Журнал «Компьютерра» № 29 от 14 августа 2007 года

Первые работы, посвященные возможностям математического анализа формы листа Мебиуса, появились еще в 1930-х годах, но орешек оказался слишком твердым. Лишь сейчас, после стольких лет, задача, похоже, решена. Евгений Старостин и Герт Ван дер Хейден (Gert van der Heijden) из Лондонского университетского колледжа опубликовали работу, позволяющую предсказывать форму листа Мебиуса на основании данных о поверхности, его формирующей. Ученые установили, что форма листа Мебиуса может быть предсказана с помощью дифференциальных уравнений, известных уже двадцать лет, причем эти уравнения могут описывать форму любой эластичной полосчатой поверхности. Как полагают английские математики, их открытие выходит далеко за пределы "чистой математики". С помощью уравнений Старостина – Ван дер Хейдена можно моделировать изгибание и смятие любой сложности, например, предсказать форму смятого листа бумаги, ткани или металлической обшивки, что может пригодиться в механике для "физически корректного" теоретического изучения процессов деформации. Новые уравнения могут быть использованы при создании различных спецэффектов и, возможно, войдут в состав "физических движков" компьютерных игр следующих поколений. ЕГ

Посеешь камни, пожнешь жизнь

Около тридцати лет назад английский биохимик Грэхем Кэйрнс-Смит (Graham Cairns-Smith) из университета Глазго выдвинул довольно оригинальную гипотезу о возникновении наследственного механизма жизни на Земле. По его мнению, такое явление как передача свойств от "поколения к поколению" появилось задолго до возникновения органической живой материи. И первыми обладателями этого фундаментального свойства жизни были кристаллы.

Как известно, в любом реальном кристалле содержится большое количество дефектов, представляющих собой локальные нарушения в пространственном расположении атомов или молекул кристаллической решетки. В соответствии с теорией Кэйрнса-Смита, именно расположение дефектов в кристалле и представляло собой первую "генетическую информацию", а сама гипотеза получила название "кристаллы как гены" (crystals as genes). Дефекты могут быть различных типов: точечные, линейные, плоскостные. Наиболее приспособленными для передачи следующему "поколению" кристаллов являются линейные дислокации, которые представляют собой изменения в порядке расположения целого ряда атомов решетки и словно иглы пронизывают массив кристалла. Если исходный ("материнский") кристалл, пронизанный линейными дефектами, раздробить на несколько меньших кристаллов ("зародышей") в направлении, перпендикулярном направлению дефектов, то "дочерние" кристаллы, выросшие на этих зародышах, "унаследуют" распределение линейных дефектов, как у материнского кристалла. В ходе роста в дочерних кристаллах появляются дополнительные дефекты, не связанные с "родителем" – "мутации". Некоторые "мутации" благоприятны, так как способствуют более быстрому росту "дочернего" кристалла, другие же – наоборот. Таким образом, Кэйрнс-Смит выстроил целое подобие эволюционной теории для царства кристаллов, очертив возможный механизм передачи информации в "предбиологическом" мире. Распределение линейных дефектов в кристалле можно сравнить с компьютерной перфокартой, где информация также представлена в виде пространственного расположения отверстий.

За прошедшее время гипотеза Кэйрнса-Смита неоднократно подвергалась разносторонней критике как надуманная и экспериментально необоснованная. Но недавнее исследование добавило аргументов и на другую чашу весов.

Группа американских ученых из Вашингтонского университета под руководством Барта Кара (Bart Kahr) разработала методику экспериментальной проверки гипотезы Кэйрнса-Смита. Вначале дефекты в "материнском" кристалле гидрофталата калия заполняются флуоресцентным веществом. Затем с помощью электронного микроскопа строится карта распределения дефектов "мамы". После этого "родитель" нарезается на "зародыши", которые помещаются в раствор, и на них вырастают "дети". Аналогично строятся карты дефектов "детей".

Сравнение карт дефектов разных поколений кристаллов показало, что наследование дефектов действительно происходит, и гипотеза Кэйрнса-Смита физически обоснована. Однако, по мере "смены поколений" кристаллов происходит очень быстрое нарастание количества "мутаций", и передача наследственной информации неустойчива.

Впрочем, даже если допустить справедливость гипотезы Кэйрнса-Смита, то пока не совсем понятно, что заставляло "родительские" кристаллы распадаться на "зародыши" в массовом порядке, достаточном для интенсивного "естественного" отбора. И самое главное – совершенно непонятно, как произошел переход от "кристаллической жизни" к биологической, от дефектного механизма наследования к механизму на основе нуклеиновых кислот. Но сама красивая идея, как оказалось, вполне работоспособна. ЕГ

Тепловой транзистор