Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Астронавты летают в космос уже более 60 лет. Медики, которые готовят и дистанционно сопровождают полеты, внимательно следят за самочувствием космонавтов, накапливают наблюдения и анализируют их, чтобы принимать правильные решения.

Появляется все больше свидетельств того, что в космосе астронавты становятся более восприимчивыми к инфекциям. Гриппом и простудами на борту они повально не болеют, хотя и случается. А вот кожная сыпь, то есть воспалительные заболевания кожи, появляется довольно часто и ее иногда приходится долго лечить.

Наблюдения за космонавтами подсказали гипотезу — похоже, космические путешествия могут ослабить иммунную систему человека. Но так ли это на самом деле? И что может вызвать дефицит иммунитета? Поиски ответа на этот вопрос, которые предприняли канадские исследователи, профинансировало Канадское космическое агентство (Frontiers in Immunology).

Исследователи решили внимательно присмотреться к иммунным клеткам — белым кровяным тельцам, лейкоцитам, чтобы понять, меняется ли их работоспособность, когда они оказываются в космосе вместе с человеком.

В исследовании участвовали 14 астронавтов, включая трех женщин и 11 мужчин, которые находились на борту МКС от 4,5 до 6,5 месяцев в период с 2015 по 2019 год. У каждого космонавта брали на анализ кровь десять раз — один раз перед полетом, четыре раза в полете и пять раз на Земле. Из проб крови выделяли лейкоциты и изучали экспрессию генов в них.

И действительно, анализ показал, что как только человек попадает в космос, в лейкоцитах отключаются 247 генов, ответственных за синтез иммунных белков. Но при это включаются 29 генов, кодирующих белки, связанные с клеточными структурами и их функционированием.

Так что гипотеза подтвердилась. Да, у человека, попавшего в космос, снижается иммунитет, и он становится более уязвим для инфекций разного рода.

В чем причина? Ответ очевиден — причина в гравитации. Более тонкое понимание этой взаимосвязи еще предстоит выяснить. Но уже известно, что иммунный статус космонавта восстанавливается после возвращения на Землю. То есть отключившиеся гены в лейкоцитах включаются, а включившиеся — отключаются. Иными словами — все возвращается на круги своя, на предполетный уровень. На это требуется от нескольких недель до года.

Эти результаты свидетельствуют о том, что астронавты подвергаются повышенному риску заражения в течение как минимум одного месяца после возвращения на Землю. Поэтому все это время они должны находиться под наблюдением медиков. Так что для оптимального функционирования иммунной системы астронавтов требуется земная гравитация. Слава Богу, что иммунный дефицит в космосе носит временный характер и исчезает на Земле.

Результаты исследования очень важны. На их основе теперь можно разработать меры, которые предотвратят подавление иммунитета во время пребывания в космосе. А это крайне важно, в частности, при длительном полете.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Как на Земле зародилась жизнь? Этот вопрос не дает покоя ученым всех времен. Мы постоянно рассказываем о гипотезах, описывающих, как это случилось. Сегодня предлагаю вам еще одну.

Жизнь — это организованная органика. Чтобы могла появиться первая живая клетка на Земле, элементарная единица живого, должны были как минимум появиться строительные блоки, из которых клетка и построится. Например — для создания ДНК нужны нуклеиновые кислоты, для белков — аминокислоты, для мембраны клетки — липиды. И так далее.

Могло ли все это богатство получиться в результате химического преобразования воды и углекислого газа, которого было много в атмосфере древней Земли 4,4 миллиарда лет назад? Само по себе такое преобразование невозможно. Но вот в присутствии катализатора — почему бы нет? И здесь исследователей вдохновила промышленная химия, в которой 80%, то есть подавляющее большинство процессов, — каталитические.

Один из таких наиболее популярных и крупнотоннажных процессов в большой химии — процесс Фишера–Тропша. В этом процессе используются металлические катализаторы для получения углеводородов из окиси углерода и водорода. И возникает вопрос — могли ли на древней Земле найтись такие металлические катализаторы? Да. Большое количество частиц железа скопилось на Земле, благодаря метеоритам и вулканическому пеплу.

Когда исследователи внимательно изучили химический состав железного метеорита Кампо-дель-Сьело, им стало ясно, что его частицы могут служить идеальным катализатором для Фишера–Тропша, в котором сегодня используют катализаторы, содержащие железо и кобальт. Ну а пепла от вулканов на молодой Земле было в избытке.

И тогда немецкие исследователи из Мюнхена решили провести эксперимент (Scientific Reports). Ученые взяли образцы метеоритов, а также железосодержащий вулканический пепел с горы Этна и тщательно измельчили. А потом получившийся порошок поместили в реактор, в котором имитировали атмосферу ранней Земли — много углекислого газа и немного водорода.

От эксперимента к эксперименту меняли условия, соотношения компонентов. И усилия исследователей были вознаграждены. Действительно, в эксперименте начались каталитические реакции и образовались органические соединения — метанол, этанол, ацетальдегид и формальдегид, причем в значительных количествах.

А между прочим, ацетальдегид и формальдегид — это важные строительные блоки для жирных кислот, нуклеиновых оснований, сахаров и аминокислот. Причем результат воспроизводился при разных условиях, и это здорово, потому что мы точно не знаем, какие условия были на молодой Земле.

Все это дало основание ученым сделать вывод — на ранней Земле наверняка протекали каталитические реакции, которые производили органику для жизни, то есть предшественников биологических молекул. И главную роль в этих процессах играл катализатор — частицы железа из метеоритов и вулканического пепла.

Похоже железный век начался не в первом тысячелетии до нашей эры, а 4,4 миллиарда лет назад, когда на Земле только начала зарождаться жизнь.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Конечно, вы помните прекрасную Пушкинскую «Сказку о мертвой царевне и семи богатырях». Злая мачеха решила извести красавицу царевну, дочку царя от первого брака. В результате царевна, откушав ядовитого яблочка, умирает. Богатыри кладут ее в хрустальный гроб и подвешивают в скалах. Но, к счастью, царевну находит ее жених королевич Елисей, разбивает гроб и царевна оживает.

Вот этот момент оживления, момент обратимости смерти очень интересен. Можно ли такой эксперимент повторить в действительности? Вы скажете — да это же все придумки, это же сказка. Да, сказка. Однако на самом деле, если мы присмотримся к миру живого, то поймем, что это всего лишь одна из многочисленных технологий природы.

Она предусмотрена на тот случай, когда животным не хватает еды и наступают холода. В этих условиях животные, например обычные мыши и летучие мыши, уходят в спячку, которую ученые называют оцепенением, или торпором. Это что-то среднее между спячкой и комой.

Во время оцепенения температура тела снижается, сердечный ритм замедляется, все химические процессы в теле сбавляют обороты, метаболизм замирает, так что еда уже не нужна. Животные в этом состоянии не реагируют на внешние раздражители, не чувствуют голода, а просто спят глубоким сном, пережидая тяжелые времена.

Для крошечной колибри, например, оцепенение — это едва ли не единственная возможность пережить ночь! У этой птахи обмен веществ настолько быстрый, что просто не позволяет ей дожить до утра, когда распустятся цветы, накормят птичку нектаром и согреют.

Вот почему колибри впадают в оцепенение каждый день! Жизнь в ней замирает, температура тела падает с 40 градусов до 10. Да и затраты энергии стремятся к нулю, потому что энергию тратить особенно не на что, только на поддержание ослабевших внутренних процессов.

Конечно, ученых во все времена интересовало, почему животные впадают в оцепенение, что там происходит у них в мозгу? Несколько лет назад исследователи из Японии и США получили ответ. Они проводили эксперименты на мышах.

В брюшную полость животным вшили сенсоры, которые фиксировали изменения температуры тела. А затем исследователи стали вводить определенные вещества в разные участки мозга мышей и следили, как меняется температура тела. Если она сильно упадет, значит, переключатель на сон найден.

Таким переключателем, запускающим оцепенение у мышей, оказался гипоталамус. Эта область находится в нижней части головного мозга. Как только вещества добрались до Q-нейронов в гипоталамусе, температура тела мышки стала падать, и животное погрузилось в глубокий сон. В общем — оцепенела.

Спала она 48 часов, а потом стала приходить в себя. Никаких внутренних повреждений и отклонений у мышки не обнаружили. И стало ясно, что это — естественный процесс для мышки, к которому она была готова.

Итак, область в мозге известна. Так, может, пора человека погружать в оцепенение, чтобы он пережил трудные времена? К сожалению, в отличие от мышей, у людей такой способности нет. Но, с другой стороны, память о ней наверняка досталась нам от наших эволюционных предков и зашита где-то в генах. Очень возможно, что, воздействуя на Q-нейроны гипоталамуса, можно будет погрузить человека в спячку, в торпор.

Но любые эксперименты на добровольцах, когда им вводят вещества в определенный участок мозга, на мой взгляд, опасны. К тому же метод инвазивный. А это дополнительные риски.

И вот в журнале Nature Matabolism появилась статья, которая рассказывает о результатах одного вдохновляющего эксперимента. Исследователям впервые в мире удалось погрузить лабораторных животных в оцепенение, не используя шприц и инъекции в мозг.

Оказалось, что достаточно послать ультразвуковые импульсы в преоптическую область гипоталамуса (она регулирует температуру тела и обмен веществ), чтобы температура тела начала снижаться, сердце стало биться медленнее, а метаболические измерения показали, что животные потребляли меньше кислорода.

Если дальнейшие ультразвуковые импульсы в гипоталамус не поступали, то примерно через час температура тела мышей снова начинала повышаться, и через два часа они полностью выздоравливали. Если же импульсы возобновлялись, как только температура тела начинала повышаться, мышь продолжала пребывать в оцепенении. Так мышь продержали в оцепенении сутки. А когда ультразвук отключили, обмен веществ и температура тела постепенно вернулись к норме.

Последующее исследование мозга показало, что нейроны преоптической области гипоталамуса действительно вызывают оцепенение в ответ на ультразвук. Ученые обнаружили, что определенные ионные каналы в нервных клетках, называемые каналами TRPM2, активируются ультразвуком и в результате приводят в действие сигнальную цепь, которая снижает температуру тела и метаболизм.

Вызывать оцепенение ультразвуком — многообещающая идея, ведь ультразвук может беспрепятственно проникать в череп и фокусироваться с точностью до миллиметра на любом участке мозга без использования ионизирующего излучения. Пожалуй, такое безопасное воздействие можно попробовать и на людях. Но ведь у людей нет естественного механизма, позволяющего впадать в оцепенение?!

И тогда исследователи решили испробовать новую технологию на крысах. Казалось бы, невелика разница — мыши или крысы. Только вы биологам так не скажите. Разница большая. Например, крысы, в отличие от мышей, не впадают в оцепенение. Но когда к ним применили ультразвуковую стимуляцию гипоталамуса, температура их тела тоже начала снижаться! Значит, ультразвуковая технология погружения людей в оцепенение может сработать.

А нам это надо? Очень даже надо. Медики считают, что если пациентов, перенесших инсульт, погружать в оцепенение на какое-то время, то шансы на выживание пациентов сильно возрастают. В такой сон могли бы уходить пациенты, которые ждут донорских органов — тысячи жизней были бы спасены. А космические инженеры, мечтающие о полете на Марс, считают, что в оцепенение можно было бы погружать членов экипажа, летящих к красной планете.

До Марса лететь месяцев девять. Представляете, сколько запасов продуктов надо взять на борт корабля, чтобы космонавты не умерли с голоду? Не говоря о прочем. Получится огромный вес. Поэтому у нас пока нет достаточно мощной ракеты, чтобы отправить на Марс хотя бы одного человека.

Первый автоматический аппарат Марс-1 отправил к Марсу Советский Союз в 1962 году. Именно с его помощью мы получили первые данные о космической среде на пути от Земли к Марсу, о ее жесткости и губительности для человека.

Среда крайне опасная, поэтому и сегодня, спустя 60 лет после первого шага в сторону Марса, у человечества пока нет надежного плана, как людям добраться до Марса и ступить на его поверхность. И здесь ультразвуковая стимуляция преоптической области гипоталамуса может в перспективе облегчить полет космонавтов, если удастся погрузить их в оцепенение на несколько месяцев.

Кстати, сказка о спящей красавице — это традиционная европейская сказка. Она известна в интерпретации Шарля Перро и братьев Гримм. Но в ней злая фея погрузила в сон королевскую дочку ровно на 100 лет. Так что это было регулируемое оцепенение. И никакой принц или королевич для пробуждения не требовался. Наш вариант. То, что надо. На всех королевичей и принцев не напасешься.

В общем, сказка — ложь, да в ней намек…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Тогда было принято ходить в гости. У наших тетушки Стаси и дяди Шуры было много друзей в Одессе, так что с гостями проблем не было. И вот у одной из их многочисленных подруг жила дома маленькая обезьянка. Подруга купила ее у одного из матросов, которые привозили из заморских рейдов всякую экзотику — от мохера до зверюшек. И все это по большей части оседало в портовой Одессе.

И вот мы заходим в комнату, по которой как будто смерч прокатился. Тюль висит клочьями, люстра с битыми плафонами скособочена и раскачивается, обои ободраны, и над всем этим парит маленькая обезьянка, размером с большую куклу. Перелетает с люстры на шкаф, со шкафа — на занавески и прекрасно себя чувствует.

Подруга причитала: «Эта гадина жизни не дает, всюду носится, во все сует свой нос и свои маленькие пальчики, все ломает, рвет, пробует на зуб. Тварь любопытная». «А нечего было эту тварь любопытную покупать и в дом тащить», — ругался дядя Шура.

И с тех пор я свято верила в то, что обезьяны по части любопытства дадут фору человеку. Но я ошибалась.

Вообще, с эволюционной точки зрения любопытство — чрезвычайно значимый фактор для выживания. Поэтому так важно внимательно изучать окружающую среду, чтобы в ней не пропасть.

Кто же любопытнее — обезьяна или человек? Выяснить это можно только одним способом — экспериментально. Вот биологи и решили сравнить человеческое и обезьянье любопытство в прямом эксперименте.

В эксперименте участвовали шимпанзе, гориллы, бонобо и орангутаны и дети от трех до пяти лет. Эксперимент выглядел так. Обезьянам и детям предлагали две перевернутые чашки. Одна была прозрачной, вторая — непрозрачной.

Под прозрачной чашкой лежал виноград — для обезьян, и яркая наклейка — для ребенка. А вот что лежало под непрозрачной чашкой — было неизвестно. Исследователи, конечно, знали, но обезьяны и дети — нет.

Выбор между двумя перевернутыми чашками и был мерой любопытства. Если ты выбирал непрозрачную чашку, на содержимое которой не было никаких указаний, под ней вообще могло ничего не быть, то ты явно любопытнее тех, кто выбирает прозрачную чашку, под которой видно угощение.

В первом раунде под непрозрачной чашкой для обезьян лежал виноград, только больше, чем под прозрачной. А для ребенка под непрозрачной чашкой лежала не одна наклейка, а несколько. Дети и обезьяны приняли слепое решение, потом им показали, что же лежит под непрозрачными чашками, и они пошли на второй раунд такого же эксперимента.

Собственно, этот первый обучающий эксперимент уже дал ответ на вопрос, потому что 85% детей выбирали «Таинственную шкатулку», не зная заранее, что скрывается под ней. Среди обезьян только 24% приняли это решение (PLOS One).

Фридрих Энгельс считал, что «Труд создал человека из обезьяны». Полагаю, что теперь мы можем дополнить эту знаменитую формулу — труд и любопытство сделали из обезьяны человека.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Так я оказалась в компании вместе с Джоном Мазером, нобелевским лауреатом по физике (2006 г.). Премию он получил за реликтовое излучение.

Мы быстро нашли общий язык, отчасти потому, что жена Джона Мазера — в прошлом балерина с российскими корнями. Так что было о чем поговорить. Разумеется, заговорили о работе. Выяснилось, что Джон работает надо созданием космического телескопа Джеймс Уэбб.

В этом международном проекте НАСА, в котором участвует 17 стран, Джон был на ведущих ролях. Я, помню, спросила — а зачем нам еще один телескоп в космосе? Разве Хаббла недостаточно? Ведь это же стоит тучу денег?

«Нет, — говорит, недостаточно. — Телескоп Джеймс Уэбб видит гораздо дальше и позволит разглядеть нам события, которые случились в самой ранней Вселенной, вскоре после Большого взрыва. Очень необычный и красивый телескоп. Его зеркало похоже на подсолнух, тебе понравится. Скоро запустим».

Это скоро растянулось на 13 лет. Телескоп Джеймс Уэбб запустили в конце декабря 2021 года. Уже в январе 2022-го он развернул свое 6,5-метровое зеркало на расстоянии 1,5 млн километров от Земли. Это зеркало состоит из 18 правильных шестиугольных пластинок из отполированного бериллия, покрытого золотом для лучшего отражения.

«Химия и жизнь» подробно рассказывала об этом телескопе и его запуске. Действительно, раскрывшееся золотое зеркало оказалось похожим на подсолнух. И мне, действительно, телескоп понравился.

Прошел год, и в научной печати стали появляться результаты, полученные с помощью этого телескопа. О последней такой работе я сейчас расскажу.

Органика в космосе — давно уже не новость. Уксусная кислота, формальдегид, этиловый спирт, мочевина, окись этилена, диметиловый эфир, триптофан, бензол, фуллерены и многие десятки других веществ, содержащих углерод, уже обнаружили в этой черной бездне со звездами.

Вот, например, не так давно нашли в космосе и вовсе неожиданные соединения — полиароматические углеводороды. Это крупные органические молекулы, содержащие два и больше ароматических кольца.

Вы ведь помните из школьного курса, что такое бензол? Ароматический углеводород С₆Н₆, структуру которого в форме шестиугольника открыл Кекуле, — она явилась ему во сне. Кстати, бензол в космосе нашли в 1997 году.

Так вот, в молекулах полиароматических углеводородов таких колец, слипшихся по одной из сторон шестиугольников, больше двух. Типичные представители этого класса соединений — нафталин, антрацен, фенантрен, бензпирен, кекулен.

Все это — вполне земные вещества. Нафталином еще недавно изгоняли моль из шкафов. Правда, с 2008 года его запретили как средство от моли в Европе и в Китае. А у нас в стране запрет наложили на 20 лет раньше. Но если открыть бабушкин сундук, то оттуда наверняка пахнёт стойким нафталиновым запахом.

Кстати, нафталин — очень важное вещество. Его химическую формулу установил не кто-нибудь, а сам знаменитый Майкл Фарадей двести лет назад. А структуру из двух конденсированных бензольных колец предложил Эмиль Эрленмейер в 1866 году. Сегодня его добывают из каменноугольной смолы и используют в большой химии для получения красителей, взрывчатых веществ, инсектицидов и препаратов для медицины.

На Земле полиароматические углеводороды образуются в результате естественных природных процессов — во время лесных пожаров. Это, в сущности, продукт неполного сгорания целлюлозы. Поэтому их находят в пластах каменного, бурого угля и антрацита.

Однако есть не только природные, но и техногенные полиароматические углеводороды. Все они образуются в результате термических процессов, которые происходят при сжигании органического сырья — хоть дров, хоть угля, хоть нефти или бензина, мусора, пищи или табака.

Как видите, самые что ни на есть земные вещества. И вот почти сенсация — эти громоздкие органические молекулы обнаружили в галактике SPT0418-47 на расстоянии более двенадцати миллиардов световых лет! Эта галактика образовалась через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва.

То есть это очень ранняя галактика, которую мы увидели с помощью телескопа Джеймса Уэбба. А полиароматику мы рассмотрели благодаря новейшему спектрометру MIRI, установленному на телескопе.

Полициклические ароматические углеводороды обычно оставляют хорошо видимую спектральную линию в диапазоне длин волн 3,3 микрометра. Ее-то и увидели астрофизики в спектрах дальней галактики.  Сигнал, скорее всего, исходил от органических молекул, содержащих не более 100 атомов углерода.

Таким образом, команда впервые обнаружила сложные органические молекулы в межзвездной пыли ранней галактики. Они уже существовали 12 миллиардов лет назад, когда Вселенная пребывала в младенческом возрасте.

А зачем они нужны в космосе? Ученые полагают, что крупные молекулы полиароматических углеводородов могли становиться центром притяжения, зародышами для образования частиц пыли, при конденсации которых образовывались новые звезды. Поэтому их считают родильницами новых звезд.

Есть в этом какая-то улыбка природы, что в древней Вселенной мы откопали родственников нафталина, который на Земле — признак безнадежной древности. И если на Земле эти вещества, содержащиеся в дыму и смоге, играют, скорее, разрушительную для жизни роль, то в дальнем космосе они работают на созидание — на рождение новых звезд.

Однако меня гораздо больше изумляет другое — удивительное сходство структуры зеркала телескопа с ароматическими веществами. Чтобы в этом убедиться, соберите со своим ребенком модель зеркала телескопа.

Вырежьте из желтой бумаги 18 одинаковых правильных шестиугольников. Из 6 фигур сложите круг, прикладывая один шестиугольник к другому по одной из сторон. Получится такой фигурный круг с шестиугольной дыркой посередине. Теперь сложите вокруг этого круга — второй такой же, впритык. На его строительство уйдет 12 фигур. Это и есть зеркало телескопа.

По структуре оно напоминает фрагмент пчелиных сот. И это же — структура гипотетического полиароматического углеводорода. А по частям — и вовсе структура известных веществ. Внутреннее кольцо — это коронен, а внешнее кольцо, в которое вложено внутреннее, — это молекула кекулена.

Так что структура зеркала телескопа как будто несла подсказку астрофизикам — что искать в глубоком космосе. Удивительно!

Впрочем, не менее удивительно, что мы можем даже на расстоянии 12 миллиардов световых лет идентифицировать эти сложные молекулы, которые находим на Земле в дыму и смоге. Но это именно то, для чего и был построен, и работает телескоп Джеймса Уэбба. Он позволяет нам заглянуть в космос на невероятную глубину.

Кажется, огромные расходы, связанные с созданием, запуском и эксплуатацией телескопа, были не зря — мы начинаем чувствовать отдачу. Спасибо Джону Мазеру и его коллегам — отличный инструмент!

…охлаждающий эффект вулканов, выбрасывающих сернистые соединения в верхние слои атмосферы, недооценен в два, а возможно, и в четыре раза в стандартных климатических прогнозах (Geophysical Research Letters)…

…нервные клетки в мозге мыши, которые участвуют в формировании хронического стресса, имеют рецепторы к эстрогену, что объясняет, почему женщины более чувствительны к стрессу, чем мужчины (Nature Neuroscience)….

…колибри с удовольствием пьют подслащенную воду с содержанием алкоголя до 1% по объему, находя ее такой же привлекательной, как обычная сахарная вода (Royal Society Open Science)…

…сверхмассивная черная дыра Sgr A* в центре нашей галактики вышла из состояния покоя 200 лет назад, и тогда ее рентгеновское излучение было в миллион раз больше, чем сегодня (Nature)…

…ДНК может имитировать функции белка, сворачиваясь в сложные трехмерные структуры (Nature)…

…снижение иммунитета у космонавтов во время полета и какое-то время после него связано с отключением в лейкоцитах их крови генов, ответственных за иммунитет (Frontiers in Immunology)…

…перувозид, соединение на растительной основе для лечения сердечной недостаточности, способен предотвращать до 12 важных с медицинской точки зрения вирусов из разных вирусных семейств, включая грипп и SARS-CoV-2 (Acta Pharmaceutica Sinica B.)…

…за последние 40 лет на шельфовых ледниках Антарктики в целом произошли лишь незначительные изменения в скорости поверхностного таяния, местами она даже заметно уменьшилась (Geophysical Research Letters)…

…шансы футболистов на развитие заболеваний мозга связаны не только с количеством сотрясений мозга, но и с общим количеством ударов мяча по голове и их суммарной силой (Nature Communications)…

…с помощью внешнего электрического поля можно контролировать движение дислокаций в монокристаллическом сульфиде цинка (Nature Materials)…

…у пациентов, которых лечат хирурги, проводящие более 10 операций по замене плечевого сустава в год, меньше риск серьезных осложнений и они быстрее идут на поправку, чем пациенты хирургов, делающих меньше операций (The BMJ)…

…пещера в Ла Рош-Котар во Франции содержит самые древние нефигуративные гравюры, выполненные неандертальцами 75 000 лет назад (PLoS ONE)…

…шины автомобилей на дорогах по всему миру ежегодно выбрасывают около 6 млн тонн пыли и мусора, на долю которых приходится до 10% микропластика, попадающего в океаны, и 3-7% твердых частиц в воздухе, которым мы дышим (Science)…

…у бабочек-монархов выше шансы пережить длительные миграции, если у них больше белых пятен на крыльях, возможно, потому, что это дает им аэродинамическое преимущество (PLoS ONE)…

…перовскитовые солнечные элементы достигли мирового рекорда эффективности в 24,35% при активной площади 1 см² (Progress in Photovoltaics)…

…выбросы CO₂ почвенными микробами в атмосферу Земли, составляющими сегодня одну пятую часть атмосферного CO₂, не только увеличатся, но и ускорятся в глобальном масштабе к концу этого столетия (Nature Communications)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Я уже рассказывала о проблеме космического мусора, которого все и больше и больше вращается вокруг Земли, а временами падает на Землю. Физики придумывают удивительные способы, как этот мусор удалить и изничтожить.

Но, как оказалось, у космического мусора есть защитники — археологи. Это они хватают за руки физиков, чтобы те не уничтожили уникальные свидетельства космической эры, артефакты, место которым — в музее.

Археологией космоса сегодня активно занимается небольшая группа ученых из Университета Флиндерса в Аделаиде, Южная Австралия. Ученые подсчитали, что вокруг Земли летает более 6000 тонн металлолома.

Тут есть чем поживиться. Отработавшие свое спутники, включая гигантский Envisat с двухэтажный дом. А еще — шурупы, отвертки, канистры, фрагменты ракет, обтекатели и т. п. И если в этом мусоре покопаться, то можно найти много чего интересного и уникального.

Внимание австралийских археологов привлек маленький американский спутник «Авангард-1» диаметром 16,5 сантиметров и весом почти полтора килограмма.

Вот ему точно место в музее, потому что это настоящий свидетель зарождающейся космической эры. Его запустили в марте 1958 года, в Международный геофизический год.

По сути, это шар с шестью стержнями-антеннами. Аппаратуру спутника питали ртутно-цинковые батареи и дополнительно — солнечные батарея. Это был первый спутник с солнечными элементами. И он уже содержал в начинке полупроводниковые транзисторы, поэтому спутник получился компактным.

Контакт с этим крошечным спутником пропал почти 60 лет назад, но он все еще вращается вокруг Земли. Это, пожалуй, старейший искусственный объект в космосе, который десятки лет подвергался воздействию космического излучения.

И было бы здорово его с орбиты снять, тщательно изучить и посмотреть, что происходит с электроникой, материалами и прочей начинкой спутника при столь длительном воздействии космоса. А потом, разумеется, передать в музей.

А если говорить о длительном влиянии космоса на человека, то его можно оценить не только по спутникам, но и по органическим артефактам — экскрементам астронавтов, которые выбрасывают в космос.

Кстати, на Луне астронавты в свое время оставили 96 мешков с фекалиями — продуктами жизнедеятельности 12 астронавтов, участвовавших в шести миссиях «Аполлона».

Теперь археологи спят и видят, как бы добраться до этих безусловных сокровищ, вернуть их на Землю и тщательно исследовать. Во всяком случае в фекалиях точно удалось бы рассмотреть, как космос влияет на ДНК человека при длительном нахождении в нем.

Космическая археология существует с 1999 года. «В то время никто не воспринимал нас всерьез, — пишет австралийский археолог Элис Горман. — Но мы, космические археологи, завоевали свое место, чтобы быть на равных и с традиционными археологами, и с астрофизиками. То, что легко назвать космическим мусором, на самом деле часть культурного наследия человечества, и мы должны защищать это, иначе оно может быть уничтожено в ближайшее время».

Да, физики объявили войну космическому мусору. Дело в том, что под действием радиации, экстремальных температур, столкновений с себе подобными и метеоритами крупные фрагменты мусора разлетаются на множество мелких осколков. И процесс этот бесконечный.

Эти частицы, несущиеся со скоростями до 27 тысяч километров в час, могут повреждать космические аппараты.

Еще в 1978 году американский астрофизик Дональд Дж. Кесслер разработал модель процессов фрагментации мусора на околоземной орбите и пришел к выводу, что в конечном счете Земля будет окружена облаком мельчайших частиц, что сделает невозможным наши полеты в космос.

Чтобы этого не случилось, физики упорно ищут надежные средства борьбы с космическим мусором. «Но прежде, чем мы уничтожим все без разбора, давайте подумаем о том, что необходимо сохранить. Сохранить в интересах человечества», — призывают космические археологи. И здесь правы все.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

По долгу службы я много лет просматриваю научные журналы. Должна вам сказать, это занятие с каждым годом становится все менее интересным. Потому что мелкотемье, в большинстве случаев результаты предсказуемы и рутинны. И нет никаких отрицательных результатов! А ведь прежде, правда — давно, их публиковали, потому что отрицательный результат — это то, что может привести к настоящему открытию.

А положительный результат — это когда мы в очередной раз подтверждаем, что старик Фарадей был прав. Либо уточняем пятый знак после запятой. Либо — получаем нечто, имеющее сугубо прикладное значение.

Отрицательный результат — это стимул к появлению нового, указатель, куда надо двигаться, чтобы это новое найти. И здесь самое время вспомнить Наталью Петровну Бехтереву, выдающегося ученого, которая умела задавать живому мозгу вопросы в виде эксперимента, и он на них отвечал.

Долгое время Наталья Петровна увлеченно занималась исследованием творчества. Была гипотеза, что в момент решения творческой задачи у человека активируются определенные участки мозга. Какие же? Решили выяснить это в эксперименте.

Функции мозга сегодня исследуют с помощью электроэнцефалографии. Этому методу, который придумал и ввел в исследовательскую практику физиолог и психиатр Ганс Бергер, без малого сто лет. На голову пациента или добровольца накладывают электроды и с их помощью регистрируют биоэлектрическую активность мозга.

Откуда она берется? А дело в том, что нейроны, из которых состоит мозг, общаются между собой на языке электрических импульсов. Их сила и амплитуда постоянно меняются. Они могут усиливать друг друга или ослаблять. Но в пределах отдельного участка мозга эти импульсы должны быть согласованными. Это и есть биоэлектрическая активность мозга, которую регистрирует энцефалограф.

Вот с ее помощью и решили посмотреть, какие участки мозга активируются в момент творчества. Участник эксперимента, на голове которого разместили электроды, мысленно решал творческие задачи, а исследователи смотрели, что происходит с биоэлектрической активностью мозга.

И случилось неожиданное. Энцефалограмма показала, что никакой активации отдельных участков мозга нет, они все работают согласованно! Это был отрицательный результат, не подтверждавший гипотезу. Тут-то и началось самое интересное. Ведь мозг не может не реагировать на творчество, он же непосредственный участник процесса. В чем же дело?

Пришлось пересматривать идею и предположить, что в момент творчества активируется весь мозг, полностью. Это, конечно, звучало не очень убедительно, поэтому исследователи скептически отнеслись к такой идее. Но отрицательный результат предыдущего эксперимента подсказывал именно такой ход мысли.

И тогда в лаборатории Натальи Петровны поставили другой эксперимент. Добровольца, мысленно решавшего творческие задачи, поместили в позитронно-эмиссионный томограф. И он наглядно показал, что в момент творчества действительно активизируются все, абсолютно все участки мозга. Все они приходят в боевую готовность, потому что мозг не знает, какие ресурсы потребуются ему в следующую секунду.

Теперь нам понятно, почему самый сильный стимул для развития мозга — это творчество и фантазия. Академик С.В. Медведев считает, что «сегодня компьютеры со своими игрушками, социальными сетями, бесконечными картинками и видосиками отвлекли детей от чтения книг. И это губительно для индивидуального развития мозга, потому что только чтение книг (без картинок) будит и развивает фантазию и воображение. Ты должен мысленно переноситься в разные эпохи, представлять себе героев, как они одеты, как держатся, думать вместе с ними, принимать решения. У каждого из нас был свой образ д’Артаньяна, отчаянного 17-летнего мальчишки. А теперь для всех он — Михаил Боярский. Мы меньше думаем, что будет, если… и все больше используем готовые решения, почерпнутые в Интернете».

Именно от мозга, от его натренированности и готовности к битвам любого рода, зависят и наше здоровье, и долголетие, и качество жизни, и успех. Поэтому, следуя заветам Натальи Петровны Бехтеревой, мозг надо постоянно тренировать, заставлять заниматься творчеством, подбрасывать ему интересные творческие задачи.

Это не означает, что надо заставить себя написать картину, роман или поэму. Можно ставить перед собой более скромные, но не менее интересные и полезные для мозга задачи. Например, взять пять-семь-десять случайных слов и написать короткий рассказик с их использованием.

Я этим занимаюсь каждый день, это моя работа. Поэтому мне больше нравится другая тренировка — написать короткий связный текст, желательно интересный, с сюжетом, где все слова, кроме союзов и предлогов, начинаются на одну букву. Такая литературная форма называется тавтограмма. Известны тавтограммы-скороговорки, придуманные для детей. Например — «Четыре чёрненьких чумазеньких чертёнка чертили чёрными чернилами чертёж чрезвычайно чётко».

Самые простые для тавтограммы буквы — это п и о. Вы сильно удивитесь, когда поймете, как много есть слов на буквы п и о и какие длинные тексты можно из них составить. Специально для этой заметки придумала пару таких смешных текстов на букву п. Вот, например такой, про пингвина.

«Пухлый пингвин переваливался по перрону. Пришел поезд. Пингвин пискнул, прыгнул и попал в проем. Пассажиры попятились. Поначалу подумали — пьяный парень. Пригляделись — пингвин! Птица! Поразились. Посадили, предложили пива, пирожок. Пингвин принял подношения — попил пивка, покушал пирожок, подумал, подумал и прилег почивать. Прямо на полу. Пассажиры пингвина погладили, подложили подушку под пузо, прикрыли пледом и принялись переговариваться…»

Или вот такой мини-детектив. «Пистолет полыхнул пламенем. Пуля попала прямиком в Патрика. Патрик подпрыгнул, повалился, покатился по полу и притих. Прибежала побледневшая Патриция. Попыталась посадить Патрика, но поздно. Патриция подобрала с пола пистолет и произнесла: «Почему, Патрик? Почему?» Подумала, придется покопаться и попытаться понять причину. Попугай Попка приземлился на плечо Патриции, почирикал и пустился приговаривать: «Приходил Питер, Патрика пугал. Приходил Питер, Патрика пугал». — «Питер? Поверенный Патрика? Пожалуй, похоже на правду. — Пораженная Патриция прикурила папиросу. — Получается — Питер. Попался, подонок!»

Написать тавтограмму не так-то просто. Но зато вы буквально почувствуете, как нагружается ваш мозг, как происходит натуральный массаж этого главного органа человека. Так что не пренебрегайте советами Натальи Петровны Бехтеревой, которая знала о мозге, пожалуй, больше, чем кто бы то ни было на Земле, и тренируйте его. Это вам ничего не будет стоить, но это лучший подарок, который вы можете сделать себе. И несомненно, удовольствие.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Давайте поговорим сегодня о биоиндикации. Красивое слово, правда? Даже звучит как-то особенно модно. Похоже на цифровизацию, капитализацию, урбанизацию… Чтобы понять, что это такое, расскажу историю, которая случилась в середине 60-х годов в Волгограде.

Тогда на большом химическом заводе прорвало накопители, и сточные воды хлынули в Волгу. Дело было летом, стояла чудовищная жара, все хотели купаться, но в воду войти было нельзя. Тогда погибло множество осетров и прочей рыбы.

Повторяю, дело было в 60-х годах. Золотая пора большой химии, с которой человечество связывало надежды на светлое будущее. Это было время, когда рубашки из хлопка запихнули в дальний угол комода, потому что появились крутые нейлоновые рубашки, хотя они щелкали и искрили от статического электричества. А дубовые серванты и столы понесли на помойку, чтобы заменить их новомодными кухнями из ДСП и пластика.

Вообще, безопасность, выбросы и стоки — это самые уязвимые места любого химического производства. Правда, сегодня мы уже знаем, как с этим работать и держать под контролем. Научились. Но тогда, в 60-х, аварийный сброс химических стоков в Волгу прозвучал как гром среди ясного неба. Катастрофа была чрезвычайно резонансной.

Алексей Николаевич Косыгин, председатель Совета министров СССР, распорядился наказать виновных по всей строгости, чтобы другим впредь неповадно было. Главного инженера осудили на два года, начальника ЦЗЛ и начальника производства смолы, дающего самые грязные стоки завода, осудили условно. И всем троим впаяли колоссальный денежный штраф.

Эта история с таким жестким сценарием подействовала на химическую отрасль как отрезвляющий душ. Все бросились решать проблемы стоков и выбросов, на которые еще вчера плевали и которые накапливались на заводах годами. Большинство проблем решили за три-четыре года.

И вот — одно из красивейших решений, которое использовали на том самом химическом заводе в Волгограде. Возможно, мы уже рассказывали о нем в нашем журнале. Надо было непрерывно контролировать качество сточных вод. Но как? Специального аналитического оборудования еще не было. И тогда решили использовать самый надежный контроль — биологический, или биоиндикацию. На завод пригласили ихтиолога, и он наладил систему непрерывного мониторинга, в которой главными индикаторами были мальки осетров.

Ихтиолог регулярно отправлялся на рыбзавод, брал там малышей-осетров размером сантиметров десять, привозил на химический завод и распределял по большим стеклянным аквариумам. Они стояли в каждом цеху, и через них круглые сутки протекала сточная вода этого самого цеха.

Как же работала система? Оказывается, мальки осетров очень чувствительны к загрязнению воды посторонними веществами. Если их концентрация была хоть немного превышена, мальки становились уродцами — у них изгибалась нежная хорда, и они превращались в плавающие загогулины.

Для работников цеха наблюдать такую картину на рабочем месте было невыносимой мукой. Видеть малька, изуродованного по твоей вине, никому не хотелось. Работники умоляли как можно скорее заменить уродцев на здоровых детенышей и гарантировали, что больше такого не повторится.

Итак, главную роль в биоиндикации играет живое существо. И претендентов на эту роль в природе довольно много. Есть растения, которые накапливают те или иные химические элементы из почвы и подсказывают геологам, где какие полезные ископаемые спрятаны.

Например, маленькая орхидея венерин башмачок растет на почвах, богатых кальцием. На повышенное содержание цинка в почве реагируют фиалки и анютины глазки — на такой почве они расцветают особо крупными цветами. На присутствие в почве никеля указывает сон-трава. А если пышным цветком расцвела гипсофила из семейства гвоздичных, то где-то поблизости есть медь.

Среди растений есть и любители золота. Например, пихты и сосны накапливают его в своих шишках. А кукуруза — это и вовсе суперпоглотитель. Пишут, что из тонны золы кукурузных отходов можно извлечь до 60 г золота. Еще один накопитель золотых запасов — это скромный хвощ. И это, разумеется, лишь несколько примеров.

Как видите, и растения, и рыбы могут работать биоиндикаторами. А есть ли такие среди млекопитающих? Есть. Например — кабаны. И это — свежая научная новость от немецких ученых. Оказывается, печень кабанов накапливает перфторуглеводороды, или полифторированные алкильные соединений. Это большая группа веществ. Типичный их представитель — тефлон. С этими веществами мы сталкиваемся каждый день, потому что они присутствуют во многих предметах, например в одежде, защищающей от дождя, или в антипригарном покрытии на сковородках.

Эти вещества очень стойкие, они практически не разлагаются в природе и потому накапливаются в окружающей среде. Они могут плохо влиять на здоровье человека, поэтому их содержание в окружающей среде надо контролировать. Но как, если в этой группе насчитывается более 10 тысяч соединений? Собирать, выделять их из окружающей среды и анализировать вряд ли возможно.

И вот немецкие исследователи из Центра экологических исследований им. Гельмгольца в Лейпциге придумали другой метод мониторинга — использовать диких свиней в качестве биоиндикаторов. А точнее — их печень, которая накапливает перфторуглеводороды.

Ученые проверили свою гипотезу на печени кабанов, обитавших на разных землях — вокруг промышленной площадки, на сельхозугодьях и на контрольной площадке, видимо, в лесу. В образцах их печени искали 66 различных соединений этой группы. И нашли. Но прежде содержание этих 66 соединений — не десятка тысяч — определили в почвах площадок химическими методами.

В печени кабанов, обитавших возле промплощадки, этих веществ оказалось больше всего — в два раза больше, чем на полях, и в восемь раз больше, чем в лесу. Эти данные соотносились с теми, что исследователи получили с помощью химического анализа почв. Так что метод работает.

Ученые пишут в статье, что «с помощью печени дикого кабана загрязненные участки могут быть обнаружены и разграничены гораздо проще». Только вот как незаметно забрать у кабана его печень? Неужели придется отстреливать биоиндикатор? Ученые говорят, что охота на кабанов происходит повсеместно и охотники, как правило, печень кабана не едят. И теперь мы понимаем, что правильно не едят. Так что поставщиками кабаньей печени могут быть охотники.

Вот такая интересная биоиндикация. Но я хочу вернуться к истории про осетров, с которой начала. Мне поведал ее Сергей Викторович Голубков. В то время он работал начальником одного из цехов на том самом заводе в Волгограде.

Когда случилась катастрофа, трем руководителям выписали штраф — сумма запредельно фантастическая для 60-х годов, сотни тысяч рублей. Сергей Викторович объявил на заводе, что собирает деньги для погашения штрафа и что все желающие инженерно-технические работники могут присоединиться. Присоединилось 1500 человек, причем каждый внес по своему месячному окладу, а тогда он в среднем составлял 150 рублей. Так что искомую сумму собрали и штраф погасили.

А потом было смешно. Сергея Викторовича вызвали в партком и объявили, что за деятельность по сбору денег решено исключить его из партии. А он ответил: «Я, конечно, согласен с вашим мудрым решением, но есть одна маленькая проблемка — я не член партии». Надо было видеть их изумленные лица. В общем — посмеялись и разошлись.

Тогда Сергею Викторовичу было 26 лет. А еще через 13 лет он стал заместителем министра химической промышленности, легендарного Л.А. Костандова, члена редколлегии нашего журнала советской эпохи. И вместе они построили мощную химическую индустрию в нашей стране, которую в 90-х планомерно изничтожали. Так было.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Можно ли замедлить старение мозга? Можно. Во всяком случае для людей с ожирением такой алгоритм уже есть. Исследователи из Университета Бен-Гуриона в Негеве выполнили крупномасштабное долгосрочное клиническое исследование продолжительностью 18 месяцев, в котором участвовали 300 человек.

В этой группе было 102 человека с избыточным весом, которые соответствовали критериям ожирения. Участникам детально сканировали мозг в начале и в конце программы, через 18 месяцев. Попутно исследователи проводили и другие тесты и измерения. Тут надо напомнить, что ученые сегодня умеют определять по сканам реальный возраст мозга, независимо от хронологического.

В течение 18 месяцев участники эксперимента сидели на зеленой среднеазиатской диете, в которой больше полифенолов, то есть растительной пищи, чем в обычной средиземноморской диете, и меньше переработанного красного мяса. Плюс к этому участники выпивали 3–4 чашки зеленого чая и 1 чашку зеленого коктейля из ряски Wolffia-globosa (манкай) в день. Похудели, конечно.

Каковы же итоги? Оказалось, что у человека с ожирением, потерявшего 1% массы тела за 18 месяцев, мозг помолодел на 9 месяцев! Произошли изменения и в печени — в ней снизилось содержание жира и печеночных ферментов. А это важно для старения, поскольку и жир в печени, и выработка в ней специфических ферментов плохо влияют на здоровье мозга при болезни Альцгеймера.

Еще одно исследование еще раз подтвердило: чтобы мозг был здоровым и не старел, надо есть больше растительной пищи и меньше сладостей, напитков и обработанных продуктов. Результаты недавно опубликованы в eLife.