Пример оформления Индивидуального итогового проекта

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ГИМНАЗИЯ №1 г. БЛАГОВЕЩЕНСКА»

Итоговый индивидуальный проект

Тема «Молекулы в искусстве»

Предметная область: «химия»

Выполнила: ФИО,

ученица _класса

МАОУ «Гимназия №1

 г. Благовещенска»

Руководитель: Коротаева Анна Николаевна,

учитель химии

МАОУ «Гимназия №1

 г. Благовещенска»

г. Благовещенск – 2017 г

Содержание

Введение                                                                                                                                    3

1. Объекты искусства, созданные на основе молекул химических веществ.                                   5

                     

1.1. Молекулы в скульптуре.                                                                                                       5

1.2. Молекулы в живописи                                                                                                        12

1.3. Молекулы в архитектуре и дизайне.                                                                                    15

2. Хлорофилл – молекула жизни.                                                                                               17

3. Создание скульптуры молекулы хлорофилла.                                                                         19

Выводы                                                                                                                                    21

Литература                                                                                                                               22

Введение

До недавнего времени считалось, что мир молекул - это область, доступная исключительно ученым, в силу того, что малые размеры молекул не доступны нашему чувственному восприятию. Однако люди всегда стремились не только познать строение вещества, но и увидеть атомы и молекулы своими глазами.

Развитие химии и рентгеновской кристаллографии привело к важнейшим открытиям в биологии XX века  — установлению пространственной структуры молекул ДНК и белков, — следовательно,  весьма остро встала проблема визуального представления сложных молекул.

Были разработаны «конструкторы» для сборки молекулярных моделей, а одновременное развитие вычислительной техники и компьютеров привело к появлению программ, направленных на визуализацию и изучение биомолекул. Появились первые пространственные модели белков, за ними последовали неорганические структуры. [8]

Конечно, художники и скульпторы не могли пройти мимо такого благодатного материала для творчества, как молекулы. Начали развиваться «молекулярные» направления в архитектуре и скульптуре, живописи и графике.

Гипотеза исследования: отображение в искусстве нашли молекулы тех веществ, которые наиболее сильно повлияли на развитие  общества, культуры и науки в ХХ  и XXI веке.

Целью этого исследования является изучение роли молекул веществ в современном искусстве и создание скульптуры молекулы химического вещества из полимерной глины.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. изучить литературные источники и интернет-ресурсы для выявления объектов искусства, моделями для которых послужили молекулы;

2. выявить одну хорошо известную молекулу, которая еще не была отображена в искусстве, но оказала большое влияние на развитие человечества, и обосновать этот выбор;

3. придумать и создать скульптуру выбранной молекулы.

Объектом исследования выступили молекулы химических веществ.

Предметом исследования – использование изображений молекул химических веществ в развитии современного искусства.

Продукт проектной работы: скульптура молекулы хлорофилла.

Визуализация «непознанного» мира молекул  в виде осязаемых моделей позволяет людям лучше понять устройство мира и самих себя. Не менее значимым является и мощный эстетический заряд, который несут в себе объекты искусства, основанные на строении молекул. И все это очень актуально на сегодняшний день, когда стираются границы между академической, «сухой» наукой химией и творчеством. Не зря французский химик Марселен Бертло сказал: «Химия и искусство имеют внутреннюю общность, которая коренится в их творческой природе».[9]

1. Объекты искусства, созданные на основе молекул химических веществ

1.1. Молекулы в скульптуре

Сейчас невозможно точно установить, кто первым использовал изображение молекулы химического вещества для создания объекта искусства, поскольку литературных и Интернет - источников об этой проблеме очень и очень мало. Можно предположить только, что это был один из креативных ученых.

Например, Байрон Рубин, ученый-кристаллограф, в 1970-х г.г. сконструировал устройство, способное по заданной программе сгибать толстую медную проволоку, «упаковывая» её в пространстве аналогично белковой цепи.  Модели, созданные на «сгибателе», широко использовались в своё время, поскольку, хотя и показывали лишь укладку «остова» белковой молекулы, давали общее представление о структуре белка и были легки и портативны. Позже он дал своим идеям развиться и увлёкся молекулярной скульптурой, создавая модели молекул из лент нержавеющей стали            (рисунок 1).  Крупные фармацевтические компании «Мерк» и «Пфайзер» в свое время заказывали у Рубина скульптуры значительных в  истории своего развития молекул — интерферона-β и ВИЧ-протеазы с ингибитором.[8]

 

Рисунок 1. Скульптура гормона роста – соматотропина.

Также известно об американском программисте Бэтшибе Гроссман, которая,  в свободное от работы время,  создавала скульптуры.

В процессе своей работы она столкнулась с технологией лазерной гравировки в массиве стекла, которая позволяет внутри геометрически идеального блока оптического кристалла создавать картины с помощью лазерного «выжигания» микродефектов. Конический луч лазера точно фокусируется на определённой точке внутри кристалла, и создаёт там микроскопический (примерно 0,1 мм) дефект, видимый, как белая точка. Множество таких точек (до миллиона), последовательно «расставляемых» в стеклянном блоке под управлением компьютера, создаёт видимость целостной картины.

Друг-биолог, увидев эксперименты Гроссман с лазерной гравировкой, попросил её сделать изображение белка. В результате она заинтересовалась визуализацией биомолекул и начала писать собственные программы для управления лучом лазера, заставляя «облако» точек выглядеть как структура белка. Сейчас «стеклянная» скульптура из увлечения переросла в бизнес — на принадлежащем Бэтшибе сайте можно купить и заказать белковые молекулы, «запечатанные» в кристаллы, как древнее насекомое в янтарь (рисунок 2).[10]

 

Рисунок 2. Структура молекулы гемоглобина (изображение с сайта Б. Гроссман).

Еще один ученый-кристаллограф Эдгар Мейер, окончив свою трудовую деятельность, увлёкся изготовлением скульптур молекул, используя различные породы дерева — несколько сортов дуба, орех-пекан, клён и другие, более редкие породы. Для автоматизации процесса он использует контролируемый компьютером с его собственной программой фрезерный станок по дереву, который слой за слоем обрабатывает деревянные монолиты. В результате получаются такие скульптуры как, например,  антоцианин – вещество, обусловливающее красную, фиолетовую и синюю окраски плодов, цветов и листьев (рисунок 3). [2],[8]

 Рисунок 3. Деревянная скульптура антоцианина.

Отметим еще несколько интересных скульптур молекул. Перед главным входом в Институт биоорганической химии РАН стоит своеобразное изваяние. Эта скульптура изображает комплекс антибиотика валиномицина с ионом калия. Общий принцип связывания ионов металлов и их перенос через мембраны с помощью ионофоров был открыт в институте в 1963 году (рисунок 4).[8]

 

Рисунок 4. Скульптура перед зданием Института биоорганической химии РАН.

Джулиан Вос-Андре, будучи студентом физического факультета, увлекся изучением белков. В дальнейшем, его жизнь была связана с колледжем искусств, и в качестве основной темы своих работ он выбрал именно их.

Так, например, один из его экспонатов — «Высокая еловая α-спираль» — создан из цельного девятиметрового ствола пихты. Органическая природа строительного материала приводят к тому, что вместо безжизненной геометрической формы получается единственная в своём роде скульптура (рисунок 5).

 

Рисунок 5. «Высокая еловая α-спираль» работы Вос-Андре.

Не удивительно, что именно Джулиану Вос-Андре предложили  сконструировать мемориал одному из самых известных химиков мира — Лайнусу Полингу, единственному человеку на свете, дважды единолично награждённому Нобелевской премией. Первая Нобелевская премия  по химии была вручена Полингу в 1954 году «за исследование природы химической связи и ее применения для определения структуры соединений», а конкретно за открытие α-структуры белковой молекулы.  Поэтому памятный постамент возле домика в Портленде (штат Орегон США), где Лайнус провёл детство, представляет собой трёхметровую α-спираль, посвящённую памяти великого учёного (рисунок 6).[2],[8]

 

Рисунок 6. Мемориал Лайнусу Полингу.

Молекулярные комплексы вдохновляют на создание не только отдельно взятых скульптур, но и целых инсталляций, сочетающих ландшафтный дизайн, технологию и скульптуру. Творчество Мары Хэйзелтайн довольно масштабно: одно из её творений — тридцатиметровая скульптурная группа «Вальс Полипептидов» («Белковый вальс»), созданная в 2003 году и расположенная в кампусе научного института Колд Спринг Харбор (США) — изображает один из фундаментальных процессов живой клетки — синтез белка (рисунок 7).

 Рисунок 7. «Вальс Полипептидов».

В 2006 году в Сингапуре открылась бронзовая скульптура «Ингибированный SARS», выполненная Марой Хэйзелтайн по специальному приглашению руководства биотехнологического консорциума «Биополис», на территории которого располагается скульптура. Во время эпидемии атипичной пневмонии в 2003 году сингапурские учёные из этого консорциума провели тщательное геномное исследование коронавируса TOPC, вызывающего заболевание, и определили пространственную структуру протеазы, ответственной за проникновение вируса в клетку. Эта скульптура (рисунок 8) стала памятником труду учёных, благодаря которому удалось спасти множество человеческих жизней.[8]

Чтобы наглядно проиллюстрировать влияние химии и биологии на человеческую жизнь, а также привлечь внимание широкой публики к проблемам восприятия и понимания естественных наук, с сентября 2007 по апрель 2008 года Учебным музеем «Танг» проводилась выставка-турне «Неслучайные молекулы». В рамках выставки специальной комиссией было тщательно отобрано девять органических молекул (по одной на каждое десятилетие XX века), наиболее сильно повлиявших на жизнь всего

 Рисунок 8. Бронзовая скульптура «Ингибированный SARS».

человечества, а также на культуру; каждой из них была посвящена отдельная секция (таблица 1). Демонстрация моделей этих молекул в комбинации с документальными свидетельствами их значимости, дополненная произведениями искусства и электронными информационными ресурсами, лучше слов рассказывает о прогрессе в химической и биологической науке.[11]

Декада Молекула

1900 - 1910 аспирин

1910 – 1920 изооктан

1920 - 1930 пенициллин

1930 - 1940 нейлон

1940 - 1950 ДНК

1950 - 1960 прогестины

1960 - 1970 ДДТ

1970 - 1980 прозак

1980 - 1990 фуллерены и нанотрубки

Таблица 1. Вещества, участвующие в выставке «Неслучайные молекулы».

1.2. Молекулы в живописи

Молекулы оказали влияние и на такой вид изобразительного искусства, как живопись.

Например, разработанный и обоснованный Павлом Филоновым художественный метод «Аналитическое искусство».

Принцип «сделанности» – главное положение Аналитического Искусства. Художник «строит» свою картину, как природа «творит» из атомов» и молекул более крупные образования. Понимая, «что в любом объекте не два предиката, форма да цвет, а целый мир видимых и невидимых явлений…», Филонов был убежден, что все это многообразие свойств может быть пластически выражено в живописи. [4]

При создании произведения художник должен опираться не только на явное, видимое («видящий глаз»), но и на незримое («знающий газ», улавливающий скрытые процессы). Свое внутреннее «видение» предмета или явления художник претворяет в графическо-живописные конструкции, базирующиеся на «законе органического развития формы», заимствованного у природы (подражать не формам, которые она создает, а методам, которыми «действует») и противопоставляющегося «канону» (искусственно построенных формам).

Постигнув этот закон, художник способен «сделать» некую картину, настолько органичную, что она обладает потенциалом саморазвития как бы без участия в этом процессе самого автора - растет и развивается как все живое в природе (рисунок 9). [5]

Задачу изобразить то, что невидимо, поставил перед собой и решил испанский художник Сальвадор Дали. Решение подсказали молекулы. Молекулярная модель позволяет наглядно представить, что делается в невидимом молекулярном мире. А что, если “нематериальными” молекулами моделировать наши представления и мысли? Например, воспоминания.

 

Рисунок 9. Картина П. Филонова «Формула весны».

Необоснованно расширив границы применимости модели, Дали все же достиг задуманного. На картине “Портрет моего покойного брата” (рисунок 10) художник изобразил лицо умершего брата, преследовавшее его постоянно. Точечная “молекулярная” техника подчеркивает призрачность мальчика, он иллюзорен, но его присутствие заполняет пейзаж.[7]

Умершие люди, по представлению Дали, как бы переходят в иное состояние, напоминающее состояние невидимого газа. В этом же потустороннем газообразно-молекулярном мире живут наши образы и представления. Своими мыслями и воспоминаниями мы их как бы материализуем, вызываем к жизни. У них появляется даже такая же атомная структура, как у обычных окружающих нас предметов. А значит, это можно нарисовать.

Интересуясь религиозно-психологическими вопросами, Дали хотел попытаться изобразительными средствами показать такое мистическое явление как вознесение. Как можно себе представить “механику” перехода человека из “твердого состояния” в “газообразное”? На помощь снова пришла молекулярная модель.

 Рисунок 10. С. Дали “Портрет моего покойного брата”.

Дали искал способ изображения и другого чудесного эффекта – оживления неодушевленной статуи. Процесс материализации представлялся художнику как бы обратным процессу вознесения: “нематериальные молекулы”, группируясь в упорядоченную структуру, становились живым человеком. Эта идея воплощена на картине “Галатея”  (рисунок 11). [5],[7]

Лицо своей жены он изображает из множества маленьких-сфер атомов, сливающихся в единый целый коридор. Галатея, словно маленькая Вселенная - состоящая из атомов, окруженная атомами, распадающаяся на сотни маленьких кусков. Вся композиция в целом завораживает, заколдовывает зрителя. Она создает впечатление движения кругов. Словно бы Галатея крутиться с помощью каждого отдельного живого атома. [7]

 

Рисунок 11. С. Дали «Галатея сфер».

1.3. Молекулы в архитектуре и дизайне

Самое известное сооружение в мире, выполненное в виде гигантской части кристаллической решетки – Атомиум - символ Брюсселя. Атомиум был спроектирован к открытию Всемирной выставки  1958 года архитектором Андре Ватеркейном,  как символ атомного века и мирного использования атомной энергии, и построен под руководством архитекторов Андре и Мишеля Полаков (рисунок 12).

 

Рисунок 12. Атомиум. Брюссель.

Сооружение, покрытое изначально алюминиевым слоем, а после завершённого в феврале 2006 года капитального ремонта - стальной оболочкой, состоит из девяти сфер («атомов»), которые объединены в конструкцию, изображающую кубический фрагмент кристаллической решётки железа, увеличенный в 165 миллиардов раз. Высота Атомиума составляет 102 м, вес - около 2400 тонн, а диаметр каждой из девяти сфер - 18 м. Шесть из них являются доступными для посетителей. Сферы соединены между собой трубами длиной  23 м, содержащими эскалаторы и соединительные коридоры. Всего между шарами существует 20 соединительных труб. В средней из них находится лифт, способный за 25 секунд поднять посетителей к ресторану и обзорной платформе, находящимся в верхнем шаре Атомиума. [1]

Но особенно вдохновляют молекулы дизайнеров интерьера. Все предметы, которые создали дизайнеры на основе структур молекул, невозможно отразить в одной исследовательской работе. Перечислим лишь несколько.

Крючки для одежды, которые своей формой похожи на структуру молекулы, футуристические кресла, напоминающие полимер, журнальный столик, основание которого имитирует сложную полимерную сетку. Причем моделью этому основанию послужила настоящая, использующаяся в научных целях, молекулярная модель (рисунок 13).

     

Рисунок 13. «Молекулярные мотивы» в интерьере.

Стул-молекула, стеллажи для книг и ножки столиков в виде молекулы ДНК, не говоря уже о фотообоях и интерьерной фотопечати, созданными «по мотивам» и с использованием изображений молекулярных структур (рисунок 14).[3]

     

Рисунок 14. Стул-молекула и другие.

2. Хлорофилл – молекула жизни.

Проведенное исследование позволило выявить ряд молекул, которые не нашли отражения в современном искусстве. Одной из таких молекул является хлорофилл.

Хлорофиллы – это зеленые пигменты растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. В клетке хлорофиллы сосредоточены в хлоропластах и хроматофорах. Существует несколько видов хлорофиллов, несколько отличающихся друг от друга строением: a, b, c, d.

Основу молекулы хлорофилла составляет магний - порфириновый комплекс (рисунок 15).[2]

 

Рисунок 15. Строение молекулы хлорофилла.

Профессор К.А.Тимирязев говорил, что зерно хлорофилла – исходная точка всего того, что мы понимаем под словом «жизнь».

Большая часть лучей солнца гаснет для нас бесповоротно. Но если луч попадает на листья растений, он может «сохраняться» миллионы лет. Именно в растениях происходит процесс фотосинтеза, то есть превращения солнечной энергии в органические вещества благодаря наличию в листьях хлорофилла. При этом растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Растения «работают» как трансформаторы световой энергии в природе, можно сказать, что хлорофилл – это концентрация солнечной энергии на нашей планете. Это величайший химический процесс.[6]

Итак, в процессе фотосинтеза образуется две главные составляющие жизни на Земле – кислород и органические вещества.

О роли кислорода в сохранении жизни на Земле известно всем. Для многих людей образование кислорода в ходе фотосинтеза – основная часть этого процесса. Но редко подчеркивается то, что, ни животные, ни люди не могут сами создавать питательные вещества, мы пользуемся теми, что синтезируют для нас растения. Не будет процесса фотосинтеза, который обеспечивают молекулы хлорофилла, нечем будет питаться травоядным, а дальше, идя по пищевой цепи, и хищникам, и редуцентам, и, конечно, людям.

Хлорофилл так же важен, как и свет солнца. Никакая жизнь на Земле невозможна без солнечного света, и никакая жизнь невозможна без хлорофилла.

Структура молекулы хлорофилла очень сходна со структурой гемоглобина крови человека. Это было использовано учеными, чтобы выяснить, как влияет хлорофилл на организм человека. Оказалось, что хлорофилл помогает предотвращать многие формы рака и атеросклероза.

Был создан полусинтетический аналог хлорофилла – хлорофиллин. Его другое название – жидкий хлорофилл. Это вещество в качестве полезной добавки используют уже более 50 лет. Чаще всего – для лечения кожных заболеваний, заживления ран, а также для восстановления работы пищеварительных органов, нейтрализует окислители, в результате уменьшается окислительное повреждение клеток, вызванное канцерогенами, ультрафиолетом или радиацией.[6]

3. Создание скульптуры молекулы хлорофилла.

Для создания скульптуры молекулы хлорофилла в качестве материала была выбрана полимерная глина - пластичный материал на основе поливинилхлорида, который хорошо подходит  для лепки небольших изделий, застывающий на воздухе или при нагревании (в зависимости от вида пластики).

Идея скульптуры состоит в том, чтобы показать роль хлорофилла в возникновении и сохранении жизни на Земле, в том числе и сохранении человечества. Ведь процесс фотосинтеза полностью изменил состояние земной поверхности, сделал возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволил жизни выйти на сушу.

Постамент скульптуры олицетворяет собой длительные эволюционные химические процессы, которые привели к образованию молекулы хлорофилла.  Кроме того, постамент украшен изображениями молекул глюкозы и кислорода, которые образуются в результате процесса фотосинтеза, и так же являются основой жизни на нашей планете (рисунок 16).

 Рисунок 16. Скульптура молекулы хлорофилла.

Сама скульптура – это лист дерева, зеленый в центре и постепенно «жухнущий» к краям.

На зеленом поле в середине листа изображена молекула хлорофилла. Зеленый цвет подчеркивает то, что хлорофилл – это пигмент,  окрашивающий листья деревьев в этот приятный для глаза цвет.

Изменение окраски листа к краям сначала на желтый, а потом на коричневый, символизирует следующее: во-первых, то, что в холодное время года хлорофилл разрушается, и листья растений окрашиваются в цвета других пигментов – каротина, ксантофилла или антоцианов. А, во-вторых, то, что если человечество продолжит вырубать леса в таком же темпе, как это происходит сегодня, не восстанавливая их, на Земле сократится количество хлорофилла, а, следовательно, кислорода и питательных веществ, которые используют в пищу гетеротрофы.

Конечно, сегодня наука знает виды бактерий и растений, которым не нужен хлорофилл для получения питательных веществ в процессе фотосинтеза, но эти виды не выделяют кислород.

Созданная скульптура молекулы хлорофилла  останется в гимназии и будет использоваться на уроках химии и биологии, как учебное пособие, а так же, как  объект, показывающий связь и общее творческое начало химии и искусства.

Выводы

1. Развитие науки, вычислительной и компьютерной техники  в ХХ и XXI веке привело к возможности визуализации невидимого мира молекул.

2. Структуры молекул химических веществ нашли отражение в скульптуре, живописи, архитектуре и дизайне. На сегодняшний день – это одно из наиболее актуальных направлений в искусстве.

3. В основном при создании объектов искусства используются структуры молекул, оказавших значительное влияние на развитие человеческого общества, что подтверждает  выдвинутую в начале исследования гипотезу.

4. Молекула хлорофилла из-за своих особых «заслуг» перед человечеством достойна своей отдельной скульптуры.

Литература

1. Атомиум. - https://ru.wikipedia.org/wiki/Атомиум

2. Биологический энциклопедический словарь/ Под ред. М.С. Гиллярова. – 2-е изд., исправл. – М.: Сов. энциклопедия, 1989. – 864 с.

3. Как дизайнеры вдохновляются наукой: Молекулы и атомы

в интерьере. - http://www.lookatme.ru/mag/live/inspiration-lists/205889-furniture

4. Правоверова А. Л. Павел Филонов. Реальность и миф. - М.: Аграф, 2008. – 110 с.

5. Стили и направления в изобразительном искусстве. -http://becmology.ru/blog/art/art_style.htm

6. Хлорофилл – природный целитель. - https://formulazdorovya.com/846282579576096890/hlorofill-sovershennyj-prirodnyj-tselitel/

7. Холодова М.Л. Физические идеи в картинах Сальвадора Дали и Мориса Эшера. - http://festival.1september.ru/articles/501527/

8. Чугунов А. О. Изваяние невидимого. // Компьютерра. – 2007. - № 712, С. 24–26. -  № 713, С.  26–28.

9.  Н. В. Ширшина. Химия для гуманитариев. 10,11 классы. – Волгоград:  Учитель, 2005. – 136 с.

10. Molecules lasered into glass/ - http://www.crystalprotein.com

11. The Frances Young Tang Teaching  Museum  and Art Gallery at Skidmore College/ - https://tang.skidmore.edu