Мешая проникновению солнечного ветра, магнитное поле планеты защищает ДНК от вредных мутаций, пояснил химик Артём Оганов
Артём Органов. Фото Sk.ru.
М. БАЧЕНИНА: Добрый вечер, друзья! В эфире «Передача данных». В студии Мария Баченина, мой коллега, биолог, Антон Захаров. Сегодня у нас в гостях химик Артём Оганов, профессор Сколковского института науки и технологии, профессор университета штата Нью-Йорк, доктор технических наук, заведующий лабораторией компьютерного дизайна и материалов. Сегодняшняя программа о материалах. Традиционно мы начинаем с новостей науки, слово Антону Захарову. А. ЗАХАРОВ: Добрый вечер, друзья. Новости классные. Первая касается нас, людей, которые вечером слушают передачу и тех, кто после неё поздно вечером поедут домой. Выяснилось, что традиционная оценка того времени, которое требуется людям ко сну, несколько завышена. М. БАЧЕНИНА: Ты будешь меня расстраивать, я паразитирую на 8-часовом сне. А. ЗАХАРОВ: В среднем нам нужно спать не так много, как думали раньше. Изучили, как спят люди, не отягощённые развитым образом жизни, которые не живут в городах с искусственным светом, посмотрели, как разные африканские племена живут. Выяснилось, что они спят в среднем от 6,5 до 7,5 часов. М. БАЧЕНИНА: И что? Мы так же спим. А. ЗАХАРОВ: Да, но врачи долго считали, что нам надо спать дольше, что мы все недосыпаем. М. БАЧЕНИНА: Иногда врачи ошибаются, давай дальше. А. ЗАХАРОВ: Вторая новость: учёные стоят на пороге открытия средства для борьбы со СПИДом. Много разных средств тестировалось в разное время, но теперешнее наиболее потенциально реализуемое. Это специальные антитела, которые хитро устроены, и которые одновременно смотрят на белки, которые есть внутри этого вируса и на поверхности иммунных клеток, внутри которых он живёт, поэтому крепче хватается за заражённые клетки и может прицельно уничтожать. Оно их метит. ВИЧ не убиваемый, потому что невидимый для иммунной системы, он живёт внутри клеток иммунной системы. М. БАЧЕНИНА: Он метит, и иммунная система может видеть? А. ЗАХАРОВ: Да, это способ бороться. М. БАЧЕНИНА: Очки для иммунной системы. А. ЗАХАРОВ: Это очень опасный способ, его нужно чётко отрегулировать. М. БАЧЕНИНА: Сколько лет на это понадобиться? А. ЗАХАРОВ: Точно нельзя сказать. Но сейчас это перспективное направление. Третья новость: несколько дней назад прошла конференция, на которой учёные обсудили, что стоит пересмотреть определение того, что такое килограмм. М. БАЧЕНИНА: Это просто удар под дых женщинам. Я всё меряю на красоту и на здоровье, ты же знаешь моё примитивное устройство. А. ЗАХАРОВ: Традиционно килограмм как измеряется? М. БАЧЕНИНА: Есть, наверное, какой-то эталон? А. ЗАХАРОВ: Традиционный эталон – сплав из платины и иридия. Сплав из любого материала как бы ни был инертен, как бы плохо ни взаимодействовал с окружающей средой, может это делать. Физики стараются уйти от конкретных материалов для создания эталонов, и сейчас обсуждается новый способ измерения килограмма, не используя конкретный материал, а используя фундаментальные константы. М. БАЧЕНИНА: Могу я сделать поверхностный вывод о том, что после изучения я смогу весить меньше? А. ЗАХАРОВ: Нет. Значение килограмма не изменится, мы будем его точнее знать, что оно не меняется точно, потому что физические константы не меняются, а с веществами и материалами, какими бы прочными и инертными они не были, с ними что-то происходит. М. БАЧЕНИНА: Артём, добрый вечер. А. ОГАНОВ: Добрый вечер. М. БАЧЕНИНА: Прокомментируйте последнюю новость: меняются ли вещества и материалы? А. ОГАНОВ: Конечно, многие металлы могут впитывать водород, палладий это делает, какие-то могут ржаветь, железо тому пример. М. БАЧЕНИНА: Это всем знакомое видоизменение. А. ОГАНОВ: Магний, алюминий покрываются оксидной плёнкой, она тоненькая, но существует. Со временем кислород, водород могут проникать даже внутрь металлов в каком-то количестве. А. ЗАХАРОВ: А что может происходить с платиноиридиевым сплавом? Я так понимаю, использовали его раньше, потому что он меньше подвержен изменениям. А. ОГАНОВ: Это благородные инертные металлы, они почти ни с чем не реагируют. Но палладий – близкий родственник иридия и платины, так что водород, может быть, туда входит. А. ЗАХАРОВ: Поэтому вес пластинки, которая лежит в Палате мер и весов, теоретически может меняться. М. БАЧЕНИНА: Принято. Материалами, на мой взгляд обывателя, можно назвать всё что угодно, что нас окружает. Вы можете работать и в медицине, и в космических областях, в биологии, фармакологии, или всё-таки конкретно это занятие касается не такого обширного числа дисциплин? А. ОГАНОВ: Есть разные типы материаловедов. Материаловеды-экспериментаторы обычно имеют дело с одним классом материалов, которому они посвящают свою жизнь или её значительный отрезок. Есть экспериментаторы, которые годами или десятилетиями изучают материалы для литиевых аккумуляторов, например, это то, что нужно для электромобилей, мобильных телефонов. М. БАЧЕНИНА: Для сохранения зарядки. А. ОГАНОВ: Есть экспериментаторы, которые занимаются сверхпроводимым кабелем, больше ничем. Есть те, кто сверхтвёрдыми материалами. В такого рода деятельности нужно сфокусироваться и посвятить себя без остатка той задаче, которую ты решаешь. Я теоретик, мне немного проще. Для разных классов материалов нужно разное оборудования для синтеза, разные классы веществ они синтезируют, разного типа измерительного приборы: вы измеряете ток или магнитное поле, твёрдость или совершенно другие характеристики. Теория позволяет с помощью более-менее единообразного аппарата, методов квантовой механики, суперкомпьютера изучать самые разные классы веществ. У теоретиков есть фора. М. БАЧЕНИНА: Можно касаться всего или понять, что это касается не только того, что я предполагал, а ещё и вот этого? А. ОГАНОВ: Методы синтеза, которые определяют то, каким классом веществ занимается экспериментатор, для нас несущественны, мы всё синтезируем на компьютере. Методы анализы тех или иных свойств тоже предсказываем на основе квантовой механики. Это единый аппарат, с помощью которого можно предсказывать свойства самых различных материалов. Поэтому мы можем себе позволить такого рода универсальность. В моей лаборатории мы занимаемся изучением и магнитных материалов, и сверхпроводников, и сверхтвёрдых материалов, и лекарств, и полимеров, много чего ещё. М. БАЧЕНИНА: А что первично: причина, по которой разрабатывается этот материал, или фундаментальный вопрос, который за этим стоит? А. ОГАНОВ: И то, и то. Наука имеет право на существование только по двум причинам и только в двух случаях: когда она зажигает удивлением, любопытством глаза детей и когда от неё есть практическая польза, которая повышает качество жизни человечества. Если наука не решает ни ту, ни другую задачу, она бесполезна и никому не нужна. А. ЗАХАРОВ: Есть ли какие-то формулируемые на уровне обывателя вопросы, которые можно задать о строении материала в общем? А. ОГАНОВ: Конечно, таких вопросов много. Например, из каких веществ состоят земля и другие планеты, что внутри планет? А. ЗАХАРОВ: Недавно была новость в этом ключе о том, что посмотрели на Плутон подробно, и выяснилось, что он не похож ни на одну планету Солнечной системы, похож на смесь из этих планет. М. БАЧЕНИНА: А Вы касаетесь и этих вопросов? А. ОГАНОВ: С этого я начинал мою исследовательскую деятельность, с изучения вещества Земли. Потом занялся более общей проблемой, изучения любого вещества под давлением. М. БАЧЕНИНА: Это жутко интересно! Когда я готовилась, читала, смотрела, возник вопрос: мы достаём из недр Земли какие-то материалы, ископаемые, что угодно, там они под одним давлением в недрах, а у нас – под другим. Мы этим как-то пользуемся, или это нам вредит? И как мы это знание применяем? А. ОГАНОВ: В отношении полезных ископаемых это не оказывает влияния. Но знания, понимание того, из чего состоит наша планета, из каких материалов, очень важно. Лик нашей планеты, процессы, которые в ней происходят, диктуются процентов на 90. Атмосферные физики, может быть, со мной поспорят, но поскольку их нет, на 90% это диктуется тем, что происходит внутри Земли. Мантия Земли твёрдая, находится при достаточно высокой температуре и испытывает определённые стрессовые нагрузки связанные с тем, что какие-то её фрагменты более нагретые, а какие-то менее. Те, что более, имеют меньшую плотность за счёт теплового расширения и очень медленно поднимаются вверх. Мантия Земли, хотя вещество твёрдое, находится в состоянии пластического течения со скоростью примерно 1 сантиметр в год. Вы скажете – пустяки, но умножьте это на 100 миллионов лет. Вы обнаружите, что вещество мантия Земли проделывает путь в тысячи, если не в десятки тысяч километров за геологические периоды. Это определяет тектонику плит, дрейф континентов. Когда-то Южная Америка и Африка были одним континентом, а сейчас на какое расстояние они разошлись! Именно из-за этих самых мантийных потоков вещества, из-за тектоники плит. Горообразование, Гималаи, Кавказ – все они образовались именно благодаря течению мантийного вещества. Вулканы, землетрясения. М. БАЧЕНИНА: Я читала про Папуа – Новую Гвинею, что там одна плита движется 10 сантиметров в год. По-моему, это бешеная скорость! А. ОГАНОВ: Бешеная! Причина именно в том, что вещество мантии под давлением медленно ползёт. А разные вещества ползут по-разному, надо понять, что там находится. Когда мантийное вещество движется, возникают восходящие и нисходящие потоки, как в воздухе, когда вы смотрите на воздух над костром, какие-то струйки идут вверх, какие-то вниз, возникает конвективная ячейка. М. БАЧЕНИНА: Как конвекционная печка на кухнях бывает. А. ОГАНОВ: Это конвектирующее вещество – мантия Земли, горячие потоки, идущие вверх, холодные, идущие вниз, приводят с собой флюиды: водород, углеродистые разные соединения. Из этих флюидов образовалась жизнь. М. БАЧЕНИНА: Да ладно? А. ОГАНОВ: На самом деле именно таким образом углерод, его соединения сконцентрировались в земной коре. В мантии Земли его очень мало, он оттуда выходит. Углерод в каком-то смысле – элемент-изгой в мантии Земли. М. БАЧЕНИНА: Она его выталкивает, он в коре накапливается. А. ОГАНОВ: Да, и благодаря этому мы существуем. М. БАЧЕНИНА: Накопился углерод, образовался в цепочку, случилось первое зарождение жизни? А. ОГАНОВ: Более того, водород тоже имеет глубинное происхождение. Никакой воды не было бы, если бы конвекционный механизм не высвобождал её из недр Земли. М. БАЧЕНИНА: Получается, что если мы изучаем, есть вода на Марсе или нет, мы можем от обратного понять, из чего он хотя бы отчасти состоит? А. ОГАНОВ: В общем, на Марсе есть вулкан, самый крупный в Солнечной системе. А. ЗАХАРОВ: Действующий? А. ОГАНОВ: По-моему, нет. М. БАЧЕНИНА: Мы можем понять внутренний состав планеты? А. ОГАНОВ: Очень опосредовано. Другой пример, связанный с нашим с Вами существованием: конвекция существует не только в мантии Земли, но и в её ядре. Ядро состоит из железа. Конвективные потоки, перемешивание проводящей жидкости и приводят к возникновению магнитного поля. Магнитное поле связно не с тем, что ядро железное, а железо магнитное. Под давлением и при высокой температуре железо полностью теряет магнетизм. Железо является металлом, и электропроводящее вещество металл при конвективном перемешивании как раз и создаёт магнитное поле. Возьмите расплавленный свинец или алюминий, помешайте его ложкой, получите очень слабенькое магнитное поле. А если вы свинец расплавите в масштабах земного ядра и помешаете ложкой, получите поле такой же величины, как магнитное поле Земли. А. ЗАХАРОВ: Получается, электромагнитное поле нашей Земли не электростатической природы? Я этого не знал. А. ОГАНОВ: Это электродинамика. А. ЗАХАРОВ: Класс! М. БАЧЕНИНА: Почти 7 тысяч километров в диаметре ядро. А. ОГАНОВ: Земля 6400. Диаметр ядра, правильно, примерно 7 тысяч километров. Магнитное поле очень важно для нас с вами, потому что без него не было бы жизни. Магнитное поле отклоняет солнечный ветер, защищает Землю от него. Солнечный ветер – это поток заряженных частиц, идущих от Солнца. Если бы не было магнитного поля, они бы проникли в атмосферу и вызвали бы множественные мутации в нашей с вами ДНК. М. БАЧЕНИНА: Какого рода? А. ЗАХАРОВ: Случайного, скорей всего, вредные. А. ОГАНОВ: Поскольку множественные, неизбежно был бы рак, мы бы жили очень короткую и несчастную жизнь. Лишь благодаря тому, что существует магнитное поле, защищающее нас от солнечного ветра, на Земле смогла зародиться жизнь. М. БАЧЕНИНА: С этим магнитным полем может что-то случиться? А. ОГАНОВ: Может, случается. Примерно каждые 50 тысяч лет происходит инверсия магнитного поля. Из-за чего – вопрос не решённый, северный полюс с южным меняются положениями. Когда инверсия происходит, есть короткий промежуток, когда магнитное поле обращается в ноль. М. БАЧЕНИНА: И тогда они хлынули потоком на Землю. А. ЗАХАРОВ: Насколько короткий? А. ОГАНОВ: Столетия. А. ЗАХАРОВ: А далеко ли мы от этого процесса? А. ОГАНОВ: Не очень. На наш век магнитного поля хватит. М. БАЧЕНИНА: А на чей век в прошлом не хватило? А. ОГАНОВ: В историческом прошлом человечества таких периодов не было. М. БАЧЕНИНА: А как вы узнали? А. ОГАНОВ: По геологическим свидетельствам. Где-то тысяч 50 лет назад такое было. А. ЗАХАРОВ: Люди тогда уже были и выжили, значит, всё не настолько смертельно? А. ОГАНОВ: Никто не знает, поскольку никто из ныне живущих людей через это не проходил, письменных свидетельств нет. Но полагают, что когда такой период происходит, когда магнитное поле ноль или около того, то продолжительность жизни падает, какие-то более-менее массовые вымирания, не как на границе мезозоя и кайнозоя было вымирание динозавров, но микровымирания, растёт заболеваемость. По оценкам, не так много осталось ждать, сколько-то столетий, людям придётся это испытать. М. БАЧЕНИНА: А из-за чего случается инверсия полюсов? А. ОГАНОВ: Никто точно не знает. М. БАЧЕНИНА: Они меняют заряды? А. ЗАХАРОВ: Зарядов там нет. А. ОГАНОВ: Северный становится южным, а южный – северным. А. ЗАХАРОВ: У магнита есть красный и синий куски, они меняются местами. А. ОГАНОВ: Северная стрелка магнита через 10 тысяч лет будет показывать на юг. М. БАЧЕНИНА: Это крутое объяснение. А. ЗАХАРОВ: Это важнее, наверное, в будущем не для биологии, а для нашей техники, потому что солнечное излучение на протяжении 100 лет воздействует на всю нашу чувствительную электротехническую аппаратуру. Или мы не можем предугадать? А. ОГАНОВ: Мы не знаем, никто оттуда не возвращался. М. БАЧЕНИНА: В свете Вашего рассказа, как тогда понимать природу магнитной бури? А. ОГАНОВ: Про это я ничего не знаю, дезинформировать Вас не будут. Это что-то связанное с Солнцем, всплески магнитного поля на Солнце. Это всё, что я могу предположить. М. БАЧЕНИНА: Видимо, оно возмущает наш магнитный щит. Ладно, это мои догадки. А если приблизиться к ядру, как его вообще изучают, как поняли, что там движение масс происходит, как поняли, в каком виде эти элементы там? А. ЗАХАРОВ: Это же не чисто теория, есть экспериментальные подтверждения? А. ОГАНОВ: Прямых экспериментальных подтверждений, наверное, нет, а непрямые есть. Мы можем получать какие-то сигналы из ядра Земли, например, сейсмические. Когда сейсмическая волна продуцированная землетрясением или ядерным взрывом, когда люди проводили реальные ядерные испытания, сейчас это отменено, акустическая, взрывная, упругая волна распространяясь внутри Земли, имеет определённую траекторию. Если вы запишите время прибытия этой сейсмической волны в разные сейсмические станции, расположенные довольно густо на поверхности Земли, сможете реконструировать многие свойства того вещества, через которое сейсмическая волна прошла. Можно понять распределение плотности в Земле, распределение давления, с какой скоростью сейсмическая волна проходила через тот или иной участок. Люди поняли, что сейсмические волны проходят сквозь Землю, а волны бывают продольные и поперечные, в твёрдом теле могут распространяться и те, и другие, в жидкости – только продольные. И когда поняли, что поперечные волны гасятся во внешнем ядре Земли, стало понятно, что оно жидкое. М. БАЧЕНИНА: Артём, если это давление вокруг нас невозможно теоретически, зачем тогда тратить на это время, деньги, здоровье, изучать ситуации высоких давлений? А. ОГАНОВ: Мы изучаем материалы под высоким давлением из фундаментального интереса, те самые горящие любопытством глаза детей. Понять, из чего состоят планеты, интересно же. Если вы это поймёте, лучше поймёте природу тектоники плит, дрейф континентов, землетрясений, магнитного поля. А. ЗАХАРОВ: Возможно, предскажем, когда именно у нас поменяются полюса, почему поменяются. А. ОГАНОВ: Может быть и так. Может, сможем понять, почему разные планеты по-разному себя ведут, если это обусловлено свойствами материалов, которые характерны для той или иной планеты. Мы можем понять многие процессы внутри планет. Планетологам довольно давно известно, что Нептун излучает гораздо больше тепла, чем получает от Солнца. Значит это одно: она каким-то образом производит тепло в своих недрах. Земля тоже производит тепло, но в Земле много радиоактивных элементов, их распад производит много энергии. В Нептуне нет радиоактивных элементов, он, грубо говоря, состоит из смеси воды, аммиака и метана. Каким механизмом производится тепло? Кажется, других убедительных объяснений нет: метан при высоких давлениях и температурах разлагается с образованием алмаза и водорода. Сама планета жидкая, кстати, смесь вода, аммиак и метан жидкая, имеет довольно низкую плотность. А алмаз твёрдый, имеет высокую плотность, он падает в этой жидкой толще тысячи километров. Метан – это треть по массе от Нептуна. Миллиарды тонн алмазов падают расстояния в тысячи километров сквозь планету к центру, и трение приводит гравитационную энергию алмазов в тепловую. М. БАЧЕНИНА: Это те самые алмазы, которые мы знаем? А. ОГАНОВ: Те самые. На Нептуне столько алмазов, сколько нам и не снилось. М. БАЧЕНИНА: Вы сейчас сказали столько вещей, которые в моей голове не укладываются! До сегодняшнего дня я думала, что это одна вещь: Вселенная бесконечна. И то уже, говорят, спорно. Но жидкая планета, как она не растекается? А. ЗАХАРОВ: Гравитация. На поверхности Земли тоже много жидкости. А. ОГАНОВ: Солнце вообще газообразное. М. БАЧЕНИНА: Тогда бы они заполнили собой полностью ядро. А. ОГАНОВ: Так оно, скорее всего, и происходит. М. БАЧЕНИНА: Тогда ядро росло, и стало бы планетой. Куда потом эти алмазы деваются? А. ОГАНОВ: Никуда, они там лежат, а над ними плещется многотысячная, многокилометровая толща жидкости. М. БАЧЕНИНА: Огромное количество метана, алмазов, постоянно падают, алмазный дождь внутрь планеты. А. ЗАХАРОВ: Дождь в воде. А. ОГАНОВ: Они накапливаются до какого-то конечного объёма, а дальше лежат там, а их покрывает толща воды. М. БАЧЕНИНА: То есть планета растёт? А. ОГАНОВ: Нет, это химическая реакция. М. БАЧЕНИНА: Значит, скоро планета станет твёрдой? А. ОГАНОВ: Никогда, потому что воды там больше, чем метана и больше, чем алмаза. А. ЗАХАРОВ: В какой-то момент она, видимо, перестанет излучать тепло. А. ОГАНОВ: Видимо, так. Это пример того, что было поднято благодаря изучению вещества при высоких давлениях. Ещё один пример: под давлением ломаются правила классической химии, это то, что я люблю называть «запрещённой химией». Как-то у меня хотели взять интервью про «запрещённую химию», я согласился, а когда пришли журналисты, старались спрашивать, какие вещества запрещены к ввозу в Россию. Это совсем не про то. «Запрещённая химия» – соединения, существование которых запрещено классической химией, их не должно быть, а под давлением они есть. М. БАЧЕНИНА: СО2 не СО2, а СО3 какое-нибудь. А. ОГАНОВ: Например. Про СО3 не скажу, а SiO2 под давлением возникает SiO3, SiO. Помимо NaCl среди хлоридов натрия по классической химии может быть только один – NaCl, а под давлением мы предсказали, а потом экспериментально доказали, что есть Na3Cl, NaCl3, NaCl7. М. БАЧЕНИНА: Получается, под высоким давлением вся периодическая таблица меняет свой внешний вид. А. ОГАНОВ: Да. М. БАЧЕНИНА: А если в космосе изменяется давление, то и вещества получаются другие? А. ОГАНОВ: Абсолютно. М. БАЧЕНИНА: Я всегда учёным, которые к нам приходят, задаю один и тот же вопрос: с чего вы взяли, что там действуют такие же законы физики, химии? Они отвечают, что иначе мы не сможем никуда шагнуть. А. ОГАНОВ: Законы те же, но вещества, согласно этим законам, меняют свои свойства. М. БАЧЕНИНА: Значит и всё там не будет работать, что мы предполагаем. А. ЗАХАРОВ: Потому что мы не до конца умеем интерпретировать те законы, которые у нас есть. А. ОГАНОВ: Если мы грамотно будем изучать под давлением, мы всё правильно проинтерпретируем. М. БАЧЕНИНА: Зная давление на планете, куда мы летим? А. ОГАНОВ: Да. Известно, что у Юпитера очень сильное магнитное поле, там нет железа, если есть, то крайне мало, что там является металлом? Металлом там является водород, под давлением он металлизируется, и конвективное перемешивание металла создаёт магнитное поле. Точно так же на Земле. Только там из-за размеров Юпитера магнитное поле на порядок больше, чем на Земле. М. БАЧЕНИНА: А как Вы поняли, что водород под давлением металлизируется? А. ОГАНОВ: Это понял не я, а академик Фортов 20 лет назад. Делал эксперименты над водородом под давлением. М. БАЧЕНИНА: Это давнишняя история, которую начали изучать. А. ЗАХАРОВ: Фактические эксперименты? А. ОГАНОВ: Да. М. БАЧЕНИНА: 20 лет назад компьютеры не способны были смоделировать, я думаю. А. ОГАНОВ: Они были куда менее мощными, какие-то компьютерные расчёты, указывавшие на такую возможность, были. Но были некие противоречия, снятые экспериментом. М. БАЧЕНИНА: Я так поняла, Вы и Ваш друг компьютер – это то, что находится в лаборатории. Но Вы, получается, и жрец, и жнец, и на дуде игрец: сначала научите компьютер, потом задайте вопрос. Сначала Вы растите компьютер как папа, а потом он на Вас работает? А. ОГАНОВ: Да. М. БАЧЕНИНА: Вы говорите: я хочу такой-то материал, и он начинает мозгами компьютерными шевелить. Правильно? А. ОГАНОВ: Абсолютно правильно. Тот образ, который Вы нарисовали, похож на область искусственного интеллекта. Искусственным интеллектом мы тоже очень много занимаемся. Методы, которые я создал, являются подразделом искусственного интеллекта. В частности, эволюционные алгоритмы, которыми удалось решить считавшуюся нерешаемой задачу предсказания кристаллической структуры или задачу поиска оптимального материала. А. ЗАХАРОВ: Это подбор структур, которые всё больше подходят под требуемые параметры? А. ОГАНОВ: Да. А. ЗАХАРОВ: Мне, как биологу, приятно знать про эволюционные методики в программировании. М. БАЧЕНИНА: Откуда берутся запросы на новые материалы? В моей голове: сделайте мне ножик, который не будет ломаться. У меня прикладное, я не такими глубинными шагами мыслительный процесс свой могу описать. А. ЗАХАРОВ: Нефтяники приходят и говорят: сделайте мне супертвёрдый бур? Или сталелитейщики что-то просят? А. ОГАНОВ: Компаниям, таким как Samsung или Toyota, интересно разработать тот или иной материал. Они к нам приходят, и в сотрудничестве с ними мы работаем. М. БАЧЕНИНА: Аккумуляторы. А. ОГАНОВ: Национальные научные фонды тоже финансируют такого рода исследования. Часто мы сами приходим к какому-то материалу, и потом можем найти клиентов для его использования. М. БАЧЕНИНА: А бывало ли такое, что Вы нашли новый материал, и он Вас своими свойствами испугал? Помните, в «Терминаторе» профессор темнокожий, когда к нему Сара Коннор приходит и рассказывает, что он на самом деле изобрёл, сначала не верит ей, а потом плакать начинает. А. ЗАХАРОВ: У Курта Воннегута был лёд-девять в произведении «Колыбель для кошки». Как будто существовал лёд другой конфигурации, а он, насколько я знаю, существует. Он предположил, что есть такая форма, которая сделает всю воду на Земле твёрдой, разморозить которую будет невозможно, и мы все умрём. Это было бы страшно. Отличная книжка! А. ОГАНОВ: Про эту фантазию Воннегута я могу кое-что ещё рассказать. Отвечаю на Ваш вопрос: материалы меня ещё никогда не пугали, и надеюсь, что такого не будет. Идея Воннегута пришла ему в голову по вдохновению его брата Бернарда Воннегута, который был физиком и который придумал метод рассеивания туч. Туча – это переохлаждённый водяной пар, который хочет закристаллизоваться, но у него не получается, потом что нет затравки. Бернард Воннегут пришёл к прозрению: он знал, что кристаллическая структура льда обычной его формы очень похожа на кристаллическую структуру йодида серебра. У них практически одинаковая метрика, они как братья-близнецы. И он догадался распылять в тучу порошок йодида серебра. Молекулы воды оказываются обманутыми, они думают, что это затравка кристалла льда и садятся на неё, пытаясь достроить этот кристалл. В результате кристаллизуется снежинка, и всё это облако переохлаждённого пара выпадает в форме снега. А. ЗАХАРОВ: Это то, что сейчас используется? А. ОГАНОВ: Да. М. БАЧЕНИНА: Разгонять тучи? А. ОГАНОВ: Да. М. БАЧЕНИНА: Мы этим обязаны брату Воннегута? А. ОГАНОВ: Это идея – прямая иллюстрация того, как кристаллография применяется абсолютно в повседневных вещах. А. ЗАХАРОВ: А ещё примеры, которые Вам нравятся? А. ОГАНОВ: Надо подумать, сходу я не готов сказать. Но этот пример наиболее красивый, литературный. М. БАЧЕНИНА: А как часто Вы соприкасаетесь с лекарствами. Как кристаллография, о который Вы говорите, может с таблеткой коррелироваться? А. ОГАНОВ: Может! Знаете ли вы, что структуру ДНК впервые определили кристаллографы стандартными методами, рентгеновской дифракцией. Структуры белков, сеть ферментов были поняты именно методами кристаллографии. Даже структуру вируса определяют кристаллографы своими дифракционными стандартными методами. М. БАЧЕНИНА: Случайно или намеренно? А. ЗАХАРОВ: Намеренно, конечно. А. ОГАНОВ: Это наиболее подходящие методы для решения таких задач. Структуры лекарств поняты именно кристаллографическим методом. Если вы понимаете структуру лекарства и его мишени в организме, того или иного фермента, какого-то положения в мембране, то вы можете понять, как оно действует. Действия большинства лекарств очень плохо поняты или вообще не поняты. Мы применяем какие-то лекарства – я стараюсь никаких не применять, но часто люди понятия не имеют, как это работает. Аспирин, например. Долгое время люди не знали, как он работает. Потом оказалось, что он понижает температуру, подавляя аспекты гормональной системы человека, что очень плохо, к слову. Но никому в голову не пришло бы, что он работает именно так. Методы кристаллографии позволяют понять и структуру лекарств, и тех или иных биологически активных молекул, ДНК, РНК, вирусов – всё это было понято именно кристаллографическими методами. Как мы можем сделать что-то полезное для разработки новых лекарств? Я знаю два способа, один уже мы активно применяем, другой используют другие люди. Начну со второго: это методы машинного обучения. Представьте себе, что перед вами огромная база данных, вернее даже две. Первая – это все известные на сегодняшний день молекулы. Кстати, лекарственные свойства их лишь в ничтожной части исследованы. Вторая база данных – это молекулы, которые помогают для какого-то заболевания. Скарлатина, например, – у вас есть перечень всех молекул, которые с ней борются. Вы можете натренировать компьютер – это тоже раздел искусственного интеллекта, машинное обучение – так, чтобы он, сравнивая с этими молекулы, которые борются со скарлатиной, понял, что в них общего. Затем компьютер посмотрит на полную базу данных всех известных молекул и найдёт подобные. Скажет, что эти 10–25 молекул могут быть эффективны в борьбе со скарлатиной, давайте их попробуем. И это даст вам возможность осмысленно, направленно открывать новые лекарства. М. БАЧЕНИНА: Как мы далеки от этого? А. ОГАНОВ: Это уже сейчас используется. Но модели, которые существуют сейчас, модели искусственного интеллекта, достаточно несовершенны, позволяют находить новые лекарства с вероятностью 60%. А. ЗАХАРОВ: Там процент ошибки высокий или процентне узнавания того, что на само деле могло бы помочь? А. ОГАНОВ: И то, и то. Из 100 молекул, про которые говорят, что они будут эффективны в борьбы со скарлатиной, 60 реально эффективны. Это очень неплохо! Можно этот процент повысить, можно эти методы сделать более количественными, сказать, что эта молекула совсем хорошая, а вот эта чуть-чуть похуже, но это всё в разработке. М. БАЧЕНИНА: Так послушать, кажется, что мы на пороге вечной жизни и излечения ото всех болезней, а мы что-то очень далеко. У меня сегодня у ребёнка температура, и я в панике. А, казалось бы, наоборот, радоваться надо, организм борется с чем-то. А. ОГАНОВ: В каких-то вещах мы находимся в состоянии научной революции, в каких-то – в состоянии каменного века. Но то, что мы реально не понимаем, как эти лекарства работают, говорит о том, что мы в каменном веке. То, что мы можем новые лекарства методами искусственного интеллекта придумывать, говорит о том, что мы продвинулись в этой области, но совсем не продвинулись в другой. Это наука в динамике. Но то, что сейчас наукой заниматься крайне интересно, – это вне всякого сомнения. А. ЗАХАРОВ: Как и всегда. А. ОГАНОВ: Больше, чем всегда. М. БАЧЕНИНА: Почему сейчас? А. ОГАНОВ: Вчера это было чуть менее интересно. А. ЗАХАРОВ: Слишком много рутины и слишком мало открытий? А. ОГАНОВ: Темп научного развития резко увеличивается благодаря тому, что искусственный интеллект становится более мощным, что сама наука становится более умной, новые методы возникают в экспериментах, теориях, расчётах, – это подгоняет науку. Те задачи, которые раньше считались совершенно нерешаемыми, сейчас можно решать. А. ЗАХАРОВ: А второй метод? А. ОГАНОВ: Есть такая замечательная особенность в патентном законодательстве, что когда вы открываете новое лекарство, можете патентовать не молекулы лекарства, а только кристаллическую форму, в которой это лекарство было вами получено. А лечат-то вас именно молекулы. Поэтому если вы откроете своё лекарство, а я открою своё, но в другой кристаллической форме, я могу ваш патент игнорировать. Мы нашли способ превращать патентованные лекарства в дженерики. Это работает очень просто: с помощью моего метода я могу искать устойчивые соединения любого лекарственного препарата с любой другой молекулой. Вы берёте аспирин и воду или какой-то жир, простой сахар, что-то ещё, и с помощью моего метода можете найти сокристаллы, устойчивые сочетания вашей молекулы и той же воды. Если вы затем их получите, кристаллическая структура другая, даже валовый химический состав другой, вам действующие патенты глубоко безразличны. А. ЗАХАРОВ: Вы можете делать лекарства намного дешевле? М. БАЧЕНИНА: Вам Нобелевскую премию не предлагали за это? Это же гигантские деньги! Я про то, чего можно добиться Вашим методом. А. ОГАНОВ: Мне кажется, это достаточно важное направление, потому что это позволит снизить стоимость лекарств, во многих случаях даже улучшить их эффективность. Хотя сами лекарственные свойства этих сокристаллов и чистых лекарств одинаковые, ведь молекула, которая лечит одинаковая. Но растворимость немного разная. Растворимость влияет на то, как быстро это лекарство будет получено вашим организмом. С этим связана усваиваемость и эффективность лекарства. В некоторых случаях нужно растворимость повысить, в некоторых – понизить. Таким образом, наши сокристаллы будут более или менее эффективными лекарствами. М. БАЧЕНИНА: Только начали, и уже заканчивать пора. Спасибо Вам огромное!
Источник: rusnovosti.ru