Вся правда про «сыворотку правды»

Как действуют препараты, развязывающие язык, и существуют ли они вообще?

©Кадр из фильма «Истина в вине»

Три кошмарных дня в ноябре 2008 года многомиллионный Мумбаи держали в страхе несколько немногочисленных террористических групп. В конце концов, индийскому спецназу удалось уничтожить их, но число жертв среди мирного населения достигло почти 200 человек.

Расследование этой бесчеловечной акции оказалось делом нелегким: из террористов выжил лишь Аджмал Касаб, разговорить которого долгое время не удавалось. Однако, в конце концов, он указал, как и ожидалось, на давнего соперника Индии, Пакистан, заявив, что происходит из этой страны и проходил подготовку на ее территории. В Пакистане всё отрицали.

^{Мохаммед Аджмал Амир Касаб}

^©Reuters

Лишь несколькими годами спустя пакистанские власти признали связь с террористом − но тогда, в 2009 году, знать это наверняка было невозможно. Лгал ли Аджмал Касаб? Единственный способ обратиться к чьей-то памяти − задать вопрос и ожидать ответ. Но всегда ли можно надеяться, что ответ будет честен? Несмотря на всю сомнительность такого подхода, индийские полицейские решили прибегнуть к решению, почерпнутому из старинных шпионских романов − к «сыворотке правды».

В 2010 году индийский суд признал Аджмала Касаба виновным в убийствах, терроризме и других преступлениях, приговорив его к смертной казни через повешение, которая была приведена в исполнение 2,5 года спустя.

В широком смысле под «сывороткой правды» можно понимать использование для дознания психоактивных веществ − идея, которая возникла достаточно давно, и столь же давно вызывает скепсис со стороны специалистов. Как правило, для этой цели считают пригодными барбитураты, которые оказывают на нервную систему успокаивающее, угнетающее воздействие. К ним можно отнести амитал-натрий или пентотал-натрий. В таком состоянии, теоретически, сознательный контроль за своими действиями резко снижается, и человек может проговориться о чем угодно.

Впервые подобный эффект в 1913 году описал американский акушер Роберт Хаус (Robert House). По его свидетельству, роженицы, находившиеся под действием популярного тогда в таких случаях анестетика скополамина, нередко «автоматически» сообщали окружающим самую различную информацию.

^©iStock

Именно доктор Хаус предложил использовать скополамин в юриспруденции − правда, стоял он не на стороне следствия, а на стороне обвиняемых. Хаус предлагал, чтобы вещество нашло применение не на допросах, а на суде, где позволило бы людям давать подлинно искренние признания в собственной невиновности: ведь под действием скополамина − считал доктор − невозможно лгать.

Однако применено вещество было, в конце концов, именно для допросов. На протяжении 1920-1930-х годов, в разгар великих сражений, которые вели американские власти с коррупцией и организованной преступностью, использование скополамина на допросах несколько раз санкционировалось судом.

Наиболее частое применение такие препараты нашли... в художественной литературе. «Сыворотку правды» используют полицейские прошлого и инопланетяне будущего − вспомним хотя бы культовый роман Филипа Дика «Вспомнить всё»: «Этот человек гипнотизировал его. Минуты летели, и с каждой из них сокращалось расстояние между ампулами с наркотиком правды и Амелией Уильямс...» Страшно? Но не надо бояться − это просто фантастика.

Новые области использования вещество нашло в годы Второй мировой войны: оно оказалось эффективным внутривенным анестетиком, особенно удобным для лечения раненых, из-за травмы страдавших от временной афазии, неспособности к воспроизводству или восприятию речи. Под действием скополамина они, по крайней мере, могли описать, что с ними случилось, и «где болит». Параллельно ему использовались также амитал-натрий и пентотал-натрий.

Так или иначе, война закончилась, амитал-натрий и пентотал-натрий в хирургии сменили более эффективные препараты. Сами же они нашли редкое применение в психиатрических клиниках, где давали некоторым пациентам возможность выговориться и откровенно высказаться о своих переживаниях и ощущениях.

Однако многие бывшие военные оказались полицейскими, а военные врачи − их консультантами, и именно они, как считается, посоветовали использовать те же препараты следователям при допросах. Параллельно начались исследования реальной эффективности подобного метода.

^{«Сыворотка правды» бала также задействована в фильме о юном волшебнике}

^{©Tumblr/ Pottergaga}

Стоит сказать, что действенность использования «сыворотки правды» ставилась под сомнения с самого начала. Несмотря на понятный энтузиазм полицейских, медики замечали, что откровенность полученных в таких обстоятельствах немногого стоит: помимо реальных событий, человек может «вспомнить» и собственные фантазии.

Многие из них отмечали, что после подобной инъекции подопытные демонстрируют исключительную эмоциональную чувствительность и внушаемость. Они легко способны уловить намеки, которые бессознательно дает допрашивающий − и с готовностью следуют за этими подсказками. Даже в США, где допрос с помощью полиграфа имеет юридическую силу, «сыворотка правды» так и не нашла поддержки на государственном уровне.

«Детектор лжи» или полиграф позволяет вести непрерывный и одновременный мониторинг параметров дыхания, активности сердечно-сосудистой системы, электрического сопротивления кожи и других физиологических показателей. Считается, что осознанная ложь меняет их − и может быть зарегистрирована.

Однако результаты такого исследования могут искажаться очень заметно, в зависимости от конкретных обстоятельств, личности и настроения допрашиваемого, образования и даже предубеждения самого полиграфолога. Поэтому, вопреки распространенному мнению, даже в США использование данных полиграфа в качестве доказательств не принимается подавляющим большинством судов.

По некоторым сообщениям, разработка аналогичных средств велась (разумеется, в полном секрете) и в СССР, где были получены − и, говорят, использовались такие спецпрепараты с кодом СП-26, СП-36, СП-108, СП-117 и т.д. Однако никаких точных сведений на этот счет не имеется.

Что до обычного амитал-натрия, то об использовании его на допросах еще в 1970-х писали советские диссиденты Владимир Буковский и Семен Глузман. «Через короткое время (секунды) после введения у испытуемого наступает непродолжительное состояние опьянения, сходного с алкогольным, затем переходящее в глубокий сон», − рассказывали они, однако тут же добавляли: «Компетентно заявляем: метод малоэффективен, не бойтесь его, контролируйте свое состояние (это возможно), и эффект «развязывания» вашего языка не удастся».

^{В СССР также велись разработки по созданию «Сыворотки правды»}

^{©Shutterstock}

Судя по всему, главную пользу «сыворотки правды» до сих пор приносят не полицейским и спецслужбам, а кинематографистам. Агент Смит из «Матрицы» использует такой препарат, чтобы Морфеус выдал ему секретные коды доступа. Билл из «Убить Билла» действует собственного приготовления средством «Неоспоримая истина», чтобы добиться откровенности от Невесты. Что до секретных сфер применения − либо, они остаются выдумкой, либо по-настоящему секретны. В конце концов, вполне эффективным средством развязать язык остается обычный алкоголь – или, увы, не менее обычные для некоторых спецслужб пытки.

Ученые воспроизвели процесс появления "кирпичиков" жизни в космосе

Российские и итальянские ученые смогли в эксперименте воспроизвести химические процессы, которые приводят к появлению на астероидах предбиологических соединений — жирных и нуклеиновых кислот, приблизившись еще на шаг к разгадке тайны происхождения жизни.

«Все это происходит в одной пробирке, в одной гигантской пробирке космоса, в среде под воздействием сильного излучения», — сказал профессор Эрнесто Ди Мауро из римского университета Сапиенца на пресс-конференции в посольстве Италии в Москве.

Он и группа российских ученых под руководством академика Евгения Красавина, директора лаборатории радиационной биологии Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), с 2011 года занималась проблемой возможного появления «кирпичиков жизни» в космосе.

Ди Мауро напомнил, что в межзвездном пространстве ранее было обнаружено около 80 органических молекул, из них наиболее распространенные — молекулы цианистоводородной кислоты (HCN). При контакте с водой из нее образуется формамид, который встречается в космической пыли, в хвостах комет. Из этого вещества, в свою очередь, могут возникать нуклеиновые кислоты, жирные кислоты, из которых возникают мембраны клеток.

Ученые воспроизвели в эксперименте космические условия — они брали образцы метеоритов и подвергали их воздействию частицы и атомные ядера на ускорителях ОИЯИ, воспроизводя космические излучения — галактические космические лучи.

«Проводилось облучение взвеси метеоритной пыли в формамиде, а затем исследовалось, что возникает. Облучение только формамида рождает некоторые продукты, но при облучении протонами с веществом метеоритов мы получает здесь абсолютно все — РНК, различные сахара», — сказал Красавин.

«Здесь есть все элементы, чтобы сконструировать информационные макромолекулы и для начальных этапов того, что обеспечивает обмен веществ», — добавил академик. Ди Мауро отметил также, что полученные ими результаты могут быть полезны при синтезе некоторых соединений в промышленности.

Ученые планируют в ближайшее время провести эксперимент, в рамках которого образцы будут изолированы от магнитного поля Земли, «чтобы полностью воспроизвести условия межзвездного пространства», добавил Красавин.

Разработан недорогой самовосстанавливающийся пластик (видео)

Простым смешиванием уже имеющихся в открытой продаже компонентов американские химики научились получать материал с довольно необычными способностями.

В Иллинойсском университете (США) на базе широко распространённых компонентов создан новый самовосстанавливающийся эластичный полимерный материал высокой эффективности. В отличие от множества аналогов, новый материал, разработанный группой Цзяньцзюнь Чэна (Jianjun Cheng), не требует катализаторов, функционирует при низкой температуре, а кроме того, способен к многократному самовосстановлению.

Два сложенных вместе куска полимера срастаются вновь при обычной температуре. (Фото Anne Lukeman.)

Как подчёркивают авторы, продукт особенно пригодится для заполнения внутренних трещин в ответственных конструкциях, где сможет предупредить дальнейшее разрушение.

В основе материала — полимочевина, массовый и сравнительно недорогой продукт, используемый в производстве множества пластиков.

По сути, и итоговый пластик весьма близок к уже существующим: исследователи лишь удлиняют молекулярные цепочки в нём, за счёт чего они могут растягиваться значительно сильнее, чем раньше. Кстати, и добавки, обеспечивающие такие качества, тоже производятся, поэтому для получения новинки надо лишь «смешать отдельно продающиеся компоненты». И никакого «использования дорогостоящего оборудования».

При разрезании, просто сложив два куска пластика вместе и оставив их при комнатной температуре на сутки, вы получите соединение той же прочности, что и прежде. Причём если его растянуть до полного разрыва, граница последнего пройдёт в новом месте, а не в точке восстановления. А чуть нагрев кусок пластика — скажем, приложив к нему палец, скорость сращивания можно значительно поднять. Даже одноминутный подогрев такого рода почти полностью восстановит разрез:

Что дальше? Учёные хотят создать на той же основе покрытия и краски, которые могли бы удаляться при небольшом нагреве или просто с течением времени. Это пригодится там, где требуется нанесение временных защитных покрытий.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.

Подготовлено по материалам Иллинойсского университета.
Александр Березин

Почему существует жизнь?

Ну как же, суп, молния, Опарин (random name), миллиарды лет бросания аминокислотных костей — вот и всё... В общем, жизнь удивительна: одно её возникновение изумляет, благо для появления генетического кода вашего, читатель, уровня сложности, по иным расчётам, нужен едва ли не десяток миллиардов лет, а это дольше, чем жизнь Земли. То есть нам крупно повезло. Но есть и альтернативная точка зрения.

Скажем, для физика Джереми Ингленда (Jeremy England) из Массачусетского технологического института (США) возникновение жизни «столь же предсказуемо, как тенденция камня к падению вниз».

Джереми Ингленд. (Фото Katherine Taylor.)

Давайте подумаем, предлагает учёный, чтó с физической точки зрения отличает неживые углеродосодержащие молекулы от живых: вторые лучше справляются с поглощением энергии из окружающей их среды и её рассеиванием в виде тепла. Заметим, что, по всей видимости, с такими задачами иногда может справиться и сажа, однако эффективность жизни в данном направлении всё же действительно высока.

Попробовав представить отличия живого от неживого в формулах, г-н Ингленд пришёл к выводу, что группа атомов, на которую действуют сторонние источники энергии (солнечные лучи, наличие химического топлива) и которая окружена тепловой баней (океан, атмосфера), часто будет постепенно реструктурировать себя, с тем чтобы рассеивать всё больше и больше энергии. Таким образом, при определённых условиях материя непременно приобретёт ключевые физические атрибуты, ассоциирующиеся с жизнью.

Если совсем заострить, что Джереми и делает, то получается следующее: «Вы начинаете со случайным комком атомов, на который светите довольно долгое время, и не стоит слишком удивляться, если он внезапно станет растением».

Легко понять, что часть коллег г-на Ингленда отнеслась к его работе как к весьма неопределённой, другая — как к прорывной, а некоторые считают, что ей присущи обе эти черты. Так, Евгений Шахнович из Гарвардского университета (США) полагает её глубоко спекулятивной, по крайней мере на сегодняшнем этапе. Да, формула, описывающая поведение материи в некоторых условиях, работает. Но является ли такое стремление атомов лучше рассеивать энергию гарантией развития процесса, ведущего к зарождению жизни?..

Идея Джереми Ингленда в основе своей проста: второй закон термодинамики, энтропия со временем растёт, горячее остывает, яйца проклёвываются, но наоборот не бывает, и так далее. Пока энергия распределена в системе неравномерно, согласно теории вероятностей, путей для дальнейшего рассеивания у неё больше, чем для концентрации. И хотя в теории остывающий кофе может с некоторой вероятностью спонтанно вновь нагреться, на деле это столь невозможно, что ничего подобного и не случается.

Хотя энтропия всегда должна возрастать со временем, чётко это можно видеть в основном в закрытых системах, благо в их открытых аналогах энергия может оставаться распределённой между атомами неравномерно за счёт канализирования энтропии вовне, в пространство, окружающее открытую систему.

В 1944 году Эрвин Шрёдингер («Что есть жизнь?») заявил: это именно то, что делают живые существа, чтобы поддержать своё существование. Во время фотосинтеза энтропия во Вселенной в целом растёт, а вот растение предохраняет себя от распада, поддерживая упорядоченную внутреннюю структуру. Из «всему миру ли провалиться, мне ли чаю не пить» оно выбирает первое.

Однако во времена Шрёдингера уравнения термодинамики решались только для закрытых систем, находящихся к тому же в состоянии термодинамического равновесия. Излишне говорить, что жизнь возникла вовсе не в них.

В 1960-х Илья Пригожин до некоторой степени преуспел в предсказании поведения открытых систем, в слабой степени управляемых внешними энергетическими источниками (Нобелевская премия 1977 года). Увы, жизнь возникла там, где до термодинамического равновесия было далеко, а воздействие внешних энергетических источников — исключительно сильно, предсказания же в такой среде мы делать всё ещё не умели.

В 1990-е благодаря американцам Крису Жарзински (Chris Jarzynski) и Гэвину Круксу (Gavin Crooks) всё изменилось. Было показано, что энтропия термодинамического процесса (остывание кофе) соответствует простому соотношению: вероятность того, что атомы пройдут через этот процесс, делённая на вероятность того, что они пойдут в противоположном направлении (что чашка, напротив, случайно нагреется). По мере возрастания продуцирования энтропии это соотношение растёт: поведение системы становится всё более «необратимым», а вероятность самозакипания кофе в чашке неумолимо падает.

По идее, такому видению всё равно, насколько далека от термодинамического равновесия среда, в которой протекает процесс.

Собственно, Джереми Ингленд лишь добавил в этот подход сильное влияние внешнего источника (электромагнитные волны) и способность отдавать тепло вовне — качества, присущие тому классу систем, в который входят и живые организмы, и неживые материалы, встречающиеся на поверхности Земли.

Моделирование Ингленда показывает, что в вязкой жидкости те частицы, что колеблются под действием внешней силы, со временем (сверху вниз) образуют между собой больше связей. (Иллюстрация Jeremy England.)

Неживые частицы склонны рассеивать больше энергии, когда они находятся в резонансе с внешним источником энергии или двигаются в направлении, в котором их толкает внешняя сила. В конечном счёте они больше «склонны» двигаться в этом направлении, чем в любом другом. «Группы атомов, окруженные тепловой баней определённой температуры, как и в случае атмосферы или океана, со временем будут переупорядочивать себя так, чтобы всё лучше "резонировать" с источником механической, электромагнитной или химической работы в своём окружении», — поясняет г-н Ингленд.

Самовоспроизведение — процесс, который принёс на Землю всю населяющую её сегодня жизнь, — один из таких механизмов, посредством которого система может рассеивать возрастающее количество энергии с течением времени. «Отличный способ рассеивания энергии — это производство большого числа копий себя самого», — говорит учёный.

В сентябрьском (2013) номере Journal of Chemical Physics исследователь показал, что теоретический минимум рассеивания, происходящего при самовоспроизведении молекул РНК и бактерий, очень близок к реальным количествам, которые эти системы рассеивают при воспроизводстве. При этом именно РНК (по всей видимости — предшественник ДНК-жизни) является особенно «дешёвым» в энергетическом смысле строительным материалом, что и предопределило её «победу».

Джереми подчёркивает: некоторые явления неживой природы могут быть обусловлены тем же процессом адаптации материи по линии максимального рассеивания энергии. «Многие примеры могут быть прямо у нас под носом, но из-за того, что мы не искали их, мы их и не видим», — считает физик.

Кстати, недавно появились работы, согласно которым вихри в турбулентных жидкостях воспроизводят себя спонтанно, заимствуя энергию у сдвига слоёв окружающей их среды. В другом случае опыты со скоплениями микросфер показывают их склонность рассеивать энергию, связывая близкие сферы в такие же кластеры (самовоспроизводство). Сам учёный считает, что снежинки, дюны, вихри имеют много общего в том смысле, что все они обладают повторяющейся структурой, которая возникает в многосоставных системах, приводимых в движение процессом рассеивания энергии. В случае с опытами над бактериями не следует также забывать, что «бывают и просто мутации», причём способные влиять сразу на много факторов, и не всегда надо торопиться с определением ведущего.

Проверить все эти идеи не так-то просто: процесс возникновения жизни из кучи атомов не должен быть быстрым. С другой стороны, частично концепцию всё-таки можно испытать — соотнеся эффективности рассеивания энергии мутантными линиями живых клеток со скоростью их размножения. Если они и впрямь коррелируются, г-н Ингленд получит как минимум косвенное доказательство своей правоты. В то же время и здесь нужна осторожность: когда вам жарко, вы начинаете обмахиваться газеткой, но это можно трактовать не только как простое стремление кучи атомов в лице Пети Иванова усилить рассевание энергии в окружающем пространстве.

Если эта точка зрения подтвердится, многие мучительные вопросы вроде «зачем организму X нужна черта Y» перестанут быть таковыми: общие закономерности по росту эффективности рассеивания энергии способны объяснить ряд черт тех или иных организмов без их притягивания за уши к часто сомнительному статусу эволюционного преимущества.

Отчёт об исследовании опубликован в издании Journal of Chemical Physics.

Подготовлено по материалам Quanta Magazine. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Александр Березин

Ну, и в тему мнение Брайна Кокса в фильме ВВС "Что есть жизнь?" http://donmigel-62.livejournal.com/17768.html

Для эффективности не всегда нужен порядок

Более эффективные литий-ионные аккумуляторы, которые могут запасать большее количество энергии, могут быть получены за счет введения дополнительного беспорядка в их электроды – это наблюдение противоречит ранее высказывавшимся предположениям о способах увеличения их эффективности. Открытие того, что для получения электродов в аккумуляторах вовсе нет необходимости в получении высокоупорядоченных кристаллических структурах, может значительно увеличить число кандидатов для изготовления аккумуляторов нового типа.

Литий-ионные аккумуляторы могут запасать больше энергии на единицу массы по сравнению, например, с никель-кадмиевыми.

Это обстоятельство позволяет как уменьшать размер портативных электронных устройств, так и увеличивать время между перезарядками источников питания. Тем не менее, для ряда применений, требующих больших затрат энергии (например для того, чтобы электромобиль мог проехать на одной зарядке большее расстояние), требуется еще большая плотность энергии аккумулятора.

Рис. 1. Ранее предполагалось, что упорядоченные
материалы со слоистой структурой позволяют ионам
лития перемещаться быстрее, чем в разупорядоченных
материалах. (Рисунок из Science, 2014, DOI:
10.1126/science.1246432).

При разряде литий-ионного аккумулятора ионы лития перемещаются к катоду, в процессе зарядки они возвращаются к аноду. Таким образом, увеличение емкости аккумулятора, в том числе, требует и того, чтобы электроды могли более эффективно поглощать и высвобождать катионы лития.

Традиционно материал катода изготавливают из имеющих слоистое состояние оксидных материалов, в которых ионы лития и ионы переходных металлов располагаются в раздельных, четко сформированных плоскостях.

Предполагалось, что такая упорядоченность необходима для увеличения эффективности работы электрода, так как дефекты в слоях могут вызывать сжатие оксидных структур и затруднять как поглощение, так и испускание ионов лития.

Рис. 2. Разупорядоченные структуры также
позволяют ионам лития входить в электрод и
покидать материал электрода благодаря тонким
слоям ионов в структуре. (Рисунок из Science, 2014,
DOI: 10.1126/science.1246432).

Гербранд Седер (Gerbrand Ceder) с коллегами из Массачусетского Технологического Института и Национальной Лаборатории Брукхевен решили выяснить, будет ли являться хорошим катодным материалом Li_1.211Mo_0.467Cr_0.3O₂.

Этот материал отличается слоистым строением, однако через несколько циклов зарядка/разрядка некоторое количество катионов лития случайным образом меняются местами с ионами переходных металлов, что приводит к «катодному разупорядочиванию».

Теоретически, этот процесс должен был мешать ионам лития входить в структуру электрода и покидать ее, что, в свою очередь, должно было бы привести к прекращению работы катода, однако было обнаружено, что емкость материала и его энергетические характеристики оставались неизменными даже при его существенной деградации.

Для объяснения наблюдаемого явления исследователи решили провести моделирование электронной структуры. Было обнаружено, что

рандомизация положения катионов не ингибирует скорость диффузии ионов лития, как предполагалось до настоящего времени.

Вместо этого, если в материале присутствует достаточное количество лития, между центральной и внешней областью электрода формируются тонкие слои ионов лития, позволяющие литию попадать в электрод и исходить из него. Как отмечает Седер,

главным результатом работы можно считать не столько обнаружение нового катодного материала, сколько новое направление в поисках материалов для изготовления катодов.

Специалист по материаловедению Йи Куй (Yi Cui) из Стэнфорда отмечает, что

новая работа представляет собой хороший пример изучения материала, свойства которого не позволяли ожидать от него большого значения катодной емкости.

Он добавляет, что катод всегда являлся элементом, в наибольшей степени определяющим энергетическую плотность литий-ионных аккумуляторов, а результаты работы предлагают новое направление для поиска материалов, способных выступить в роли катода.

chemport.ru

Ученым удалось нагреть воду до 600 градусов Цельсия за одну триллионную долю секунды

Ученые-физики из германской исследовательской организации Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) добились успеха в том, чтобы нагреть крошечное количество воды до температуры в 600 градусов Цельсия за одну триллионную долю секунды. И хотя такая технология работает с крошечным количеством воды, с миллионной долей литра, это является случаем самой быстрой на сегодняшний день передачей энергии воде. Следует отметить, что этот эксперимент проводился учеными не ради достижения какого-нибудь гипотетического рекорда, в течение короткого промежутка времени, в течение которого происходил нагрев воды, ученые изучали некоторые особенные химические реакции, которые протекают лишь в условиях высокой температуры.

Столь быстрого нагрева воды за столь короткий промежуток времени ученые добились с помощью интенсивных импульсов терагерцового излучения, электромагнитных волн, частота которых лежит в промежутке межу микроволновым излучением и диапазоном инфракрасного света. Но главным фокусом данного эксперимента являлось то, что вода, нагретая до 600 градусов, в течение одной миллисекунды времени сохраняла свою оригинальную плотность, прежде чем взорваться крошечным облачком пара. Именно в этом момент времени ученые производили запись всех без исключения химических реакций, которые происходят лишь при высокой температуре и при нормальном значении плотности воды.

Этот метод, разработанный тремя учеными из DESY, еще не был проверен до конца экспериментальным путем, что будет сделано немного позже. Но и без этого ясно, что с помощью такого метода физики смогут отследить процессы разрыва молекул определенных веществ под влиянием высокой температуры и процессы их повторного объединения, в результате которых образуются отличные от исходных химические соединения.

Для того, чтобы произвести запись хода химических превращений исследователи нуждаются в источнике сверхкоротких импульсов рентгеновского излучения. Этим источником вскоре станет рентгеновский лазер на свободных электронах European X-ray Free-Electron Laser, сооружение которого ведется сейчас в Гамбурге, Германия. И его сооружение будет закончено к 2015 году, после чего ученые вплотную приступят к изучению высокотемпературных химических реакций.

http://www.popsci.com/article/technology/heating-water-600-degrees-celsius-one-trillionth-second

Новая химическая теория возникновения РНК

Химики из Технологического института Джорджии нашли еще один механизм, посредством которого молекулы на древней Земле могли самостоятельно «склеиваться» в структуры, давшие начало РНК.

«Мы продемонстрировали реакцию, игравшую важную роль в формировании древнейших РНК-подобных молекул», – рассказывает профессор биохимии Николас Хад (Nicholas Hud).

РНК отлично выполняет свои функции в живых организмах, но с точки зрения химии ее получить чрезвычайно сложно. Это заставляет предположить, что РНК выработалась из более примитивных химических соединений. Далее, когда жизнь стала более сложной, появились ферменты, давлении эволюции заставило пра-РНК превратиться в сложную современную РНК.

РНК состоит из трех химических элементов – сахара рибозы, азотистого основания и фосфатной группы. Каждое звено в цепи РНК (нуклеотид) состоит из этих трех элементов и соединяется с другим звеном, образуя РНК-полимер. Одна из нерешенных проблем биогенеза, по словам Хада, – как выстроились связи между основаниями и рибозой.

Ученый и его коллеги изучили основания, которые химически близки основаниям современной РНК, и при этом способны спонтанно связываться с рибозой и собираться в одно целое с другими основаниями – благодаря тем же взаимодействиям, что позволяют ДНК и РНК хранить информацию.

И остановили свой выбор на молекуле триаминопиримидина (ТАП).

Они смешали ТАП с рибозой, в условиях, воссоздающих высыхающие озерца ранней Земли. И молекула вступила в активную реакцию – до 80% ТАП преобразовалось в нуклеозиды (остаток азотистого основания плюс углевод, входит в состав нуклеотидов). Предыдущие попытки создать нуклеозиды (на основе других соединений) или оказывались неуспешными, или давали крайне низкую продуктивность реакции.

Чтобы продемонстрировать возможность полимеризации РНК-подобных молекул, Хад и его коллеги добавили в свою реагирующую смесь еще одно соединение – циануровую кислоту (на фото). И в ней сразу же образовались нековалентные полимеры с тысячами спаренных нуклеозидов!

«Просто потрясающе, как нуклеозиды и основания "собираются» самостоятельно. Ведь на современной Земле, для сбора «кирпичиков» РНК и упорядочивания их в пространстве (основное условие полимеризации) необходимы сложные ферменты", – рассказывает соавтор исследования аспирант Брайан Кэфферти (Brian Cafferty).

Триаминопиримидин – интересный кандидат на роль «предка» современных молекул РНК, но, безусловно, не единственный, замечает Хад. Сейчас ученый планирует исследовать происхождение фосфатного «позвоночника» РНК.

«Мы хотим обнаружить простые и устойчивые химические процессы, объясняющие происхождение РНК или ее предшественницы», – заявил профессор.

Исследование представлено в журнале Journal of the American Chemical Society.

Таблетка соли может стать началом революции в химии

Ученые смогли перевести обычную поваренную соль в «запрещенную» форму, которая не должна существовать согласно законам современной химии. Ученые говорят, что это лишь начало революции, которая обещает множество новых материалов с невероятными свойствами.

Эксперименты по применению высокого давления к обычным веществам, в частности поваренной соли, неожиданно дали новые химические соединения, которые не должны существовать в соответствии с правилами из современных учебников химии. Исследование, проведенное на источнике рентгеновского излучения PETRA III немецкого синхротрона DESY, может открыть дорогу к более универсальному пониманию химии и созданию новых материалов и направлений в науке.

Международная исследовательская группа под руководством профессора Артема Оганова из Университета Стоуни Брук (государственный университет Нью-Йорк) и профессора Александра Гончарова из Института Карнеги опубликовала в издании Science статью о своем открытии в области химии. Ученые работали с поваренной солью (NaCl), которая является одним из наиболее изученных химических соединений. Соль имеет кристаллическую структуру и ее химический состав очень прост: один атом натрия (Na) и один атом хлора (Cl).

Локализация электронов в кубической структуре нового соединения NaCl₃

Однако, эксперименты показали, что простота соли наблюдается лишь при обычных условиях окружающей среды, а в услояиях экстремальных могут появляться другие соединения натрия и хлора, которые «запрещены» классическими правилами химии. Например в соответствии с правилом октета, все химические элементы стремятся заполнить их внешнюю оболочку восемью электронами, так как валентная оболочка элемента полна и наиболее устойчива, если содержит 8 электронов. В частности эта устойчивость объясняет низкую химическую активность благородных газов. Натрий имеет один дополнительный электрон, а хлору наоборот – одного не хватает, поэтому натрий отдает один электрон хлору, в результате чего оба атома с внешней оболочкой, содержащей восемь электронов, формируют сильную ионную связь. Проще говоря, в обычных условиях поваренная соль выполняет правило октета и соответствует всем правилам классической химии.

Однако, когда ученые поместили кристаллы соли в зону высокого давления (200 000 атмосфер), а затем добавили дополнительные хлор или натрий, появились «невозможные» соединения, как Na₃Cl и NaCl₃. Более того, удалось найти и другие устойчивые соединения натрия и хлора, которые считались невозможными, поскольку требуют совершенно иной формы химической связи - с более высокой энергией, а природа всегда «предпочитает» связи низкоэнергетические.

Тем не менее, ученые создали данные соединения, причем они термодинамически стабильны, то есть при высоком давлении сохраняют свои свойства долгое время, а при обычном давлении – несколько минут. Это дает более широкий взгляд на химию, более того - Артем Оганов уверен, что это начало революции в химии.

«Мы обнаружили, что при давлениях, достижимых в лаборатории, получаются новые стабильные соединения, которые противоречат классическим правилам химии, - говорит Артем Оганов. - Если применить относительно небольшое давление в 200 тыс. атмосфер (давление в центре Земли составляет 3,6 млн. атмосфер), многое из того, что мы знаем из учебников химии перестает работать».

Одной из причин таких неожиданных открытий является тот факт, что вся современная химия тесно связана с условиями окружающей среды. Но на поверхности Земли эти условия совсем не такие, как в разных уголках Вселенной. Даже под землей, на большой глубине, условия совершенно другие и там, возможно, могут работать совершенно другие законы химии. Правила химии не такие строгие, как математические теоремы, и могут быть нарушены – достаточно найти условия, пускай и фантастические, кажущиеся невозможными.

На практике это означает, что возможно создание материалов с необычными свойствами, которые кажутся на первый взгляд абсурдными. Например среди созданных командой Артема Оганова соединений есть двумерные металлы, которые проводят электричество лишь вдоль слоев материала, но не поперек. Один из материалов, Na₃Cl, имеет удивительную структуру. Он состоит из слоев NaCl и слоев чистого натрия, при этом слои NaCl выступают в качестве изоляторов, а слои чистого натрия проводят ток. Системы с подобной двумерной электропроводностью имеют большой потенциал в микроэлектронике.

Эксперименты с поваренной солью – это лишь начало длинного пути, на котором будет создано множество совершенно новых соединений. «Если даже простое химическое соединение, соль, способно превратиться в такие разнообразные вещества в условиях высокого давления, то и другие, вероятно, также на это способны, - объясняет Александр Гончаров. - Это может помочь ответить на многие важные вопросы, например, о начале развития планетарных ядер, а также поможет создать новые очень полезные материалы».

donmigel_62