Знание-сила, 2004 № 11 (929)

Профессор черной магии

С тогда уже профессором Джозефом Киршвинком, исследованиям которого в основном посвящены эти заметки, я, тогда еще студент, познакомился в 1978 году^г на реке Лене. От него я впервые узнал о существовании бура для отбора геологических образцов и о палеомагнитных данных. Суть моей работы ассистента при профессоре из Аризонского университета заключалась в том, чтобы таскать на очередную горку фляги с водой, чтобы было чем охлаждать перепевавшийся от напряженного бурения аппарат. пробы брались через каждые 15 —30 сантиметров при общей мощности разрезов от 80 до 150 метров. Так в СССР никто из геофизиков не работал. Нс удивительно, что и результаты выходили "не те".

Однако, уразумев, что за отведенные ему на всю реку Лену три с небольшим недели нужного количества разрезов разбурить не удастся, Джо решил обучить меня некоторым премудростям своей науки. Как-то пристроившись у миски, куда для корабельной собаки складывали жареную рыбу, и закусывая оной, профессор начал лекцию...

Организовано магнитное поле Земли довольно просто — действует оно по принципу диполя, то есть стержневидного магнита, помещенного в центре Земли и ориентированного вдоль оси ее вращения. Правда, ось диполя на 11 градусов отклонена от географической в направлении западного меридиана. Он положительно заряжен с одного (северного) конца и отрицательно — с другого. В любой точке земной поверхности магнитное поле можно представить как вектор в трехмерном пространстве, то есть как очень точный указатель.

Конфигурация поля, вероятно, объясняется тем, что возникает оно в результате перемещения потоков в жидком железном ядре Земли. Какие именно слои ядра "отвечают" за магнитный момент, точно не известно, но ряд теоретических моделей довольно неплохо предсказывает результаты работы всей этой системы. Например, вращение в проводящей среде объемной фигуры из двух проводящих цилиндров, продольные оси которых взаимно перпендикулярны, создает двухполюсное магнитное поле, поскольку электрический ток в одном цилиндре индуцируется магнитным полем другого. Одним из результатов работы такой "динамо-машины" будет нерегулярная смена полюсов, когда южный оказывается в Северном полушарии и наоборот. Подобное явление названо "магнитной инверсией" (от лат. "lnversum" — "наоборот").

Когда в ископаемой летописи Земли впервые были обнаружены инверсии магнитного поля, с этими, казавшимися тогда необычайно редкими событиями попытались связать самые разные явления, такие как массовые вымирания среди видов живых организмов. Действительно, процесс смены полюсов занимает несколько тысячелетий, в течение которых магнитная оболочка планеты перестает быть надежным щитом для ее населения. Усиление потока заряженных частиц в верхних слоях атмосферы ведет к таянию озонового слоя и повышению ультрафиолетовой радиации на поверхности Земли, что может вызвать всевозможные мутации у организмов, выражающиеся в появлении нежизнеспособных особей.

Пока о реальном числе ископаемых инверсий и их частоте ничего не знали, им было принято давать имена собственные в честь известных физиков и геофизиков: эпоха обратной полярности Матуяма, эпохи нормальной полярности Гаусс и Брюнес. Эпоха Брюнес, названная именем Бернара Брюна, в начале XX века обнаружившего само явление, началась 730 тысяч лет назад и длится по сию пору. (Графически череда этих эпох изображается в виде колонки из белых и черных полос, за что палеомагнитные исследования и окрестили "черной магией".) Продолжение исследований выявило, что за последние 600 миллионов лет эпохи нормальной и обратной полярности чередовались в среднем каждые 349 или 412,5 тысяч лет, а в отдельные периоды даже чаще. Массовые вымирания происходили намного реже, да и трудно было бы представить, что организмы не смогли приспособиться к явлению, случавшемуся по несколько раз за время существования вида.

Сами же следы инверсий запечатлеваются в виде естественной остаточной намагниченности глинистых частиц, содержащих магнитные минералы (магнетит, ильменит и другие), которые, также будучи диполями, своего рода магнитными стрелками, четко указывают на положение магнитных полюсов в древности, поскольку навсегда застыли в горной породе, словно прижатая к стеклу стрелка компаса...

На прощание Киршвинк поработал немного на меня: высверлил около 50 скелетиков древних губок, которые десять с небольшим лет спустя очень пригодились мне при подготовке собственной докторской.

Вторая наша встреча состоялась в 1981 году на реке Алдане, куда Джо для продолжения своих исследований прилетел прямо из Японии с молодой женой Ацукой, тоже специалистом по магнитным явлениям. С ней ему незамедлительно пришлось расстаться, так как мы на пару отправились к интересующему только нас и мало привлекательному для всей экспедиции разрезу: На моторке я был за капитана, а Киршвинк за механика, поскольку лодочный мотор отличается от бура только насадкой — винтом вместо бурильной колонки. Два дня я стоически варганил ранний завтрак, на третий разжигать костер и варить что-нибудь горячее был отправлен профессор. Через два с половиной часа он разбудил меня и сказал, что решил трилемму: из трех сортов риса — мелкого желтого (=пшено), крупного красного (=гречка) и толстого белого (это действительно был рис, но наш, отечественный, а не привычный американцам длинненький) — он решился приготовить последний. Правда, довел его до консистенции манной каши. Какао я предпочел сделать сам...

За время восьмичасового обратного пути — идти надо было против течения — я узнал, что Джо познакомился е будущей женой на симпозиуме по биомагнетизму в Киото, а также о докладах, прозвучавших на нем...

В названии "биомагнетизм" нет ничего, связанного с ясновиденьем и прочим шарлатанством. Эта наука изучает рост магнитных минералов в живых организмах и способности животных ориентироваться в магнитном поле. Впервые магнитные минералы (магнетит и маггемит) нашли у моллюсков — полиплакофор.

В середине XX века, когда в способности живых существ синтезировать железосодержащие минералы никто не верил, будущий учитель Киршвинка Хайнц Ловенштам, изгнанный в Америку из Германии за несоответствие местным понятиям о чистоте расы, обратил внимание на странные дырки в древних рифах. Он понял, что крепчайшие рифы разрушаются отнюдь не под действием волн, а обглоданы кем-то, вооруженным воистину железными зубами. Вскоре он нашел обладателей металлических челюстей, причем не вставных, а собственных. Оказалось, что моллюски полиплакофоры, или хитоны при жизни отращивают зубы из магнетита, которыми изгрызают рифовый известняк в поисках спрятавшихся там водорослей.

X. Ловенштам (1912—1993) составил славу американской (а не стерильно чистой немецкой) науки еще и тем, что впервые всерьез занялся исследованиями роста различных минералов под контролем организмов, по существу, заложил основы современной палеоэкологии, а также установил многие закономерности в формировании древних рифов, позволившие в том числе удачно прогнозировать наличие в них нефтяных запасов. Нефтяные магнаты, удивленные и уязвленные такими возможностями "чистой науки", сначала пытались выкупить данные Ловенштама, а потом несколько раз обчистили его квартиру в поисках нужной документации. Однако он отклонил все заманчивые предложения, не испугался угроз и опубликовал свой труд в открытой научной печати. Его книга о ниагарском силурийском рифе с тех пор стала одним из учебников для литологов и палеонтологов.

Когда Ловенштама изгоняли из Германии, профессор-нацист Кельбль заявил ему: "Немецкие вещи должны делаться немцами". У нас тоже периодически хотят, чтобы "русские веши делались русскими" со всеми вытекающими...

Хитоны и подсказали ученым, что магнетит и сходные с ним минералы могут быть обнаружены у самых разных животных и не только.

В результате дальнейших поисков у организмов множества разных видов, типов и даже царств найдено более десятка различных железосодержащих минералов, образованных самими организмами. С загрязнением извне биогенные минеральные формы перепутать невозможно. Например, магнетит отлагается в клетках в виде шестигранных таблитчатых кристалликов, а в неживой природе такой формы нет. К тому же кристаллы биогенного магнетита не содержат примесей, свойственных геологическим материалам, так как растут в условиях жесткого биохимического контроля. Благодаря такому отчетливому различию по находкам магнетитовых таблеток удалось установить, что отлагавшие их бактерии существовали уже 2,1 миллиарда лет назад. Причем занимались они рудным производством не просто так.

Кристаллы магнетита, выращенного бактериями, не превышают в поперечнике 0,04 — 0,12 мкм (при размере до 3 мкм). Именно кристалл такой размерности является одиночным магнитным доменом. Вытянутость частиц биогенного магнетита придает ему качества ориентированного магнитного компаса. И бактерия способна им пользоваться! Кристаллики, собранные в цепочки, обладают достаточно большим магнитным моментом и образуют орган, с помощью которого бактерия ориентируется в магнитном поле. Проживая на дне лагуны, она очень не любит, когда кто-нибудь большой и настырный ворошит ил, всплывающий облаком мути. Вращаясь в этом облаке, бактерия не знает, где спасительное дно с пониженным содержанием кислорода, а где — жутко опасное для нее открытое пространство, наполненное этим ядовитым газом. Но поскольку силовые линии магнитного поля проходят по касательной к поверхности Земли (и, соответственно, водоема), перемещаясь вдоль них с помощью своего магниточувствительного органа, микроб живо уходит на дно. Не случайно такие бактерии, обитающие в Северном полушарии, всегда плывут на север, и наоборот.

Так, в конце 80-х годов XX века было доказано, что есть живые организмы, обладающие шестым чувством — восприятием магнитного поля. Причем весьма неплохим, поскольку могут выделить особенности нормального магнитного поля Земли среди прочего магнитного "шума". Начиная с середины позапрошлого столетия, подобные предположения выдвигались неоднократно, особенно в отношении пчел и голубей, способных с большой точностью отыскивать свой улей или голубятню. Не меньше вопросов оставалось и в отношении перелетных птиц и бабочек, а также морских черепах и усатых китов, перемещающихся с большой точностью на огромные расстояния и далеко не всегда имеющих возможность ориентироваться по солнцу, звездам, особенностям рельефа и другим воспринимаемым с помощью пяти основных органов чувств внешним данным.

Ацука ждала Джо на берегу Алдана, облепленная с ног до головы оводами, каждый из которых не уступал размером самой миниатюрной японке...

В 1983 году случилось так, что Джо Киршвинку приспичило узнать, где в вендском периоде (605 — 550 миллионов лет назад) находилась Балтия. Сейчас такого материка нет. Он превратился в восточную часть Европы. На поиски "глиняных" компасов мы с ним отправились из Москвы в Пололи ю, где за два дня, согласно строгим, но как всегда бессмысленным указаниям чиновников, предстояло сделать то, на что требуется не меньше двух недель: просверлить несколько сотен дырок в породах и замерить углы залегания самих пород и полученных дырок, чтобы не перепутать нынешний Северный полюс с "ископаемым".

Нужные слои в окрестностях Каменца-Подольского обнажаются исключительно в обрывах водохранилищ и выемках дорог. Особенно интересным нам показался разрез под железнодорожным мостом вблизи границы тогдашнего СССР. Пограничники соседней заставы вяло наблюдали, как два совершенно заляпанных глиной человека споро разбуривают естественную опору у объекта государственной важности, постоянно что-то измеряя с помощью компаса и рулетки. Когда же тяжелый бур вырвался из рук Джо, упал ему на ногу, покатился вниз, по пути сбив бидон с водой, и с шумом свалился в реку, а мы начали орать друг на друга на не понятном честным советским пограничникам языке, они несколько насторожились.

Но прежде чем они начали действовать, я мысленно попытался представить себе, как объяснить в доступных для заставы выражениях наш глубокий интерес к приграничным мостам. Понял, что вразумительного объяснения основ тектоники плиту меня не получится, и почел за благо подхватить бензобур, емкость с остатками воды и Киршвинка в мутных от грязи очках, продолжавшего изъяснять по-американски, что и как бы он хотел сделать с буром, со мной и чиновниками, и со всем этим скрылся за холмом, где стоял наш "ГАЗ-53". На команду "Гони!" шофер среагировал без лишних вопросов...

А потом был поезд до Киева, и пока он мерно стучал колесами, Джо прочитал очередную лекцию.

В земной коре магнетит кристаллизуется исключительно при высокой температуре и давлении, и потому его естественное образование в клетках живых организмов при комнатной температуре никто и вообразить не мог! Тем более что обнаружение кристалликов размером от 0,04 до 0,12 мкм даже в тельце пчелы, не говоря уж о туше кита, — задача посложнее пресловутых поисков иголки в стоге сена, причем сам стог, учитывая соотношение масштабов, возносится выше Джомолунгмы. Расчленение тканей должно проводиться без применения каких-либо привычных хирургу и препаратору металлических инструментов, иначе засорения избежать не удастся, и вся длительная и сложная операция пойдет насмарку.

Лишь в последние два десятилетия XX века с появлением приборов нового поколения, высокочувствительных к источникам магнитного поля, удалось обнаружить мельчайшие частицы магнетита, запрятанные в передней части брюшка у пчелы, в голове и груди у бабочки данаиды, вблизи решетчатой кости черепа у тунца и в передней части твердой оболочки мозга у зеленой черепахи, голубя и дельфина. И у всех названных животных этот минерал образуется в виде шестигранных таблитчатых кристаллов, каждый из которых является единичным доменом с постоянным магнитным моментом. Значит, в магнитном поле Земли с ним не заблудишься. Хотя сам механизм восприятия магнитного поля различными организмами, кроме бактерий и радужной форели, остается нерасшифрованным, понятно, что именно скопления доменов магнетита служат органом, воспринимающим магнитные сигналы, и что пчелы, голуби и, возможно, черепахи и киты пользуются такой информацией для ориентации в пространстве.

Если пчелы и голуби оказались довольно удобными по своим размерам и количеству объектами для исследований магнитной чувствительности, с китами пришлось гораздо сложнее. Однако сам Киршвинк придумал довольно остроумный способ проверки чувствительности морских гигантов к магнитным явлениям. Анализ странностей в поведении усатых китов, известных как массовые выбросы целых стай на берег, выявил, что подобные печальные события случаются в областях с минимальным значением магнитного поля. Как раз такие области должны использовать эти млекопитающие, чтобы за тысячи километров переместиться со своих летних пастбищ на зимние, из одного полушария в другое и попасть точно в квадрат размером всего в несколько десятков квадратных километров. Никакие другие параметры земной среды, кроме относительно непрерывных зон со слабым магнитным полем, не могут вывести их прямо на место. Но при малейших ошибках эти же ориентиры |убят китов.

Способность медоносных пчел возвращаться в свой улей немецкий исследователь К. фон Фриш объяснил достаточно подробно.

Однако в ритуальном танце сборщиц постоянно наблюдались странные ошибки, которые совершали все без исключения пчелы. Причину этих ошибок исследователям удалось выяснить совсем недавно. Оказалось, что ошибки направления исчезают, если танцевальные проходы ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля. А чтобы избежать лишних проблем, пчелы и соты возводят, располагая ячейки с учетом характеристик магнитного поля. Так на них потом легче будет выплясывать. (Готовя эту статью, влез в Интернет, чтобы выяснить, что у нас публиковалось о биомагнетизме, и попал на сайт крупного пчеловодческого журнала, где специалисты, ссылаясь на Фриша, "опровергали" оппонентов, пытавшихся предположить наличие у пчел магнитного ориентирования. Правда, сами оппоненты тоже не знали современных трудов на эту тему и как всегда изобретали хоть плохонький, но свой "велосипед". Впрочем, искать умную мысль в сетях Интернета — это все равно что разыскивать в баке для пищевых отходов свежий бутерброд с икрой.)

Теперь о голубях. Их компасное чувство поистине удивительно, ведь за неимением других указателей они способны взять верное направление, ощущая особенности магнитного поля. Наоборот, с экранированием магнитного поля в пасмурную погоду их способности к возвращению заметно ухудшаются, а птицы, увезенные в контейнерах, где создается переменное магнитное поле, просто теряются и разлетаются в разные стороны...

Я отправил Киршвинка в Москву вместе с примкнувшим к нам на вокзале нигерийцем, который умолял братьев по языку не бросать его в Киеве, и решил, что все закончилось. Но все тут и началось. Обратных билетов до Хмельницкого в кассах не было. Совсем. На ближайшую неделю. На перспективу очередь нужно было занимать немедленно. Лишь к одной кассе никто почему-то не пытался подойти. На ней значилось: "Для Героев Советскою Союза". Я все же решил попытаться объяснить улыбчивой кассирше, что не гоже начальнику отряда со всеми деньгами и документами находиться в пятистах километрах от самого отряда. Кассирша прониклась, и я очутился в поезде. На этот раз облегченно вздыхать не стал, чувствовать себя героем тоже. И правильно сделал...

По прибытию к крепостной стене Каменца-Подольского, где с комфортом размещался отряд, я застал нечто. А именно: поломанный автомобиль со спущенными шинами и без бензина (обязательно полагавшиеся в те времена на него талоны нам на обратную дорогу не выдали — нужно было отправить как можно больше отрядов хотя бы в одном направлении). За деньги бензин не продавался, а в пору уборочной страды, на которую пришлось наше путешествие, обслуживалась только имевшая к ней отношение техника. Поломку устранили на табачной фабрике, располагавшейся по соседству, залить бензин за наличные распорядился в письменном виде секретарь Каменец-Подольского горкома КПСС, а шесть шин до нужного количества атмосфер пришлось накачать самим в четыре руки с шофером. И нигде никто ничего не попросил за оказанные услуги...

В 1992 году я сам оказался в гостях у Киршвинка, точнее, у родителей его жены, проживающих в Осаке, неподалеку от Киото, где проходила очередная сессия Международного геологического конгресса.

В тонком деревянном домике с символической сосной во дворе полуметровой ширины, миниатюрным прудиком, где плавали золотые караси, с бамбуковыми ширмами и циновками, чтобы спать на полу, мы обсуждали новейшее открытие супругов Киршвинк. Им удалось наконец извлечь из человеческого мозга таблитчатые шестигранники биогенного магнетита и маггемита, причем в огромных количествах: пять миллионов однодоменных кристаллов из одного грамма мозга в среднем и более 100 миллионов таких частиц из одного грамма мозговой оболочки. Правда, размер большинства магнитиков чудовищно мал. Если бы они не образовывали скопления, их бы не удалось распознать ни на какой современной аппаратуре.

Видимо, из-за незначительного объема магнетита человек не способен воспринимать особенности земного магнитного поля и как следствие лишен возможности самоопределяться в пространстве по положению магнитных полюсов или аномалий. Множество опытов на добровольцах показало, что если человеку дать хорошенько поплутать, повозив его на автобусе, он скорее покажет пальцем в небо, чем в какую-либо определенную сторону света, независимо от того, было экранировано магнитное поле или нет.

Попутно в этих опытах "пострадали" лозоходцы, поскольку именно у них подозревали наличие особого чутья, если и не к магнитным параметрам, то хоть к чему-нибудь. Сами они считают, что способны улавливать подъем грунтовых вод или прорыв водопровода по резкому опусканию расщепленного на конце прутика или проволочки в своей руке. Тщательно проведенные исследования показали, что они не только не обладают каким- либо шестым чувством, но и ошибаются в своих прогнозах не реже нормальных людей. Лозоходцам явно не стоит идти в саперы...

Миллиарды магнитных кристаллов, обнаруженных в человеческом мозге, оказались не более чем свалкой металлолома, то ли доставшейся ему в наследство от предков, подобно другим атавистическим признакам, то ли необходимой для разгрузки излишков железа...

Сам орган восприятия магнитного поля продолжал оставаться у животных неопознанным. Все органы чувств состоят из принимающих сигнал клеток (обычно нейронов), связанных с центральной нервной системой.

Понятно, что нечто подобное должно происходить в магниточувствительном органе. Но где он сам? Лишь в XXI веке такой орган был открыт группой Киршвинка у рыбы — радужной форели. Ее, как и других лососевых, пристально изучали из-за способности распознавать среди тысяч ручьев место нереста своих родителей и выдерживать компасный курс в течение нескольких суток. Специализированные клетки, воспринимающие магнитное поле, расположены в глазной ветви тройчатого нерва. С клетками связаны цепочки магнитных кристаллов, точно такие же, как у бактерий. Каждая цепочка закреплена в нескольких порах клеточной мембраны. Изменения в направлении движения рыбы вызывают переориентацию магнитных цепочек в зависимости от направления вектора поля и его напряженности, и через десятые доли миллисекунд возникает электрический сигнал, передающийся по тройчатому нерву в мозг. Орган магнитной чувствительности, состоящий из нескольких сотен клеток, может воспринимать изменения напряженности магнитного поля всего в 0,1 процента.

Впрочем, принцип связи магнитной цепочки с клеточной мембраной пока обоснован лишь теоретически. Опыты продолжаются.