Разные разности

Петух в зеркале
Л.Н. Стрельникова
Есть ли окно, которое позволит нам заглянуть в разум животного? Да, есть! Это — зеркало. Ученые используют специальные тесты с зеркалом, которые называются «зеркальное самоузнавание». Вообще-то есть сомнение в их универсальности и недавно появился новый зеркальный тест — специально для петуха.
pic_2024_01_09.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Обладают ли животные сознанием, как люди? Хотя бы в малой степени?

Есть ли окно, которое позволит нам заглянуть в разум животного? Да, есть! Это — зеркало. Ученые придумали специальные экспериментальные тесты с зеркалом, которые называются «зеркальное самоузнавание».

Их несколько, они разные, но есть ключевой зеркальный тест — решающий. Животному наносят цветное пятно на морду или другую часть тела, которую он не видит без зеркала. Ну, например, на лоб или нос. Затем его подводят к зеркалу и смотрят, что он будет делать.

Если животное начинает искать это пятно на своем теле, чтобы от него избавиться, стереть, например, то это показывает нам, что животное распознает свое отражение и понимает, что в зеркале — это оно.

До сих пор этот тест проходили шимпанзе, бонобо и орангутаны, азиатские слоны, дельфины, сороки и рыбы-чистильщик. В менее выраженной форме эта способность присутствует у макак, капуцинов и голубей.

Вообще-то есть сомнение в универсальности этого поведенческого теста. Какой-то он очень уж человеческий. Мы же можем допустить, что есть животные, которым наплевать, есть ли у них пятно на лбу или нет. Поэтому они тест проваливают.

Видимо, это простое рассуждение беспокоило и самих ученых. И вот появился новый зеркальный тест — специально для петуха. Куры и петухи всегда с треском проваливали классический тест на зеркальное распознавание. Их совершенно не интересовали пятна и точки, на них нарисованные, и они никак на них не реагировали.

Но означает ли это, что они не обладают самосознанием? Совершенно не обязательно. Просто надо подкорректировать тест под петуха, под его естественное поведение. Что и было сделано. Теперь зеркальный тест учитывает поведение не людей, а петухов в природе.

Известно, что петухи предупреждают своих сородичей специальными криками, когда появляется хищник, например хищная птица или лиса. Но если поблизости нет сородичей, птицы обычно молчат, чтобы не выдать себя и остаться незамеченными. Такое поведение и легло в основу нового зеркального теста.

В клетку, разделенную на две части решеткой, посадили двух петухов. Затем на потолке над одним из них проецировали тень хищной птицы. И другой петух в другой половине клетки, который видел эту тень, своим клекотом предупреждал сородича, что рядом хищник. Если же в клетке петух был один, то при появлении хищной птицы он помалкивал.

А потом вместо решетки, разделяющей клетку, поставили зеркало. Теперь петух мог видеть только свое отражение. То есть в клетке было двое — петух и его отражение. Опять на потолке замелькала тень хищной птицы. И что же? Петух помалкивал! Как воды в рот набрал. Значит, он распознал в зеркале себя, понял, что предупреждать некого, и включил режим тишины.

Тут, конечно, не все так однозначно, как и в любом эксперименте с животными.

Но ясно одно. Классический зеркальный тест надо адаптировать под разные виды животных, учитывая их естественное поведение в природе. И тогда выяснится, что сознанием обладает большинство из них.

Недооцененный интеллект
Л.Н. Стрельникова
Осьминоги совсем на нас не похожи. И тем не менее они обладают когнитивными способностями, сходными с нашими. У них есть кратковременная и долговременная память. Они способны распознавать людей. Они способны к обучению в игровой форме и им снятся сны! Все эти экспериментальные факты, собранные учеными в последние годы, заставляют их сделать предположение, что головоногий моллюск обладает сознанием.
pic_2024_01_08.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Удивительна тяга человечества к поискам внеземного разума! Впервые о том, что мы не одиноки во Вселенной, размышляли еще в Средние века философы и ученые эпохи Возрождения, включая Джордано Бруно. Идею Бруно о том, что во Вселенной множество обитаемых миров, в свое время поддержал Ломоносов. И первое послание в космос отправили ученые из нашей страны, с радиотелескопа в Центре дальней космической связи в Евпатории — в 1962 году.

Правда, первое послание были довольно обескураживающим — с точки зрения внешнего наблюдателя. Оно содержало только три слова «МИР ЛЕНИН СССР». Это сообщение передали кодом Морзе прямиком на Венеру. Оно отразилось от нее, через четыре с половиной минуты вернулось к нам, что зафиксировали наши радиофизики в Евпатории, и полетело дальше, в космос, к созвездию Весов — в сторону звезды, которую заприметили астрофизики. Она находится от нас на расстоянии 800 световых лет. Пока что наше послание 1962 года не преодолело и десятой части пути.

В 1974 году, спустя 12 лет после нашего послания, американцы с крупнейшего в мире на тот момент планетного радиолокатора в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико отправили свой сигнал. Это была космограмма Фрэнка Дрейка и Карла Сагана — 1679 двоичных символов, которые могут быть развернуты в двумерную матрицу. Эта матрица описывала важнейшие приметы земной цивилизации. Недюжинным надо обладать интеллектом, скажу я вам, чтобы понять, что в ней зашифровано.

Конечно, американцы раструбили об этом везде, где только можно. И неожиданно натолкнулись на глухую стену непонимания общественности. Сам факт отправки послания в космос вызвал бурю негодования американцев: «Кто позволил этим безумным ученым засвечивать нашу цивилизацию во Вселенной? Кто знает, что на уме у этих внеземных цивилизаций? Вот прилетят — мало не покажется».

Протесты были настолько сильны, что отмахнуться не получилось. В результате в США наложили запрет на такого рода попытки общения с ВЦ. Мне кажется, этот запрет никто не отменял и он действует до сих пор. Во всяком случае, дальнейшие послания американцы отправляли с наших радиолокаторов на нашей территории.

Хотя, тревожиться, на мой взгляд, не о чем. Только сумасшедшему придет в голову искать контакт с нашей Землей, с нашей цивилизацией — с этой Вавилонской башней, где обитают люди, не могущие найти общий язык и понять друг друга, то есть договориться. Войны, теракты, фальшивки, провокации, шантаж, подлость, блеф, истерики, обман… И о чем, спрашивается, с нами разговаривать?

Человечество со всей очевидностью деградирует. И если так пойдет и дальше, единственный, с кем сможет общаться внеземной разум, будет искусственный интеллект. Но единственный ли? Может, есть другие варианты? А знаете — есть. Я уже рассказывала о том, как разговаривают друг с другом грибы и растения. А вот вам еще пища для размышления.

Биологи установили, что осьминоги демонстрируют осознанное поведение и крайне сложное мышление. Оказывается, этот холодный и, как нам кажется, безмозглый моллюск обладает интеллектом и сознанием. Мозг у этого моллюска есть, он размещен в голове и в восьми руках-щупальцах. Мозг высокоразвитый, потому что он получает богатую пищу для ума от своих совершенных сенсорных систем.

У него большие глаза с хрусталиком, как у человека, и зрачком, правда, прямоугольным. У него на каждой «руке», то есть на каждом щупальце расположено до десяти тысяч вкусовых рецепторов, определяющих съедобность или несъедобность предмета. Осьминоги способны воспринимать звук, в том числе инфразвук. У него нет скелета, но для донного животного это преимущество. Он может распластываться на дне, прикидываясь камбалой, и обманывать свою жертву.

В 2015 году генетики расшифровали геном осьминога. И оказалось, что он почти такой же большой, как у человека. У осьминога такое же количество нервных клеток, что и у собаки — 500 миллионов. Чуть больше трети находится в голове моллюска, вокруг рта и за глазами. Остальные две трети расположены в руках-щупальцах. Так что материальная база для развития интеллекта и сознания, безусловно, есть.

Давайте понаблюдаем за этим головоногим моллюском, как это сделали австралийские ученые. Вот осьминог исследует морское дно. Наконец, что-то находит. Точнее, не что-то, а настоящее сокровище — половинку скорлупы кокосового ореха, полусферу. Он ее выкапывает, зажимает под мышкой и уходит на поиски второй полусферы.

Когда осьминог находит вторую скорлупку, он залезает в нее и натягивает на себя другую половинку кокосовой скорлупы, которую держал подмышкой. То есть закрывает себя крышкой и удерживает ее изнутри с помощью присосок на щупальцах.

Со стороны посмотришь — кокос кокосом лежит на дне. И не видно, что внутри сидит осьминог. А если осьминог хочет переехать в другое место, он берет две скорлупки, две части домика, подмышки, одну справа, другую слева, и плывет к новому месту жительства.

Австралийские биологи рассматривают эту историю, которую они наблюдали в природе и в эксперименте, как способность моллюска использовать инструмент, чтобы строить свое жилище. И кто скажет, что это не осознанное поведение?

А вот еще доказательство. Осьминоги любят играть. Например, в аквариумах осьминоги используют направленную струю воды из дыхательной трубки, чтобы перемещать предметы, плавающие на поверхности воды. Такое поведение не приносит им никакой награды в виде чего-нибудь вкусненького. Это просто времяпрепровождение, причем вполне сознательное. Баловство по-нашему.

Осьминоги удивительно сообразительны. Есть такой популярный тест на IQ осьминога. Моллюску дают прозрачный сосуд с завинчивающейся крышкой, в котором лежат вкусные креветки. Осьминог их видит и решает достать это лакомство. Для этого надо отвинтить крышку. И оказывается, для осьминога это не проблема, хотя он никогда не видел такой сосуд.

Сначала он ощупывает неизвестный предмета кончиками щупалец, затем обхватывает крышку рукой-щупальцем, присасывается к ней. И — раз, два — и он уже нашел, в какую сторону крутить крышку. Текущий рекорд по отвинчиванию крышки принадлежит новозеландскому осьминогу Ози. В 2014 году ему потребовалось всего 54 секунды.

Осьминоги совсем на нас не похожи. И тем не менее они обладают когнитивными способностями, сходными с нашими. У них есть кратковременная и долговременная память. Они способны распознавать людей. Они способны к обучению в игровой форме и им снятся сны! Все эти экспериментальные факты, собранные учеными в последние годы, заставляют их сделать предположение, что головоногий моллюск обладает сознанием.

Осьминог умеет действовать целенаправленно, умеет обманывать, чтобы ввести свои жертвы в заблуждение, умеет играть, умеет решать задачи. В этом смысле осьминог обладает сознанием.

Как видите, на Земле хватает естественного интеллекта и без человека, причем малоизученного естественного интеллекта. И думаю я, что когда человечество в своем безумии покончит с собой, грибы, трава и осьминоги, используя свой интеллект, будут строить новый, совершенный, гармоничный мир.

И кто знает, может, внеземной разум уже вступил в контакт с земными осьминогами, слонами и воронами…

Пишут, что...
…вид медуз Cladonema размером примерно с ноготь мизинца может регенерировать ампутированное щупальце за два-три дня…проростки ячменя растут в среднем на 50% быстрее, когда их корневая система стимулируется электрическим током…капсула размером с таблетку, которая вибрирует при контакте с желудочной жидкостью, стимулирует рецепторы блуждающего нерва и создает ощущение сытости…

…женские слезы содержат летучие химические вещества, блокирующие агрессию у мужчин (PLOS Biology)…

…проростки ячменя растут в среднем на 50% быстрее, когда их корневая система стимулируется электрическим током (PNAS)…

…полициклические ароматические углеводороды, извлеченные из астероида Рюгу и метеорита Мерчисон, вероятно, образовались в холодных областях межзвездного пространства, а не в горячих областях вблизи звезд, как считалось ранее (Science)…

…кальциноз артерий почти в два раза чаще встречается у тех, кто поздно ложится и поздно встает, по сравнению с теми, кто встает рано (Sleep Medicine)…

…благодаря новой технике фотосъемки была сфотографирована микроскопическая ударная волна, проходящая через единственную биологическую клетку (Science Advances)…

…добавка 18 частей графена на миллион к электротехнической меди снижает температурный коэффициент сопротивления на 11% без уменьшения электропроводности при комнатной температуре (Materials & Design)…

…следы компонентов солнцезащитных средств (бензофенона-3, октокрилена и др.) обнаружили на Северном полюсе на ледниках архипелага Шпицберген (Science of the Total Environment)…

…фотокатализатор на основе ZnO разлагает антидепрессант сертралин — новое загрязняющее вещество, которое обнаруживают в подземных водах по всему миру (Chemical Engineering Journal)…

…капсула размером с таблетку, которая вибрирует при контакте с желудочной жидкостью, стимулирует рецепторы блуждающего нерва и создает ощущение сытости (Science Advances)…

…вид медуз Cladonema размером примерно с ноготь мизинца может регенерировать ампутированное щупальце за два-три дня (PLoS Biology)…

…гидриды магния привлекательны высокой плотностью хранения водорода, хорошими циклическими характеристиками и высоким содержанием Mg на Земле (Energy Material Advances)…

…дистанционно управляемый летающий робот-пожарный Dragon Firefighter, представляющий собой четырехметровый пожарный шланг, может максимально приблизиться к очагу пожара и тушить его с наилучшей точки (Frontiers in Robotics and AI)…

…более 30% взрослых и до 90% подростков не высыпаются, в результате чего становятся менее счастливыми и более тревожными (Psychological Bulletin)…

…изготовлен транзистор из нитрида галлия на алмазной подложке, которая вдвое лучше рассеивает тепло по сравнению с карбидом кремния (Small)…

Сфальсифицированные сны
Л.Н. Стрельникова
Казалось бы, нет уже и щелочки в личной жизни, куда бы не влезли цифровые устройства. Ну разве что — сны. Их-то уж точно никто, кроме нас самих, не видит. Может, и не видит, а вот управлять нашими снами уже научились.
pic_2023_12_36-2.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Все меньше становится у нас личного пространства. Большой брат повсюду следит за нами в глазки видеокамер. Продвинутые пользователи и те, кто понимает, заклеивают глазок видеокамеры на своем ноутбуке.

Ноуты, планшеты и телефоны облегчают задачу Большому брату. Помню, как несколько лет назад мы с мужем обсуждали ремонт. К концу нашего разговора мне в телефон посыпалась реклама строительных компаний и строительных товаров.

«Какое совпадение!» — изумилась я. «Да какое совпадение?! — сказал мой умный муж. — Твой айфон тебя слушает и реагирует». — «Но как он слушает? Он же выключен!» В общем — не поверила. А зря. Действительно, айфон подслушивал мои разговоры, делал выводы и начинал мною манипулировать.

В прежние времена на важные переговоры нельзя было зайти со своим винчестером. А сегодня тебя попросят оставить смартфон в приемной. Он тоже небезопасен.

Казалось бы, нет уже и щелочки в личной жизни, куда бы не влезли цифровые монстры. Ну разве что — сны. Их-то уж точно никто, кроме меня, не видит. Может, и не видит, а вот управлять нашими снами уже научились.

Профессора психиатрии Роберта Стикголда из Гарвардской медицинской школы считают хакером снов. Более 20 лет назад он доказал в экспериментах, что человеку можно навязать сновидение и узнать, что ему снится.

Со своим коллегой Адамом Горовицем из Массачусетского института они создали инкубатор снов под названием Dormio. Это небольшой измерительный прибор, который надевают на запястье, средний и указательный пальцы, как своего рода перчатку. Три разных датчика, подключенных по беспроводной сети к приложению в планшете, считывают параметры сна пользователя.

Dormio использует гипнагогическую фазу сна. Это когда мы все еще немного бодрствуем, но уже почти в стране снов. На этом этапе перед сном, который длится до пяти минут, мозг пересматривает события дня, чтобы пометить и классифицировать воспоминания для последующей обработки. Нейрофизиологи полагают, что, возможно, это лучшее время для манипулирования сновидением.

Dormio определяет, когда человек впадает в гипнагогический сон, и в этот момент голосовое устройство просит испытуемого что-то представить. Например, говорит: «Подумайте о дереве». Затем, во время сна, Dormio будит спящего звуком будильника и задает вопрос — что он видел во сне? Ответ автоматически записывается.

В эксперименте участвовало 25 человек. Их будили несколько раз за ночь и спрашивали, что они видели во сне. Подавляющее большинство вспоминало свой сон. И в 70% случаев они видели во сне дерево! Представляете? Как видите, сном можно управлять. А через сон — управлять желаниями человека.

Нейробиологи Пекинского университета считают, что это возможно. Причем для этого достаточно дневного сна. Они провели эксперимент, в котором участвовало 92 человека. В нужной фазе сна исследователи произносили название какой-нибудь закуски типа чипсов. А после сна предлагали выбрать одну закуску из восьми. 75% выбрали то, что слышали во сне.

Манипулировать сном можно и с помощью запахов. Это эффектно продемонстрировали в эксперименте израильские нейрофизиологи. Спящим курильщикам в нос попадал сигаретный дым, смешанный с запахом тухлых яиц, то есть сероводородом. И что же? Проснувшиеся курильщики не спешили закурить. Примечательно, что никто из испытуемых не знал о хакерской атаке на их нос, и одной дозы было достаточно, чтобы эффект сохранялся в течение недели.

Ясно, что вскоре вокруг исследователей снов стали кружить крупные компании типа Playstation и Burger King — предлагали свое сотрудничество и поддержку. Роберт Стикголд и Адам Горовиц получили несколько предложений создать инкубатор снов Dormio для коммерческих целей. Но ученые отклонили все.

А два года назад, в 2021-м, 38 исследователей сна написали открытое письмо, в котором подчеркнули опасность техники, которую они сами же и придумали. Она опасна, если коммерческие компании начнут использовать ее для манипуляции предпочтениями покупателей.

Этот коллективный протест возник после того, как американский производитель пива известной марки с исследователем сновидений из Гарварда пригласили публику принять участие в «крупнейшем в мире исследовании сновидений». Все, кому после определенных манипуляций снилось пиво этой марки, бесплатно получили 12 упаковок этого напитка. Тут-то нейрофизиологи и увидели опасность манипулирования человеком в корыстных целях.

Но, кажется, паровоз уже не остановить. Недавно Американская маркетинговая ассоциация решила выяснить отношение бизнеса к технологиям манипуляции сном и опросила 400 американских фирм. Оказалось, что почти 80% из них планируют использовать эти технологии в течение ближайших трех лет.

Многие нейрофизиологи считают, что взлом снов в коммерческих целях — дело недалекого будущего. Но вот Роберт Стикголд, разработчик инкубатора снов, настаивает на том, что сны уже взламывают. Дело не в том, что многие перед сном смотрят видео в соцсетях и вкладывают в голову всякий мусор. Это его личное дело.

Но происходит и пассивный взлом снов, в котором участвуют ваши умные часы, определяющие фазы сна, ваши гаджеты и всякие модные умные колонки и голосовые помощники Алексы и Алисы, которые могут во время сна говорить то, что кому-то выгодно.

Тут ведь интересантов очень много — и производители товаров, и производители услуг, и политики. Ведь нет такого преступления, на которое не пойдет капиталист ради 300%-ной прибыли.

Но эту технологию можно и нужно использовать и в благих целях. Собственно, ради этого и был создан инкубатор снов Dormio — для лечения ветеранов войны с посттравматическим стрессом, которых по ночам мучают кошмары.

А я вот думаю, что надо очень внимательно присмотреться к тому, с кем мы проводим ночь. Здесь правило должно быть очень жестким — никаких гаджетов, колонок, умных часов и всякого такого в спальне. Ну хоть что-то личное должно быть в нашей жизни?

Оптическая металлургия
Л.Н. Стрельникова
Появилась научная статья, в которой китайские исследователи предлагают выплавлять цинк с помощью лазеров. Этот метод не использует высокотемпературного обжига и восстановления углем, поэтому выбросы парниковых газов равны нулю. Авторы технологии назвали ее оптической металлургией.
pic_2023_12_36-1.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

На наших глазах зарождается оптическая металлургия. Сейчас расскажу, что это такое. Но сначала — о цинке. С цинком мы встречаемся на каждом шагу и даже не замечаем. Водосточная труба, материалы для кровли, детали машин, аккумуляторы, самовары — все это изготовлено с использованием цинка.

У этого металла есть одно очень важное качество — он защищает изделия от коррозии. Поэтому основная область применения цинка — это антикоррозионные покрытия железа и стали и получение сплавов. Например, латуни.

Интересно, что латунь — а это сплав меди с цинком, устойчивый к коррозии, — была известна с глубокой древности, еще до нашей эры, хотя цинк как химический элемент был открыт только в XVIII веке. Получение латуни описал древнегреческий географ Страбон. И мы знаем, что ее делали, сплавляя медь с цинковой рудой. А цинковая руда — это сульфид цинка, или минерал сфалерит.

А вот чистый цинк первыми научились выплавлять из руды в Индии 700 лет назад. Затем технологию подхватили в Китае, где в эпоху династии Мин в ходу были цинковые монеты.

Китай и сегодня, наряду с Австралией и Канадой, остается одним из мировых лидеров в производстве цинка. Цинк можно получить двумя способами. И сегодня оба в ходу. Можно цинковую руду обжечь в печи, получить оксид цинка, а потом восстановить чистый металл из оксида с помощью угля или кокса. Второй способ — электролитический. Концентрат, полученный после обжига цинковой руды, обрабатывают серной кислотой, переводят в раствор и уже раствор подвергают электролизу.

К сожалению, оба способа очень грязные и энергоемкие. Цветная металлургия вообще грязное дело. В Китае наибольший вклад в загрязнение окружающей среды вносит именно цветная металлургия.

И здесь цинковая промышленность в лидерах — каждый год она выбрасывает 33 миллиона тонн СО2. А между прочим, Китай объявил, что достигнет углеродной нейтральности к 2060 году, когда ни одна молекула зловредного парникового СО2 не вылетит из труб промышленных предприятий Китая. Видимо, такая задача была поставлена перед наукой. И вот вам результат.

Появилась научная статья, в которой китайские исследователи предлагают выплавлять цинк с помощью лазеров. Этот метод не использует высокотемпературного обжига и восстановления углем, поэтому выбросы парниковых газов равны нулю. Авторы технологии назвали ее оптической металлургией. Выглядит это так.

Берут цинковую руду, минерал сфалерит, помещают в вакуумную камеру, наполненную инертным газом аргоном, чтобы и следа кислорода там не было, иначе начнется окисление. Затем включают лазер и через линзу направляют лазерный луч на минерал.

Все продукты реакций, и газообразные, и твердые, ученые анализировали с помощью самых разных видов спектрометрии. Оказалось, что ультрафиолетовый лазер раскачивает молекулы на поверхности сфалерита. Температура поднимается, ионные связи рвутся, материал плавится и испаряется. Кстати, у цинка очень низкая температура кипения, всего 906,2°С. У железа, для сравнения — 2862°С. Поэтому цинк, видимо, превращается в пары, которые потом осаждают, и получают чистый металл.

Подсчитали, конечно, и расходы на новую технологию. Потому что без экономического обоснования на производство и соваться нечего. Оказалось, что эксплуатационные расходы для оптической металлургии на 16% меньше, чем для традиционного завода по выплавке цинка.

Все тонкости технологии я не уловила. Да и вряд ли они изложены в статье (Frontiers of Environmental Science & Engineering). Важно, что пока это только лабораторная установка. А как мы знаем, от лаборатории до промышленных цехов путь не близкий. Бывает, что масштабирование и вовсе невозможно.

Но будем оптимистами. Металлургия, эта старейшая отрасль тяжелой промышленности, ждет инноваций. Кстати, мы тоже производим в России цинк — на Челябинском цинковом заводе и в компании «Электроцинк» в Северной Осетии — Алании. Так что имеет смысл присмотреться к этому новшеству с красивым названием «оптическая металлургия».

Сколько стоит вода?
Л.Н. Стрельникова
Есть ценнейший природный ресурс, которым мы пользуемся каждый день и не замечаем его. Это вода. Она льется из-под крана как нечто само собой разумеющееся. И мы не задумываемся, насколько она на самом деле ценна.
pic_2023_12_35.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Есть ценнейший природный ресурс, которым мы пользуемся каждый день и не замечаем его. Это вода. Она льется из-под крана как нечто само собой разумеющееся. И мы не задумываемся, насколько она на самом деле ценна. В науке даже появился термин «водная слепота». Но не задумываемся мы, жители России, Европы, Канады и других стран, где воды много. А вот, например, жителям Индии, Мадагаскара, Эфиопии, Бахрейна приходится платить за питьевую воду больше, чем за бензин.

Обычному человеку нужно как минимум 50 литров воды в день для простых бытовых нужд и питья. Так считает ООН. В России, богатой водными ресурсами, мы расходуем, конечно, побольше — можем себе позволить.

Вообще, нам нужна вода не только для питья. Без пресной воды невозможно выращивать продукты питания, производить одежду и вырабатывать энергию. А сами реки — это транспортные пути, хранилища углерода, туристические достопримечательностями и резервуары биоразнообразия.

Так сколько же стоят услуги, которые оказывает нам вода? Говорят, что все можно оценить в деньгах. Вот экологи и подсчитали, что вода, используемая во всем мире, ежегодно стоит около 55 триллионов евро. Это огромная сумма, которая соответствует 60% мирового валового внутреннего продукта. Цифра фантастическая.

Вообще-то, мы никогда об этом не задумывались. Полагая, что вода — это бесконечный, квазисвободный товар, мы ведем себя кое-как. А в результате — глобальный водный кризис. Две трети крупнейших в мире рек перекрыты плотинами, из-за чего они потеряли свободное течение. Одна треть водно-болотных угодий уничтожена за последние 50 лет. При этом половина мирового население страдает от нехватки воды, по крайней мере раз в месяц.

Экологи полагают, что пресноводные экосистемы находятся в состоянии свободного падения во всем мире. Знаете, иной раз кажется, что все, к чему прикасаются руки человека, в конце концов приходит к кризису.

Не успели экологи подсчитать стоимость воды, как появился новый отчет Всемирной метеорологической организации ООН о мировом состоянии водных ресурсов в 2022 году. Отчет вышел только что. Главный вывод таков — глобальный круговорот воды становится все более несбалансированным, где-то воды много (ливни и затопленные деревни и города), а где-то мало (жестокие засухи).

В отчете представлены подробные данные о круговороте воды в мире, в том числе об объемах притока и стока почти тысячи рек и озер, об уровне грунтовых вод, о влажности почвы и скорости испарения на земельных участках в 14 странах, а также о хранилищах воды — ледниках.

Откуда взялись данные? Из ручных полевых исследований, дистанционного зондирования со спутника. Их предоставили 273 измерительные станции, около 11 международных групп по моделированию и десятки исследователей.

Отчет зафиксировал то, что мы, собственно, и сами видели своими глазами.

В 2022 году 40% обследованных территорий пострадали от более сильной засухи, чем в среднем в предыдущие десятилетия. Воды во многих реках мира стало меньше. Уровень грунтовых вод понизился.

В результате реки Рейн, Дунай, Эльба, По и другие обмелели, что ударило по речному судоходству. В европейских реках обнажились камни голода. Это такие большие камни в реках и озерах Европы, на которых в разные эпохи люди оставляли послания о засухе.

Когда водоемы мелеют и камни голода показываются над водой, то это значит — жди сильной засухи и неурожая. Например, в чешском городе Дечин на огромном валуне в реке Эльба 300 лет назад была сделана надпись «Если увидишь меня, плачь».

В чем причина? Конечно, в изменении климата. Именно так считают ученые. Повышение температуры на планете ускорило и нарушило круговорот воды. Более теплая атмосфера накапливает больше влаги, что приводит к все более частым и обильным осадкам и наводнениям. Однако они распределены неравномерно в пространстве и времени, поэтому засухи и наводнения чередуются.

Международная группа ученых, составившая этот отчет и планирующая выпускать его каждый год, надеется, что он поможет политикам и экономистам принимать взвешенные решения и лучше управлять водными ресурсами, цену которым в денежном выражении мы теперь знаем. Хотя, на мой взгляд, водные ресурсы Земли бесценны, потому что без воды нет жизни. Никакой.

Поющее яйцо
Л.Н. Стрельникова
Как не ошибиться и сварить такое яйцо, какое хочется? На этот случай специалисты немецкой компании Brainstream придумали поющее золотое яйцо. Это такой запрограммированный термостат, который по форме и размеру точно соответствует куриному яйцу, а сверху покрыт 24-каратным золотом. Ну кто теперь посмеет бросить в ученых камень и сказать, что наука бесполезна?
pic_2023_12_34.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Какое вареное яйцо вы предпочитаете? Всмятку? В мешочек? Или крутое? Мне по большому счету все равно. Но есть люди, которые могут употреблять только, скажем, яйцо в мешочек и никакое другое. И вот спрашивается, как его сварить? Стоять с секундомером у плиты? И вообще — как узнать, когда куриное яйцо при варке приобретает идеальную консистенцию?

Во время варки внутри яйца происходят необратимые физические и химические процессы. Фарш невозможно провернуть назад. А из вареного яйца невозможно сделать сырое.

При повышении температуры начинается денатурация белка. Структура жидкого белка сырого яйца разрушается, цепи аминокислот сшиваются иначе, и белок становится твердым и непрозрачным. Кожица, которая образуется на свернувшемся молоке, — это еще один пример денатурированного белка.

Этот процесс начинается примерно с 61,5°С. Чем выше поднимается температура, тем сильнее прогрессируют изменения. Если яйцо сварено вкрутую, значит, его температура достигла 84,5°С.

Если яйцо варить долго, то будут происходить и другие химические превращения. Вы, наверное, замечали, что когда долго варишь яйцо, то на поверхности твердого желтка, на границе с белком, образуется серовато-зеленовато-голубоватый слой. Это результат взаимодействия железа, которое есть в желтке, с сероводородом, который при длительном нагревании выделяется из разрушающихся белков. Образуется сульфид железа. Не волнуйтесь, яйцо от этого не становится несъедобным. Просто это маркер того, что яйцо варили долго.

А вот еще одна особенность. Желток не начнет затвердевать до тех пор, пока не затвердеет весь белок. Затвердевающий прозрачный белок действует как теплоизолятор для желтка. Поэтому существует опция «яйцо в мешочек», когда белок уже схватывается, а желток еще жидкий. Только когда весь белок станет белым и твердым, тепло воды сможет нагреть желток. Желток застынет при температуре около 65°С.

Как видите, тонкостей в деле варки яйца много. На самом деле способ приготовления яиц зависит от множества факторов, и прежде всего — от фактической температуры воды. А она, в свою очередь, зависит от давления окружающего воздуха. Вот, например, на горе Эверест давление падает и вода закипает уже при 71°С, а не при 100, как на нашей кухне.

Эверест — это, конечно, крайний случай, кому взбредет в голову варить там яйца. Однако различия в температуре кипения воды очевидны даже на более низких высотах.

Итак, как же не ошибиться и сварить такое яйцо, какое хочется? На этот случай специалисты немецкой компании Brainstream придумали поющее золотое яйцо. Это такой запрограммированный термостат, который по форме и размеру точно соответствует куриному яйцу, а сверху покрыт 24-каратным золотом. Но самое интересное внутри.

Поющее яйцо, находящееся в одной кастрюле с обычными куриными яйцами, регистрирует температуру воды и на основе данных, зашитых в его программной начинке, рассчитывает внутреннюю температуру настоящих яиц и начинает отсчитывать время. А дальше, в момент готовности яйца, звучит мелодия, причем своя для каждой из трех консистенций — всмятку, в мешочек и вкрутую.

Ну кто теперь посмеет бросить в ученых камень и сказать, что наука бесполезна?

Чему учит венерина мухоловка
Л.Н. Стрельникова
Если вы занимаетесь разработкой мягких роботов, которые должны уметь хватать что-либо, чтобы адаптировать к окружающей среде, то венерина мухоловка — это идеальный образец для подражания. Вот ученые и создали искусственную версию венериной мухоловки. И она превзошла биологическую модель, потому что захлопывается всего за 30 миллисекунд.
pic_2023_12_33.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Что вдохновляет ученых, инженеров и материаловедов на создание новых материалов и устройств? Конечно, природа. У нее запасено столько удивительных технологических решений, что только успевай разгадывать эти секреты и использовать на благо человека.

Возьмем, к примеру, растения. Более тысячи их видов — это хищники, и самый злой из них — венерина мухоловка. У нее есть яркая открытая пасть, которая образована из краевых частей листьев. В эту яркую и привлекательную ловушку заползают беспечные насекомые и оказываются в лапах хищника. Точнее — в его пасти.

Как вы думаете, кто первым доказал, что и в растительном мире существуют хищники? Да, это был Чарльз Дарвин. В 1875 году Чарльз Дарвин опубликовал монографию о плотоядных растениях, в которой описал свои опыты. Он нашел круглолистную росянку, которая часто встречается в Великобритании, и стал кормить ее всякой плотоядной пищей — яичным белком и крошками сыра. Растение было довольно и прекрасно себя чувствовало. Это исследование тогда буквально потрясло научное сообщество.

В природе плотоядные растения питаются насекомыми, пауками, мелкими беспозвоночными. А некоторые крупные ловушки в виде кувшинов могут и мышь слопать. Чтобы ловушка венериной мухоловки захлопнулась, необходимо механически воздействовать, например наступить как минимум на два чувствительных волоска на листе ловушки с интервалом не более 20 секунд. Природа придумала эту хитрость специально, чтобы защитить росянку от случайного захлопывания, когда в ловушку попали капли дождя или ветром занесло какие-нибудь соринки.

У венериной мухоловки нет центральной нервной системы. У нее есть механическая память, которой достаточно, чтобы намертво ухватить добычу и не остаться голодной. Чтобы не упустить добычу и быть быстрее любой мухи, ловушка срабатывает молниеносно — в течение одной десятой доли секунды. Эта фантастическая скорость впечатляет не только биологов, но и материаловедов.

Если вы занимаетесь разработкой мягких роботов, которые должны уметь хватать что-либо, чтобы адаптировать к окружающей среде, то венерина мухоловка — это идеальный образец для подражания. Вот немецкие ученые и создали искусственную версию венериной мухоловки. И она превзошла биологическую модель, потому что захлопывалась всего за 30 миллисекунд, то есть в три раза быстрее.

Пока ученые и инженеры придумывали, как будет срабатывать искусственная ловушка, они испробовали все возможные приводы — пневматический, гидравлический, магнитный и даже сплав с памятью формы. Оказалось, что быстрее всего ловушка защелкивается с помощью пневматического привода.

Более того, исследователи сконструировали такие захваты, которые сами регулируют степень нажатия в зависимости от того, какой объект они хватают.

Такие захваты делают из мягких эластомеров, которые прорезаны тонкими каналами. Они заполнены жидкими металлическими сплавами, жидким припоем. Объект, который надо схватить, распознают специальные, электрически активируемые сенсорные волоски на руке робота. Эти сенсоры и подсказывают роботу, с каким усилием надо хватать объект, чтобы он не выскользнул или не сломался (Bild der Wissenschaft).

Где найдут применение искусственные захваты а-ля венерина мухоловка? Да много где. Такими цепкими лапками, способными хвататься за что угодно, исследователи намерены снабдить ползающих роботов в форме гусениц. Они нужны, чтобы, например, обслуживать и чистить трубопроводы там, куда человеку не пролезть.

Но есть работа и помасштабнее. На космических орбитах, которые необходимо освобождать от космического мусора. Среди разрабатываемых технологий есть контактные, когда роботизированный зонд захватывает на орбите куски металла.

И вот тут очень важно, чтобы зонд не выронил тяжелый кусок мусора из своих лап, а вцепился в него намертво. Так что искусственным захватам, действующим по аналогии с венериной мухоловкой, работа, несомненно, найдется.

Вообще, сегодня много разговоров вокруг умных материалах. И порой кажется, что разговорами все дело и ограничивается. Но это не так. Умные материалы появляются, но не так быстро и не так часто. Просто потому, что их создание требует широких междисциплинарных исследований. Тем не менее решения в этой области появляются регулярно.

Однако если присмотреться, то выяснится, что большинство человеческих изобретений уже запатентовано природой. А сколько еще оригинальных патентов природы не расколоты учеными и инженерами?! Возьмем, к примеру, кузнечика. Мелочь пузатая, а прыгает на высоту пять метров. Как он это делает? Поразительно. А ведь может и нам пригодиться для чего-то важного, если подумать.

Где у растений нос?
Л.Н. Стрельникова
За последние четыре десятилетия ученые наблюдали эфирную связь у более чем 30 видов растений, включая фасоль, табак, томат, арабидопсис и другие. Но где же у растений нос? И вообще — как это все происходит?
pic_2023_12_32.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Человек обладает тонким обонянием не просто так. Запах — это очень важный фактор, который помогает нам адаптироваться к окружающей среде и выживать. Например, не есть протухшую еду, которая грозит смертельным отравлением. Тончайший запах каких-нибудь гаптенов, то есть индивидуальный запах, источаемый человеком противоположного пола, помогает найти наиболее подходящего полового партнера.

Индивидуальный запах человека настолько тонок, что мы его как будто не чувствуем. Но наше обоняние отлично его слышит. Обонятельные рецепторы в носу выхватывают из воздуха молекулы запах, передают сигналы в мозг. А мозг уже дешифрует их, делая вывод о генетике источника запаха. Этим языком химических сигналов пользуются все животные.

А есть ли обоняние у растений? Да, есть. Мы знаем, что созревшие плоды овощей и фруктов выделяют этилен — фитогормон созревания. Впервые на это обратил внимание русский биолог Дмитрий Николаевич Нелюбов в 1901 году. Он заметил, что на свежем воздухе горох вырастает ровным и большим, а в лаборатории загибается крючком. Ученый предположил, что, видимо, в воздухе лаборатории содержатся какие-то вещества, которые влияют на рост гороха. И оказался прав.

В те времена помещения освещали газом, который использовали и в уличных фонарях. Этот светильный газ получали при пиролизе каменного угля или нефти. Нелюбов выяснил, что в этой смеси горючих газов содержится этилен. Он-то и останавливал рост гороха, то есть поворачивал его процессы в сторону старения. Потом уже выяснилось, что и созревание плодов, и листопад — все это дело рук этилена. И кстати, деревья, растущие рядом с фонарями со светильным газом, желтели и опадали раньше положенного срока.

Этилен, выделяемый созревающими плодами, воспринимают другие растения. Воспринимают как химический сигнал к действию. И если в ящик с зелеными яблоками положить одно спелое, то зеленые яблоки быстро дозреют. Эту технологию используют на плодоовощных базах, где предусмотрена подача этилена в хранилища. Если надо срочно дозреть овощи и фрукты, в камеры подают этилен.

Интересно, что этилен, выделяемый созревшими фруктами, воспринимают и срезанные цветы. Если букет стоит рядом с вазой со спелыми фруктами, то цветы завянут быстрее. Точно так же и с дымом сигарет. Букет цветов, стоящий в комнате, где курят, быстро завянет, потому что сигаретный дым содержит этилен. Впрочем, об этом мы писали.

Но если растения воспринимают этилен, то, возможно, они чувствуют и другие запахи? Сорок лет назад ученые обнаружили, что растения, которые начала кусать гусеница или травоядное животное, выделяют в воздух летучие органические соединения. Тем самым пострадавшее растение посылает сигнал окружающим — «Берегитесь! Пришли убийцы!»

И действительно, ученые выяснили, что у растений, до которых гусеницы еще не добрались, а вот химические сигналы от пострадавших долетели, включаются механизмы защиты от травоядных.

Вообще, механизмов защиты растений от травоядных много, они разные. Например, растения, на которые напали травоядные, начинают выделять горькие и ядовитые вещества, которые делали их листья неаппетитными и несъедобными, чтобы гусеницы подавились и отстали. Или выделяют такие пахучие вещества, которые подают сигнал естественным хищникам, пожирающим гусениц. И они прибегают или прилетают на пир.

Идея «говорящих» растений родилась еще в 1980-х годах. Исследователи экспериментировали с ивой, тополем и кленом. И обнаружилось кое-что любопытное. Оказалось, что здоровые деревья, которые росли на расстоянии 30–40 метров от пораженных насекомыми сородичей и до которых гусеницы еще не добрались, включали внутреннюю химическую защиту, чтобы подготовиться к вторжению гусениц. Как будто знали, что оно вот-вот произойдет.

Передать информацию по корням деревья не могли — они росли слишком далеко друг от друга. Значит, сигналы прилетели по воздуху в виде летучих веществ. Сегодня это явление получило название «подслушивание растений».

За последние четыре десятилетия ученые наблюдали эту эфирную связь у более чем 30 видов растений, включая фасоль, табак, томат, арабидопсис и другие.

Но где же у растений нос? И вообще — как это все происходит? Шаг за шагом исследователи приближаются к разгадке. И вот что мы уже знаем. В ответ на нападение травоядных растения действительно выделяют множество летучих органических соединений, включая летучие вещества зеленых листьев.

Их много — терпеноиды и производные аминокислот, спирты, альдегиды и сложные эфиры. Они образуются в течение нескольких секунд после ранения. И потенциально они могут работать сигналами опасности при общении растений. Но, как выяснилось, не все.

Исследователи установили, что в этом букете легколетучих органических соединений, которые выделяет растение при повреждении, только два альдегида активируют защиту у соседних здоровых растений. Другие летучие вещества, видимо, подают другие сигналы — тем же пожирателям гусениц.

Как эти сигнальные молекулы альдегидов проникают в растение? Теперь мы это знаем точно — через устьица на листьях. Система хорошо работает днем, когда устьица максимально раскрыты, чтобы улавливать углекислый газ для фотосинтеза. Но как запускаются защитные реакции внутри растения?

Чтобы это выяснить, исследователи провели изощренный эксперимент. Они создали генетически модифицированный арабидопсис. Его клетки производили флуоресцентный белок, который в присутствии ионов кальция в клетке начинал светиться. Потом это растение помещали в атмосферу с химическими сигналами опасности от поврежденных растений и смотрели за свечением листьев.

Листья начинали интенсивно светиться уже через несколько секунд после того, как сигнальные молекулы достигали устьиц на листочках арабидопсиса. То есть в клетках открывались ворота, в которые потоком бросались ионы кальция, участвующие в передаче электрических сигналов, то есть информации и команд, по всему растению. А затем свечение от верхних слоев распространялось во внутренние, и клетки начинали вырабатывать защитные белки.

Так ученые установили, что ключевую роль здесь играют ионы кальция. Чтобы подтвердить гипотезу, некоторые экспериментальные растения обработали веществами, блокирующими систему ионов кальция. В результате внутренняя защиты растения не активировалась, то есть они не реагировали на сигналы опасности (Nature Communications).

Теперь мы знаем, что два сигнальных альдегида запускают защитные реакции через активацию движения ионов кальция. Именно ионы кальция распространяют по всем клеткам информацию, что приближается враг. И в клетках увеличивается экспрессия генов, ответственных за производство защитных белков. Горьких и противных, от которых у гусениц сводит скулы и случается диарея.

Согласитесь, потрясающе интересный фундаментальный результат. А можно ли выжать из него чего-нибудь прикладное, полезное для народного хозяйства? Ведь академики не устают повторять вслед за великими Кантом, Кирхгофом и Больцманом: «Нет ничего практичнее хорошей теории».

Конечно, выжать можно. Исследователи полагают, что теперь, когда мы знаем, как запускаются защитные механизмы внутри растения, можно будет проводить своеобразную иммунизацию растений, то есть заранее включать их внутреннюю защиту. Например, воздействовать на растения теми же сигнальными альдегидами, которые сообщат о надвигающейся опасности. Это повысит их защиту, а фермеры смогут использовать меньше пестицидов и инсектицидов, и урожаи увеличатся. Конечно, многих деталей мы еще не знаем. Но уже есть где развернуться.

Пишут, что...
…впервые полностью секвенирован митохондриальный геном европейского шерстистого носорога…
…с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба обнаружили самую удаленную спиральную галактику ceers-2112с, похожую на Млечный Путь, которая сформировалась вскоре после Большого взрыва…
…искусственный интеллект может отображать гигантские айсберги со спутниковых снимков в 10 тысяч раз быстрее, чем люди…

…под ледником Антарктиды методом радиоэхо-зондирования обнаружен ландшафт с долинами и хребтами, которые образовали реки по меньшей мере 14 миллионов лет назад (Nature Communications)…

…четырехлетние дети потребляют в среднем на 79% больше калорий, когда им скучно (Food Quality and Preference)…

…генетически модифицированные дрожжевые клетки могут производить натуральный растительный продукт альстонин для лечения шизофрении (Nature Chemical Biology)…

…у людей с астмой риск смерти в два раза выше, когда количество плесени превышает 1000 спор в кубометре воздуха (Annals of Allergy Asthma & Immunology)…

…со времен промышленной революции около 25% антропогенного CO2 попало в океан, изменив химический состав воды и подкислив ее (Communications Earth & Environment)…

…впервые полностью секвенирован митохондриальный геном европейского шерстистого носорога (Biology Letters)…

…гранулы из переработанного пластика, собранные в 13 странах, содержат сотни токсичных химических веществ, включая пестициды и фармацевтические препараты (Data in Brief)…

…ученые определили новый опухолевый маркер, который может выявлять рак желудка с точностью почти 90% (Scientific Reports)…

…с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба обнаружили самую удаленную спиральную галактику ceers-2112с, похожую на Млечный Путь, которая сформировалась вскоре после Большого взрыва (Nature)…

…в китайском озере Поян коловратки, пережевывая микропластик, создают 13,3 квадриллиона наночастиц пластика каждый день (Nature Nanotechnology)…

…77% сгоревших площадей в нетронутых внетропических лесах связаны с возгораниями от молнии, в отличие от пожаров в тропиках, в которых в основном повинны люди (Nature Geoscience)…

…экстракт коры ивы обладает противовирусным действием широкого спектра действия, включая коронавирусы и энтеровирусы, которые вызывают грипп и менингит (Frontiers in Microbiology)…

…полоскание горла и носа соленой водой четыре раза в день в течение 14 дней помогает предотвратить госпитализацию с Covid (Annals of Allergy Asthma & Immunology)…

…наземные запасы углерода в смешанных лесах как минимум на 70% больше, чем в монокультурах (Frontiers in Forests and Global Change)…

…83% населения Соединенных Штатов проживает в городах (Nature Communications)…

…искусственный интеллект может отображать гигантские айсберги со спутниковых снимков в 10 тысяч раз быстрее, чем люди (The Cryosphere)…

< 2 3 4 5 6 >
Разные разности
Исполины против микропластика
Ученых интересует, как ведет себя микропластик в разных средах и как от него защититься или избавиться. И тут пришла подмога, откуда не ждали. Руку помощи с узловатыми крючковатыми пальцами протянули нам дубы.
Светящаяся петуния
Что вы скажете по поводу петунии, чьи цветки светятся в темноте подобно светлячкам? Скажете — небывальщина? Нет. Такие петунии уже появились на рынке. И появились они благодаря российской биотехнологической компании «Планта».
«Царица полей» против мышьяка
У кукурузы как кормовой культуры есть масса достоинств. Недавно ученые обнаружили у нее еще одно необычное свойство. И связано оно с мышьяком.
Живая музыка против консервированной
Музыка — это великолепный инструмент, который при умелом использовании позволяет нам перенастраивать свой мозг, регулировать состояние нервной системы, быстро переключиться и давать мозгу возможность отдохнуть. Но здесь возникает вопрос. Если сл...