Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Мы уже не раз писали о том, как химики ищут действенные способы расправляться с парниковыми газами для пользы человечества. Сильнейший среди них — метан, он удерживает в атмосфере больше тепла, чем углекислый газ. И хотя в атмосфере его относительно немного, 15% от повышения глобальной температуры — на его совести.

На самом деле, источников метана на Земле много. Это не только рукотворные трубопроводы, по которым транспортируется природный газ и неизбежно утекает через малейшие щелочки. На Земле живет гигантское сообщество микроорганизмов, метаногенов, которые питаются органикой и выделяют при этом метан. Обитают они в почве, в болотах, в многокамерных желудках коров и, конечно, на свалках, то есть там, где разлагается биомасса.

Проблема в том, что простая, казалось бы, молекула метана, CH₄, на самом деле очень устойчива. Чтобы ее раскачать и поставить на рельсы трансформации, требуется высокая температура и давление. А это требует много энергии, сложного оборудования и дорого.

Очередную идею, как улавливать и преобразовывать метан, недавно опубликовали инженеры-химики Массачусетского технологического института (Nature Catalysis). И не только придумали, но и успешно испробовали. Для преобразования метана без затрат энергии химики разработали гибридный катализатор. Он состоит из цеолита, модифицированного железом (Fe-ZSM-5), и природного фермента алкогольоксидазы.

Оба компонента — не проблема. Цеолиты — это, в сущности, природные глины, а фермент алкогольоксидазу, который природа использует для окисления первичных спиртов до альдегида и перекиси водорода, сегодня получают с помощью дрожжей. Однако главное состоит в том, что новый катализатор работает при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Процесс протекает следующим образом: цеолит превращает метан в метанол, а затем фермент преобразует метанол в формальдегид. А перекись водорода, которая образуется, возвращается в цеолит в качестве источника кислорода для превращения метана в метанол. Все это происходит в воде, в которой болтаются частицы катализатора. Исследователи предполагают, что в будущем его можно будет наносить на поверхности.

В лабораторных экспериментах исследователи убедились, селективность превращения метана в формальдегид при комнатной температуре может превышать 90%. Однако это только первый акт пьесы. Есть еще и второй.

Оказалось, что если в эту систему добавить мочевину, то можно будет здесь же получать карбамидоформальдегидную смолу. Ее используют при изготовлении древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, фанеры, а также специальных влагопрочных сортов бумаги и картона.

Кстати, патенты на твердые и прозрачные термореактивные смолы на основе мочевины и формальдегида были выданы немецким и британским химикам в начале 1920-х годов. А в 1925 году компания British Cyanides Company, Ltd. (ныне British Industrial Plastics, Ltd.) представила легкую, небьющуюся посуду из запатентованной ею смолы Beetle.

Но вернемся к катализатору Fe-ZSM-5. Химики пишут, что этот катализатор можно будет встраивать в трубы, используемые для транспортировки природного газа. Внутри этих труб катализатор будет генерировать карбамидоформальдегидную смолу, которая будет действовать как герметик, устраняющий трещины в трубах, через которые утекает метан. Можно также наносить катализатор в виде пленки на поверхности, подвергающиеся воздействию метана, и получать полимеры, которые можно собирать для использования в производстве.

Последнее, касающееся применения нового катализатора на практике, звучит неубедительно, и картинка не складывается. Но никаких технологических подробностей в статье, разумеется, нет. Хотя именно они становятся путевкой в жизнь любым новым технологиям, в том числе и каталитическим.

…европейское сообщество энтомологов избрало насекомым 2025 года древесную осу-паразита Rhyssa persuasoria, которая уничтожает личинки древесных ос, поедающих древесину, и тем самым спасает деревья (Bild der Wissenschaft)…

…гибридный катализатор, состоящий из цеолита и природного фермента алкогольоксидазы, успешно катализирует преобразование CH₄ в CO₂ (Nature Catalysis)…

…астрономы впервые обнаружили космические электроны с рекордной энергией до 40 тераэлектронвольт с помощью обсерватории H.E.S.S. в Намибии (Physical Review Letters)…

…наночастицы серебра на углеродной основе в 200 раз более активны как катализаторы, нежели чистое серебро (ACS Catalysis)…

…коровы, получавшие гранулы водорослей в роли кормовой добавки, выделяли почти на 40% меньше метана (Proceedings of the National Academy of Sciences)…

…употребление пяти порций темного шоколада в неделю снижает риск развития диабета второго типа (BMJ)…

…определенные почвенные микроорганизмы помогают растениям выращивать более крупные цветы, тем самым привлекая больше пчел (New Phytologist)…

…у сердца есть собственная сложная нервная система (мини-мозг), которая поддерживает и контролирует сердцебиение (Nature Communications)…

…почти две трети европейских диетологов считают, что умеренное употребление кофе (3–5 чашек в день) полезно для здоровья и продлевает жизнь (The European Federation of the Associations of Dietitians)…

…среди грибов, собранных на торфяных болотах, ученые выявили несколько видов, которые выделяют вещества, токсичные для возбудителя туберкулеза (PLoS Biology)…

…ежедневный ночной сон в течение восьми часов помогает мозгу запоминать и изучать новый язык (Neuroscience)…

…выхлопы промышленных предприятий не только загрязняют воздух, но и способствуют образованию льда в облаках, тем самым вызывая снегопад с подветренной стороны заводов (Science)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Новый год — мой самый любимый праздник, с детства. Было это давно, но я отчетливо помню все — запахи, звуки, свет. Папа приносил откуда-то живую елку, метра два высотой, мастерил под нее деревянную крестовину, устанавливал и надевал на елку электрогирлянду, которую сделал сам. Лампочки из простого стекла он красил прозрачными лаками разных цветов, и они становились разноцветными. Потом он подсоединял какие-то коробочки, проводки, включал — и о чудо! Елка начинала не только мигать разноцветными огоньками, но и вращаться.

Самодельная электрическая гирлянда служила нам долго, пока не появились в продаже такие же, только модные. А вот игрушки сохранились. Думаю, такие коробки с елочными игрушками есть в каждой семье. Порой это настоящее собрание редкостей. Ведь любая игрушка — предмет материальной культуры. Она, как зеркало, отражает эпоху, в которой родилась. Поэтому по елочным игрушкам, как, например, по картинам, предметам одежды и почтовым маркам, можно проследить историю страны.

Идея наряжать елку на новый год пришла из Европы. Началось с того, что Пётр Первый повелел своим указом отмечать Новый год не 1 сентября, а 1 января, как принято в Европе. Царь также приказал праздновать Новый год, украшая дома и улицы вечнозелеными деревьями — елями и соснами. Кстати, ничего о том, что надо наряжать елки, в указе не было.

К нововведению отнеслись прохладно. И когда Пётр Первый умер, быстро открутили назад, забыли. Хотя питейные заведения в этом вопросе проявили стойкость и продолжали выставлять елки на крышах кабаков и трактиров, чтобы их было видно издалека. Так елка стала в России символом нового года. И постепенно к этому привыкли.

А затем, стараниями жен наших русских императоров, а это были, как правило, немки, которые не мыслили Рождество без наряженной елки, их стали украшать и в России. Особенно постаралась супруга Николая I, прусская принцесса Александра Фёдоровна. Убедила своего мужа, что пора уже, наконец, наряжать елки на Рождество и Новый год. Чтоб как в Европе.

Тут, надо признать, поддержка пришла еще и снизу. Дело в том, что в начале XIX века в Санкт-Петербурге чуть ли не треть горожан были немцами. А для немца рождественская елка — это святое. Так к 30-м годам XIX века все состоятельные жители Санкт-Петербурга в обязательном порядке ставили у себя дома рождественские елки и украшали их. Стоило это очень больших денег — обычные горожане, не говоря уже о крестьянах, такие елки позволить себе не могли.

Поэтому в 1852 году на Екатерингофском железнодорожном вокзале в Санкт-Петербурге (ныне Московский вокзал) поставили первую публичную елку, куда горожане приводили своих детей. Тогда же гуляния вокруг городских елок окрестили просто «ёлками».

Чем же тогда, в XIX веке, украшали елки? Тогда и в Европе, и в России на елки вешали вкусненькое, фрукты и сладости — засахаренные яблоки, конфеты, орехи, мармеладки, леденцы. У нас в России вешали козули. Это такие северорусские пряники из ржаного теста с глазурью, а также бублики и баранки. И конечно, мастерили игрушки: раскрашивали шишки, лепили из глины и теста, вырезали из дерева фигурки, использовали в качестве игрушек сильно накрахмаленные кружева. Также в ход шли лоскуты тканей, солома, цветные ленточки, а уже позднее — бумага и фольга, вата и папье-маше.

Все игрушки были со смыслом. Колокольчики олицетворяли божественный голос, орехи — божественный промысел, яблоки — райскую пищу, раскрашенные шишки — плодородие. Долгое время на елки крепили настоящие свечи — символ трепетной человеческой души. Естественно, елки частенько загорались. На этот случай под них ставили ушаты с водой, а подарки раскладывали на еловых ветках. Дебют электрической гирлянды состоялся в 1882 году на публичной елке в Придворном манеже в Царском Селе.

Но есть вопрос — а откуда вдруг взялись стеклянные елочные шары, самое распространенное сегодня елочное украшение? Первые елочные шары появились в 1847 году в Лауше в Германии. В тот год случился страшный неурожай яблок. Что же вешать на елку, которую так ждут дети? Райские яблоки — это же главное украшение. И тогда стеклодув из Лауши решил выдуть стеклянные яблоки, чтобы они заменили на елке натуральные.

Надо сказать, что к XIX веку в Лауше, в этом маленьком городке в Тюрингии, уже сотни лет действовало стеклодувное производство. Потому что здесь, у подножья Тюрингских гор, посредине леса имелось все необходимое — много древесины для топки печей, великолепный кварцевый песок, известь, зола и чистейшая вода из ручьев. Здесь делали знаменитое зеленое стекло, его называли «лесным стеклом из Тюрингии». Зеленое оно было из-за особых примесей металлов в песке этого региона.

Те первые стеклянные шары были тяжелыми, потому что стенки их были толстыми, по 7 мм, — мощности масляных горелок не хватало, чтобы выдуть тонкие. Внутри шары покрывали свинцом или оловом, чтобы шары блестели, а снаружи наклеивали блестки. Получалось грубовато и тяжеловесно, но жители Лауши была в восторге.

А через 20 лет в Лауше слабенькие масляные горелки сменили мощные газовые, которые давали высокотемпературное пламя. И стеклодувы теперь могли выдувать тонкостенные стеклянные шары. От вредного свинца отказались и стали покрывать шары изнутри тончайшим слоем серебра с помощью реакции серебряного зеркала, которую придумал знаменитый химик Юстус Либих в середине XIX века. Придумал, кстати, для серебрения зеркал, чтобы заменить опасную ртуть. Именно из амальгамы ртути в то время делали отражающий слой в зеркалах.

В 1867 году в Лауше построили завод, который стал мировым центром по производству стеклянных елочных игрушек. К началу ХХ века в Лауше было создано около 5000 игрушечных форм из дерева и керамики — для фигурок животных, ягод и фруктов и ангелочков. В общем, фантазия стеклодувов не знала предела. Заодно появилась работа для женщин и детей, которые расписывали шары и фигурки золотой и серебряной красками.

Игрушки из Лауши продавали по всему миру, в том числе и в России, конечно. Но ведь и у нас были стеклодувы и стеклодувное производство. Первое открылось в Клину еще во времена князя А.С. Меншикова. В его имении в селе Александрово в 1848 году был открыт небольшой стекольный завод. Там, во время Первой мировой войны пленные немцы научили наших стеклодувов выдувать тонкие шары.

После войны новогодние елки то запрещали, то разрешали. И только в 1936 году их полностью реабилитировали. Вот только тематика изменилась. Теперь никакого Рождества — только правда жизни.

Когда в 1937 году башни Кремля украсили рубиновые звезды, они немедленно появились и в виде навершия на елку. В том же 1937 году даже выпустили набор шаров с портретами Ленина, Сталина, Кирова и других членов Политбюро. Но быстро опомнились и убрали из продажи, чтобы граждане не развешивали на елках политических деятелей.

Рождественские фигурки ангелов, младенцев и волхвов сменили пионеры, милиционеры, матросы, красноармейцы, спортсмены и представители народов СССР в национальных одеждах. Сталин был неравнодушен к авиации, поэтому дирижабли, самолетики, летчики и парашютисты тоже заняли свое место на елке.

Конечно, на новогодней елке появились и герои сказок — Красная Шапочка, Серый Волк, Иван-царевич, Жар-птица, Кот в сапогах, доктор Айболит и Старик Хаттабыч, Буратино и Чиполлино, Колобок и Конек-Горбунок, Руслан и Людмила. Эти фигурки выдували из стекла и вставляли в металлическую ножку в виде зажима, который крепился к еловой ветке. В 1949 году, в честь 150-летия Пушкина выпустили наборы игрушек по мотивам его сказок.

А в 1955 году Н.С. Хрущёв начал знаменитую кукурузную кампанию — намеревался на американский манер насадить у нас в прямом смысле эту культуру. Затея провалилась, а вот стеклянная кукуруза, очень натуральная, расписанная желтым и зеленым, на елках осталась. Кроме кукурузы выпускали и другие игрушки в виде овощей и фруктов. В моей коллекции есть и кукуруза, и виноградная гроздь.

В канун нового, 1957 года на экраны вышел музыкальный фильм «Карнавальная ночь», а вслед за ним — игрушка «5 минут» в виде часов, на циферблате которых время показывало без пяти минут двенадцать. А в 1962 году появились игрушки в честь полета Юрия Гагарина в космос. Это были и ракеты, и фигурки космонавтов.

Время и события в нашей стране диктовали сюжеты для елочных игрушек. Разнообразие было просто невероятным и очень изобретательным.

О пластиковых игрушках, которые начали набирать силу с 80-х годов, не рассказываю. Я консервативна и считаю, что елочные игрушки должны быть стеклянными, ручной работы, в каждую из которых стеклодув в буквальном смысле вдохнул жизнь.

Все эти дизайнерские монохромные елки похожи на холодные сосульки, нет в них жизни. Другое дело елочка, на которую мы повесим игрушки из нашей волшебной коробки. Их хочется рассматривать, и многие из них к тому же связаны не только с историей нашей страны, но и с историей семьи.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Ровно 100 лет назад, в 1924 году, И.В. Сталин распорядился создать проектное бюро, которое будет конструировать лифты. Но кто будет работать в этом проектном бюро? Нужны кадры. Вот тогда-то, буквально в тот же год, появилась на свет кафедра Подъемно-транспортных систем в Московском высшем техническом училище, которое впоследствии превратилось в Бауманку. Ее создал и возглавлял 26 лет доктор технических наук, профессор Людвиг Генрихович Кифер. Кафедра успешно работает по сей день и каждый год выпускает в мир инженеров высшей квалификации.

Чем заняты выпускники кафедры нескольких поколений? Профессор Анатолий Владимирович Вершинский на этот вопрос отвечает так: «Друзья, прекрасен наш союз! Мы вместе поднимаем груз!» Действительно, инженеры, выпущенные кафедрой, находятся в постоянной схватке с всемирным тяготением, чтобы без повреждений и проблем отрывать грузы от земли и перемещать их.

Грузов все больше, перемещать их надо все выше, все дальше. А людей приходится поднимать уже не на пятый-десятый этаж, а на 50-й или 80-й. Мы привыкли к лифтам и не задумываемся о значимости этих подъемных устройств. А между тем лифты перевозят в сутки в 100 раз больше людей, чем весь остальной транспорт, вместе взятый. Представляете масштаб отрасли и меру ответственности за безопасность движущихся кабин?

Говорят, что первый лифт появился в 1743 году в Версале, во дворце французского короля Людовика XV. Версальский дворец — это, конечно, не небоскреб, там всего три этажа. Однако высота потолков, например, в зеркальной галерее — 12 метров. Так что высота дворца заведомо больше 30 метров, как современный 9-этажный дом. Лифт в таком доме вполне уместен.

В России XVIII века изобретателей тоже хватало. На лифтовом фронте отличился знаменитый Кулибин — разработал винтовые «подъемные и спускные кресла» для Зимнего дворца. Впрочем, в Летнем дворце Петра I в Летнем саду в Санкт-Петербурге я видела вертикальный транспортер, тоже своего рода лифт, который в Петровские времена поднимал готовые блюда из кухни на первом этаже в обеденный зал на втором. Понятно, что все эти механизмы приводила в движение мускульная сила слуг.

Лифты в современном обличье своим появлением обязаны американцу Элайшу Грейвис Отису. Он много что умел, потому что много где поработал. Например, конструировал кареты и делал кровати на мебельной фабрике. Там-то его и попросили придумать устройство, чтобы поднимать доски на второй этаж.

Отис думал-думал и придумал безопасный лифт — платформу, которая ходила между направляющими вверх-вниз благодаря тянущему ее тросу. Фишка заключалась в том, что если трос обрывался, то платформа лифта не падала, а надежно фиксировалась между направляющими, как будто застревала в них.

Случилось это в 1852 году. Отис назвал свой подъемник «безопасным лифтом» и начал их производить. А чтобы лифты покупали, изобретатель придумал аттракцион, который периодически показывал публике в одном из выставочных залов в Нью-Йорке.

В зале, под высоким куполом, он устанавливал свой безопасный лифт — платформу на двух направляющих. Отис залезал на платформу. Она поднималась благодаря паровой машине на высоту 12 метров, где была небольшая площадка. А на площадке его поджидал ассистент с большим мечом в руках. Как только платформа с изобретателем в цилиндре и фраке подъезжала к площадке, ассистент перерубал трос. Платформа начинала падать вниз, но через пару метров со скрежетом останавливалась. Отис раскланивался и срывал аплодисменты.

Через три года «Компания паровых подъемников Отиса» установила первый лифт в пятиэтажном магазине на Бродвее. Лифт брал до пяти человек и вез их со скоростью 20 сантиметров в секунду. Признаем — с черепашьей скоростью. Нынешние лифты в 10–20 раз шустрее. Так началась эпоха лифтов, которые сняли ограничения на строительство небоскребов.

Конечно, мы в России прекрасно знакомы с продукцией компании Otis: в подавляющем большинстве лифтов, в которых я побывала за свою жизнь, я видела эту надпись. Невероятно, но американская лифтовая компания Otis появилась в России 130 лет назад. В 1893 году по заказу императора Александра III в Зимнем дворце компания установила первый в России безопасный лифт. А в 1915 году открылось первое представительство американского концерна в России.

Так что Otis, этот монополист на мировом лифтовом рынке, вместе с нами пережил и революцию 1917 года, и Первую мировую войну, и Великую отечественную войну, и революцию начала 1990-х.

Но вот СВО не пережил — ушел из России. Правда, практически без потерь для нас — дело «Отиса» сразу подхватила отечественная группа компаний «Метеор-Лифт».

Российский Национальный лифтовый союз объединяет более 500 компаний и более 70 тысяч работников, которые обеспечивают 70% российского лифтового рынка. Мы производим лифты, на 90% состоящие из отечественных комплектующих. И мы научились делать лифты, которые перемещаются со скоростью больше 4 м/с, то есть вдвое большей, чем предыдущее поколение.

Сегодня в России работает больше полумиллиона лифтов; 80 тысяч из них оснащены ограничителями скорости, созданными выпускниками Бауманки. Каждый год лифтовое хозяйство страны пополняется еще 49 тысячами новых лифтов, срок службы которых 25 лет.

Пишут, что технология лифтов почти не менялась на протяжении двух сотен лет. Ключевое слово здесь «почти», потому что до 1880 года, когда появился первый электрический лифт, человечество имело возможность пользоваться другими разновидностями этого устройства. Например — гидравлическими лифтами, когда поршень, ходящий в длинном цилиндре, под напором воды выталкивал кабинку вверх (таким был первый лифт на Эйфелевой башне). Или винтовыми, когда здание от подвала до чердака пронизывал огромный металлический винт, по которому кабина ходила как гайка.

В конце XIX — начале XX века был популярен лифт непрерывного действия — так называемый патерностер, что в переводе с латыни означает «четки». Это был непрерывно движущийся пассажирский лифт с кабинами на двух человек без дверей, в который надо заходить и выходить на ходу. И он действительно был похож на большие четки, если их повесить вертикально. Лифт не надо ждать, потому что он никогда не останавливается.

Он медленно движется по кругу, 30 сантиметров в секунду, так что зайти и выйти двум пассажирам не составляет труда.

В Москве такой лифт сохранился только в здании Минсельхоза — на Садовой-Спасской, дом 11. Кстати, этот великолепный образец конструктивизма архитектора Щусева построили в 1933 году.

А что же дальше? Как будут эволюционировать лифты? Прежде всего, их скорость увеличится аж до 17 м/с. Просто время требует, точнее — головокружительная высота новых небоскребов в 100 этажей. А вообще, ближайшее будущее этих устройств — лифты на магнитной подушке. Им не нужны тросы, кабина движется и удерживается в воздухе силой электромагнитного поля, то есть благодаря магнитной левитации. На этом принципе работают поезда маглевы, популярные в странах Азии. Разработчики из компании «ТиссенКрупп», в сущности, взяли такой поезд, поставили вертикально и поместили в шахту. Получился лифт на магнитной подушке.

Более того, магнитный лифт может перемещаться не только вертикально, но и горизонтально — сворачивать с магистрального пути вправо или влево, то есть «ходить конем». Прототип этого удивительного устройства компания уже представила публике.

Технический прогресс в деле подъема тяжестей не остановить. И двигают его выпускники кафедры Подъемно-транспортных систем Бауманки. Но знаете, что меня поразило? Каждый год кафедра выпускает всего 25–27 дипломированных инженеров. Это же капля в море! К тому же лифты — это лишь одно из тех направлений, по которым работает кафедра.

Сергей Львович Тропин, заведующий кафедрой, считает, что потребность России в таких специалистах измеряется сотнями человек каждый год. На кафедре готовы выпускать больше инженеров.

Но такие вопросы, как «контрольные цифры приема», решает не кафедра, а министерство. И тут я вижу явное противоречие. С одной стороны — «технологический суверенитет и новая индустриализация», с другой — недостаток инженеров на рынке, подготовку которых правительство почему-то не наращивает.

Без подъемных кранов, лифтов и эскалаторов, вертикальных транспортеров для элеваторов, машин и механизмов для подъема и перемещения грузов на складах, в портах и железнодорожных терминалах — без всего этого никакой индустриализации не будет и никакой сильной экономики и сильного государства не построить. А между тем именно кафедра Подъемно-транспортных систем Бауманки — это то подразделение, где готовят элиту инженерного дела и даже слагают об этом стихи:

Не сладить с тяжестью огромной…
И даже ставится в пример:
Кто может сделать кран подъемный,
Тот настоящий инженер!
Он знает всё — металлов прочность,
Дизайн, конструкцию, расчет…
Его девиз — надежность, точность
И смелый творчества полет.

…темная материя могла возникнуть в результате отдельного «темного Большого взрыва», произошедшего вскоре после рождения Вселенной (Physical Review D)…

…из-за изменения содержания азота в почве за последние несколько десятилетий 39% видов лесных растений сместили свой ареал на запад (Science)…

…небольшой эластичный кожный пластырь, использующий ультразвук для непрерывного мониторинга артериального давления, успешно прошел клиническую проверку на 117 пациентах (Nature Biomedical Engineering)…

…палеонтологи нашли современника динозавров — гигантского окаменевшего головастика длиной 16 см и возрастом 161 миллион лет (Nature)…

…аэрогель из хитозана и карбоксиметилцеллюлозы натрия демонстрирует исключительную адсорбционную способность в отношении ионов Cr(III), Al(III) и Zr(IV), которые обычно содержатся в сточных водах кожевенных заводов (Journal of Bioresources and Bioproducts)…

…у людей с ожирением, ведущих активный образ жизни, риск смерти был таким же, как у людей с нормальным весом, ведущих активный образ жизни (British Journal of Sports Medicine)…

…ежегодно в мире образуется 92 миллиона тонн текстильных отходов, и к 2030 году их количество может удвоиться (Nature Cities)…

…даже крошечные одноклеточные существа, такие как инфузории и амёбы, а также клетки в наших телах, могут проявлять привыкание, подобное тому, что наблюдается у более сложных организмов с мозгом (Current Biology)…

…в Соединённых Штатах убийства с применением огнестрельного оружия являются второй по распространённости причиной смерти среди американцев в возрасте до 25 лет (Criminology & Public Policy)…

…эфиопские волки питаются нектаром эфиопских красных цветов «горячий покер» — возможно, это первое известное взаимодействие растения и опылителя с участием крупного хищника (Ecology)…

…фрукты, овощи и орехи, выращенные в садах рядом с заводом по производству фторсодержащих веществ, могут содержать пер- и полифторалкильные вещества (Journal of Agricultural and Food Chemistry)…

…существует устойчивая связь между занятиями спортом и улучшением рабочей памяти, в то время как малоподвижный образ жизни, по-видимому, связан с ухудшением рабочей памяти (Memory)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Что вдохновляет исследователя? Природа, конечно, с ее восхитительными решениями, которые хочется повторить в лаборатории. Но не только. Исследователей вдохновляют мечты и научная фантастика (вот почему «Химия и жизнь» публикует фантастику с первого своего номера, вышедшего в 1965 году).

Повесть «Гиперболоид инженера Гарина» А.Н. Толстого вдохновила на создание лазера Ч. Таунса, Н.Г. Басова и А.М. Прохорова; рассказ «Тень минувшего» И.А. Ефремова подсказал идею голографии Ю.Н. Денисюку, которую он успешно воплотил в жизнь. Это перечисление можно продолжать.

Но вот вам свежайший пример. Помните фильм «Человек-паук»? Как лихо герой умел выстреливать паутиной и обезвреживать злодеев! Эти детские впечатления исследователей из лаборатории Silklab при Университете Тафтса нашли наконец выход. Они создали жидкий материал, которым можно выстрелить из иглы на предмет. Материал мгновенно прилипнет, нить затвердеет и на ней можно будет предмет поднять (Advanced Functional Materials).

Этот липкий материал делают из коконов шелкопряда. Их кипятят в воде, шелк распадается на строительные блоки, белок фиброин.

Фиброин

Липкий-то он липкий, конечно. На основе фиброина делают клей, который может работать под водой и склеивать самые разные поверхности. Но как сделать так, чтобы нити этой липучки мгновенно затвердевали?

Здесь, как это часто бывает с открытиями, вмешался случай. Марко Ло Прести, доцент-исследователь из Университета Тафтса, рассказал, что работал с фиброином, чтобы создать сверхпрочный клей. И когда он отмывал стеклянный стакан от фиброина ацетоном, то заметил, что на дне стакана образуется нечто, похожее на паутину.

Ну а дальше — обычная химическая кухня. Добавили к фиброину ацетон, получили полутвердый гидрогель. А затем добавили еще и дофамин, который используют при изготовлении биоклеев, и гидрогель затвердел мгновенно, сохранив липкость.

Дофамин

Однако полутвердый гель через иглу или фильеру не продавить — как же им выстреливать? И здесь исследователи нашли красивое технологическое решение.

Они использовали сопло с коаксиальной структурой. Через канал в центре сопло выбрасывает раствор фиброина-дофамина. В то же время второе кольцевое отверстие выбрасывает ацетон. Он обволакивает центральную струю, смачивает ее, испаряется, и струя мгновенно затвердевает, превращаясь в прочное волокно. Просто и гениально. Хотя те же пауки обходятся безо всякого ацетона. Как? Пока что это тайна, которую еще предстоит раскрыть.

Разработчики, конечно, не остановились на достигнутом — всегда руки чешутся улучшить свое дитя. Вот и здесь исследователи добавили в систему еще и хитозан, который увеличил прочность волокон на разрыв в 200 раз, и буфер бората, который увеличил их клейкость примерно в 18 раз.

Что же касается диаметра волокна, то это зависит от размера отверстий в насадке на сопло — от полумиллиметра до толщины человеческого волоса.

Конечно же новый материал испытали в действии. Разработчики выстреливали им с расстояния около 12 сантиметров в легкий кокон, в тяжелый стальной болт, в лабораторную пробирку, плавающую в воде, в частично погружённый в песок скальпель и деревянный брусок. И материал не подвел — мгновенно прилипал, затвердевал и позволял легко поднять все предметы. Оказалось, что рукотворная паутина может поднимать предметы, которые в 80 раз тяжелее ее самой.

Посмотрим, во что вырастет это изобретение. Интересно же.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Если вы думаете, что человек на Земле был первым, кто начал целенаправленно выращивать сельхозкультуры, ухаживать за посадками и собирать урожай, чтобы потом его съесть, то вы ошибаетесь. Действительно, 12 тысяч лет назад наши предки стали возделывать землю и выращивать для себя еду. Но гораздо раньше этим уже занимались муравьи.

Исследователи Смитсоновского института в Вашингтоне задались вопросом, когда и почему вдруг муравьи вступили в симбиоз с грибами. В основу их исследования легли генетические данные 475 видов грибов и 276 видов муравьев. А чтобы было с чем сравнивать, в эту базу включили и те виды, которые не смогли наладить партнерские отношения и не вступили в симбиоз.

Все геномы отсеквенировали, а затем построили эволюционные деревья муравьев и грибов. Это позволило связать их друг с другом. Тогда-то и открылась удивительная картина событий далекого прошлого (Science).

Некоторые муравьи впервые начали использовать грибы в своих интересах около 66 миллионов лет назад. Именно тогда на Землю обрушился астероид, положивший конец эпохе динозавров. В результате удара атмосфера наполнилась пылью, которая заслонила Землю от Солнца. Началось массовое вымирание растений. Тогда в меловом периоде исчезло около половины всех видов растений. Пищевые цепи оборвались.

Однако для кого — катастрофа, а для кого — возможности. Именно тогда грибы пережили расцвет, поскольку повсюду к их услугам лежал мертвый растительный материал. Грибы начали его разлагать и стремительно размножаться.

Тогда-то, видимо, муравьи и подсели на грибы, вошли во вкус. Все равно другой пищи, похоже, и не было. Но условия на Земле постепенно улучшались, флора и фауна начали восстанавливаться, и когда ситуация изменилась и стала не столь благоприятной для грибов, муравьи одомашнили грибы так же, как люди одомашнили злаки.

Это, несомненно, была успешная стратегия, которую подхватили сородичи по всей Земле. И сегодня около 250 различных видов муравьев выращивают грибы. Они накапливают биомассу в своих гнездах, выращивают на ней грибы, а когда последние вырастают, с удовольствием их поедают. Муравьи создают грибам идеальные условия для роста и распространения, а грибы расплачиваются с муравьями своими вкусными телами. Эти домашние плантации позволяют колониям муравьев-листорезов, мастеров по заготовке биомассы, обеспечивать пищей миллионы своих сородичей.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

С тех пор как Юрий Гагарин открыл человечеству дверь в космос, там побывало больше 600 человек. Из них наших космонавтов — 134, остальные — представители 40 стран. Больше всего, конечно, побывало в космосе американцев — 367 астронавтов.

Профессия космонавта пока что еще не массовая, но одна из самых опасных. Дело не только в катастрофах космических аппаратов — они, к сожалению, случаются. Однако и безо всяких катастроф космонавты платят высокую цену за возможность быть на острие прогресса, за возможность испытать себя по максимуму, за романтику и фантастический вид на Землю из космоса. Цена всему этому — здоровье.

Самая большая проблема, угрожающая жизни космонавтов, это ослабление сердца, которое происходит при работе в невесомости и в условиях космической радиации.

Еще в 2016 году американские ученые выяснили, что астронавты, участвовавшие в миссии «Аполлон», то есть летавшие к Луне и побывавшие на ней, чаще умирают от сердечно-сосудистых заболеваний. Хотя выборка была невелика и в космосе астронавты пробыли суммарно не более 15 дней.

Однако это был дальний космос. Астронавты вышли за пределы магнитосферы Земли, то есть вышли из-под ее защиты и оказались под действием сильной космической ионизирующей радиации. В результате смертность от сердечно-сосудистых заболеваний у лунных астронавтов «Аполлона» была почти в пять раз больше, чем у нелетных астронавтов (Scientific Reports).

Ученые исследовали изменения, которые происходили в организме мышей, помещенных в те же условия (невесомость, ионизирующая радиация). Спустя шесть месяцев после эксперимента у большинства зверьков обнаружили повреждения сосудов, с которых начинается атеросклероз. То есть ионизирующая радиация разрушала эндотелий сосудов и приводила к развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

Здоровье космонавтов, поработавших на Международной космической станции (МКС), в свою очередь изучили российские ученые. Три года назад исследователи из НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова, Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна и Института медико-биологических проблем РАН выпустили отчет, в котором представили результаты своего исследования.

Ученые изучили биографии российских и советских космонавтов, треть из которых уже умерли. Выяснилось, что почти половина из них, а именно 47%, скончались из-за проблем с сердцем.

МКС находится ближе к Земле, чем Луна, здесь защита магнитосферы еще работает. Однако космонавты проводят на МКС много времени и чаще других страдают от сердечно-сосудистых заболеваний. Особенно их беспокоит аритмия. В чем здесь причина?

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи недавно отправили на МКС устройство «3D-сердце на кристалле» (3D Heart-on-Chip), или трехмерный органоид сердца на чипе. Это компактное устройство, созданное в Университете Джона Хопкинса, состоит из шести камер, заполненных гидрогелем. В гидрогелях, как в теле человека, зафиксированы мышечные клетки сердца, кардиомиоциты, которые получили из стволовых клеток человека. Они безостановочно сокращаются — бьются, как настоящее сердце. Все движения автоматически регистрируют датчики.

Это устройство провело на МКС месяц. Аналогичное, близнец, было на Земле. Затем результаты наблюдения за ними сравнили. Оказалось, что сердечные клетки в космосе чаще сбивались с ритма биения, то есть переходили в режим аритмии, в то время как их родственники на Земле работали без сбоев. А еще приборы зафиксировали, и это важно, что снизилась сила сокращения, то есть сила сердечного удара. Причем это ослабление сердечной мышцы сохранялось и после возвращения на Землю.

В чем причина? В поисках ответа ученые углубились в содержимое сердечных клеток. И тут же выявили нарушения в митохондриях — силовых установках клеток сердечной ткани. Кроме того, исследователи увидели, что в клетках сердечной мышцы, побывавшей в космосе, активировались гены, связанные с нарушениями обмена веществ, сердечной недостаточностью, окислительным стрессом и воспалением. А вот гены, которые связаны с биением сердечной ткани, были подавлены.

На самом деле, подобные процессы происходят у пожилых людей в стареющем сердце. Получается, что сердце, побывавшее в космосе, начинает быстрее стареть. Во всяком случае, последствия аналогичны.

Пока нет ответа на вопрос, что служит причиной быстрого старения сердца — потеря гравитации или повышенный уровень радиации в космосе? Впрочем, эти ответы теперь можно получить, проводя эксперименты в земных лабораториях, что проще и гораздо дешевле.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Ресурсы конечны, любые ресурсы. Они, безусловно, воспроизводятся потихоньку. Однако аппетиты человечества превосходят возможности Земли.

Ученые подсчитали, что сегодня глобальное человечество каждый год извлекает и потребляет более 90 миллиардов тонн различных материалов. Из них почти половина — сверх того, что способны воспроизводить естественные природные процессы. Это называется сверхпотреблением.

Международная команда ученых оценила вклад, который разные страны внесли в избыточное расходование природных ресурсов в 1970–2017 годах.

Картина, в общем, получилась предсказуемая. Львиную долю этих ресурсов, а точнее три четверти, потребляют жители самых развитых стран, хотя население их составляет лишь 15% от мирового.

Верхние строчки «рейтинга сверхпотребления» занимают США (27%) и страны Евросоюза (25%), а также Великобритания, Япония и Канада. Для сравнения, на Китай пришлось 15% избыточного потребления, на Россию — менее 0,8%.

Весь «глобальный Юг», включая Африку, Ближний Восток, Индию, Центральную и Юго-Восточную Азию и Латинскую Америку, ответствен лишь за 8% израсходованных ресурсов. Заметим, что население этих 58 стран превышает 3,6 миллиарда человек.

Однако просто сверхпотреблением дело здесь не ограничивается, потому что в природе все связано со всем. Люди, больше потребляющие, причастны к выделению большего количества отходов в любой форме, в том числе и парниковых газов.

В 1990-х годах Уильям Рис и Матиас Вакернагель разработали концепцию углеродного следа. Этот показатель указывает объем выбросов в CO₂-эквиваленте, то есть в пересчете на углекислый газ. Этот подход прижился, потому что показатель «углеродный след» очень наглядный и позволяет сравнивать и процессы, и товары, и людей по их вкладу в загрязнение окружающей среды.

Если вы пользуетесь личным автомобилем или личным самолетом, то вы сжигаете в них бензин, дизель и керосин, которые образуют выхлопные газы. И ваш углеродный след высок.

А если вы пользуетесь общественным транспортом, к примеру, или предпочитаете ходить пешком или ездить на велосипеде, ваш углеродный след сильно снижается.

Углеродный след есть у всего, что сделано промышленным способом — будь то энергия, материалы, товары или продукты питания. Понятно, что чем меньше мы их потребляем, тем меньше суммарный углеродный след. В этом смысле у сверхпотребителей — США, стран Евросоюза, Великобритании, Японии и Канады — высокий углеродный след. А Россия на этом фоне со своим скромным экологичным потреблением выглядит просто образцом для подражания.

Сегодня подсчитан усредненный углеродный след для жителей разных стран. Например, немцы в среднем производят 10,3 тонны выбросов CO₂ в год на душу населения. А средний по миру показатель для среднего жителя планеты — 5 тонн СО₂. Как же выглядит распределение углеродного следа внутри отдельных стран? На мой взгляд, ответ очевиден — так же, как и по миру.

Тем не менее международная команда исследователей задалась этим вопросом и подробнейшим образом опросила по 1000 человек из Дании, Индии, Нигерии и США. Среди респондентов были как самые бедные, так и самые богатые.

И открылось очевидное. В Индии, например, самые бедные люди выделяют около тонны СО₂ в год на душу населения. А самые богатые — в 32 раза больше. И картина этого несправедливого неравенства повторяется для всех исследованных стран (Nature Climate Change).

Однако самые высокие выбросы на душу населения, а также самый большой разрыв между выбросами бедных и богатых наблюдается в США. Бедные люди в США производят в среднем 9,5 тонны СО₂. А самые богатые — в 270 раз больше! Это те самые богатые, которые навязывают миру климатическую повестку и беспокоятся о черепахах, жизнь которых становится невыносимой из-за пластикового мусора в океанах, который эти богатые туда выбрасывают. Прав был Монтень — «Богатство одного есть в то же время бедность другого».

Если они, богатые, действительно беспокоятся о ресурсах, об окружающей среде, о климате, о будущем, то стоит начать с себя. Отказаться от личных самолетов, от лишних автомобилей, домов и вилл, от избыточного кондиционирования, от ненужных покупок и так далее.

А то ведь, как говорил Жан-Жак Руссо, «когда народу больше нечего будет есть, он станет есть богатых».

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Помните, как Доктор в фильме «Формула любви» говорил: «Голова — предмет темный, исследованию не подлежит»? Действительно, исследовать мозг чрезвычайно трудно, потому что мозг исследует сам себя. И тем не менее первые попытки понять, что же там у человека в голове, ученые датируют 4-м тысячелетием до нашей эры.

Сегодня мы уже знаем, что у нас в голове около 100 миллиардов нейронов, связанных между собой 100 триллионами способов, и столько же ненейронных клеток, так называемых глиальных клеток. А кроме того, существует множество типов нейронов и глиальных клеток. Одним словом, клеточный мир мозга огромен и невероятно разнообразен.

Сегодня техника исследования мозга настолько изощрённа и прецизионна, что позволяет наблюдать за работой одного единственного нейрона в живом мозге. Данные накапливаются стремительно. И ученые не прекращают своих усилий. Потому что понимают, что знание того, как работает мозг, может принести огромную пользу человечеству. Но для этого нужна полная, исчерпывающая картина, полное знание о мозге во всех мельчайших деталях.

Неудивительно, что в 2014 году в США стартовал десятилетний международный проект BRAIN. Он ставил перед собой заоблачную цель — полностью картировать мозг человека. То есть создать объемный атлас мозга, где каждая клетка со всеми ее связями будет стоять на своем месте.

Прошло десять лет. И что же? Полного картирования пока не получилось, только отдельных фрагментов. Исследователи создали и объединили 3D-карты около 200 структур коры головного мозга и более глубоких его отделов.

Например, ученые составили подробную карту области гиппокампа, важной для памяти. Карта только этого небольшого участка содержит около 5 миллионов нейронов и 40 миллиардов синапсов. Работа, безусловно, гигантская.

Конечно, в ходе проекта появились уникальные методики и алгоритмы, исследователи набили руку. Глупо было бы не продолжить проект. Это и случилось.

В октябре 2022 года было объявлено о продолжении проекта — BRAIN 2.0 стоимостью 500 миллионов долларов. В нем участвуют 17 научных организаций из США, Европы и Японии. Теперь ученые не сомневаются, что за пять лет создадут самую подробную карту мозга за всю историю.

В каком-то смысле проект BRAIN 2.0 сродни проекту «Геном человека», который объявили в 1990 году и должны были завершить в 2005-м. Тоже ведь казалось невозможно расшифровать геном человека, очень много скептиков из числа уважаемых ученых высказывались, что это никак не получится.

И тем не менее проект завершили даже на два года раньше, в 2003-м — геном человека полностью расшифровали. Начинали исследователи с простейшего генома круглого червячка нематоды С. Elegans — он стал первым многоклеточным организмом, чей геном полностью секвенировали.

Вот и с мозгом похожая ситуация. В октябре опубликованы результаты о полном картировании мозга самки плодовой мушки дрозофилы (Nature). У этой крохи размером 2–2,5 миллиметра тоже есть мозг. Он, правда, и вовсе ничтожный по размерам, но содержит примерно в миллион раз меньше нейронов, чем мозг человека. Однако этот крошечный орган помогает им летать, ориентироваться в пространстве и взаимодействовать с сородичами.

Исследователи разрезали крошечный мозг самки плодовой мухи шириной менее миллиметра на семь тысяч тонких ломтиков. Трудно представить, как это можно было сделать. Но сделали, а затем каждый ломтик просканировали в электронном микроскопе. Получился 21 миллион изображений с высоким разрешением (около 100 терабайт). Теперь предстояло состыковать их вместе и отобразить положение каждой отдельной клетки и всех ее соединений.

Конечно, тут не обошлось без искусственного интеллекта (ИИ). Но поскольку ИИ делает ошибки, исследователи воспользовались помощью волонтеров по всему миру, чтобы проверять за ИИ. Этим можно было заниматься на специальной онлайн-платформе, которую создали исследователи. В результате волонтеры и ученые внесли в версию, созданную ИИ, три миллиона правок.

Объемная карта мозга дрозофилы включает около 140 тысяч нейронов и более 50 миллионов нейронных связей. И здесь не обошлось без сюрпризов. Когда нейробиологи сгруппировали все нейроны по типам, то их насчиталось почти 8,5 тысяч.

Причем больше половины типов ученые описали впервые.

И это был не единственный сюрприз. Оказалось, например, что нейроны, передающие зрительную информацию, принимают сигналы и от нейронов, передающих слуховые, осязательные и другие сенсорные импульсы.

На основе карты ученые создали компьютерную модель мозга дрозофилы. На нее можно воздействовать виртуальными стимулами — теплом, холодом, сладостью, горечью и тому подобными — и смотреть, как модель реагирует. Оказалось, что в 90% случаев сигналы в живом мозге шли теми же путями и давали ту же реакцию, что и сигналы в модели.

Вот такую же объемную карту мозга человека планируют создать участники международного проекта BRAIN 2.0 через несколько лет. Посмотрим, получится ли. Здесь скептиков тоже хватает.