за научные заслуги в физике полупроводников.
На своей планете тесно?
Вторая половина дня была отдана фундаментальной науке. Для профессионалов это был праздник. Один за другим шли доклады о криптографии и телепортации (Алан Аспект), гибридных пористых твердых телах и решении проблем экологии (Жерар Ферей), спинтронике (лауреат Нобелевской премии по физике 2007 года Альбер Фер) и химических кластерах (Катрин Брешиньяк).
Особое внимание зала вызвал доклад вице-президента РАН Анатолия Григорьева, курирующего биологические науки. Будучи много лет директором Института медико-биологических проблем, он изучает возможность сохранения здоровья человеком при его длительном пребывании в космосе. А какой ученый не мечтает о полетах к другим мирам? Может, поэтому его слушали с величайшим вниманием, а может, потому, что о сложном он говорил доступно.
Начал Анатолий Иванович с истории. Напомнил: еще в 1966 году руководство наших стран подписало соглашение об исследованиях в космическом пространстве. А в 1970 году здесь, в Париже, усилиями профессоров Юрия Нефедова и Юбера Планеля был начат совместный проект по биологии, объединивший работу коллективов 80 лабораторий двух наших стран. А дальше РАН и Национальный центр научных исследований сумели поддержать массу работ, благодаря которым сложился коллектив единомышленников.
Работы ведутся по трем основным направлениям. Первое — на беспилотных объектах — спутниках серии “Космос”. Здесь исследованию подвергаются простейшие культуры тканей, растения, крысы и обезьяны.
Второе — модельные наземные эксперименты по антиортостатической гипотензии, которая воспроизводит целый ряд физиологических процессов, развивающихся у людей в условиях пребывания в невесомости и ограниченном пространстве.
Третье — совместные программы пилотируемых полетов на советских и российских орбитальных станциях, которых осуществлено восемь. Начинал их с французской стороны прекрасный летчик Жан-Лу Кретьен. На его счету два полета в космос, и во время полетов он выполнил обширную программу совместных медико-биологических экспериментов “Эхография”, “Поза”, “Цитос-2”, “Физали”, “Виминаль”, “Минилаб”, “Цирцея”.
Удивительно, но пилот проявил себя как блестящий экспериментатор. Он изучал сердечно-сосудистую и сенсомоторную системы человека, осуществил целый ряд биологических экспериментов.
Также два космических полета были выполнены женщиной-космонавтом Клоди Эньере, и они добавили знаний о системах, более всего реагирующих на отсутствие гравитации. Будучи профессионалом в науках о жизни, она внесла в эксперименты, которые были ей предложены, личное творчество. Что принципиально нового было получено по сердечно-сосудистой системе? Была разработана аппаратура, которая позволяла в космосе проводить ультразвуковые исследования сердца и сосудов. Выяснили, что в условиях невесомости не страдает важнейшая функция сердца — сократительная, хотя отсутствие гидростатического компонента в кровяном давлении в условиях невесомости увеличивает объем циркулирующей крови в верхней половине тела. А значит, обеспечивает большее, чем обычно, количество жидкости, поступающей в сосуды сердца. Важно было оценить, сказывается ли это как-то на сократительной функции сердца, изменяется ли ударный выброс? Оказалось, что за шесть месяцев полета существенным образом нарушается гемодинамика головного мозга, увеличивается диаметр яремной вены, растет кровяное давление и значительная часть крови застаивается в верхней части тела.
Эти исследования продолжаются. Новый проект с использованием комплекса “Кардиомед” будет реализован с 2011 года на Международной космической станции. Разработана новая аппаратура, которая позволит детально изучить направление и скорость кровотока в сосудах, определить кровяное давление в различных сосудах тела, причем используя возможности самых современных технологий — электрокардиографии, плетизмографии… Впервые аппаратура будет использоваться не только для исследований, но и для медицинского контроля состояния здоровья экипажа.
Мы в одной лодке
— Важнейшее направление исследований — нейрофизиологическое, — увлеченно продолжал академик А.Григорьев. — В России его возглавлял профессор Виктор Гурфинкель, во Франции — профессор А.Бертоз и члены вашей Академии наук. Было проведено пять экспериментов. Главное, что волновало: будет ли нарушена операторская деятельность при отсутствии гравитации? как в космосе работают основные анализаторные системы человека? У нас их четыре — зрение, опора, проприоцепция (способность воспринимать положение и перемещение в пространстве собственного тела или его отдельных сегментов) и вестибулярный аппарат. В условиях Земли они действуют согласованно. А при отсутствии гравитации? В первые дни полета нарушается метрика окружающего пространства, появляются иллюзии, вплоть до перевернутого положения тела, плохо координируемые движения. И это понятно: от вестибулярного аппарата поступает искаженная информация, опоры нет, тактильная чувствительность подводит, даже зрение — весьма надежный анализатор — вначале дает сбои, потому что понятия “верх” и “низ” становятся весьма условными.
Скажем, основная функция вестибулярного аппарата — сопряженное движение головы и глаза, иначе говоря, реакция остановки взора. В условиях невесомости, к сожалению, в два-три раза удлиняется время, необходимое для нахождения и фиксации мишени. Это чревато операторскими ошибками. Но, как говорил Клод Бернар, блестящий французский физиолог, для реализации одного и того же физиологического эффекта у организма природа создала различные резервные механизмы. Зрение берет на себя функции проприорецепции, опоры, вестибулярной функции, и через несколько дней человек очень точно работает при отсутствии гравитации.
Второе направление — на биоспутниках. Здесь мы изучали изменение силы мышц у крыс, обусловленные отсутствием опоры. Сила уменьшается из-за изменения содержания в волокне главных мышечных белков и резкого увеличения количества ионов кальция. В условиях космического полета у человека тоже снижается сила мышц плюс резко изменяется соотношение между мышцами, которые участвуют в разгибании и сгибании. Напомню: мышцы-разгибатели появились, когда живые существа перешли к прямохождению и нужно было удерживать вертикально позу. Как только эта потребность исчезает, организм стремится принять внутриутробную позу, в которой сгибатели превалируют над разгибателями. Если учесть, что сила мышц снижается в условиях невесомости и человек вырастает на 5-7 см, то важно было найти средство, которое купировало бы эти изменения. И таким средством оказалась искусственная опора, которая создается путем использования в космическом полете специальной обуви.
Проводились совместные исследования и по изучению костной ткани. Масса ее в условиях космического полета уменьшается, причем, в первую очередь, страдают кости нижних конечностей, таза, позвоночник, которые обычно несут большую весовую нагрузку в условиях Земли. При этом происходит ряд гормональных изменений. Но почему? Синтез кости снижается или увеличивается рассасывание костной ткани? В обычных условиях у человека эти два процесса друг друга уравновешивают, а в космосе? Чтобы выяснить это, французский коллега доктор Вико предложила провести биопсию костной ткани у молодых волонтеров, которые в течение года находились в условиях ограниченной двигательной активности. И мы убедились, что при этом резко возрастает содержание клеток, деятельность которых направлена на рассасывание костной ткани, и уменьшается число тех клеток, которые стимулируют синтез новой ткани. Тогда космонавтам был предложен препарат ксидифон, применяемый в клиниках при различных патологиях костной системы, он способствует уменьшению резорбции костной ткани.
Примечательно, что изменения “уходят” за тот же срок, в течение которого возникали. Быстро восстанавливается сердечно-сосудистая система, все, что связано с перераспределением крови. И очень долго возвращается в норму мышечная ткань, особенно тяжело выравниваются молекулярные системы. На это уходит до нескольких недель. А вот на функциональное возрождение кости требуются годы. Когда был совершен самый длительный в истории пилотируемой космонавтики полет — 438 суток, то после его окончания костная ткань у космонавта восстанавливалась два года.
Есть в космосе и еще одна опасность — излучение. На станциях “Мир” и “Салют” были проведены радиофизические исследования, для которых разработали высококачественные дозиметры. С их помощью установили дозовую нагрузку галактического излучения в условиях космического полета. Для этого использовали яйца креветки, семена риса, табака… Выяснилось, что при воздействии космических излучений происходят существенные генетические изменения, повышающие предрасположенность к раковым заболеваниям, катаракте, болезням сетчатки глаза. Самые сильные трансформации вызывает галактическое излучение. Что очень важно — изменения происходят кластерные, и органы не восстанавливают своих функций. Еще было выяснено, что в полете снижается чувствительность клеток к гормонам. Вместе с профессором Клодом Гарибом мы определили, что вина тому — изменение содержания в клетках кальция и калия… Тогда стали направленно воздействовать на иммунный статус, чтобы предотвратить снижение функций иммунной системы и снизить риск повышения чувствительности организма к инфекции во время космического полета.
Все подобные тонкости надо изучить прежде, чем планировать полеты человека к другим планетам. А о них человечество продолжает мечтать. И наши французские коллеги принимают участие в психофизиологическом эксперименте, где в условиях моделирования “полета на Марс” отрабатывается поведение человека в условиях многолетней изоляции от своей планеты, изучаются возможности надежного межполетного жизнеобеспечения и медицинского обслуживания.
О перспективе. На мой взгляд, у нашего сотрудничества хорошее будущее. В этом году Институтом медико-биологических проблем в Москве и Университетом города Анжер создана совместная лаборатория, которая изучает протеомные клеточные механизмы изменений сердечно-сосудистой системы при отсутствии гравитации. Там работает очень много молодежи, и в этом залог нашего успеха. О некоторых результатах на заседании CNRS (именно эта организация поддерживает эти исследования) будет докладывать доктор наук Института медико-биологических проблем Ирина Ларина.
Плюс целый ряд экспериментов запланированы на Международной космической станции. Начаты работы по искусственной гравитации — мы считаем, что это единственный путь для снижения негативных изменений миокарда, опорно-двигательного аппарата, гидроминерального обмена при космических полетах живых существ. Это успешно показано на биологических спутниках “Космос”, “Биокосмос-936”. Эксперименты той же направленности на молекулярном и клеточном уровнях ведут на центрифуге в Тулузе. Видимо, они дадут интересные результаты и при исследовании более сложных организмов.
О том же, что “все мы с вами в одной лодке”, на одной планете Земля, и что нам надо беречь ее вместе, еще более полувека назад сказал Антуан де Сент-Экзюпери — известный и любимый как во Франции, так и в России писатель, пилот и неисправимый романтик. И нам вместе надо осваивать то, что еще неизвестно. Так что не опускайте весел.
***
Собственно, именно об этом и шла речь два следующих дня в CNRS, куда съехались ученые из России и Франции, руководители научных фондов, академий наук и прочих уважаемых организаций, влияющих на труд исследователей. Обсуждали достигнутые результаты, выясняли, что способствует результативности сотрудничества ученых наших стран, а что мешает. Как развивалась эта дискуссия, к каким выводам пришли ее участники, мы расскажем в одном из ближайших номеров “Поиска”.
Нет комментариев