В воскресенье 7 декабря завершил работу Фестиваль публичных лекций, который проводили совместно «Полит.ру» и Департамент науки, промышленной политики и предпринимательства Правительства Москвы. В этот день лекции прочитали специалист по физической антропологии Елена Година, социолог Теодор Шанин и химик Артем Оганов.
Наука о росте
Профессор, зав. лабораторией ауксологии человека, ведущий научный сотрудник Биологического факультета МГУ Елена Зиновьевна Година познакомила слушателей с малоизвестной наукой. Ауксология (название происходит от греческого αὐξάνω «расту») – раздел возрастной антропологии, изучающий рост и развитие. Термин этот предложил французский врач Поль Годен (Paul Godin) еще в 1919 году, но популярным он стал позже, в 1970-х годах.
Ауксология изучает закономерности роста, факторы, влияющие на рост, географические и этнические различия ростовых параметров в популяциях, а также то, как изменись эти характеристики человека в истории. Ученые устанавливают, как генетические потенциалы роста и развития тела человека реализуются под влиянием факторов среды. Эти факторы могут быть как климато-географическими (температура, влажность, высота), так и био-культурными (состояние здоровья, питание и т.д.) Если влияние факторов среды благоприятно, то генетически заложенный потенциал роста реализуется в полной мере, если неблагоприятны – происходит задержка роста.
Особо интересный вопрос: как менялся рост человека в разные эпохи. Следует отменить, что история знала как периоды повышения среднего роста, так и его снижения. Одно из главных понятий в ауксологии – секулярные тренды, или секулярные изменения (от латинского saeculum «поколение, век, столетие, исторический период»). Секулярный тренд – это процесс изменения средних размеров или формы тела индивидов в популяции от поколения к поколению.
Интересно, что большое количество данных о росте населения разных стран Европы ученые смогли получить благодаря военным, которые из года в год и даже из века в век фиксировали рост новобранцев. Что же выяснилось? Оказывается, в XVII веке средний рост французских мужчин был очень низок. В 1680 году, в момент наибольшего спада, он лишь чуть-чуть превышал 160 сантиметров. Затем он стал расти, дойдя к 1740 году до 167 сантиметров. Но вновь упал во время Великой французской революции и наполеоновских войн.
Начиная с середины XIX века отмечается постепенное и неуклонное увеличение роста в странах Европы. Эта тенденция проявляется повсеместно, но в разных странах – в разной мере. За сто лет (1880 – 1980) средний рост новобранцев больше всего увеличился в Нидерландах (на 15,1 см), Дании (12,1 см) и Швейцарии (12 см), меньше всего – во Франции (8,4 см), Испании (7,6 см) и Португалии (3,7 см). Интересны данные по русским новобранцам. В 1921 – 1930 годах их средний рост оказывается ниже, чем в предыдущем десятилетии, но потом тоже начинает неуклонно расти, стабилизируясь в 1970-х – 80-х.
В целом данные европейских стран свидетельствуют, что за последние 100-150 лет длина тела детей в возрасте 5-7 лет увеличивалась на 1-2 см за десятилетие, а в возрасте 10-14 лет на 2 - 3 cм. У взрослых отмечено увеличение в среднем на 1 cм за десятилетие, что в целом соответствует приросту в 2.5 cм за поколение. Изменения длины тела сопровождались аналогичной тенденцией изменений других размеров тела, а также тенденцией к более раннему половому созреванию. Увеличение роста европейцев происходило параллельно с улучшением социально-экономических условий жизни. Как сказал британский медик Джеймс М. Теннер, «рост – это зеркало происходящих в обществе процессов».
Сейчас прослеживаются, например, моменты снижения среднего роста новорожденных во время экономических спадов или различие в среднем росте между крупными и малыми городами России. По данным одного из исследований, где сопоставлялась средняя длина тела новорожденных в Москве, Саратове и Хвалынске в 1987 и 2002 годах, оказалось, что в первых двух городах она выросла, а в третьем – уменьшилась.
В последние десятилетия ХХ – начале ХХI века в большинстве развитых стран отмечено замедление или стабилизация роста, в то же время наблюдается непрерывное их увеличение веса тела и показателей развития жирового слоя. Этот процесс приобретает столь глобальный характер, что стали говорить об «эпидемии ожирения».
Однако в России и некоторых других странах бывшего социалистического лагеря картина несколько иная. Рост также стабилизируется, а вот вес падает, и форма тела становится все более астенической. Например, если средний рост московский 7-летних юношей в 70-е годы составлял 172 см при весе 63 кг, то в 80-е годы эти показатели равнялись 176 см и 68 кг, а в 90-е – 177 см и 66 кг. Мы видим, что за последнее десятилетие увеличение роста замедлилось, а вес – снизился. Аналогичная картина у девушек того же возраста: 70-е годы – 161 см и 57 кг, 80-е – 164 см и 58 кг, 90-е – 165 см и 56 кг. Семнадцатилетняя девушка девяностых годов на четыре сантиметра выше своей ровесницы из 70-х, но весит на килограмм меньше!
Два типа университетов
Президент Московской высшей школы социальных и экономических наук, профессор Манчестерского университета Теодор Шанин начал рассказ о различных системах высшего образования с примера из личного опыта. Когда он изучал организацию социальной работы в Великобритании, то поинтересовался у одной из руководительниц высшего звена, как отбираются сотрудники в этом ведомстве. Она ответила, что у них должно быть хорошее образование. А вот ответ на следующий вопрос удивил исследователя. Когда Теодор Шанин поинтересовался, выпускники каких специальностей принимаются на работу, то получил ответ: «Это неважно». Важными считались способность человека думать и учиться. Этот случай впервые обратил внимание Теодора Шанина на различие двух систем университетского образования. Более знакомая нам система – германская, когда-то университеты в России создавались именно по немецким образцам. Вторая система – британская.
Со временем Теодор Шанин убедился в ряде сильных сторон британской системы. Поэтому, когда он создавал Московскую высшую школу социальных и экономических наук, он решил использовать в ней многие британские элементы. Рассказу о том, как это происходило, как воспринималось российскими студентами, что удалось, а что – нет, и была посвящена основная часть лекции.
Сложным делом оказалось привить в отечественном вузе британский метод занятий в тьюторских группах. Часто они превращались просто в чтение преподавателем лекции в более узком круге студентов. В то время как предназначение занятий с тьютором принципиально иное: говорить на занятии в основном должен не тьютор, а студент. А тьютор лишь слегка корректирует деятельность студента, указывая на другие возможные взгляды на проблему, упущенные в студенческой работе. Это оказалось настолько непривычным как для русских студентов, так и для преподавателей, что первые опыты по ее организации были признаны неудачными, и лишь теперь, после 19 лет работы школы социальных и гуманитарных наук, тьюторские занятия пытаются начать вновь.
Среди других отличий британской университетской системы принципиально большая свобода в выборе студентом изучаемых дисциплин. Число студентов на одного преподавателя во время занятия с каждым более старшим курсом уменьшается, что позволяет преподавателями и студентам более интенсивно взаимодействовать.
Важное отличие также в распределении учебного времени. Если сравнить университеты британского и германского типа, то в первых из них значительно меньше учебных часов отводится на аудиторные занятия, и куда больше на самостоятельную подготовку студентов, чтение литературы, написание письменных работ. Письменную работу можно даже назвать важнейшим элементом обучения. В ней проявляются не только знания студента, но и оттачиваются его аналитические способности. При этом внимание обращается не только на правильность решения задачи, но и на путь, который привел к решению.
Теодор Шанин привел интересный пример существования в в России – стране с традиционно германской системой высшего образования – яркого оазиса британской системы. Речь идет о знаменитой «системе Физтеха», созданной Петром Капицей. Многие черты этой системы: внимание к индивидуальной работе со студентами, раннее привлечение студентов к исследовательской работе – общие с британской университетской системой. Тут следует вспомнить, что сам Петр Капица более десяти лет работал под руководством Резерфорда в Кембридже.
Ранее публикации Теодора Шанина неоднократно появлялись на страницах Полит.ру. Наиболее близка теме его нынешнего выступления лекция Теодора Шанина, прочитанная в рамках проекта «Публичные лекции Полит.ру» в 2006 году.
Невозможные вещества
Завершился Фестиваль публичных лекций выступлением профессора и заведующего лабораторией компьютерного дизайна материалов в Университете Штата Нью-Йорк, почетного профессора Гуйлиньского университета, руководителя Лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ Артема Ромаевича Оганова. Его лекция называлась «Запрещенная» химия и новые неожиданные материалы».
Он рассказал о целом ряде необычных веществ, возникающих в экстремальных условиях, например, при очень высоком давлении. Они оказались такими, что школьный учитель химии, прочитав их формулы в работе ученика, немедленно поставил бы ему двойку. Разве может хлорид натрия иметь формулу не NaCl, а Na3Cl, Na2Cl, Na3Cl2, NaCl3 и даже NaCl7! Как могло возникнуть соединение самого инертного элемента гелия (Na2He)! Как может сам натрий превратиться из активного металла в неметалл! Тем не менее, все эти вещества были сначала предсказаны Артемом Огановым и его коллегами, а потом их существование было подтверждено экспериментально.
«Невозможные» вещества уже находят практическое применение. Часть из них могут существовать при относительно низком давлении, что позволяет их использовать. Например, чистый фтор из за его очень высокой химической активности хранить очень сложно и опасно. Напомним, что в XIX веке несколько химиков получили отравления, пытаясь выделить фтор в чистом виде, а ирландец Томас Нокс, бельгиец Полэн Лайет и француз Жером Никлес – погибли. А теперь оказывается, что фториды цезия (СsF2, CsF3, CsF5) стабильны при давлении всего в одну атмосферу и могут быть использованы для хранения и транспортировки фтора.
Но сколь бы не удивительны были новые вещества, о которых рассказывал Артем Оганов, они не должны затмевать другого важного достижения. Мы не случайно сказали, что необычные и невозможные для нормальных условий вещества были сначала предсказаны Артемом Огановым и другими учеными его лаборатории, а потом их существование подтверждено в эксперименте. Дело в том, что важным достижение ученых стала разработка алгоритма, позволяющего предсказать структуру вещества. Так называемый компьютерный дизайн новых веществ – важное направление в современной химии, которое позволяет не экспериментировать с десятками тысяч веществ вслепую, а на компьютере подобрать молекулы с нужными свойствами, чтобы создать новый материал или лекарство.
Но у компьютерного анализа есть немалая проблема. При моделировании атомы и молекулы нельзя представлять в виде шариков, взаимодействующих друг с другом по законам ньютоновской механики. Необходимо учитывать квантовые явления. И тут мощности компьютеров становится недостаточно. Даже расчет взаимодействия двух органических молекул средней сложности займет долгие годы. Усилия многих ученых сейчас направлены на то, чтобы это препятствие обойти.
Проект, созданный под руководством Артема Оганова, получил название USPEX (Universal Structure Prediction: Evolutionary Xtallography). Эта программа сочетает квантовомеханические расчеты с особым эволюционным алгоритмом, который позволяет быстро отобрать самые перспективные варианты и ограничить работу ими, значительно сократив требуемое время. Сейчас USPEX – это самая широкоиспользуемая программа в этой области, ею пользуются более 2000 исследователей.
Ранее Артем Оганов неоднократно выступал на Полит.ру. О его работе можно узнать в материалах:
Как научить компьютер открывать новые материалы
