«Смирнов С. Г. С50 Лекции по истории науки: пособие для курсов повышения квалификации и переподготовки учителей математики. М.: МИОО, 2006. 196 с.: ил. ISBN ...»

Оказалось, что да реально, если масса звезды больше примерно трёх солнечных масс. Этот факт установил в 1931 году индиец Субрахмань н Чндрасекр (1910–1995). Прошло полвека, прежде чем он получил за это предсказание Нобелевскую премию (1983)! Дело в том, что обнаружить в Космосе Чёрную Дыру очень трудно хотя в центре каждой большой галактики (включая наш звёздный остров) присутствует Чёрная Дыра огромной массы, пожирающая окрестные звёзды. Первые объекты такого рода (Квазары) были замечены в 1960-е годы по огромному красному смещению в их спектрах. При том, они мигают довольно часто с интервалом в дни или часы. Как это можно объяснить? Период миганий соответствует световому радиусу самого объекта: он одного размера с нашей Солнечной системой.

Но яркость квазара соответствует яркости целой галактики, наблюдаемой с того расстояния, которое рассчитываемо по красному смещению квазара.

Астрофизики предложили такую модель квазара: вращаясь, он втягивает в себя окрестные звёзды и туманности со стороны своего экватора, но излучает полученную энергию из своих полюсов! Как будто Лазер огромной мощности, но излучающий все длины волн, заряжаемый путём гравитации... Понятно, отчего мы видим во Вселенной так мало квазаров и все они далеки от нас. Близкий квазар сожжёт любую галактику, которая окажется напротив его полюсов!

Но что происходит с обычной звездой, прежде чем она схлопнется в Чёрную Дыру небольшого размера? (Для нашего Солнца гравитационный радиус равен примерно 3 км, а для Земли 1 см.) Тот же Чандрасекар рассчитал, что полное выгорание водорода в гелий уменьшает массу звезды менее, чем на 1%. После этого световое давление изнутри слабеет и звезда сжимается до своего предела. Сперва деформируются электронные оболочки: размеры атомов уменьшаются, плотность вещества резко возрастает, и звезда становится белым карликом, который постепенно остывает.

Дальше пуще: если масса звезды больше солнечной в полтора раза, то электроны вдавливаются вглубь ядер атомов; они сливаются с протонами, образуя нейтроны. Получается Нейтронная Звезда: она, по сути, являет собою огромное Ядро Атома, с колоссальным перевесом нейтронов над протонами. Как можно заметить эти чудища на небе?

Их заметили в 1967 году, и назвали Пульсарами за очень быстрые (короче одной секунды) и очень регулярные колебания их яркости.

Отбросив гипотезу о сигналах внеземного Разума, пульсары вскоре опознали как вращающиеся Нейтронные звёзды с неровной поверхностью. Минимальные землетрясения на поверхности такой звезды вызывают мощное излучение фотонов по всей длине спектра: мы слышим грохот этих обвалов в диапазоне от радио до гамма-лучей.

А как выглядит Нейтронная звезда в момент своего рождения?

Это Сверхновая звезда! При схлопывании выгоревшей звезды в нейтронный огарок, момент её импульса сохраняется. Оттого сердцевина нейтронной звезды приобретает быстрое вращение (пульсар часто мигает) зато внешняя оболочка звезды слетает с неё наружу, колоссально разогреваясь при этом. В оболочке Сверхновой идут такие реакции, какие невозможны для обычных звёзд. Ядра атомов сливаются, порождая всё богатство таблицы Менделеева до трансурановых элементов (например, калифорния). Его сперва обнаружили в спектрах термоядерных взрывов на Земле (1954); скоро те же линии были замечены в спектрах Сверхновых звёзд.

Если масса звезды недостаточна для рождения Сверхновой, то получается просто Новая звезда: красный гигант, внутри которого прячется белый карлик. Вот откуда взялись те звёзды, которые не укладываются на главную диагональ диаграммы Герцшпрунга-Рассела! В них топливом служит уже не водород, а гелий он перегорает в литий, углерод, кальций и другие элементы вплоть до железа. Так шёл в древних массивных звёздах синтез тяжёлых элементов, которые обогатили собою космическую пыль и потом вошли в состав звёзд следующего поколения (вроде нашего Солнца) и их планет. Без этой тяжёлой пыли Жизнь на Земле, вероятно, не возникла бы...

Кстати: именно расчёты водородных бомб в 1950-е годы позволили опровергнуть гипотезу Герцшпрунга о сползании звёзд вдоль главной диагонали на известной диаграмме. Наоборот: звёзды движутся поперёк этой диагонали! Но на ней они задерживаются надолго на десятки миллионов и миллиардов лет, в зависимости от массы звезды.

Лишь когда почти весь водород выгорел (превратился в гелий), звезда начинает гулять по диаграмме Герцшпрунга, превращаясь в белого карлика, нейтронный пульсар или небольшую Чёрную Дыру. В мире звёзд (как и в Биосфере) наблюдатель замечает, в основном, стабильные состояния объектов и устойчивые процессы. Неустойчивую Эволюцию в Природе нужно долго искать или провоцировать своими усилиями.

Глава 38. Возрождение Генетики Переоткрыватель законов Менделя голландец Хуго де Фриз (1848–1935) смолоду поверил в теорию Дарвина, и потому старался уловить образование новых видов везде, где возможно. В 1886 году ему повезло:

де Фриз заметил появление островков новой окраски среди американских примул и выяснил, что новая окраска передаётся к потомкам. Так была замечена первая природная мутация. Пытаясь навести арифметический порядок в наследовании мутаций, де Фриз переоткрыл в году правила Менделя и догадался, как их можно объяснить. Загадочное вещество Наследственности, скрытое где-то в глубине живой клетки, имеет дискретную структуру! Один ген ответствен за белый цвет цветка, другой за красный цвет, и второй почему-то сильнее первого... Но окраска зёрен задана совсем другим геном: эти гены не взаимодействуют между собой в ходе наследования признаков.

Чтобы постичь более сложные тайны наследственности, нужно было найти более удобный объект изучения, чем горох или фиалки. Его нашёл в 1907 году американец Томас Морган (1866–1945) в лице мелкой плодовой мушки Дрозофилы. В клетках её слюнных желёз видны очень крупные хромосомы: их легко увидеть даже в лупу, так что можно связать изменения внешнего вида хромосом (генные вариации) с изменениями внешности самого насекомого вариациями Фенотипа. С по 1926 год Морган и его ученики вели наблюдения над наследственностью Дрозофилы благо, она оказалась столь же многогранной и неустойчивой, как наследственность собак. Моргану удалось различить сотни вариаций во внешности дрозофил и составить Атлас расположения соответствующих генов в хромосомах плодовой мушки.

Тут же встал вопрос о Мутагенных Факторах: какими воздействиями можно увеличить либо уменьшить частоту мутаций у дрозофил?

Первый такой фактор открыл в 1937 году ботаник Артур Блэксли. Оказалось, что растительный алкалоид Колхицин предотвращает разделение клетки после того, как её хромосомы раздвоились на пути обычного деления. Так возникают полиплоидные виды растений например, культурная гречиха и свёкла произошли таким путём.

Совсем иным мутагеном служит рентгеновское излучение, как обнаружил в 1926 году американец Герман Мюллер. Оно повреждает хромосомы беспорядочно, порождая множество уродов. Изучение и классификация уродов оказались важным методом картирования генома многих растений и животных. Конечно, генетикам хотелось бы получить более тонкие инструменты Генной Хирургии или Инженерии.

Но такие инструменты появились лишь после выяснения химической природы наследственного вещества клеток. Ясность наступила в 1950е годы, когда многочисленное поколение физиков и химиков, усталых от военных исследований, переселилось в биологию со своими привычными (очень мощными) методами исследования молекул и кристаллов.

Только в 1944 году американец Теодор Эйвери установил в эксперименте, что носителем генетической информации служит Нуклеиновая Кислота тогда как белк составляют лишь оболочку хромосом.

После этого открытия началась большая работа по выяснению химической и геометрической структуры ДНК. К счастью, эта кислота и её соли успешно кристаллизуются: это указывает на правильную, периодическую структуру молекул. Анализ строения кристаллов издавна с 1920-х годов вёлся путём рентгенографии. Один из открывателей этого метода старый Лоуренс Брэгг в 1950-е годы руководил лабораторией Кевендиша в Кембридже (где раньше командовал Резерфорд).

Не удивительно, что здесь собралась замечательная команда биохимиков и кристаллографов.

Химики Макс Перутц и Джон Кендрью (они расшифровали химическое строение Гемоглобина и других белков); физик Френсис Крик (1916–2004), химик Джон Донохью и биолог Джемс Уотсон (эти двое американцы). Вся эта бригада заочно соперничала с великим биохимиком Лайнусом Полингом (1900–1993) из Калифорнии, автором первого учебника Квантовой Химии. Американец-одиночка первым открыл спиральное строение белка Коллагена, из которого состоят волосы и ногти;

но потом его прогресс замедлился. Между тем в Лондоне физик Морис Уилкинс (1916–2004) и кристаллограф Розалинда Франклин (1920– 1956) получали рентгенограммы ДНК высшего качества.

Как только их снимки попали в руки Крика и Уотсона, те стали подбирать возможные химические структуры, совместимые с этими рентгенограммами. К счастью, строение элементарных блоков НК (пуринов, пиримидинов и сахаров) было давно известно; теперь требовалась грамотная комбинаторика этих элементов. Весною 1953 года Крик и Уотсон угадали и проверили форму молекулы ДНК. Это Двойная Спираль или Винтовая Лестница, поручни которой состоят из сахаров и фосфатов, а ступеньки составлены из взаимно дополняющих пар оснований: (Аденин+Тимин), или (Гуанин+Цитозин). Так открылась химическая суть Генетического Кода всех живых организмов Земли.

Геном организма есть длинная телеграмма в алфавите из 4 букв (АТГЦ), которые как-то кодируют все возможные аминокислоты, входящие в состав любого живого белка.

Ансамбль живых аминокислот был тогда уже известен: их разных сортов. Для кодировки такого числа молекул мало двух букв 4-значного алфавита но трёх букв достаточно! (Первым это угадал тот же Георгий Гамов). Оставалось выяснить природное соответствие между всевозможными тройками букв (вроде АТГ) и теми аминокислотами, которые кодируют тройки. Эту большую работу завершила в году новая интернациональная команда удальцов: Крик, Холли, Ниренберг, Очоа, Корана и другие молекулярные биологи. Такое имя получила новая синтетическая наука на стыке физики, химии, биологии и компьютерной науки. Вскоре она сделалась лидером Естествознания на весь остаток 20 века.

Постепенно биологи привыкли к мысли, что живая клетка являет собою особый вид самообслуживающего Компьютера. В нём Митохондрии и Хлоропласты суть Энергостанции; ДНК играет роль Постоянной Памяти; небольшие молекулы РНК играют роль Процессоров, а разные белки суть детали Компьютера, катализующие деятельность его процессоров и производимые ими по мере надобности.

В свете этой новой модели обрели новый смысл и правдоподобность многие старые гипотезы биологов. Например, о симбиозе органелл как пути образования сложных ядерных клеток всех высших организмов земной биосферы. Или о малых молекулах РНК, ставших первым зародышем Жизни в густом белковом бульоне древних океанов Земли. И так далее...

Химическая суть копирования молекул ДНК и синтеза белковых молекул на базе специальной (информационной) РНК была выяснена довольно быстро поскольку эти процессы протекают в клетке часто или непрерывно. Но как происходит обратный перенос информации из РНК в ДНК, без которого трудно вообразить эволюцию генома живых органелл? Для этого нужен особый фермент Ревертаза : его открыл в 1968 году американец Говард Тёмин (1934–1994). В руках экспериментаторов Ревертаза и её родичи стали точным скальпелем, позволяющим резать или сшивать молекулы РНК или ДНК в желаемых местах.