Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

«Что за друг, без которого мужик из дома не выйдет?» Правильный ответ — шапка, потому что это старинная русская загадка. Интересно, а вы что подумали? Загадайте своим детям и узнаете, что нынче это совсем другой друг — это смартфон. А вот еще одна загадка, тоже старинная:

«Кто над нами вверх ногами
Ходит не страшится,
Упасть не боится?»

Дети до второй половины ХХ века уверенно давали правильный ответ — муха. А вот дети, родившиеся в эпоху расцвета космонавтики, отвечали иначе — космонавт.

Конечно, загадки, их смысл, меняются под влияние меняющегося мира. Причем меняющегося по воле человека, создающего смартфоны и спутники.

Давайте поговорим сегодня о спутниках. Идею использовать спутники на земных орбитах для связи высказывал еще К.Э. Циолковский в начале ХХ века. Первый искусственный спутник запустили мы в 1957 году. Повторяю это при каждом удобном случае, потому что на Западе историю космонавтики тоже начали переписывать.

А вот саму идею спутниковой связи популяризировал известный английский писатель-фантаст Артур Кларк. В 1945 году, то есть 80 лет назад, он опубликовал в журнале «Wireless World» научно-популярную статью про внеземные ретрансляторы, которые должны обеспечить всемирное радиовещание.

Кларк предложил поместить ретрансляционный аппарат на такую орбиту, где он будет вращаться с той же скоростью, что и Земля. Соответственно такой аппарат для наблюдателя с Земли будет оставаться неподвижным, как будто привязанным тросом к тому месту, над которым висит.

Через такой аппарат можно передавать радио- и телесигнал. А спутниковая тарелка и прочие антенны наземных станций могут быть постоянно направлены в это место, и им не нужно вращаться, чтобы отслеживать спутник. Орбиту Кларк предложил назвать геостационарной. Поэтому сегодня геостационарные орбиты называют на Западе орбитами Кларка, а совокупность спутников на этой орбите поясом Кларка.

Кстати, именно Кларк рассчитал, что три геостационарных спутника обеспечат покрытие всей планеты, потому что с каждого спутника видно 42,4% поверхности нашей планеты. А вот спутник на низкой орбите высотой в 300 километров может наблюдать только 2,25% земной поверхности.

Сегодня лишь 10% из общего количества спутников находятся на геостационарной орбите и остаются неподвижными для земного наблюдателя. Это большие и сложные аппараты, да и запускать их на высоту почти 36 тысяч километров — дорогое удовольствие. Остальные 90% спутников, то есть подавляющее большинство, — это небольшие приборы на низких околоземных орбитах в несколько сот километров, которые легко запускать.

Вся эта громадная семья обеспечивает нам спутниковую связь, телевидение, позволяет нам пользоваться смартфонами, наблюдать за Землей и собирать разнообразные данные, которые облегчают нам жизнь и, конечно, помогают делать научные открытия.

Пояс Кларка вокруг нашей Земли становится все плотнее и плотнее, причем буквально на наших глазах. Из 8 с лишним тысяч аппаратов, действующих сегодня на низкой околоземной орбите, которые обеспечивают нам мобильную связь, 6 тысяч — это спутники системы Starlink компании «Спейс-Икс» Илона Маска. К 2027 году она выведет на орбиту еще 12 тысяч спутников. А в планах — 42 тысячи.

Но это только одна группировка Starlink. Амбициозный Amazon и другие компании по всему миру намерены создать свои группировки от 3 до 13 тысяч спутников. Все это будет кружить над Землей. И в какой-то момент вышедшие из строя спутники, а каждый такой спутник служит в среднем пять лет, будут сыпаться нам на головы в прямом смысле этого слова.

Конечно, эти небольшие аппараты сгорят в плотных слоях атмосферы. Собственно, спутники Starlink так и спроектированы, чтобы они полностью сгорали при входе в атмосферу в конце срока службы или в случае поломки. Но ничто на Земле не проходит бесследно. Дело в том, что при сгорании спутника в атмосфере Земли образуются, среди прочего, наночастицы оксида алюминия. Один небольшой спутник связи весит в среднем 250 килограммов и на треть состоит из алюминия. Сгорая в атмосфере, он будет оставлять там около 30 килограммов оксида алюминия.

Эти частицы со временем, но неизбежно, попадут в стратосферу и в озоновый слой, который находится на высоте около 20–30 километров. И вот тут-то и начнут разворачиваться нежелательные события. Частицы оксида алюминия начнут работать катализаторами, на поверхности которых будут идти реакции озона с хлорсодержащими соединениями. Это будет цепная реакция, в которой один атом хлора может разрушить до 100 тысяч молекул озона в стратосфере (Geophysical Research Letters).

Концентрация оксида алюминия за последние шесть лет уже увеличилась в 8 раз и продолжает нарастать по мере того, как на орбиты выводят все новые и новые спутники. Проблема в том, что эти частицы могут болтаться в атмосфере десятилетиями.

И к тому времени, когда запланированные группировки спутников будут завершены, каждый год в атмосферу будет попадать 360 тонн оксида алюминия. А это в 7 раз превышает естественный фон.

Разрушение озонового слоя, который защищает все живое от жесткого ультрафиолета, очень опасно. Но такова любая рукотворная технология. Она обязательно имеет побочные эффекты, которые надо учитывать.

Никто не отрицает, что и пользы от спутников очень много. Связь, навигация, интернет, метеорология, наблюдения из космоса с научными целями — все это крайне важно сегодня.

Недавно вычитала в журнале «Прикладная геодезия», что накануне разрушительного турецкого землетрясения в 2023 году спутники зафиксировали множество аномалий в земле, атмосфере и ионосфере.

За 19 дней изменилась температура поверхности суши в районе будущего землетрясения. За 5–10 дней до катастрофы изменилось содержание водяного пара, метана, озона и моноксида углерода в атмосфере. Все это регистрировали спутники.

Так что теперь с их помощью мы можем предсказывать разрушительные землетрясения и давать возможность заранее эвакуировать людей из эпицентров будущей стихии. Это, несомненно, польза.

Существование спутников и пояса Кларка на руку и астрофизикам. Мало того что это орбитальные телескопы и летающие обсерватории. Наличие такого пояса вокруг далекой планеты — это совершенно четкое и однозначное указание на то, что планета обитаема. Это своего рода техническая сигнатура, отпечаток пальца высокоразвитой цивилизации. Если у нее есть спутники на орбитах, то она развита ну уж никак не меньше, чем мы.

Поиски далеких планет на расстоянии от нескольких десятков до нескольких тысяч световых лет с такими техномаркерами начнутся в ближайшее время. Нам уже известно более 5 тысяч экзопланет, вращающихся вокруг других звезд. Правда, из них всего 200 представляют в этом смысле интерес, потому что они похожи на Землю. Остальные — это газовые гиганты.

Современная техника наблюдения за космосом умеет многое. С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» уже сегодня можно искать эти пояса Кларка на дальних планетах, тщательно анализируя кривые блеска их звезд. Но, с другой стороны, этот отпечаток пальца в виде пояса Кларка есть и у нашей планеты Земля. Не правда ли? Значит, мы тоже видимы для других цивилизаций?

Пока пояс Кларка человечества еще слишком тонок, чтобы его можно было обнаружить с экзопланет прямо сейчас — по крайней мере, с помощью такой технологии, как наша. Но за последние несколько десятилетий его заселенность увеличилась в геометрической прогрессии. Если так пойдет и дальше, то к 2200 году наш пояс Кларка увидят с других обитаемых планет.

И вот вопрос — хотим ли мы, чтобы нас обнаружили другие, неизвестные миры? Эту интересную дискуссию стоит начинать уже сейчас.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

К большому сожалению, мира без войны не бывает, такова диалектическая природа вещей. И распространяется она на весь мир, включая животных. Одни муравьиные войны чего стоят!

Муравьи воюют на протяжении многих десятков миллионов лет. Их армии насчитывают миллионы бойцов, их конфликты, внутривидовые и межвидовые, жестоки и драматичны. А поскольку муравьи — это такие же социальные существа, как и люди, сложно удержаться от параллелей между нашими обществами. А параллели есть.

Хочу вспомнить гениального русского хирурга Николая Ивановича Пирогова. Николай Иванович спасал раненых на Крымской войне в XIX веке, где впервые применил гипсовую повязку. Тогда же он первым выполнил операции под эфирным наркозом в военно-полевых условиях, когда была необходима ампутация.

Так вот Пирогов говорил, что «война — это травматическая эпидемия». Он, несомненно, знал, о чем говорил. И эта формула справедлива не только для человеческих, но и для муравьиных войн. Но как же справляются с ранеными муравьями их сородичи? Гипсовая повязка и эфирный наркоз?

Почти! Маленькие и хрупкие, на наш взгляд, муравьи на самом деле прекрасные и очень сильные воины. Муравей может поднять вес, в 50 раз превышающий свой собственный. А мощные жвалы могут буквально перекусить противника. И вот что выяснили биологи, наблюдая за муравьями с травмированными конечностями.

Вообще в муравьиных колониях работает система здравоохранения. Это ученые выяснили давно. Но оказалось, что в муравьиных царствах есть и неотложная медицинская помощь раненым. Среди муравьев есть врачи, которые этим занимаются. С помощью своего ротового аппарата они чистят рану пострадавшему. А некоторые виды, способные вырабатывать антибиотики, еще и обрабатывают рану противомикробным препаратом, чтобы не допустить распространения инфекции.

Однако есть виды муравьев, которые не вырабатывают антибиотики. Как же они справляются с травмами? У этого вида за дело берутся хирурги. Сначала муравьи-врачи осматривают травму конечности, которую получил боец, а затем принимают решение, что делать.

Если у воина травмировано бедро, хирурги откусывают ему эту ногу, одну из шести. Откусывают у так называемого вертела, там, где нога соединяется с телом. «Пациенты» в основном хорошо переносят и лечение, и потерю одной из своих шести ног. Подавляющее большинство, около 90% прооперированных, выживают и могут продолжать выполнять общественные обязанности.

Если же ампутацию не делать, то рана инфицируется, и выживают менее 40%. На самом деле, это первый известный случай сложной и систематической ампутации в животном мире.

Однако муравьи-хирурги ногу отсекают не всегда. Если травмирована голень, то здесь врачи бросают все усилия на то, чтобы вычистить рану и не допустить распространения инфекции по телу. В этом случае выживают около 75% пациентов, то есть сильно меньше. И возникает вопрос — почему же муравьям не ампутируют ноги при травмах голени?

Причину помогли найти исследования лапок муравьев с помощью компьютерной томографии. Оказалось, что травма бедра воздействует на кровоток и сильно замедляет распространение инфекции по организму. Это дает врачам достаточно времени для ампутации ноги, которая занимает 40 минут (Current Biology).

Если же у муравья травмирована голень, то инфекция распространяется очень быстро. И на ампутацию ноги остается слишком мало времени. Поэтому хирурги в данном случае не идут на риск и бросают все силы на то, чтобы как можно быстрее механически вычистить рану. Повторяю, антибиотиков у этого вида муравьев нет.

Получается, что муравьи-хирурги обдуманно принимают решение, в каком случае делать ампутацию раненому, а в каком — нет, то есть оценивают, в каком случае вероятность его выживания больше. Просто поразительно.

Рядом с нами миллионы лет существует цивилизация крошечных работяг и воинов. Гигантская цивилизация, насчитывающая примерно 10 квадриллионов особей. Они умеют вкалывать с утра до ночи, защищать и воевать, а также лечить своих сородичей и даже в случае необходимости ампутировать поврежденные конечности, чтобы спасти жизнь сородичу. А мы все смотрим в небо, чтобы найти разумные внеземные цивилизации. Хотя смотреть-то надо под ноги.

…вид Homo sapiens эволюционировал более чем в 20 раз быстрее всех других видов млекопитающих (Nature Ecology & Evolution)…

…ИИ различает хлорид натрия и хлорид калия, рассматривая следы от высохших крошечных капель водных растворов этих солей (Proceedings of the National Academy of Sciences)…

…самцы комаров умеют различать самок своего и другого вида по разнице в их писке, издаваемом биением крыльев насекомого, что препятствует межвидовому скрещиванию (iScience)…

…созданы борсодержащие органические соединения с флуоресцентными свойствами, которыми можно управлять с помощью электрического тока, повторяя цикл включения-выключения флуоресценции много раз (Dyes and Pigments)…

…у курящих людей 50+ когнитивные показатели за 10 лет снизились на 85% больше, чем у некурящих (Nature Communications)…

…сканирование мозга с помощью позитронно-эмиссионной томографии показывает, что у женщин во время менопаузы количество рецепторов эстрогена во многих областях мозга увеличивается и остается высоким даже после менопаузы (Scientific Reports)…

…токсичные фтортеломерные спирты, летучие предшественники перфторированных карбоновых кислот, присутствуют в выхлопных газах свалок и могут переноситься по воздуху на большие расстояния (Environmental Science & Technology Letters)…

…создали модель мыши TruHuX («по-настоящему человек») с полностью развитой и полностью функциональной иммунной системой человека (Nature Immunology)…

…у самых крупных животных мозг, вопреки ожиданиям, непропорционален их массе — он сильно меньше прогноза (Nature Ecology & Evolution)…

…в лаборатории созданы более экологичные литий-металлические аккумуляторы, в электролите которых содержится всего лишь 0,1% (масс.) фтора, что как минимум в 20 раз меньше, чем в предыдущих исследованиях (Energy & Environmental Science)…

…наскальные рисунки и петроглифы возрастом несколько тысяч лет уничтожают специфические грибы и лишайники, выделяющие кислоты, которые растворяют известняк камней (Frontiers in Fungal Biology)…

…потеря среды обитания влияет на разнообразие пчел сильнее, чем повышенное воздействие пестицидов (Journal of Applied Ecology)…

…кластеры биметаллических оксидов на основе RhRu катализируют реакции перекрестного дегидрирования (CDC) с использованием молекулярного кислорода в качестве единственного окислителя (Journal of the American Chemical Society)…

…сложность мелодий и тональность аранжировок самых популярных песен в США каждый год, начиная с 1950 года, неуклонно снижалась (Scientific Reports)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Почему шерстистые носороги исчезли в конце последнего ледникового периода, который начался около 115–110 тысяч лет назад и закончился около 11,7–11,6 тысячи лет назад? Что случилось с рогатыми мохнатыми гигантами?

Сегодня носороги встречаются только в Африке и Юго-Восточной Азии. Но когда-то, десятки тысяч лет назад, их мохнатые предки бродили по холодным степям Севера, в том числе в нашей Сибири, о чем свидетельствуют многочисленные окаменелости. Шерстистый носорог питался травой, которую, вероятно, мог очистить от снега с помощью своего особенно длинного рога. Этот представитель мегафауны ледникового периода был широко распространен в северной Евразии в течение длительного периода плейстоцена.

Но затем, примерно 35 тысяч лет назад, их поголовье начало сокращаться. Затем, в конце эпохи, ископаемые следы шерстистых носорогов теряются. Однако исследования ДНК окружающей среды из донных отложений показывают, что остаточные популяции существовали еще около 10 тысяч лет назад.

Что могло стать причиной исчезновения шерстистых носорогов? Безусловно, важную роль сыграли климатические изменения. Но ведь этот вид уже переживал периоды суровых условий окружающей среды и впоследствии смог восстановиться. Значит, дело не только в климате.

Используя компьютерные модели, окаменелости и древнюю ДНК, исследователи из Университета Аделаиды проследили 52-тысячелетнюю историю популяции шерстистого носорога по всей Евразии с разрешением, которое ранее было невозможным.

Модель проследила закономерность упадка и исчезновения шерстистых носорогов и, помимо климатического фактора, выявила еще один смертоносный фактор — человека-охотника. Правда, это был низкий уровень охоты, тогда люди охотились только ради пропитания. И тем не менее, именно охота, этот постоянный фактор, могла сыграть решающую роль в исчезновении, став последней каплей в климатическом давлении.

Это недавнее открытие противоречит предыдущим исследованиям, которые доказывали, что люди не играли никакой роли в вымирании шерстистого носорога. Теперь ясно, что играли, да еще как.

На мой взгляд, этот вывод не требует доказательств, потому что виден невооруженным глазом.

В каком-то смысле появление человека на Земле стало приговором для диких животных. В позднем плейстоцене существовал 61 вид крупных наземных травоядных, весом более одной метрической тонны, и только восемь из них существуют сегодня. Пять из этих выживших видов — носороги. Без человека-охотника здесь точно не обошлось.

Сегодня масса диких наземных млекопитающих составляет 22 миллиона тонн. Для сравнения, человечество сейчас весит в общей сложности около 390 миллионов тонн, то есть почти в 18 раз больше! А вес одомашненных нами видов, овец и крупного рогатого скота — в 30 раз больше, чем диких наземных млекопитающих. А все домашние собаки и кошки весят столько же, сколько дикие наземные млекопитающие (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Мир природы и его дикие животные исчезают, причем с ошеломляющей скоростью. И началось это еще тогда, когда по Евразии и нашему Северу гуляли шерстистые носороги. Вот такая рукотворная эволюция. Будет ли от этого лучше человеку? Не думаю.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Если бы строительная отрасль была государством, она была бы третьим по величине источником выбросов CO₂ в мире после США и Китая. Но проблему можно решить, если строить дома из возобновляемого растительного сырья — без выбросов углекислого газа и отходов.

Таким сырьем может стать хмель — тот самый, из которого варят пива. Сидели как-то два мюнхенских студента в общежитии, потягивали пивко и рассуждали о судьбах человечества. Ну если не всего, то хотя бы Мюнхенского региона, в котором традиционно выращивают хмель вдоль реки Халлертау.

Только 20% выращенного здесь хмеля идет на варку пива. Так почему бы остальное не использовать для создания строительных материалов?

Поначалу это была шутливая идея. Но чем больше ее обсуждали студенты, тем очевиднее становилось, что в каждой шутке есть только доля шутки и что идея очень хороша.

У хмеля волокнистая структура, высокая прочность на разрыв и устойчивость к давлению. Еще и прекрасные изоляционные свойства. Из него можно делать звукоизоляцию, теплоизоляцию или легкие панели для внутренней отделки.

Шутка превратилась в компанию Hopfon, стартап Технического университета Мюнхена. Компания планирует выпустить первые акустические изоляционные панели из хмеля уже в этом, 2024 году. Цель компании — производить материалы, пригодные для использования в замкнутом цикле, которые можно легко разделить на составляющие после того, как они отработали свой срок, и использовать их в качестве сырья вновь. Это будут новые материалы с нулевым выбросом углерода, которые можно будет полностью утилизировать. Хмельное строительство — прекрасная альтернатива бетонному.

Но от бетона так просто и так быстро не избавиться. Однако можно его модифицировать.

Обычный бетон легко выдерживает высокие сжимающие нагрузки, но при растяжении быстро трескается. На этот случай предусмотрен железобетон, то есть бетон, армированный стальными стержнями или сетками. У него высокая прочность на разрыв, поэтому из железобетона строят мосты.

Впрочем, есть проблема — железная арматура подвержена коррозии, то есть медленному разрушению. Поэтому наука предложила заменить стальную арматуру текстильной тканью из стекловолокна или углеродного волокна. Получился отличный текстильный бетон.

Поскольку текстильная ткань не корродирует, в отличие от стали, текстильный бетон позволяет создавать гораздо более тонкие конструкции при той же статической нагрузке, что экономит материалы и расходы. Однако производство этих тканей требует больших затрат энергии и основано на ископаемом сырье.

А нет ли здесь растительной альтернативы? Конечно, есть! Ученые из Института исследований древесины имени Фраунгофера в Брауншвейге экспериментируют с льняной тканью для армирования бетона.

Ученые на собственном ткацком станке в институте ткут льняную пряжу разной текстуры и заливают ее бетоном в разных вариантах. Это могут быть и плоские конструкции, а также купола и полукруглые панели.

Первые же испытания подтвердили, что несущая способность льнобетона прекрасная. Из него вполне можно делать мосты. Железобетонный мост с пролетом 15 метров имеет толщину около 40 сантиметров. А его аналог из льняного бетона будет значительно тоньше, всего 12–16 сантиметров, и легче.

Так что экономия материала здесь будет значительная.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Вода на Земле испаряется, попадает в атмосферу в виде водяного пара и снова выпадает в виде осадков. Миллионы, точнее, миллиарды лет движется она по кругу, в устойчивом цикле. И этот бесперебойный механизм, поставляющий пресную воду в водоемы и питающий грунтовые воды, — основа и источник жизни на Земле. Для экосистем и жизни он имеет решающее значение. Но когда появился на Земле этот удивительный круговорот?

Находки окаменелостей одноклеточных организмов в континентальных отложениях доказывают, что он должен был существовать самое позднее 3,5 миллиарда лет назад. Но вот исследователи из Университета Халифа в Абу-Даби недавно изучили кристаллы минерала циркон, которые до сих пор можно найти в некоторых слоях горных пород, существовавших на первобытных континентах еще 3,2–4,2 миллиарда лет назад (образцы горных пород из Джек-Хиллз в Западной Австралии).

Они образовались когда-то, когда горячая расплавленная порода из недр Земли вступила в контакт с водой на поверхности Земли. В образцах циркона геологи обнаружили различные изотопы кислорода. Причем соотношение двух изотопов кислорода ¹⁸O и ¹⁶O в кристаллах позволяет предположить, что магматическая порода в свое время столкнулась не только с соленой морской водой, но и с пресной водой на несколько километров ниже поверхности Земли. И случилось это 4 миллиарда лет назад.

Исследователи пришли к выводу, что когда кристаллы циркона образовались, на Земле уже существовали не только океаны, но и пресная вода, а также суша. Следовательно, уже тогда, около 4 миллиардов лет назад, существовал круговорот воды, который приводил к выпадению осадков с пресной водой.

То есть гидрологический цикл на Земле сложился на 500 миллионов лет раньше, чем считали ученые прежде.

А это, в свою очередь, намекает на то, что первая жизнь могла сформироваться на Земле уже менее чем через 600 миллионов лет после образования планеты (Nature Geoscience).

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Люди обращаются друг к другу по именам. А как же иначе обращаться? Но если мы возьмем других животных, они-то как обходятся? Да обходятся как-то, без имен, ведь этот тип общения считается признаком более высоких когнитивных способностей, присущих только человеку. Но так ли это?

Зоологи из Университета штата Колорадо проанализировали крики стад диких африканских слонов (Loxodonta africana), обитающих в трех национальных парках в Кении. Используя искусственный интеллект, ученые сравнили 469 аудиозаписей от 101 слона, сделанных в последние годы. Оказалось, что 27,5% звуков предназначались разным сородичам. Это были призывные крики, похожие на оклик по имени.

Решили проверить, так ли это. Ученые воспроизвели слонам некоторые аудиозаписи и наблюдали за их реакцией. Когда звучало их собственное имя, слоны приближались к «говорящему», к источнику звука. Если же они слышали кличку другого слона, то игнорировали звукозапись. Кроме того, слоны чаще отвечали на собственное имя восторженными возгласами.

Так что слоны распознают, когда к ним обращаются по имени, и реагируют на это. И, судя по записям, все разные члены стада используют одно и то же имя для одного и того же сородича. Однако встречается и несколько обозначений.

Полученные данные впервые доказывают, что животные тоже могут быть достаточно умными для такого индивидуального общения. Но если слоны используют произвольные вокальные обозначения, значит, они способны к абстрактному мышлению. И здесь дело именами не ограничивается. В криках слонов могут присутствовать и другие типы обозначений или описаний — особые призывы к воде, еде или конкретным местам. Можно также придумать названия групп для нескольких особей. В общем, мы в двух шагах от языка, на котором говорят слоны.

У людей со слонами общего больше, чем мы думаем. Оба вида млекопитающих считаются социальными и общительными существами, которые общаются с помощью жестов, запахов, прикосновений и звуков. Теперь мы знаем, что эти звуки могут быть именами. Это первый случай, когда такое поведение наблюдалось у других млекопитающих, кроме человека (Nature Ecology & Evolution).

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Говорят, чашка кофе не только бодрит, но и заставляет мозги лучше работать. Но теперь можно утверждать, что такое воздействие, стимулирующее мозг, кофеин оказывает не только на людей, но и на насекомых.

Интересное исследование провел компьютерный биолог Энрике Галанте из Университета Регенсбурга. Он работал с аргентинскими муравьями Linepithema humile. Это агрессивный инвазивный вид-захватчик, от которого не знают, как избавиться по всему миру. С ними борются с помощью ядовитых приманок, разбросанных в поле. Но они не очень-то работают. Перед исследователем стояла «простая» задача — придумать, как заманить муравьев к ядовитой приманке в поле, заставить ее съесть и возвращаться до тех пор, пока не подействовал яд.

Энрике Галанте изучил литературу, результаты предыдущих исследований коллег, выяснил, что кофеин улучшает обучаемость у пчел и шмелей, и решил попробовать кофеин на муравьях. Вдруг поможет?

В лаборатории исследователи приготовили приманки — сладкие капли раствора сахарозы с разным содержанием кофеина, низким и средним — 25 и 250 частей на миллион. Эти капли помещали на листы бумаги формата А4, которые укладывали на платформу. Муравьи спускались на испытательную платформу по разводному мостику, находили сладкую еду, собирали ее и бежали домой, в гнездо.

Исследователи использовали автоматизированную систему отслеживания, чтобы оценивать, с какой скоростью муравьи добирались до награды и обратно, а также прямоту их маршрута. Они протестировали 142 муравья, и не по одному разу. Когда муравей убегал с добычей, лист бумаги с приманкой меняли, чтобы муравей не мог следовать по своему собственному следу, помеченному его же феромонами. Так что муравью приходилось полагаться только на свою пространственную память о пути к месту, где лежит сладенькое.

Муравьи, съедавшие приманку без кофеина (контрольная группа), не запоминали ее местоположение и находили ее с трудом, когда возвращались. Другое дело муравьи, сладкое вознаграждение которых содержало низкие или средние дозы кофеина, — они хорошо запоминали, где находится вкусная приманка.

Если муравью потребовалось 300 секунд при первом посещении, то муравью, отведавшему кофеин с приманкой, для второго посещения потребуется 113 секунд (при низкой дозе кофеина в сладкой капле — 25 частей кофеина на миллион) и 54 секунды (при дозе — 250 частей кофеина на миллион).

Так исследователь выяснил, что кофеин сокращает время поиска пищи муравьями, делая их более результативными. При этом кофеин нисколько не влиял на скорость муравьев ни в какой дозировке. Просто муравьи, получавшие низкие или средние дозы кофеина, путешествовали менее извилистыми путями. Они были больше сосредоточены на том, куда идут. И они определенно точно знали, где находится награда.

Можно сказать, что исследователь решил поставленную перед ним задачу. Ведь если помочь муравьям успешнее и быстрее находить приманки со сладким ядом пролонгированного действия, то они буду быстрее возвращаются к вкусной приманке. А цепь дальнейших событий нетрудно представить: муравей оставит больше феромоновых следов, больше его сородичей придет по его следу к приманке, и они быстрее разнесут яд по колонии, прежде чем поймут, что это яд.

Сегодня Галанте и его коллеги в Испании перешли к полевым испытаниям сладкой приманки с кофеином и ядом в местах, зараженных аргентинским муравьем. Заодно неплохо бы выяснить, не будет ли кофеин взаимодействовать с ядом приманки и терять свои стимулирующие муравьев свойства (iScience).

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Концентрация углекислого газа в атмосфере растет, разогревая климат и побуждая ученых искать способы, как воспрепятствовать этому процессу. И тут возможны две параллельные стратегии — сокращать выбросы СО₂ и изымать этот парниковый газ из атмосферы.

Уже разработаны методы удаления углекислого газа непосредственно из воздуха. Как правило, это пористые материалы, которые поглощают СО₂, а потом отдают его по требованию, чтобы использовать или утилизировать. Но пока методы эти в практику не входят, потому что материалы дорогие и нестабильные, для повторного использования поглотителя требуются высокие температуры, а для этого придется сжигать ископаемое топливо и производить углекислый газ.

Ученые из Кембриджского университета решили исследовать потенциал альтернативного материала — активированного угля. Он дешев, стабилен и его можно производить в больших количествах.

Вообще-то давно известно, что активированный уголь — прекрасный адсорбент. Его используют для очистки воды и воздуха от разных веществ, а также в медицине — при отравлениях. Однако обычный активированный уголь не улавливает СО₂ из воздуха. Исследователи предположили, что активированный уголь можно модифицировать, добавляя другие вещества, которые пробудят в угле способность к адсорбции углекислого газа. Например, это могут быть гидроксиды, образующие обратимые связи с СО₂.

Исследователи брали тонкие салфетки из ткани с активированным углем, помещали под положительное напряжение в растворе гидроксида калия. Ионы гидроксида накапливались в крошечных порах ткани, и получался активированный уголь, насыщенный гидроскид-ионами.

Кусочки этого модифицированного активированного угля поглощали СО₂ не хуже, чем ранее разработанные материалы. Однако новый адсорбент отдавал углекислый газ значительно проще и быстрее — достаточно было пропустить через него электрический ток, то есть поставить на зарядку, как аккумулятор. Материал быстро нагревался до 90–100°, после чего начиналась десорбция СО₂. Другие же материалы отдают углекислый газ неохотно — их приходится нагревать до 900°С, чтобы они вернули углекислый газ для использования или утилизации.

Недорогой активированный уголь действует как многоразовая губка, которая легко адсорбирует и легко отдает СО₂ с помощью зарядки. Такой адсорбент нового типа с низкой ценой наверняка пригодится и в катализе, и для разделения веществ, да и много где еще (Nature).

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Кто на нашей Земле отвечает за чистоту и порядок? Микроорганизмы. Их количество огромно. По последним оценкам ученых, микроорганизмы по своей биомассе стоят на втором месте после растений. Но по количеству, безусловно, лидируют. Не говоря уже о разнообразии микробов. Оно просто фантастическое — около триллиона видов. На этом фоне число видов других животных ничтожно мало.

В каждый момент времени на Земле находится 10³⁰ микробов. Один грамм почвы в среднем содержит 40 миллионов бактериальных клеток, а в миллилитре свежей воды их миллион. Да и в нашем теле их не один килограмм, то есть умопомрачительное количество, если считать в штуках. Хотя, конечно, посчитать их проблематично.

Зачем так много микробов на Земле? А затем, что для них много работы. Бактерии умеют превращать в еду всё, что им подворачивается, — даже яды, даже камни. Они перерабатывают все биологические отходы и остатки живого мира, превращая их в полезные для природы вещества.

Микробы появились на Земле 4 миллиарда лет назад. И в течение 3 миллиардов лет жизнь на Земле была микроскопической. Поэтому у бактерий колоссальный жизненный опыт. Они способны на многое. И грех этим опытом не воспользоваться.

Вот почему бактерии исследуют по всему миру. Пока что ученым удалось прочитать геномы всего лишь 100 тысяч видов микробов, то есть одну миллионную часть всего микробного сообщества.

Человек давно подружился с микробами и заставил работать на себя. Они трудятся в пищевой промышленности на производстве вина, пива, хлеба, сыра и кисломолочных продуктов, участвуя в процессах брожения и ферментации. С помощью микробов промышленным способом получают незаменимые аминокислоты, которые затем добавляют в корма сельскохозяйственным животным. С их помощью делают лекарства и витамины, а также ацетон и спирты из растительного сырья, биотопливо и биопестициды.

Так что сотрудничество с бактериями у нас мощное. И без работы они не останутся, поскольку постоянно возникают новые задачи, которые надо решать. Вот, например, все озабочены глобальным потеплением. Наша Земля разогревается из-за парникового эффекта, который формируют так называемые парниковые газы.

Вообще, парниковый эффект — это совсем не плохо, даже наоборот. Земля нагревается солнечным светом, ее поверхность излучает тепло, которое уходит в атмосферу, где его в основном поглощают парниковые газы. Они, подобно теплому одеялу, окутывают нашу планету.

Если бы в атмосфере не было парниковых газов, то средняя температура поверхности Земли составляла бы около минус 18 градусов, а не плюс 15 градусов, как сейчас. Проблема в том, что парниковых газов становится все больше. Поэтому на планете становится все жарче.

Все знают, что главный виновник здесь углекислый газ, чья концентрация в атмосфере растет. Многие знают, что на третьем месте по содержанию в атмосфере (после Н₂О и СО₂), стоит метан, тоже очень сильный парниковый газ. И его концентрация растет. Но мало кто знает, что есть еще один сильнейший парниковый газ — закись азота, N₂O.

Оказывается, содержание закиси азота в атмосфере тоже растет. И наибольший вклад в это вносит сельское хозяйство, которое интенсивно использует азотные удобрения, чтобы увеличить урожай. Некоторые почвенные бактерии перерабатывают азотные удобрения и производят закись азота, которая затем улетает в атмосферу.

Что с этим делать? Понятно что. Нужно поселить в почву бактерии, которые будут эту закись азота съедать прямо здесь, на месте ее производства. Ученые нашли такие бактерии — Cloacibacterium CB-01.

Они пожирают закись азота и превращают ее в беспроблемный газообразный азот.

Провели полевые испытания — вместе с азотными удобрениями внесли в почву суспензию этих бактерий. И бактерии не подвели — выбросы закиси азота из земли практически исчезли. Вот такое красивое решение, которое теперь надо докрутить, чтобы оно из лаборатории перешло в промышленность.