Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Не ошибусь, если скажу, что все читатели «Химии и жизни» знают, что такое оригами. Да, это японский вид декоративно-прикладного искусства, заключающийся в складывании фигурок из бумаги. Название происходит от японских слов «ори» — «складывать» и «ками» — «бумага». Самодельные бумажные кораблики, которые мы в детстве складывали из листка бумаги и пускали в плавание по весенним ручьям, самолетики и журавлики — всё это примеры оригами.

Но, полагаю, что мало кто из вас знает, что такое киригами. А между тем это тоже традиционное японское декоративно-прикладное искусство работы с бумагой. Только в данном случае дело не ограничивается одними сгибами, в ход идут еще и ножницы, делающие надрезы и разрезы. Название происходит от японских слов «киру» — «резать» и «ками» — «бумага». Техника киригами позволяет превращать плоский лист бумаги в изысканные объемные формы.

В моем советском детстве на уроках труда в школе мы делали из цветной бумаги новогодние фонарики на елку — в технике киригами. Очень просто и волшебно с точки зрения результата.

Однако сегодня киригами вышло далеко за пределы искусства и стало настоящим инструментом инженерии. В Вирджинском политехническом институте применили эту технологию для разработки очень прочного и при этом легко отклеивающегося от поверхности скотча (Nature Materials).

Оказалось, что если нанести в определенных местах клейкой ленты надрезы V-образной формы, то лента станет в 60 раз прочнее, но отклеиваться от поверхности будет легко. При этом материал скотча значения не имеет — этот способ работает и с упаковочной лентой, и с медицинским пластырем.

Оказалось, что такой крепкий скотч, усиленный с помощью надрезов, отлично работает, используя ребра жесткости. Исследователи заклеили две коробки, одну обычным скотчем, а другую — надрезанным. А затем стали сбрасывать на них кирпичи и смотреть на результат.

Два кирпича раздавили коробку с обычным скотчем всмятку, а сама лента отклеилась. А коробке, заклеенной киригами-скотчем, хоть бы что: кирпичи не только ее не раздавили, но еще и отскакивали от крышки.

А вот еще одно техническое решение, которое стало возможным благодаря киригами — новый тип парашюта. Конструкторы из Монреальского политехнического института в Канаде взяли плоский пластиковый диск, в котором сделали лазерным резаком многочисленные прорези в шахматном порядке. Если теперь в центре диска прикрепить груз, то изначально плоская заготовка при падении развернется в сетку в форме вазы-купола, в случае если диск был не слишком толстым и на нем было достаточно прорезей подходящего рисунка (Nature).

При этом парашют летит вверх ногами. Груз прикреплен к вершине купола (или к центру пластинки), он-то и тянет купол вниз и заставляет его раскрываться. Это как будто вы летите, ухватившись за ручку зонтика, который ветром вывернуло наружу (на рисунке парашют присоединен к бутылке с водой).

Но оказалось, что такая конструкция обеспечивает киригами-парашюту беспрецедентную точность посадки — они всегда приземляются рядом с целью в отличие от обычных парашютов с грузом. И это отлично подойдет для доставки грузов по воздуху, в том числе гуманитарной помощи, в сложных районах, где точность доставки критична.

Конструкторы пока успешно экспериментируют с киригами-парашютами разного диаметра, от сантиметра до метра, которые ведут себя отлично хоть в аэродинамической трубе, хоть в свободном падении, отцепившись от дрона на 60-метровой высоте. Инженеры полагают, что киригами-парашюты будут дешевле в производстве и безопаснее для парашютистов, которым самим приходится складывать парашют, что не так просто.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Заканчивается год, который проходит под знаком грача. Именно грач стал птицей 2025 года по решению Союза охраны птиц России. Мы рассказывали вам об этом в декабрьском номере за прошлый год. Но сейчас, в конце года не грех и повторить. Тем более что грач сделал очень много для науки. Грачи ведь удивительно умные птицы. Поэтому их так любят биологи — с умным существом всегда есть о чем поговорить.

О граче мы узнаём всё больше и больше, потому что эксперименты, изучающие поведение этой красивой птицы, множатся. Расскажу вам о последних.

Исследователи, работавшие с грачами, заметили, что грач по имени Лео начал отзываться на речь экспериментатора — например, когда тот приманивал его словами «иди сюда» или просил подождать. Правда, ученый просто так, без всякой задней мысли разговаривал с птицей — как мы разговариваем с кошкой или собакой. Но оказалось, что грач его понимает!

А можно в таком случае обучить птицу командам? Биологи решили проверить. Грачу Лео предлагали три команды: «ко мне», «жди» и «голос». Перед каждой командой грач должен был приземлиться на насест перед столом, а экспериментатор — положить на стол червячка.

Команда «ко мне» разрешала грачу спрыгнуть на стол и съесть червяка. Команда «жди» требовала от него не приближаться к червяку по крайней мере пять секунд, а в ответ на команду «голос» нужно было издать какой-нибудь звук.

За 28 тренировок Лео уверенно освоил все три команды и выполнял их правильно в 70–80% случаев. Сложнее всего грачу давалась команда «жди». И я его понимаю! Представьте, что перед вами на столе что-то невероятно вкусненькое, аж слюнки текут, а тебе говорят — жди!

Причем грач Лео правильно выполнял команды, даже когда они звучали из динамика. Правда, чтобы освоить команды из динамика, потребовалось еще 50 уроков. Спустя полгода Лео протестировали снова — и убедились, что команды он не забыл.

Во многих лабораториях мира изучают поведение грачей и убеждаются, что грачи используют свой мозг по назначению, то есть для думания и размышления. Один из экспериментов выглядел так. Грачам показывали две картинки — с реальной ситуацией и с нереальной. На реальной картинке разные предметы лежали на столе. На нереальной — те же предметы парили над столом или рядом, то есть висели в воздухе.

Выяснилось, что грачи надолго задерживали свой взгляд на неправильной картинке, как будто недоумевали — как же так получилось, что предметы летают в воздухе? Весь их жизненный опыт подсказывал, что если кто и летает, так это птицы, но никак не кру́жки и книги.

Что на самом деле думали грачи, глядя на нереальную картинку с летающими предметами, мы не знаем. Грачи не умеют разговаривать. Но исследователи уверены, что грачи видят разницу и понимают нелогичность нереальной картинки.

Впрочем, есть и более однозначные эксперименты, демонстрирующие интеллект грачей. Выяснилось, что они могут работать с инструментами, то есть используют подходящие предметы в качестве орудий труда, подправляют их в случае надобности и даже изготовляют новые. И в своих умениях они превосходят многих обезьян.

В эксперименте участвовали грачи, которых с рождения содержали в исследовательском птичнике, то есть перенять опыт своих сородичей, обитающих на воле, они не могли. Сначала им в загон ставили установку с толстой трубой. В эту трубу надо было бросить камень, который надавливал на рычаг и открывал доступ к вкусненькому — к червячку. Грачам давали на выбор три камня, и они всегда выбирали самый крупный — для верности. Причем с первой же попытки.

Потом толстую трубку в установке заменили тонкой. В нее пролезал только маленький камешек. Именно его грачи и использовали. Более того, трое из четырех сделали это с первой же попытки, и лишь один грач поначалу попробовал средний камешек, а уже во второй раз кинул в трубу маленький.

Если же камней грачам не давали, они бежали к вольеру, пол которого был усыпан камнями, выбирали подходящий по размеру и бежали назад к трубе.

Справились грачи и с так называемым «метазаданием». Это такая многоходовка: надо использовать одно орудие труда, чтобы достать другое орудие, которое подходит, чтобы добыть пищу. Птицы, почти не задумываясь, кидали большой камень в установку с толстой трубой, из которой выкатывался маленький камешек, который можно было бросить в аппарат с узкой трубкой, где лежал вожделенный червячок.

Наконец, грачи смогли вытянуть ведерко с червячком из прозрачной вертикальной трубы с помощью проволочного крючка, который исследователи заботливо подложили в загон. Большинство грачей справились с этой задачей с первой попытки. Если же никакого крючка в загоне не было, то грачи делали его сами — брали проволочку с пола, заранее подложенную экспериментатором, загибали ее клювом и доставали лакомство. никто не показывал грачам, как сделать крючок, — это было их творчество, результат некоего мыслительного процесса, интуиции.

А еще выяснилось, что грачи наслышаны о законе Архимеда. И не только наслышаны, но и используют его на практике. Перед грачами ставили сосуд с небольшим количеством воды. На поверхности воды плавала пища. Однако достать еду грачи не могли — сосуд был слишком глубоким, не дотянуться. Рядом с сосудом исследователи положили кучку камней одного размера.

Из четверых грачей двое сразу догадались, что надо делать, — они стали кидать камни в сосуд, чтобы уровень воды поднялся и можно было добраться до еды на ее поверхности. Двое других справились с задачей со второй попытки.

Чтобы проверить, насколько птицы понимают механику происходящего процесса, во время следующего испытания ученые разложили перед грачами камни разных размеров. Выяснилось, что птицы предпочитают использовать камни покрупнее. Кроме того, когда грачам на выбор предлагали сосуд с водой и сосуд с опилками, птицы всегда выбирали сосуд с водой.

Вообще, людям есть чему поучиться у грачей, этих элегантных аристократов. Во-первых — моногамии. Грачи создают пары на всю жизнь. Они щедрые кавалеры, верные мужья и заботливые отцы. Их подруги платят им тем же.

Во-вторых, молодые грачи относятся с глубочайшим почтением к взрослым птицам. И вообще, в стае грачей царит строгая иерархия. Взрослые, высокоранговые птицы строят гнезда в центральной части дерева, поближе к стволу. Это самые безопасные и защищенные места. А молодые обустраивают свои квартиры на ветках, с краю, где гуляет ветер.

А еще у грачей хорошая память, поэтому связываться с ними точно не советую. Они навсегда запоминают человека, напугавшего их. Птицы узнают обидчика, даже если он переоденется или попробует изменить свою внешность. Так что не надо пугать птиц, лучше за ними наблюдать — это куда интереснее.

…используя водород и мезопористый катализатор с наночастицами рутения, можно превратить пластиковый мусор в жидкое топливо (Chem Catalysis)…

…хотя антибиотики, придуманные искусственным интеллектом, порой нестабильны, а их синтез слишком сложен, некоторые всё же сумели дойти до начала клинических испытаний (Nature)…

…при полном солнечном затмении птицы начинают петь так, будто наступило утро или вечер (Science)…

…без ретровирусов, внедрившихся в ДНК человека, нормальное развитие плода в утробе матери было бы невозможно (Nature)…

…онкологические пациенты, бросившие курить, живут на 330 дней дольше (Journal of the National Comprehensive Cancer Network)…

…золотые наночастицы, добавленные в капли для носа, легко проходят в мозг и могут пронести туда препарат от синдрома Альцгеймера, от вируса либо средство для улучшения настроения (Advanced Materials)…

…пасту на основе карбида кремния, которой полируют драгоценные камни, после использования можно добавлять в цемент и так избавляться от этого вредного отхода производства (AIP Advances)…

…женщины, которые дрессируют служебных собак, медленнее стареют, что подтверждает большая длина теломер в их клетках (Behavioral Sciences)…

…лёд с добавками аминокислот очень быстро поглощает метан, причем в немалом количестве, что позволяет создать перспективный способ хранения этого и других газов (Nature Communications)…

…рост температуры песка, в котором зреют яйца черепахи, увеличивает число самок среди вылупившихся, уменьшает размер животных, однако умственные способности не ухудшает, а улучшает (Endangered Species Research)…

…обращаться к слухам, соцсетям и подобным ненадежным источникам информации людей заставляет не насилие само по себе, а убежденность в неспособности властей защитить граждан от этого насилия (Media, War & Conflict)…

…создана система, которая позволяет с помощью опытов на дрозофилах изучать, как повлияют на организм человека препараты для лечения алкоголизма (Alcohol: Clinical and Experimental Research)…

…обитатели мест с высоким риском стихийных бедствий гораздо оптимистичнее оценивают будущее человечества, нежели обитатели спокойных мест (Personality and Individual Differences)…

…системы искусственного интеллекта используют те же самые механизмы кооперации, что и мыши для организации совместного существования в пределах своей колонии (Science)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Сегодня модно говорить об экономике замкнутого цикла, когда производство безотходно, а все отходы возвращаются в дело в качестве сырья. На самом деле то же самое касается и человека, который ежедневно производит отходы — экскременты. А в экскрементах содержится изрядная доля полезных микро- и макроэлементов, например азота и фосфора, которые так нужны растениям на полях.

Конечно, фермеры используют химические удобрения и навоз животных, которые в долгосрочной перспективе загрязняют окружающую среду, а производство неорганических азотных удобрений энергоемко и дорого. Ученые полагают, что естественной альтернативой могли бы стать удобрения из человеческих фекалий.

Исследователи из Корнельского университета в Итаке изучают, как переработать человеческие экскременты, чтобы их можно было использовать в качестве натурального удобрения и экологически чистой альтернативы. Для этого они использовали пиролизную установку, которая нагревает человеческие фекалии до нескольких сотен градусов по Цельсию. В результате получается так называемый биочар — биоуголь.

При обугливании исходный материал, то есть фекалии, теряет до 90% веса и объема. Получается очень легкий по весу продукт. Его легче хранить, транспортировать и выносить в поле, чем жидкий навоз животных или осадок сточных вод с очистных сооружений.

Кроме того, обугливание экскрементов удаляет патогены, остатки лекарств и большинство загрязняющих веществ, но многие питательные вещества остаются и концентрируются. Важно, что в форме биоугля сельскохозяйственные культуры лучше усваивают питательные вещества, чем в виде обычных неорганических и органических удобрений.

Идеальное удобрение? Нет, недостаток все же есть. Загрязняющие тяжелые металлы фекалий, такие как кадмий, остаются, по крайней мере частично, в биоугле при пиролизе и, следовательно, будут попадать в почву полей. Впрочем, это зависит от происхождения фекалий или среды обитания людей. Возможны варианты, когда содержание кадмия будет ниже, чем в обычных удобрениях.

Исследователи выяснили, что и человеческая моча подходит в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур. Она содержит столько фосфора, азота и калия, что может обеспечить соответственно 14–15, 16–17 и 20–25% от текущего годового потребления удобрений.

Однако, чтобы использовать эти питательные вещества, добавлять мочу надо только в биоуголь, то есть после обугливания человеческих фекалий. Одновременно обрабатывать твердые и жидкие экскременты нельзя (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Ежегодно, по расчетам команды, ценный для удобрений фосфор из биоугля может обеспечить 5–7% потребности во всем мире, а насущный азот — около 2%. Если бы экскременты животных собирали вместе с человеческими фекалиями и обугливали, это составило бы около 8% от глобальной потребности в фосфоре и около 16% необходимого азота.

Помните в романе В. Войновича «Москва 2042» лозунг: «Кто сдает продукт вторичный — тот питается отлично!» Ну что ж, очередная антиутопия сумела заглянуть в будущее.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Мне очень нравятся лошади. Они красивые, элегантные, умные. Я люблю погладить их по морде, похлопать по крупу и угостить яблочком. Но у меня нога не поднимается забраться к ней на спину, чтобы покататься. Не то что я боюсь, что она меня сбросит. Я боюсь, что лошади будет тяжело. В самом деле, она что же, появилась на свет для того, чтобы таскать меня на своей спине? Или природа все же ставила перед ней другие задачи?

И вот тут я не права. На протяжении тысячелетий лошади были основным средством передвижения людей — в путешествиях, в сельском хозяйстве и на войне. Привычка усаживаться лошади на спину зародилась в степях к северу от Каспийского моря, в бассейне рек Дона и Волги. В то время как самые ранние одомашненные лошади в Азии служили в основном поставщиками мяса и молока, люди из волжских степей около 4200 лет назад специально разводили своих животных в качестве верховых. И здесь ключевую роль сыграли редкие мутации.

Исследователи из Тулузского университета во Франции изучили 266 генетических маркеров, которые связаны с различными характеристиками, такими как телосложение, окрас шерсти и поведение.

Однако первый ген ZFPM1, в котором произошли изменения, был связан не с телосложением, а с поведением лошадей. Из экспериментов на мышах известно, что этот ген влияет на то, насколько пугливо или доверчиво животное. Исследователи установили, что этот вариант появился у лошадей еще около 5000 лет назад и становится более распространенным по мере того, как человек все больше упражняется в разведении лошадей. Способность приручаться и стрессоустойчивость были важными предпосылками для одомашнивания, поскольку помогали адаптироваться к жизни в неволе и общаться с людьми.

Еще сильнее влияние человека проявилось в гене GSDMC, который связан с формой скелета лошадей. У людей изменения в этом гене порождают хроническую боль в спине. Французские исследователи провели эксперименты с мышами, в которых модифицировали этот ген.

Выяснилось, что он влияет на анатомию позвоночника, мышечную силу передних конечностей и координацию движений. Таким образом, у лошадей с этим изменением гена была особенно сильная, жизнеспособная спина, поэтому они легко могли нести всадника. В течение нескольких сотен лет разведения лошадей полезный вариант GSDMC, ранее встречавшийся примерно у 1% лошадей того времени, распространился по всей популяции.

Вообще этот тип интенсивного искусственного отбора крайне сложен. Как люди 4000 лет назад справлялись с этим и занимались интенсивным коневодством — большая загадка. Они, должно быть, обладали необходимыми технологиями, были на удивление изобретательны и дальновидны. Но в любом случае спасибо им за это (Science).

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Около 97% алмазов (по весу), используемых сегодня в промышленности, — синтетические. А что это такое? Синтетические алмазы также широко известны под именами HPHT-алмазы (high-pressure high-temperature — выращенные под высоким давлением и при высокой температуре) или CVD-алмазы (chemical vapor deposition — химически осажденные из пара).

Правда, торговцам термин «синтетические» не нравится. Федеральная торговая комиссия США даже предложила альтернативные термины: «выращенные в лаборатории», «созданные в лаборатории». Мол, термин «синтетические» у потребителей ассоциируется с чем-то, что имитирует оригинал. Однако синтетические алмазы абсолютно аутентичные, это чистый углерод в соответствующей аллотропной модификации.

К этим двум способам получения синтетических алмазов, которые сегодня активно используют, присоединился третий. Теперь алмазы можно получать из углеводорода адамантана (C₁₀H₁₆).

Адамантан

Этот метод позволяет избежать высоких температур и давлений, не требует катализаторов и добавок и дает синтетические алмазы с почти идеальной кристаллической решеткой. Его придумала и разработала команда химиков из Токийского университета.

Почему для синтеза алмаза химики выбрали именно адамантан? Это понятно. Оба вещества состоят из тетраэдрического симметричного атомного каркаса, в котором атомы углерода расположены в одном и том же пространственном порядке. Сказать легко, а вот сделать куда сложнее. Собственно задача заключалась в том, чтобы связи С—Н в адамантане превратить в связи С—С.

В предыдущих исследованиях было показано, что такая трансформация происходит, если адамантан бомбардировать одиночными электронами. Однако никому не удавалось таким способом создать и изолировать, то есть выделить, стабильные продукты.

Китайские исследователи с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) детально изучили, что именно происходит с адамантаном под электронным пучком и какие условия лучше всего подходят для его преобразования. Они облучали кристаллы адамантана в вакууме электронами с энергией от 80 до 200 кэВ (килоэлектронвольт) в течение нескольких секунд. Температура при тестировании составляла от минус 173 до плюс 23°С.

В результате исследователи получили крошечные алмазные шарики с кристаллической структурой в форме куба диаметром 2–4 нм. При длительном облучении эти наноалмазы сливались, образуя двойные кристаллы диаметром 8–20 нм. В качестве побочного продукта образовывался водород.

Энергия для превращения адамантана в алмаз поступала исключительно от стреляющих электронов, в дополнительной тепловой энергии не было необходимости. Но главное заключается в том, что в этом процессе получаются идеальные кристаллы алмазов, без малейших повреждений и отклонений в кристаллической решетке.

Новый адамантановый метод теперь можно использовать для создания наноалмазов. Не для ювелирных изделий, конечно, а для квантовых датчиков. А исходный адамантан можно получить из природного газа или нефти.

Но у этого эксперимента китайских химиков есть и фундаментальный результат. Он доказывает, что электроны не разрушают органические молекулы, а склоняют их к определенным химическим реакциям. Под действием электронов алмазы могут образовываться не только в лаборатории, но и в природе, где есть аналогичные условия — то есть поток электронов.

Исследователи уже давно подозревают, что такие высокоэнергетические частицы, как космические лучи, сформировали алмазы, обнаруженные в метеоритах и урансодержащих отложениях на Земле. Теперь исследование подтверждает, что это возможно (Science).

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Сегодня Аляска в центре внимания не только политиков, но и ученых, прежде всего экологов. Дело в том, что здесь все больше природных водоемов приобретают оранжевый цвет, как будто кто-то регулярно подсыпает оранжевую краску в реки и озера. И эта история развивается на наших глазах.

Ничего особенного, скажете вы. В мире, в том числе и в России, много разноцветных озер и рек. И это, разумеется, связано с составом воды. Молекулы воды поглощают красную часть спектра (длина волны 625–700 нм) видимого света и отражают или рассеивают синюю и зеленую (440–570 нм). Вот почему чистые высокогорные озера, питающиеся ледниковой водой, кажутся нам сине-зелеными.

А вот вода в озере Лас-Колорадос на полуострове Юкатан романтичного розового цвета. Цвет воде придает планктон — микроорганизмы красного цвета. В Колумбии есть настоящая радужная река Каньо-Кристалес. С июля по ноябрь в ней цветут водоросли, причем разные. Потому кажется, что воды реки окрашены в пурпурный, желтый, синий, зеленый цвета. Она как будто сложена из пятен и полос разного цвета.

Другая ситуация на Аляске. До 2018 года река Лосось на диком севере Аляски была кристально чистой. Но летом 2019 года внезапно стала ржаво-красной. Чтобы разобраться в причинах и экологических последствиях этого явления, исследователи взяли пробы воды и проанализировали их. Оказалось, что почти во всех образцах концентрации железа, алюминия и кадмия значительно превышали предельно допустимые Агентством по охране окружающей среды США нормы.

Ничего хорошего в этом нет. Частицы оксида железа, или ржавчины, оседают на жабрах рыб, где они препятствуют обмену кислорода и в худшем случае приводят к удушью. Кроме того, вода, содержащая частицы оксида железа, мешает свету достигать дна реки, из-за чего страдают и гибнут личинки насекомых, которыми питаются лосось и другие рыбы.

Кадмий, в свою очередь, накапливается в тканях и может нанести вред органам и нервной системе рыб. Через пищевую цепь он также попадает в тела других животных, например медведей и птиц.

В результате в соседних притоках биомасса водорослей резко упала, количество мелких беспозвоночных заметно сократилось, а молодь рыб полностью исчезла.

Откуда же берутся токсичные вещества в реке? Это же дикий край, здесь нет никакой горнодобывающей промышленности. Исследователи предполагают, что причина кроется в таянии вечной мерзлоты, под которой тысячелетиями хранились минералы, в том числе сульфиды металлов и богатые сульфидами породы.

Когда растворенный кислород в грунтовых водах взаимодействует, например, с пиритом (сульфидом железа), может образовываться серная кислота, которая выщелачивает металлы из минералов. Это и приводит к попаданию железа, кадмия и кобальта в речную воду. Это еще одно необратимое изменение, вызванное потеплением на планете.

Река Лосось — далеко не единственная пострадавшая река, где происходят эти опасные процессы. Только в пределах хребта Брукс на севере Аляски зарегистрировано не менее 75 других водоемов, которые приобрели оранжевый цвет и заметно помутнели. Остальная часть Арктики тоже не застрахована от этого. Везде, где есть подходящие породы и оттаивающая вечная мерзлота, этот процесс может начаться.

Арктику считают одним из последних нетронутых регионов Земли, но даже здесь изменение климата оставляет видимые следы. Широко простирает руки свои глобальное потепление — на всю планету, от него не укрыться (PNAS).

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Он — это микропластик (размер частиц меньше 1000 мкм). Кажется, он пролез всюду, во все щели. Разве что в лесу его не искали. А между тем лесá — ключевой тип наземных экосистем. Они занимают 31% мировой поверхности суши. Но теперь руки дошли и до лесных почв.

Ученые из Технического университета Дармштадта впервые исследовали лесные участки к востоку от Дармштадта и в лесной подстилке на всех четырех экспериментальных площадках нашли микропластик — в среднем 4440 частиц на килограмм лесной подстилки. Понятно, что частицы особенно сильно накапливаются в верхних слоях листвы, но также проникают и в более глубокие слои почвы.

Предыдущие исследования находили микропластик в лесных почвах Республики Корея со средней концентрацией 160 частиц на килограмм сухой почвы, в первичных и вторичных тропических лесах Китая (630 частиц на кг), в дождевых лесах и сосновых плантациях Мексики (1500 частиц на кг) и в аллювиальных лесах Сербии с массовой концентрацией от 0 до 6 г на килограмм почвы. Однако эти исследования ограничены тем, что работали с относительно крупными частицами, в них не искали частицы с малыми размерами микропластика (<40 мкм).

Чтобы количественно оценить содержание микропластика (>20 мкм) в почвах, ученые использовали метод согласованной экстракции в органических и минеральных горизонтах лесной почвы. Вообще, техника эксперимента показалась мне просто фантастической. Одна только экстракция частиц включала использование разных растворов, ультразвука, потряхивания, замораживания. А вообще весь эксперимент состоял из пяти этапов, начиная с отбора проб, в которые нельзя было невольно занести новые частицы микропластика, экстракцию, и заканчивая их анализом. Виртуозный эксперимент.

Но как микропластик вообще попадает в лесную подстилку? Из атмосферы. Он ведь легкий и постоянно переносится по воздуху. Кстати, эффект лесного фильтра и улавливания атмосферных твердых частиц уже известен для микроэлементов и органических соединений (например, ДДТ, ПФАС, ПАУ).

Если ветер шумит в кронах деревьев, то и микропластик там оседает, на листьях. А дальше либо дождь смывает его с листвы, либо она опадает. Да и сам по себе микропластик выпадает из атмосферы на землю. Вот так он оказывается в лесной почве.

Ученые пишут, что на исследованных участках леса из атмосферы оседало в среднем около девяти частиц микропластика в день на квадратный метр. Средние размеры частиц микропластикатов, осевших на почву из атмосферы, составляли 40–63 мкм, в то время как у микропластикатов, осевших на поверхности листьев, меньший размер — 10–30 мкм.

Но есть и другие источники. Например — лесное хозяйство, в котором используют много всяких предметов и устройств из пластика, а также пластиковый мусор, в изобилии оставляемый посетителями лесов. И все же основной источник микропластика в лесу — атмосфера. В более глубокие слои крошечные частицы пластика попадают в результате разложения листвы и деятельности почвенных организмов, которые еще больше рассеивают частицы (Communications Earth & Environment).

Ученые выяснили состав микрочастиц. В образцах атмосферных осадков большинство микропластика составляли полипропилен (ПП, 61%), за ним следовали полиэтилен (ПЭ, 20%), полиамид (ПА, 9%), полистирол (ПС, 3%) и полиуретан (ПУ, 3%), а также другие материалы (4%). В образцах лесной почвы частицы встречаются в виде ПП (48%), за которыми следуют ПА (23%), ПЭ (15%), этиленвинилацетат (5%), полиметилметакрилат (3%) и другие (6%). И это логично, что в составе преобладают полиэтилен, полипропилен и полиамид, то есть самые массовые в производстве полимеры.

См. также:
Борьба с пластиком: сезон 3 (2023 №1)
Микропластик: угроза или нет? (2023 №5)
Микропластик тысячелетия (2023 №11)
Нанопластик в дафнии (2024 №2)
Исполины против микропластика (2024 №5)
Пластик на дне (2024 №10)
Микропластик в сонной артерии (2025 №6)
В океане много нанопластика (2025 №9)
Охота на микропластик открыта (2025 №9)
Рейнские мутанты (2025 №10)

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Всякий раз, когда слышу, как какая-нибудь машина с визгом тормозит на вираже, оставляя черные следы на асфальте, думаю о тех наночастицах вулканизированной резины, которые в этот момент выбрасываются в воздух. Много ли их? Какова их судьба?

Оказывается, исследователи уже работают с этими вопросами. Микро- и нанопластики разного состава и происхождения разносятся в окружающей среде ветром и дождем, поэтому их находят повсюду. Четверть всех этих частиц порождена истиранием автомобильных шин. Рано или поздно эти частицы оказываются в водоемах, морях, реках и озерах. И что же с ними там происходит?

Исследователи из Университета Дуйсбурга-Эссена систематически изучали жизнь этих частиц в реке Рейн. Для начала они изготовили частицы размером от нескольких сотен микрометров и более, перемалывая новые и старые шины легковых, а также грузовых автомобилей. Затем биологи поместили свои образцы частиц в специальные исследовательские каналы и ящики, которые естественным образом постоянно омывались водой в Рейне. Спустя четыре недели исследователи извлекли образцы и изучили микроорганизмы, которые поселились на этих частицах.

Оказалось, что частицы вулканизированной резины привлекательны для немногих видов микробов, обитающих в реке. Чаще всего на частицах селились представители Aquabacterium и Ketobacter, причем первые предпочитали частицы помельче, а вторые — покрупнее. В результате на частицах образовались тонкие биопленки из различных микроорганизмов. Но по своему составу и набору микробов эти пленки заметно отличались от природных биопленок, которые покрывают камни и другие материалы в реке. Самыми бедными с точки зрения биоразнообразия оказались пленки на частицах, полученных истиранием шин грузовых автомобилей.

Исследователи предполагают, что на микрочастицах вулканизированной резины селятся только микробы, способные расщеплять вещества, из которых сделаны микрочастицы, прежде всего углеводороды. Для большинства же микробов в водах Рейна алканы, пластификаторы или тяжелые металлы, заключенные в шинах, несъедобны, непривлекательны и, возможно, даже ядовиты, поэтому они обходят эти частицы стороной.

Вроде и неплохо: водная экосистема защищается как может — делегирует на уничтожение частиц определенные виды микробов. Но с другой стороны, по мере загрязнения изменяется естественный микробный состав в реке Рейн. А ведь микробы контролируют круговорот питательных веществ в Рейне и составляют основу пищевых цепей. Так что, как ни крути, истирание шин на дорогах влияет на речные экосистемы. Иными словами — рыбы, рачки и моллюски отнюдь не рады (Environmental Pollution).

Природа умеет защищаться. И кто знает, не появится ли в водах Рейна супер-штамм микробов, которые со свистом сжирают автомобильные шины. И вот этот пожиратель пластмасс вылезает на сушу и…

Что произойдет дальше, прекрасно описано в научно-фантастическом романе «Мутант-59: пожиратель пластмасс» английских писателей Кита Педлера и Джерри Дэвиса. События разворачиваются в Лондоне в 1975 году, когда из лаборатории ученых «сбегает» пожиратель пластмасс — специальный штамм микробов, выведенный учеными. Что за этим последовало, нетрудно представить. А ведь идеи писателей-фантастов рано или поздно сбываются…

См. также:
Нанопластик в дафнии (2024 №2)
Пластик на дне (2024 №10)
В океане много нанопластика (2025 №9)
Охота на микропластик открыта (2025 №9)

Иллюстрация Петра Перевезенцева

А вот другая история, тоже о силе слова. История о соке в бутылке из полиэтилентерефталата. Как вы думаете, химический состав упаковки может влиять на качество и вкус сока, который в этой упаковке находится? Теоретически — да, если упаковка сделана из неизвестно чего. Практически — нет, потому что все упаковочные материалы, используемые в пищевой промышленности, проходят жесткий контроль на безопасность, сертифицированы и т.п.

И тем не менее сейчас я вас удивлю: химический состав полимерной бутылки влияет на вкус сока. Только не с точки зрения взаимодействия веществ пластика с соком, нет таких взаимодействий, а с точки зрения слов, написанных на упаковке.

Суть здесь в следующем. В ЕС с 2025 года в одноразовых ПЭТ-бутылках для воды и соков должно содержаться не менее 25% переработанного пластика, а к 2030 году эта доля должна вырасти до 30%. Должна сказать, что российская компания «СИБУР» еще три года назад взяла эту высоту, когда запустила производство ПЭТ-гранул, которые содержат до 30% повторно используемого полимера — полиэтилентерефталата.

Этот повторно используемый полимер делают на предприятии «ПОЛИЭФ» в Благовещенске, что в Башкортостане. Здесь перерабатывают 1,7 миллиарда пластиковых бутылок каждый год, превращая их в 140 тысяч тонн вторичного сырья. Это и есть экономика замкнутого цикла в действии.

Будут ли компании указывать на этикетках, что бутылки на 20–30% состоят из переработанного вторсырья, решают сами компании. Но я бы настоятельно рекомендовала это делать, если принять во внимание результаты забавного научного исследования.

Ученые из Боннского университета показали более чем тысяче испытуемых одно из трех изображений продукта: апельсиновый сок в ПЭТ-бутылке без маркировки и с надписью «Эта бутылка на 25% переработана» или с надписью «На 100% переработанный упаковочный материал». Затем респонденты должны были указать, насколько экологически чистым, вкусным и безопасным, по их мнению, будет сок в этой бутылке.

Победил сок в бутылке, которая была на 100% сделана из переработанного пластика. С пунктом «экологически чистый» здесь все понятно. Но оказывается, что это положительное впечатление об экологичности упаковки респонденты автоматически распространили на качество, вкус и безопасность. Их оценка оказалась значительно выше, чем у бутылки с соком без маркировки или с указанием, что упаковка содержит 25% переработанного пластика (Food Quality and Preference).

Еще раз убеждаемся, что слова имеют силу. Они не только лечат, но еще и меняют качество и вкус сока, точнее — наше восприятие качества и вкуса. Наверняка это работает и с другими продуктами, упакованными в пластик.

Так что не стесняйтесь указывать процент переработанного пластика в упаковке, разумеется, если он там есть, — это может сильно повысить продажи. Слово — это сила.