Опубликовано в журнале «Юный Техник» №2 за 1969 за год

Кошка упала со второго этажа

X — знания, Y — труд, Z — смекалка. Члены клуба — ученики 9-х и 10-х классов. Клуб ведут преподаватели, аспиранты, студенты-старшекурсники МФТИ. Награды клуба — похвальные грамоты Московского физико-технического института.

Интервью клуба

Вхожу на первый этаж института. По коридору ходят люди в белых халатах, слышен лай собак. «Ну, — думаю, — ошибка. Что могут делать здесь, в институте хирургии, студенты физико-технического?»
Об этом рассказывает профессор Лев Лазаревич Шик, заведующий кафедрой «Физика живых систем» МФТИ.
— Название кафедры мы изобрели сами, потому что до сих пор нет очень точного определения того, чем занимаются физики и математики, пришедшие в биологию. Предлагались разные варианты, но мы выбрали этот — ведь на нашей кафедре собрались готовить не биологов, использующих в своей работе методы физики.
Мы собрались готовить и готовим физиков, владеющих основами биологии, изучающих такие сложные системы, как живые организмы, с помощью мощного физического и математического аппарата. Разница здесь существенная.
Вот один шутливый пример… Кошка упала со второго этажа. Она падала, подчиняясь тем же законам физики, что и любое другое тело — скажем, графин. Кошка приземлилась на все четыре лапы и… побежала. Почему она не разбилась?
Выпускник нашей кафедры скажет, что лапы кошки сыграли в данном случае роль амортизаторов, которые погасили энергию падения. Надо посмотреть, как они устроены, — может быть, они гидравлического типа?
Затем интересно узнать, почему кошка упала именно на лапы. Это можно объяснить тем, что в организме кошки есть механизм, с помощью которого она ориентируется — всегда «знает», что земля там, куда она падает.
Устройство наподобие гироскопа? Интересно также изучить перемещения центра тяжести во время падения. А кроме того, выяснить, как создает кошка аэродинамическое усилие, которое поворачивает ее лапами и земле.
Вот так приступит и делу выпускник нашей кафедры. Он еще привлечет на помощь один из методов математики: построит, например, математическую модель падения и просчитает ее на электронной вычислительной машине.
Классическому биологу это, конечно, сделать труднее, а подчас и просто не под силу.
Но и чистому физику нелегко исследовать живой организм, даже если это кошка. Однажды к нам на кафедру пришел один крупный физик, и сотрудники рассказали ему, что исследуют проблему передачи информации по нервам.
«Я вам помогу, — сказал физик. — Изолирую каждое нервное волокно, подсоединю к нему электрод — сниму со всех каналов информацию». Ему возразили, что, мол, много понадобится электродов.
«Можно и много, — ответил физик. — Пять, десять, ну, пятьдесят…» Тогда сотрудники кафедры объяснили, что в одном нерве содержатся десятки тысяч волокон — иными словами, отдельных каналов. Физик развел руками — такая задача технически была невыполнима.
Первая проблема, которую предстоит решить нашим выпускникам, — это понять и объяснить физические процессы, происходящие в живых организмах. Живая и неживая материя простроена по одним законам.
Нам подчас кажется, что это не так, что жизнедеятельность живых организмов идет по своим, особым законам, потому что они очень сложны. И действительно, как не удивляться, например, работе легких?
В них 300 млн. альвеол, и при вдохе каждая заполняется воздухом. Несмотря на то, что они имеют различный размер и различное поверхностное натяжение, все равно воздух проникает в каждую альвеолу. Какие неведомые нам законы проявляются здесь?
Но на поверку все оказывается проще. Физик выясняет, что в момент вдоха 300 млн. альвеол приобретают одинаковое поверхностное натяжение. Воздух беспрепятственно входит в них.
До сих пор нас поражает работоспособность сердца. В условиях напряженной работы оно пропускает за минуту 25—30 л крови. Поэкспериментируйте с кухонным краном: едва ли удастся из него налить за минуту хотя бы ведро воды.
А сердце «наполнит» за это время три ведра. При этом учтите, что кровь имеет большую вязкость, чем вода, и что поступает она в артерии и мелкие сосуды, имеющие большое сопротивление. Новая гидродинамика? Специалисты попытались изучить этот процесс обычными методами и сказали: «да, новая гидродинамика».
Новая, но тем не менее подвластная строгим физическим законам, которые отчасти знакомы специалистам по гидродинамике, а в другой части еще неизвестны. Выпускнику нашей кафедры, если он займется проблемой кровообращения, предстоит объяснить, какие закономерности материального мира здесь проявляются.
Вторая большая область деятельности наших подопечных касается теории автоматического регулирования. Она уже хорошо разработана для различных станков, для самолетов, для движения поездов…
Для живых систем её пока нет. И это очень обидно, потому что никакая техника не может сравниться с живым организмом. Здесь ученых ждут великие открытия.
…Человек стоит. С точки зрения физика, это означает, что вертикаль из его центра тяжести проходит через площадь опоры. Иначе он упадет. Но ведь стоящий человек дышит, вертит головой, размахивает руками.
Центр тяжести все время перемещается. А человек стоит и даже не думает о том, как сохранить равновесие. Оно поддерживается автоматически. Установлено, что мускулатура непрерывно компенсирует перемещения центра тяжести, ограничивает пределы его колебаний.
И сразу проблема — изучить эти колебательные движения, понять принципы их регулирования. Это очень важно для практики — законы устойчивости человеческого организма удастся применить, скажем, при создании технических систем равновесия.
А разве не интересна для физика человеческая рука? Вот я беру зажигалку — выбираю траекторию движения, одну из тысячи. Но почему эту, а не другую? Почему моя рука движется самым коротким путем, почему она не ошибается?
Выходит, есть механизм ограничения, отбирающий наиболее оптимальные траектории? И в то же время рука обладает большой свободой. Нет ни одного механического устройства, которое могло бы в этом смысле сравниться с ней.
Палец движется по своим маршрутам, кисть — по своим, локоть имеет другие степени свободы, плечо также двигается вполне определенно, а вся рука обладает высшей подвижностью, которую только можно представить.
В изучении этого феноменального явления лежат физические законы, верные и для человеческой руки и для какого-нибудь механического манипулятора. Именно так приступит и изучению этого вопроса выпускник нашей кафедры.
Возможно, что открытые им закономерности преобразуют все станкостроение. Но это уже дело конструкторов, которые построят свою работу на новых физических данных.
Словом, мы не готовим конструкторов, инженеров, медиков, знакомых с физикой. Мы готовим только физиков… Но физиков, которые будут исследовать законы материи не в атомном ядре, не в атмосфере или твердом теле, а в живых системах — в живых организмах.
Поэтому нашим студентам мы читаем такие, например, курсы: «Математические проблемы биологии». Сюда входит и особая, прикладная математика, и математическая статистика, и теория игр. Вот как серьезно мы «начиняем» выпускника нашей кафедры.
По биологической науке мы такого образования, конечно, не даем. Не удивительно, что на выпускном экзамене один наш студент не мог сказать, какой размер имеет поджелудочная железа.
Он сказал, что она с горошину, а на самом деле ее длина чуть ли не 20 см. Экзаменаторы посмеялись, однако оценку студент получил хорошую. Если ему в будущем понадобится, он изучит поджелудочную Железу. Для этого его снабдили достаточными знаниями.
Медицина будущего немыслима без физиков и математиков.
…«Физтеховцы» в медицинских халатах… Они ходят на занятия в медицинские институты, изучают физиологию и анатомию, оперируют животных. Этому уже можно не удивляться.
Справка
Лев Лазаревич Шик (родился в 1911 году) – доктор биологических наук, консультант Института хирургии им. А.В. Вишневского АМН СССР, профессор кафедры физики живых систем Московского физико-технического института, заслуженный деятель науки РСФСР.

Опубликовано в журнале «Юный Техник» №2 за 1969 год
Лев Лазаревич Шик. Беседу записал В. Владимиров