Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Небывалая жара и засуха обрушились на Европу этим летом. Европейские метеорологи говорят, что подобной жары и засухи не было в последние 230 лет.

Основные водные артерии Европы — Рейн, Дунай, По, Луара — обмелели на глазах. В реках Чехии, Нидерландов и Германии из-под воды показались так называемые «голодные камни». В Средние века они служили предвестниками голода, потому что обозначали критический уровень понижения воды.

Специалисты полагают, что острый дефицит воды и засуха — это новая европейская норма, с которой теперь придется жить.

Понятно, что от недостатка воды страдают все, и в первую очередь — сельское хозяйство. Без воды урожая не будет. Можем ли мы хоть что-то противопоставить новой реальности и защитить посевы?

Неожиданное решение придумали ученые из Института физико-химических исследований в Японии. Они предлагают добавлять в почву этиловый спирт, и тогда растения, в том числе рис и пшеница, смогут спокойно прожить две недели без воды. Иными словами — поливать посевы раз в две недели.

А как вообще могло прийти в голову ученым поливать растения раствором этилового спирта? Дело в том, что в прежних исследованиях они заметили, что растения, когда им не хватает воды, начинают внутри себя вырабатывать этанол. Таким способом, с помощью эндогенного этанола, растение борется со стрессом.

Тогда ученые рассудили, что если подпитать растения этанолом, то он защитит их от будущей засухи или дефицита воды. Эту гипотезу ученые проверили в эксперименте.

В течение двух недель они выращивали разные растения, и недостатка в воде посевы не испытывали. Затем три дня исследователи обрабатывали почву раствором этанола. А потом лишали растения воды на две недели.

Результат такой. 75% обработанных этанолом растений пшеницы и риса выжили, а вот из необработанных спаслись только 5%.

Теперь оставалось объяснить, а что такого волшебного делает этанол, что растения, не получающие воду, не только не гибнут, но и продолжают расти?  Потребовались еще эксперименты, которые и дали ответы.

Во-первых, растения, обработанные этанолом, как только начинали испытывать нехватку воды, сразу же закрывали устьица на своих листьях. Кажется, будто этанол давал эту команду. Вода переставала испаряться и удерживалась в растениях.

Во-вторых, растения, обработанные раствором спирта, производили сахара из части этого этанола и занимались фотосинтезом. А у необработанных фотосинтез замирал, и растения переставали получать сахара, то есть энергию, необходимую для роста.

Наконец, исследователи пометили этанол радиоактивными метками, чтобы посмотреть, как он будет работать внутри растения. Оказалось, что в обработанных этанолом растениях начали работать гены, которые включаются только при недостатке воды, то есть спирт запускал генетические механизмы, обеспечивающие устойчивость растений к стрессу. И растение встречало засуху во всеоружии.

Действительно, ученые предложили дешевый и простой способ увеличить урожайность даже при ограниченном количестве воды. Просто загодя поливайте растения очень слабыми растворами этанола, и будет вам хороший урожай в засуху. Соответствующая статья опубликована 25 августа 2022 года в журнале Plant & Cell Physiology.

Но каков этиловый спирт, господа! И у человека стресс снимает, и у растений. Вот уж действительно — природа полна сюрпризов и универсальных решений.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Нефть — это наше всё. Бензин, керосин, мазут, асфальт — это само собой. А еще полимеры, пластики, волокна, композиты… Нашим комфортом мы обязаны черному золоту. В общем, спасибо тебе, нефть! И спасибо вам, дорогие нефтехимики!

Но ведь человечество растет, растут и запросы. Хватит ли нефти на всё? Конечно, все ресурсы на планете Земля ограниченны и конечны, потому как и сама планета конечна. Когда я училась в школе, а это было давно, нам говорили, что нефти хватит еще на 40 лет. Потом, уже в институте, нам опять говорили про 40 лет. И эта цифра кочевала из десятилетия в десятилетие.

Ну вот — прошло 40 лет. И что? Нефть закончилась? Нет, и даже намека нет на близкую кончину. Тогда откуда эти сорокалетние прогнозы?

Тут нужно вспомнить о том, как образуется нефть. Существуют две теории. Одна принадлежит Ломоносову и гласит, что нефть образуется из биомассы, остатков растений, которые в толще земли трансформируются и превращаются в нефть.

Кстати, знаменитый русский химик Николай Дмитриевич Зелинский в 1919 году провел специальный эксперимент, чтобы получить искусственную нефть. Взял растительный ил из озера Балхаш и перегонял его при температуре и под высоким давлением. То есть имитировал условия внутри земной коры. Опыт прекрасно удался, потому что в результате ил превратился в метан, бензин, керосин и тяжелые масла.

Эта органическая теория считалась доказанной, общепризнанной, и ее разделяли большинство ученых.

Но есть и другая теория — неорганическая, которую предложил тоже знаменитый химик Дмитрий Иванович Менделеев. Он считал, что углеводороды образуются в мантии Земли из неорганического углерода и водорода на сверхбольших глубинах.

У этой теории тоже было много авторитетных сторонников, но ее не любили, потому что она не позволяла предсказывать, где же искать месторождения нефти и газа. Геологи оценивали емкость разрабатываемого месторождения и, соответственно, прикидывали, на сколько времени его хватит. Получалось 40 лет. Однако новые месторождения нефти на Земле открывают и берут в разработку регулярно. Поэтому сорокалетний приговор все время отодвигается.

Так какая теория все же верна? Как это часто бывает — истина посередине, или, точнее, — обе верны. С начала ХХI века в разных лабораториях мира физики проводят эксперименты, подтверждающие идею Менделеева.

В Новосибирске на аппарате BARS, в Троицке на аппарате KONAK, в Национальной геофизической лаборатории в Вашингтоне получают синтетические алмазы. И вот физики решили на этих же установках, где удается создать высокое давление и высокую температуру для синтеза алмазов, сделать нефть — по заветам Менделеева.

Взяли неорганический углерод и водород в виде карбоната кальция и воды, взяли оксид железа на роль катализатора, все это нагрели до тысячи двухсот градусов, очень сильно сжали и получили — не поверите! — целый букет углеводородов, который присутствует и в природном газе, и в нефти. И метан, и этан, и пропан, и бутан, и этилен, и изобутан. В общем — список углеводородов внушительный.

Похоже, процесс образования нефти и газа из неорганических компонентов Земли идет непрерывно и ежесекундно. Так что есть надежда, что нефть и газ — возобновляемый ресурс. И это потрясающе.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Предметом научного исследования может стать что угодно, любой, даже самый нелепый вопрос. Хочу рассказать историю, которая случилась два года назад и заинтересовала исследователей. Результаты их изысканий опубликовали только что.

Есть в США крупнейшая испаноязычная продовольственная компания Goya Foods. Ее основали иммигранты из Испании в 1936 году и начали продавать в США испанские и латиноамериканские продукты — фасоль, рис, оливки, оливковое масло и сардины.

Постоянными покупателями и поклонниками Goya Foods вскоре стало едва ли не все испаноязычное население США. Впрочем, купить отличные сардины за один доллар хотели не только иммигранты.

А название «Гойя» — да, это в честь знаменитого испанского художника Франсиско Гойи. К тому же его имя легко произносить.

Так вот, в 2020 году на мероприятии в Белом доме генеральный директор компании Goya Foods похвалил президента Дональда Трампа, сказав буквально следующее: «Нам повезло иметь такого лидера, как Трамп». Можете представить, что тут началось.

В Твиттере посыпались призывы противников Трампа немедленно объявить бойкот Goya Foods, то есть ничего не покупать у этой компании. Разумеется, никто и в голову не брал, что обрушение продовольственной компании, которую предпочитают иммигранты и меньшинства Америки, плохо повлияет на их жизнь.

И что же в итоге из всего этого вышло? Эту историю, которая описывается научным понятием «политический консьюмеризм», решили исследовать ученые из Школы прикладной экономики и менеджмента Корнеллского университета.

По оценкам исследователей, когда случилась эта заварушка, количество сообщений в Твиттере, призывающих к бойкоту, почти вдвое превысило количество твитов, призывающих покупать больше продуктов Goya Foods. То есть сторонники бойкота сильно перевешивали в споре в публичном пространстве.

И каков же результат бойкота? Анализируя данные о закупках, исследователи обнаружили, что чистые продажи компании не то что не упали, а выросли примерно на 22% в течение двух недель после того, как разгорелся скандал.

Понятно, что продажи выросли прежде всего в округах, где преобладают республиканцы. Но и в демократических округах тоже. Во всяком случае — не упали. Ведь у Goya Foods есть свои фирменные приправы и специи, которым трудно найти замену на рынке. Политика политикой, но жертвовать любимой приправой ради неизвестно чего не охота.

Примерно через три недели после начала протестов общие продажи Goya Foods, совершив рывок вверх, вернулись к исходному уровню. Так что призыв к бойкоту привел к противоположному результату — продажи компании по всей стране выросли и держались на высокой отметке несколько недель, прежде чем снизились до прежнего уровня.

Почему-то эта история напомнила мне «Сказки дядюшки Римуса» американского писателя Джоэля Харриса. Этим сказкам уже больше 140 лет, их впервые напечатали в Америке в 1880 году, а у нас в стране их перевод появился в 1936-м. Популярная была книга, все читали.

Так вот, герой сказок Братец Кролик, пытаясь удрать от Братца Лиса, просит его: «Делай со мной что хочешь, Братец Лис, только, пожалуйста, не вздумай бросить меня в этот терновый куст». Лис конечно же поступает точно наоборот, то есть бросает Кролика в терновый куст, и тот успешно убегает.

Видимо, в американской природе — поступать не так, как тебя призывают. А может, это общечеловеческое — послушать призыв к плохому и сделать наоборот?

Если да, то такое поведение может подсказать интересные маркетинговые решения, которые поднимут продажи компании, пусть и на несколько недель. Никакой политики. Просто бизнес.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Недавно была в Серпухове и в какой-то момент поняла, что мне на глаза постоянно попадаются павлины. Нет, не живые — нарисованные, маленькие и большие. Попался даже один гигантский — на глухой торцевой стене жилого дома.

Спрашиваю — что за любовь такая к павлинам в Серпухове? А мне отвечают — так это же символ нашего города, он у нас на гербе нарисован. Помилуйте, говорю, откуда павлины в Серпухове? Гуси, утки, сойки, цапли — да. Но павлины-то здесь отродясь не водились. А кто его знает, говорят, может, жили тут давным-давно.

В общем, решила я внести ясность в этот вопрос, который меня озадачил. И в соответствии с научным подходом стала смотреть литературу и разговаривать с орнитологами.

Ну конечно. Не было здесь никаких павлинов. Этой тропической птице нужны тепло и влага. Поэтому живет она в теплых странах.

Возможно, что, привозили ее из заморских далей как диковинку для зоопарка в своей усадьбе. Но это были редкие, единичные случаи. В природе павлин здесь не водился. А почему же тогда он попал на герб Серпухова? Или это не павлин?

Гербы и печати на Руси вошли в моду в Средние века. Их учреждали монархи и представители высшего сословия, чтобы обозначить свою власть. Причем герб должен был подчеркивать какую-нибудь особенность владельца.

Вообще, все русские князья занимались охотой, а потому превосходно знали природу своей вотчины. Поэтому на гербах городов Залесской Руси чаще всего изображали животных, особо почитаемых в этих местах. Так, на гербе древнего Пскова появилась рысь, на гербе Ярославля — медведь на задних лапах, на гербе Суздаля — сокол, украшенный короной, на гербе Ростова Великого — олень.

Все это указывало на особую значимость животного мира в повседневной жизни людей на этих территориях.

В Серпухове не было павлинов. Зато были в изобилии глухари. Эту крупную птицу с размахом крыльев до полутора метров и весом до пяти килограммов заслуженно зовут царем лесной чащи. Глухарь очень любит сосновые боры, а их вокруг Серпухова много. В самом Серпухове есть район Заборье — то есть за бором. Так что топонимика хранит память о сосновых лесах.

Если сравнить внешний вид токующих самцов глухаря и павлина, то окажется, что оба необычайно схожи. Оба раскрывают хвост веером. Только у глухаря веер не такой большой, перья покороче, сам веер плотнее и компактнее. Но в целом — картинка одинаковая. Да это и понятно. И глухарь, и павлин представители одного семейства фазановых.

Первый герб Серпухова составил в середине 1720-х годов заместитель герольдмейстера Франц Санти. Этому уроженцу Италии, составлявшему герб, павлин был, несомненно, ближе и роднее, чем наш северный глухарь. Может, и рисовал он глухаря, а все равно получился павлин. Ну а за 300 лет придумать обоснование, почему вдруг появился павлин на гербе, конечно, можно было. Этой версией со мной поделился кандидат биологических наук В.И. Перерва, и она очень похожа на правду.

Вот так ошибки людей, а то и прямые подделки, порождают мифы. И случаются они не только в обыденной жизни, но и в науке. Все больше стало появляться в научной печати публикаций, закрывающих открытия, давние и совсем свежие. Расскажу лишь о нескольких.

Почти сто лет в библиотеке Мичиганского университета хранится рукописная страничка, написанная Галилео Галилеем. Этот документ всплыл в 1934 году, когда попал на аукцион. Он представляет собой черновик письма, которое написал Галилей венецианскому дожу. В письме он рассказал о своем телескопе и о наблюдениях за Юпитером. А подлинник этого письма хранится в Государственном архиве Венеции.

Недавно американский историк Ник Уайлдинг придирчиво рассмотрел этот документ, особенно водяные знаки на бумаге, и понял, что и бумага, и сам документ родом из 30-х годов ХХ века. Независимая экспертиза в Мичиганском университете подтвердила выводы Уайлдинга.

И это, увы, не единичная история. Ученые из Йельского университета недавно доказали, что знаменитая карта Винланда, которую считали древнейшей картой Америки, фальшивка, изготовленная в XX веке. Да, ее нарисовали на пергаменте XV века, однако выдали подделку чернила, содержащие титан. Они явно были родом из начала прошлого столетия.

Интересно, сколько таких нераскрытых фальсификаций хранятся в архивах и вводят в заблуждение историков?

А вот сюжет из другой оперы. Исследователи, опираясь на огромный массив систематизированных исследований, предложили признать серотониновую теорию развития депрессии необоснованной. Хотя именно серотониновая теория — одна из самых популярных среди врачей и пациентов. О ней пишут в учебниках, и она хорошо объясняла, почему развивается эндогенная депрессия.

Согласно этой теории, депрессия развивается, когда нарушается баланс биогенных аминов — дофамина, норадреналина и серотонина. Как эта теория подтверждается? А просто — клинически. При назначении антидепрессантов, которые влияют на метаболизм или концентрацию этих нейромедиаторов, состояние пациентов улучшается.

Но теперь выяснилось, что у людей с депрессией активность серотонина не снижается по сравнению с людьми без депрессии. Так что доказательств нет. Но почему же тогда помогают антидепрессанты, влияющие на обмен серотонина?

Еще одна история — из палеонтологии. О том, как отменили открытие предка змеи. Ученые считают, что предками змей были ящерицы, которые жили около 125 миллионов лет назад. Но почему они потеряли конечности? Хорошо было бы найти переходное звено — уже не ящерицу, но еще не змею. И такое переходное звено нашли в 2015 году.

Палеонтолог из Портсмутского университета обнаружил хорошо сохранившийся экземпляр окаменелости небольшой змееподобной рептилии с четырьмя лапами возрастом около 120 миллионов лет. Эту окаменелость недавно передали из частной коллекции в аренду Юрскому музею в Германии, и она попала на глаза исследователю. «Четырехногая» змея сразу стала знаменитой. Вот оно — переходное звено! Вроде бы и змея, но при этом с лапками.

Конечно, палеонтологи принялись придирчиво изучать это чудо. Но чудо оказалось не переходным звеном, а ящерицей из семейства долихозавров. Так что это открытие недавно закрыли.

Закрытия часто случаются в астрономии. В 2020 году астрономы сообщили, что зафиксировали очень яркую вспышку в одной из самых удаленных галактик, находящейся в созвездии Большой Медведицы. Вспышка длилась 245 секунд, и астрономы решили, что видят гамма-всплеск или взрыв сверхновой.

Но прошло еще два года, и польские астрономы закрыли открытие своих коллег. Оказалось, что вспышка — это результат отражения солнечного света от разгонного блока «Бриз-М» российской ракеты «Протон», который попал в поле зрения спектрометра.

Перефразируя Пушкина, хочется сказать: «О, сколько нам закрытий чудных готовят просвещенья дух…» И это нормально для науки, ведь истина рождается как ересь и умирает как заблуждение. Видите, начала с павлина в Серпухове и вон куда вырулила.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Эпидемия ковида ударила не только по человечеству, но и по окружающей среде. Причем это воздействие оказалось двояким. С одной стороны, природа получила возможность продемонстрировать свою поразительную способность к быстрому самовосстановлению. И продемонстрировала.

Помните 2019 год? Изоляция, локдаун, улицы городов вымерли. Перестали летать самолеты, а их поднималось в воздух более 200 000 каждые сутки, движение транспорта на дорогах почти исчезло, промышленные предприятия снизили обороты, а Европа забыла, как выглядят туристы.

Природа откликнулась на эти изменения невероятно быстро. И это, признаться, меня впечатлило. Уже в марте 2019 года, то есть буквально через месяц после начала жесткой изоляции людей, миссия Copernicus Sentinel-5P Европейского космического агентства увидела из космоса, каким поразительно чистым стал воздух над промышленными центрами Китая, над столицами и туристическими центрами Европы.

А Интернет облетели фотографии и видео каналов Венеции с невероятно прозрачной водой. Местные жители такого отродясь не видели.

Но, с другой стороны, природа получила удар в виде специфических отходов пандемии — использованных средств индивидуальной защиты. Каждый день в мире образуется в среднем 54 000 тонн таких отходов. Одних только одноразовых масок каждый месяц выбрасывают около 129 миллиардов штук.

И куда они все деваются? Ну, понятное дело, на свалки и в океан. Теперь к триллионам пластиковых бутылок в океане добавилось несметное количество этих масок из полипропиленовых волокон, да еще нитриловых перчаток в придачу.  Застрянут они в морях, океанах и реках надолго, потому что это очень стойкая синтетика.

Конечно, одноразовые маски надо бы собирать. И наладить этот процесс надо было сразу же, как только люди стали их носить. Не наладили. Но, допустим, сбор налажен. А что дальше с этими масками делать? Можно ли извлечь из них пользу?

Исследователи из Инженерной школы Мельбурнского королевского технологического университета в Австралии предложили неожиданное решение. А именно — использовать маски для лица, резиновые перчатки и одноразовые халаты для укрепления бетона, то есть в качестве армирующего материала (RMIT University).

Исследования показали, что если эти маски-перчатки-халаты измельчить и добавить в бетон, то его прочность увеличится на 22%, он станет более гибким, и повысится устойчивость к растрескиванию.

А сколько надо добавить? Да совсем немного — от одной десятой до четверти процента. Однако если учесть, что производство бетона — одно из самых крупнотоннажных производств в мире, то потребуется огромное количество использованных масок и перчаток.

Отличное решение и нормальный подход экономики замкнутого цикла к проблеме обращения с отходами. Посмотрим, что покажут полевые испытания, к которым готовятся исследователи.

Но как бы то ни было, превращать отходы в ресурсы — это будущее человечества, никуда от этого нам не деться. И чем раньше мы начнем тренироваться, тем лучше. А природа точно скажет нам спасибо.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Двадцать два года назад в США появилась Национальная инициатива в области нанотехнологий. Ее одобрил тогдашний президент США Билл Клинтон. В 2003 году ее закрепили законодательно.

Конечно, такая экстравагантная идея не могла прийти в голову политику. Ее, разумеется, предложили ученые. В данном случае одним из инициаторов выступил лауреат Нобелевской премии 1996 года американский физик Ричард Смолли.

Он, а также британские химики Гарольд Крото и Роберт Кёрл получили Нобелевскую премию по химии за то, что открыли фуллерен — удивительную молекулу, состоящую из 60 атомов углерода и похожую по структуре поверхности на футбольный мяч. Ее диаметр составляет один нанометр. Так что фуллерен стал своего рода символом нанотехнолгий.

А что такое один нанометр? С удовольствием напомню вам образ от автора нашего журнала, доктора химических наук Владимира Зинуровича Мордковича, который не один год занимался исследованием углеродных нанотрубок: «Один нанометр — это диаметр трубочки для коктейля, если коктейль пьет микроб». Наглядно. Правда?

А что же в России? Восемь лет спустя, в 2008-м, у нас тоже появилась своя наноинициатива, которая материализовалась в виде госкорпорации РОСНАНО. И с тех пор слово «нанотехнологии» стало одним из часто употребляемых не только в науке, но и в обыденной жизни, чаще — в анекдотах.

Тогда, поначалу, нам рассказывали о нанотехнологиях как о чем-то совершенно новом и волшебном, что кардинально изменит нашу жизнь в ближайшие годы.

Правда, химики и физики недоуменно пожимали плечами, потому что ничего нового, разумеется, в нанонауке не было. Ей, по меньшей мере, 250 лет — с тех пор как Бенджамин  Франклин ставил свои знаменитые эксперименты с маслом на поверхности водоемов.

Конечно, вы знаете, как выглядит Бенджамин Франклин — его портрет с 1914 года печатают на стодолларовых купюрах. Но мало кто знает, что Бенджамин Франклин, современник нашего Михаила Васильевича Ломоносова, был не только политиком и писателем XVIII века, но еще и физиком, исследователем, членом многих академий наук, в том числе и Императорской академии наук в Санкт-Петербурге.

Франклина очень интересовало одно явление, о котором он прочитал у Плиния Старшего в его «Естественной истории». Явление действительно необычное — древнегреческие и римские мореходы усмиряли волны, выливая растительное масло на поверхность воды.

Франклин исследовал его 17 лет. Оказалось, что об этой хитрости знают мореходы всего мира. Простые моряки на Бермудах успокаивают таким образом рябь на воде, чтобы увидеть рыбу в глубине.

Бенджамин Франклин постоянно носил с собой бутылочку с маслом. И когда оказывался у какого-нибудь водоема в ветреную погоду, то ставил натурные эксперименты, чтобы разобраться в сути явления.

Кстати, этот поразительный эксперимент вы можете сделать сами — в тазу с водой. Взбаламутьте ее рукой, а потом капните несколько капель свежего растительного масла. Результат действительно удивительный.

После этого вас точно потянет на природу к какому-нибудь пруду, чтобы повторить эксперимент в большом масштабе. Только подойти к пруду надо с наветренной стороны, где зарождаются волны. Эту хитрость тоже придумал Франклин.

В своей статье, опубликованной в научном журнале Philosophical Transactions в 1774 году, он писал, что с помощью чайной ложки масла ему удалось успокоить волнение в пруду на площади в 20 соток, то есть на 2000 квадратных метров. Масло растекается по поверхности воды, образуя слой толщиной в несколько нанометров.

Удивительно, что такой тончайший и непрерывный нанометровый слой масла не дает распространяться волнению на поверхности воды. Но это факт. И похоже, именно слой масла на воде стал первым нанометровым объектом, на который обратила внимание наука. Так что за плечами у нанотехнологий большая история, сотни лет.

Когда 20 лет назад в мире начался нанотехнологический бум, лауреат Нобелевской премии по химии Роалд Хоффман заявил в интервью нашему журналу, что нанотехнологии — это новое название, которое придумали для химии, чтобы сделать ее модной. И действительно, размеры большинства молекул в органическом мире измеряются нанометрами.

А природа и вовсе самый лучший нанотехнолог, потому что повсеместно использует эти технологии. Например — когда создает гидрофобную поверхность листьев и лепестков цветка лотоса, благодаря чему к ним не пристает грязь. Или — окрашивая в яркий синий цвет крылышки бабочек морфо без единого нанограмма красителя, а только за счет наноструктурированных чешуек, покрывающих крылышки.

Нанотехнологический бум двадцатилетней давности обещал нам открыть двери в новый мир. Людям и вправду нужно что-то новое, вдохновляющее, многообещающее, способное решить людские проблемы.

Помню, как в 2008 году в Вашингтоне, в Национальном научном фонде США, мне рассказывали, как уже в ближайшие годы по нашим сосудам внутри тела будут ползать нанороботы и очищать сосуды от бляшек. Эта картина, которую я представила себе в красках, меня тогда буквально потрясла. И я стала следить, когда же эти нанороботы появятся.

И вот — сообщение из Университета Эссекса. Здесь создали технологию очистки засорившихся шунтов, установленных в теле человека, с помощью роёв, состоящих из магнитных микророботов (IEEE Transactions on Biomedical Engineering).

Операция шунтирования, когда вокруг пораженного сосуда строят обводной канал внутри организма, стала сегодня рутиной. Людей, которые носят внутри себя шунты, миллионы.

Но эти обводные каналы со временем начинают засоряться. На их стенках скапливаются отложения, просвет сужается, шунт теряет гибкость и перестает выполнять свою работу.  В таких случаях приходится делать повторную операцию, чтобы его заменить.

Теперь лишние повторные операции не понадобятся, потому что очищать шунты прямо на месте будут рои из сотен магнитных микророботов. Каждый такой микроробот, изготовленный из магнитных наночастиц, меньше толщины человеческого волоса.

Рой магнитных микророботов вводят в шунт, а затем начинают перемещать его внутри этого устройства с помощью магнитного поля. Его создает мощный магнит на поверхности тела. Рой микророботов, который гоняют с места на место, очищает шунт от наслоений на стенках. Похоже на то, как вы ершиком отмываете пробирку.

Микророботы биосовместимы и нисколько не ядовиты для организма. И покидают его они естественным путем. Так утверждают исследователи.

Это, конечно, еще не нанороботы, разбирающие бляшки в сосудах. Здесь нужна куда большая деликатность и тонкость, чтобы не повредить сосуд. Но уже хоть что-то. Наука должна держать свое слово и исполнять свои обещания, пусть самые маленькие. За язык-то ведь никто не тянул. Иначе веры ей не будет.

…исследователи предложили краткий 22-стадийный синтез тетродотоксина, мощного природного нейротоксина, который содержится в печени рыбы фугу (Science)…

…золотые тетраэдры нанометровых размеров способны самопроизвольно складываться в плоские хиральные сверхрешетки (Nature Communications - полный текст)…

…разновидность искусственного интеллекта может выявить покупателей пистолета, которые намереваются совершить самоубийство (JAMA Network Open - полный текст)…

…оксид титана улучшает фотокаталитическое разложение перфтороктановой кислоты нитридом бора (Chemical Engineering Journal)…

…один из каждых 400 взрослых в мире в течение последнего года обращался за помощью в связи с проблемами, связанными с азартными играми (Addiction)…

…созданы нанопористые цинковые электроды, которые делают первичные щелочно-цинковые батареи перезаряжаемыми (Nature Communications - полный текст)…

…дети считают, что «гениальность» – это мужская черта, и это убеждение укрепляется по мере того как они взрослеют до двенадцатилетнего возраста (Child Development - полный текст)…

…помидоры, выращенные на сильно загрязненных свинцом почвах, вероятно, безопасны для употребления в пищу (Science of The Total Environment)…

…углеводы и полифенолы в черносливе действуют как пребиотики и помогают восстановить здоровье костей (Nutrients)…

…раковые клетки вырабатывают небольшое количество уникального внеклеточного матрикса из коллагена, который влияет на микробиом опухоли и защищает от иммунных реакций (Cancer Cell)…

…женщинам, которые в подростковом возрасте решили стать чайлдфри, сейчас в среднем около 40 лет, и у них до сих пор нет детей (Scientific Reports - полный текст)…

…вода, добываемая из нефти и газа, геотермальные рассолы и рассолы после опреснения морской воды содержат достаточно лития, чтобы его стоило извлекать (PNAS)…

…доля твитов о здоровой пище увеличилась на 20,5% во время пандемии, в то время как доля твитов о фастфуде и алкоголе снизилась на 9,4% и 11,4% соответственно (Patterns - полный текст)…

…арсенид бора – это лучший полупроводниковый материал, когда-либо найденный, и, возможно, лучший из возможных (Science)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Это исследование состоялось благодаря инициативе музыкантов. Это был 2020 год, когда Филадельфийский оркестр, как и многие другие музыкальные коллективы, приостановил выступления из-за пандемии COVID-19. Нужно было найти такой формат работы, чтобы он был безопасным для музыкантов, но при этом позволял репетировать вживую на обычной встрече.

Играть в масках музыканты не могут. Попытка отгородить их друг от друга прозрачными стенками из оргстекла не дала результата: музыканты жаловались, что плохо слышат и плохо видят коллег. А когда музыкантов рассаживали далеко друг от друга, нарушалось звучание оркестра. И тогда руководитель оркестра обратился в Пенсильванский университет с просьбой помочь наладить очную, но безопасную работу в оркестре.

Чтобы что-то рекомендовать, надо прежде исследовать проблему. Ученые задались вопросами: сколько аэрозольных частиц создавали музыканты во время игры, насколько плотно частицы вылетали из инструментов и как быстро они перемещались по воздуху? Речь идет об игре на духовых инструментах. На вопросы мог ответить только эксперимент.

Музыкантов пригласили в кампус. Они играли гаммы непрерывно в течение нескольких минут — на флейте, тубе, кларнете, трубе, гобое и фаготе. А исследователи следили за количеством и скоростью аэрозольных частиц, которые вырывались из духовых инструментов. Для этого использовали увлажнители, лазерные лучи, высокоскоростные камеры и счетчик частиц.

Исследователи считали и удивлялись. Оказалось, что музыканты, играющие на духовых инструментах, производили аэрозоли в той же концентрации, что и обычный человек во время разговора. Размер частиц составлял от 0,3 до 1 микрометра в диаметре.

Скорость, с которой разлетались частицы, тоже оказалась маленькой, всего 0,1 м/с. Во время кашля или чихания частицы летят в десятки раз быстрее — со скоростью 5–10 м/с. В ряду духовых инструментов выбивалась только флейта со скоростью около 0,7 м/с, но и ей до кашля и чихания далеко.

Аэрозоли, образующиеся во время этих мини-концертов, рассеивались и оседали на расстоянии около двух метров от музыкального инструмента, что, по словам исследователей, тоже мало отличается от обычной речи или дыхания.

Результаты исследования, опубликованные в Physics of Fluids, помогли руководителю оркестра правильно рассадить музыкантов и возобновить выступления уже летом 2020 года. Мораль этой истории проста: если возникает проблема — обращайтесь к ученым. Наука для того и существует, чтобы отвечать на вопросы и помогать обществу.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Помню, как в начале 2000-х мне в Стамбуле показывали новую университетскую клинику, построенную по последнему слову технику. На Западе при всех университетах, где есть медицинские факультеты или институты, обязательно есть своя клиника. Это исследовательское подразделение. Здесь лечат всех, кто захочет, но при этом здесь еще учатся на будущих врачей и защищают диссертации на основании наблюдения за пациентами.

Прекрасная внутренняя планировка помещений, великолепное оснащение и, конечно, медные ручки на всех дверях и медные краны во всех туалетах. И при этом сестра, сопровождавшая нас, обрабатывала ручки дверей в палатах до того, как мы за них брались, и после.

Я поинтересовалась — неужели чистой меди недостаточно, чтобы обеспечить полную дезинфекцию? Оказалось — нет. Несмотря на то что все предметы, за которые часто берутся люди, в клинике сделаны из меди, внутрибольничная инфекция по-прежнему существует, и она очень опасна для тяжелых больных.

Сегодня, спустя почти 20 лет, ученые уже знают, что хотя чистая медь обладает антибактериальными свойствами и способностью самоочищаться, с разными бактериями она ведет себя по-разному. Бактерии с тонкой стенкой, так называемые грамотрицательные бактерии (кишечная палочка, сальмонелла, шигелла, хеликобактер, легионелла и др.), она убивает быстро и легко. А вот бактерии с более толстой клеточной стенкой, так называемые грамположительные (стрептококки, стафилококки, клостридии и др.), даются меди труднее, их она убивает медленнее, а значит, есть шанс на распространение инфекции.

И вот — хорошая новость на этом горячем фронте. Исследователи из Университета Британской Колумбии создали медное покрытие, которое убивает быстро и много («Advanced Materials Interfaces» ).

Во-первых, это нанопокрытие. Его поверхность не идеально гладкая, а усеяна нановыпуклостями. Такой рельеф делает поверхность меди гидрофобной. Но если бактерии все же удалось зацепиться, то взаимодействие с этими бугорками буквально разрывает ее клеточную стенку. А во-вторых, в медь добавлен цинк. Цинк также обладает антибактериальными свойствами — избирательно окисляется в присутствии меди и помогает быстрее уничтожать бактерии по сравнению с чистой медью.

Команда обнаружила в эксперименте, что новому материалу потребовался всего один час, чтобы убить 99,7% золотистого стафилококка — грамположительного патогена, обычно вызывающего внутрибольничные инфекции. Чистой меди для этого потребовалось два часа.

Ученые надеются, что скоро в больницах такие покрытия появятся на дверных ручках и кнопках лифта, к которым чаще всего прикасаются персонал, пациенты и посетители. Заметьте — не к зоне под ободком унитаза, о которой неустанно рассказывают в телевизоре. Все источники внутрибольничной инфекции — на поверхности.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Происхождение жизни на Земле — вот многовековая тайна, которая по-прежнему будоражит умы.  Четыре миллиарда лет назад Земля выглядела совсем иначе. Ее покрывал океан, первобытный бульон, в котором в течение миллионов лет зарождалась жизнь. Сначала в нем должны были появиться молекулярные кирпичики жизни — аминокислоты и нуклеиновые кислоты, из которых складывались белки и ДНК.

Сегодня в живых клетках аминокислоты образуются из предшественников, называемых α-кетокислотами, с использованием азота и белков-катализаторов, называемых ферментами.

Но как это происходило в ранние исторические времена, когда никаких клеток еще не было? Тут две возможности. Либо в первичном бульоне существовали α-кетокислоты, из которых получались аминокислоты. Но эта реакция не идет без участия ферментов, а их в первичном бульоне не было. Либо аминокислоты образовывались из альдегидов. Свет на эту развилку пролили ученые из Исследовательского института Скриппса.

Они предположили, что роль фермента в превращении α-кетокислоты в аминокислоту может сыграть обыкновенный цианид. Поскольку исследователи знали, что потребуется азот, они добавили аммиак, который, как и цианид, в достатке должен был присутствовать на ранней Земле. Затем, методом проб и ошибок, они обнаружили третий ключевой ингредиент — углекислый газ.

Если смешать только кетокислоту, цианид и аммиак, то ничего не произойдет. Но стоит добавить углекислый газ, даже в незначительных количествах, как реакция начинает набирать скорость. Причем реакция идет при комнатной температуре и в широком диапазоне рН.

Интересно, что побочный продукт той же реакции — оротат, предшественник нуклеотидов, составляющих ДНК и РНК. Поэтому исследователи считают, что эта реакция, скорее всего, была источником ранней жизни на Земле. Могут ли аминокислоты начать формировать маленькие белки? Может ли один из этих белков вернуться и начать действовать как фермент для производства большего количества этих аминокислот? Ответы на эти вопросы исследователи планируют получить в ближайшее время.

Ученые придумали новую парадигму для объяснения перехода от пребиотической химии к биотической. Но даже если эта гипотеза в дальнейшем не подтвердится (а мне кажется, что она весьма убедительна), польза от открытия новых реакций все равно очень большая. Простые реакции из дешевого сырья крайне нужны на производстве, где делают на заказ биомолекулы — для фармакологии и научных исследований.