Разные разности

Ученые и журналисты обсудили актуальные проблемы современного образования в Научном кафе.

13 июня состоялась вторая встреча в Научном кафе, посвященная вопросам образования и подготовки кадров. Проект возобновлен по инициативе Фонда Андрея Мельниченко в апреле 2023 года с целью консолидации журналистского и научного сообществ.

Участники июньской встречи — журналисты, блогеры и популяризаторы науки — обсудили цели школьного и вузовского образования сегодня, в условиях формирования нового технологического уклада, а модераторами дискуссии выступили Любовь Стрельникова, главный редактор журнала «Химия и жизнь», и Сергей Ивашко, пресс-секретарь химического факультета МГУ.

Любовь Стрельникова и Сергей Ивашко

Каковы цели школьного образования в условиях быстрой технологической эволюции цивилизации? Как их достичь? Как обеспечить Россию исследователями, конструкторами и инженерами, которые возьмут на себя ответственность за технологический суверенитет? Ответы на эти и многие другие вопросы дали гости Научного кафе.

Цели и задачи образования формулирует государство, исходя из планов развития страны на данном историческом этапе. «Мы сейчас прогнозируем, что в мире возникают острые технологические проблемы. У нас спад. Самое золотое время инноваций — это 1955–1965 год, время развития автомобилизации и автоматизации, внедрения конвейеров, производство компьютеров», — отметил д.ф.-м.н., профессор, заведующий отделом математического моделирования нелинейных процессов ИПМ им. М.В. Келдыша РАН Георгий Малинецкий.

Георгий Малинецкий

Однако, по мнению д.э.н., члена-корреспондента РАН, директора Института народнохозяйственного прогнозирования РАН Александра Широва, истоки современных проблем заключаются не в плохом образовании, а в дисбалансе в подготовке кадров и нехватке специалистов в некоторых секторах экономики. Это, в свою очередь, вызвано тем, что, выбирая образовательную и профессиональную траектории, молодые люди не имеют представления о рынке труда и не понимают, кем они могут работать после окончания вуза. «Например, завуч американской школы имеет на своем столе такой томик, в котором содержится прогноз бюро труда по перспективным профессиям — о спросе на профессии на ближайшие 5–10 лет. И когда человек покидает школу, он понимает свою профессиональную ориентацию. Это то, чем отчасти занимались в советское время: выпускник понимает, как устроен рынок труда, — заявил Александр Широв. — Я утверждаю, просто я знаю из моего личного опыта, что на физтехе у очень подготовленного человека понятия о рынке труда вообще нет. И вот это проблема».

Александр Широв

О необходимых мерах по модернизации российской системы образования говорил Исполнительный директор Фонда Андрея Мельниченко Александр Чередник: «Необходимо законодательно защитить учителя. Не будет страны, если серьезным образом не вложиться в образование, в том числе в материальное положение учителя. Необходима программа по повышению роли учителя и престижа учительской профессии». При этом, по его мнению, задачи отечественного школьного образования в новой Эпохе просвещения очевидны: «Цель школы — подготовить, вырастить человека, который хорошо понимает, что Россия — его дом, и о нем надо заботиться, защищать, улучшать».

Александр Чередник

О нехватке учителей, низком социальном статусе педагога и необходимости восстановления педагогического образования в стране говорил также д.ф.-м.н., доцент, член-корреспондент РАН, руководитель Троицкого технопарка ФИАН Андрей Наумов: «Школа должна перестать быть камерой хранения! Нужно повышать общественный статус педагога для того, чтобы учителями становились не по остаточному принципу. Люди в педагогический вуз не идут, потому что это не модно, кажется не перспективным, хотя при этом занимаются репетиторством. Наблюдается тенденция, что тот, кто не состоялся как физик, идет работать учителем физики. А должно быть наоборот! Кто состоялся как лучший физик, тот должен быть учителем физики, он должен преподавать».

Андрей Наумов

Отличается ли мозг детей, склонных к исследованию, моделированию и конструированию, от мозга детей, не проявляющих интереса к этой сфере деятельности? В каком возрасте в ребенке проявляются склонности и признаки таланта? На эти вопросы ответила д.б.н., профессор, академик РАО, лауреат Премии Президента РФ в области образования, экс-директор Института возрастной физиологии РАО Марьяна Безруких. Она развенчала популярный миф о том, что мозг правополушарных (творческих) и левополушарных (рациональных) людей отличается: «Сложнейшая деятельность, физика или лирика, реализуется целостным мозгом. Никогда ни один вид сложной деятельности не реализуется одним полушарием, — подчеркнула эксперт. — Разумеется, если мы рассмотрим мозг активно функционирующего физика и активно функционирующего лирика, то эти различия будут. Но эти различия — результат формирования мозга под влиянием всего опыта жизни, обучения, деятельности». Марьяна Безруких также отметила, что склонности, увлеченность тем или иным делом проявляются у ребенка примерно в 12 лет.

Марьяна Безруких участвовала в Научном кафе удаленно

Именно с этого возраста начинается подготовка будущих ученых и инженеров в образовательных центрах Фонда Андрея Мельниченко, успешно работающих в российских регионах. Трое из таких ребят — воспитанники Центра детского научного и инженерно-технического творчества при КузГТУ «УникУм» — представили гостям Научного кафе свои проекты, отмеченные наградами международных и всероссийских конкурсов.

Десятиклассник Вячеслав Чертан, победитель V Детского научного конкурса Фонда Андрея Мельниченко, представил систему интерактивного обучения проектированию нейросетей, а восьмиклассник Григорий Плаксин, победитель Международного инженерного чемпионата Case-IN, продемонстрировал участникам Научного кафе действующий макет геотермальной электростанции. На нем были представлены главное здание с рабочим механизмом турбины, офисное здание с освещением, гейзер и градирни с ультразвуковыми парогенераторами и трансформаторная подстанция с иллюминацией.

Вячеслав Чертан, Григорий Плаксин и Егор Семенов

Еще один воспитанник «УникУма», десятиклассник Егор Семенов рассказал о своем исследовании в области глубокой переработки ТБО. Именно этой теме было посвящено выступление кемеровского школьника в финале Всероссийского конкурса «Школьная Лига Лекторов» Российского общества «Знание». Егор не только вошел в число 20-ти лучших молодых лекторов страны, но и стал единственным, кому Министр просвещения РФ Сергей Кравцов предложил занять должность советника на общественных началах по вопросам просветительской деятельности.

Общение участников Научного кафе с ребятами и знакомство с их проектами, откровенный обмен мнениями и живая дискуссия дали возможность оценить перспективы решения накопившихся в отечественном образовании проблем, а также заглянуть в будущее, которое уже сегодня формируется в школах, кванториумах и центрах дополнительного образования, работающих по всей стране.

Редактор нашего журнала С.М. Комаров награжден дипломом за статью «Колонизация Мира пыли», написанную по результатам дискуссии и разговоров предыдущего Научного кафе

Справка:

Благотворительный фонд Андрея Мельниченко — частный фонд инфраструктурных образовательных проектов в сфере естественных наук. Его миссия состоит в создании среды для развития талантов в российских регионах.

В рамках ключевой для Фонда программы поддержки одаренных школьников в регионах присутствия компаний, основателем которых является Андрей Мельниченко, были открыты и успешно работают центры детского научного и инженерно-технического творчества в Барнауле, Бийске, Кемерове, Кингисеппе, Киселевске, Ленинске-Кузнецком, Невинномысске, Новомосковске и Рубцовске, а также детские технопарки «Кванториум» в Невинномысске и Кингисеппе. В них более 5000 школьников 5–11 классов изучают дисциплины естественнонаучного цикла в рамках программ дополнительного образования.

Подробнее о деятельности Фонда:
http://aimfond.ru
https://vk.com/aimfond_ru
https://www.youtube.com/c/aimfond

…если мыши, инфицированные гриппом А, вдыхают пары этанола в течение десяти минут, вирус инактивируется (The Journal of Infectious Diseases)…

…удалось получить аминокислоту L-аланин из СО₂ в многоступенчатом процессе с использованием синтетических ферментов (Chem Catalysis от Cell Press)…

…в миллилитре облачной воды содержится в среднем 20 800 копий генов устойчивости к антибиотикам, поэтому облака — важный путь распространения этих генов по планете (Science of The Total Environment)…

…общее число подтвержденных источников загадочных, повторяющихся, быстрых радиовсплесков (FRB) далеко за пределами Млечного Пути равно 50 (The Astrophysical Journal)…

…однократное вдыхание полиамидных микро- и наночастиц пластика ухудшает расширение сосудов, но при этом не вызывает воспаление легких у самок крыс-альбиносов вида Rattus norvegicus (Particle and Fibre Toxicology)…

…электрические сигналы гриба Лаковица двухцветная (Laccaria bicolor) усиливаются после дождя (Fungal Ecology)…

…обнаружены маркеры, которые могут указывать на предрасположенность человека к шизофрении (Molecular Psychiatry)…

…в экспериментах германий–оловянный транзистор демонстрирует в два с половиной раза большую подвижность электронов, чем транзистор из чистого германия (Communications Engineering)…

…из волос, отходов парикмахерских, можно с помощью ионной жидкости извлекать природные биополимеры кератин и меланин, представляющие интерес для производства материалов для медицины и пищевой промышленности (ACS Omega)…

…за триста лет, с 1700 года, места обитания, подходящие для азиатских слонов, сократились на 64%, или на 3,3 миллиона квадратных километров (Scientific Reports)…

…изотоп ртути помог доказать, что сосудистые растения широко колонизировали сушу уже в раннем силуре, приблизительно 444 млн лет назад (Science Advances)…

…создан транзистор из пробкового дерева, из которого удалили лигнин, а на его место закачали проводящий пластик (PNAS)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Все живое периодически болеет. И растения — не исключение. Это хорошо знают дачники, садоводы-огородники и фермеры. Болезни сельскохозяйственных культур — всякие гнили, парши, пятнистости, ржавчины — могут свести на нет любой урожай. Поэтому очень понятно желание фермера и садовода как можно раньше узнать о том, что растение заболело, и срочно принять меры.

Но можно ли узнать о болезни растения, если нет никаких внешних признаков? Можно, потому что есть признаки внутренние. Просто надо их увидеть. Любая болезнь вмешивается в работу живого организма, в его метаболизм, в его биохимию. В результате появляется совершенно не типичный набор летучих органических соединений, которые выделяют растения в окружающую среду. Причем для каждой болезни — своя комбинация летучих органических соединений.

Вот на них-то и стоит посмотреть. И не только на них. Хорошо бы измерить температуру, посмотреть на влагообмен растения. В общем — провести диспансеризацию по полной, причем не сходя с грядки.

Исследователи из Университета Северной Каролины разработали электронный пластырь для растений. Пластырь небольшой, три на три сантиметра. Его изготавливают из гибкого прозрачного материала, в который встроены разные датчики и электроды из серебряной проволоки. Эти пластыри размещают на нижней стороне листьев, потому что там больше всего устьиц-пор, через которые растения дышат и обмениваются веществами с окружающей средой.

Электронные пластыри с разными комбинациями датчиков испытывали на растениях томатов в теплицах. Ради исследования растения заразили вирусом пятнистого увядания томатов, его еще называют вирусом бронзовости томатов, и разными фитофторозами. Ученые также выделили группу растений, чтобы исследовать их в стрессовых условиях — при переувлажнении, засухе, недостатке света и высокой концентрации соли в воде.

Потом все показания датчиков собрали, призвали на помощь искусственный интеллект и определили, какие комбинации датчиков лучше и быстрее всех обнаруживают болезни или абиотический стресс.

Результаты получились многообещающими по всем пунктам исследования. Например, используя комбинацию из трех датчиков, ученые обнаружили, что растение заболело пятнистым увяданием томатов на четвертый день после того, как его заразили этим вирусом. Никаких внешних симптомов не было — они обычно появляются через две недели после заражения. Только тогда фермеры и огородники их обнаруживают и начинают бить тревогу. Электронный пластырь разглядел болезнь на 10 дней раньше, когда ничто не намекало на беду.

Что будут делать фермеры и садоводы-огородники, когда получат такую информацию? Как минимум они примут гигиенические меры, чтобы помешать инфекции, вирусной или грибковой, распространяться на другие растения вокруг. Для каждой инфекции — свои алгоритмы борьбы.

Точно так же электронный пластырь подает сигнал, что вода для орошения слишком соленая, или воды слишком мало, или растению мало света, поэтому оно в стрессе. И тут ответные действия фермеров очевидны.

Исследователи говорят, что скоро диагностические пластыри попадут к производителям овощей и фруктов. Но прежде надо еще кое-что доработать. Во-первых, надо сделать пластыри беспроводными, что относительно просто. А во-вторых, необходимо убедиться, что пластыри будут надежно работать в полевых условиях, за пределами теплиц.

Флаг им в руки и удачи на трудном пути внедрения гениальной разработки в суровую придирчивую жизнь. Я, правда, не очень представляю, как это будет работать на огромных помидорных полях, где тысячи растений. Но, с другой стороны, я и не фермер и даже не садовод-огородник. Поэтому искренне желаю всем большого урожая.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Как вы думаете, что общего у человека и летучей мыши? Да в общем-то почти ничего. Мы не висим вниз головой, когда спим. Мы не впадаем в спячку и не летаем со скоростью сапсана — 160 км в час. Кстати, летучие мыши, в отличие от людей, не враждуют между собой и не устраивают потасовок за корм и территорию. Они никогда не нападают на нас, но потенциально опасны, поскольку могут переносить страшные вирусы.

У летучих мышей ускоренный обмен веществ, не чета человеческому, поэтому они должны есть много и часто. К примеру, летучая мышь среднего размера за ночь может съесть около 600 комаров. Это все равно, что 20 пицц для человека.

Летучие мыши дружно живут в больших поселениях. Причем мыши всегда вылетают из укрытия в левую сторону от входа. А вылетают они ночью, на охоту. Кто-то охотится на насекомых, кто-то летит за нектаром, пыльцой и плодами растений. А вампиры, есть такая разновидность летучих мышей, ищут животных, чтобы присосаться к ним и попить теплой кровушки. Кстати, из людей они кровь не пьют.

Как видите, ничего общего и нет. Но недавние исследования биологов все-таки нашли нечто, что объединяет людей и летучих мышей. Оказывается, с возрастом, по мере старения, летучие мыши начинают терять слух так же, как и человек.

Вы скажете, что же тут необычного — многие млекопитающие в старости теряют слух. Чем летучие мыши лучше? А вот ученые полагали, что летучих мышей миновала чаша сия, потому что слух для них критически важен. Это не только слух, но и своего рода зрение.

Дело в том, что летучие мыши перемещаются и обнаруживают свою добычу с помощью эхолокации. Мышь издает очень громкий короткий ультразвук и слушает эхо, когда звук отразится от объекта. А объекты — это не только деревья, дома, столбы и мосты, но и летающие насекомые, то есть еда летучих мышей.

Звуковой импульс длится всего несколько тысячных долей секунды. Потом мышь делает паузу, чтобы прислушаться к эху. Это эхо и время, через которое оно возвращается, несут много информации — что это за объект (тип насекомого, его размер), где он, с какой скоростью движется и какова разница в скоростях мыши и насекомого. Так летучая мышь выслеживает свою добычу.

Ученые из Тель-Авивского университета оценили возраст 47 диких летучих мышей — измерили накопление возрастных химических маркеров в их ДНК. А потом проверили их слух, наблюдая за реакцией их мозга на разные звуки. Оказалось, что у пожилых мышей слух был явно ослаблен. Мыши, как и стареющие люди, хуже слышали высокие звуковые частоты. Более того, летучие мыши теряют слух с той же скоростью, что и люди, — примерно один децибел в год. И механизм похожий — замедляется работа слуховых нервов, меняется структура и функциональность улитки внутреннего уха.

Почему мыши теряют слух? Ученые установили микрофоны в их пещерах и обнаружили, что летучие мыши постоянно подвергаются воздействию более 100 дБ шума (эквивалент звука, производимого мотоциклом или бензопилой). Если бы человек жил в таких условиях каждый день, то быстро бы оглох.

Но у мышей, похоже, есть какой-то защитный механизм, который уберегает их от громких звуков низкой частоты и смягчает воздействие высоких звуков, ультразвуков. То есть у мышей природа предусмотрела какие-то особые приспособления, чтобы адаптироваться к очень шумной среде.

Надеемся, что летучие мыши дадут людям обнадеживающие подсказки, которые мы сможем использовать для защиты слуха людей. Не зря же в Китае летучих мышей считают сугубо положительными зверьками, которые приносят радость и счастье.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Вы никогда не слышали сочинение для вольного состава инструментов, которое называется «4′33″» («Четыре минуты тридцать три секунды»)? Его создал в 1952 году американский композитор и философ Джон Кейдж. Мне довелось послушать его на концерте в церкви Святого Мартина на Трафальгарской площади в центре Лондона. Место в данном случае имеет значение. И вы сейчас поймете почему.

Концерт был прекрасный. И вот конферансье объявляет: «Джон Кейдж, “Четыре тридцать три”». Все музыканты встают и уходят со сцены. Появляется дирижер, взмахивает палочкой и тоже уходит. И публика остается наедине сама с собой, а точнее, по замыслу автора, с тишиной, чтобы слушать ее в течение четырех с половиной минут, — мельчайшие шорохи, скрипы, покашливание, шепот.

Но ничего этого в церкви Святого Мартина не было слышно. Все заглушало громкое буханье низких частот, которое прорывалось в концертный зал с улицы, где возле колонны Нельсона начался концерт какой-то рок-группы. Да еще крики толпы. Публика в зале смущенно переглядывалась, кто-то осторожно хихикал. Большинство честно и безуспешно старалось проникнуться замыслом автора.

Прав был Кейдж — тишина действительно безгранична в своем многообразии. Хотя, на мой взгляд, да простят меня музыкальные критики, тишина вместо музыки — это авангардный выпендреж. Недаром Кейджа называли «Малевичем в музыке». Однако эта история, которую я рассказала, ясно дала понять, что скрыться от шума в городе сегодня очень трудно.

Не слышно шуму городского.
Над Невской башней тишина…

Эти времена Блока ушли безвозвратно.

Самый шумный крупный город Европы — это по-прежнему Париж. Теперь он не только город любви, но и шума. По данным Европейского агентства по окружающей среде, 5,5 миллиона человек в Париже страдают от ночного шума, превышающего 55 децибел. Всемирная организация здравоохранения рекомендует не более 40 децибел в ночное время. Это эквивалентно небольшому дождю, шуршащему за окном.

Казалось бы, не так уж и велика разница между 40 и 55 децибелами. Но это так кажется, потому что в основе единицы лежит десятичный логарифм. Поэтому интенсивность звука и звуковое давление увеличиваются не линейно, а логарифмически — в десятки, сотни и тысячи раз. Например, если громкость звука возросла на 10 дБ, то это значит, что интенсивность звука возросла в 10 раз, а звуковое давление — приблизительно в 3,16 раза. Вот почему 60 децибел — это не вдвое больше, чем 30, а примерно в 1000 раз.

В Париже в «черную зону» с уровнем шума свыше 70 дБ попадает более 7% территории города. Это в два с половиной раза больше, чем в Лондоне или Берлине. А в зону акустического комфорта, где максимальный уровень шума не достигает и 55 дБ, отнесено всего 17% городской площади. Причем если утром в городе шумно из-за транспорта, то вечерами в Париже гудят толпы туристов и гремит музыка.

Львиная доля шума в Европе исходит от автомобильного транспорта, и только после этого следуют самолеты и железные дороги. Исследователи обнаружили, что наибольший шум в ночном Париже вызывают мотоциклы, работающие на холостом ходу.

Рев мотоциклов по ночам, который прекрасно слышен и в Москве, не только доставляет неприятности, но и вредит здоровью. Это не только нарушения слуха, но и стресс, за которым следуют высокое кровяное давление и сердечно-сосудистые заболевания. Один только шум стоит парижанам почти целого года жизни. По оценкам ВОЗ, в странах Западной Европы каждый четвертый житель постоянно подвергается воздействию звуков чрезмерной громкости.

В Нью-Йорке девять из десяти взрослых окружены постоянным шумовым загрязнением. Гудки такси на забитых улицах, круглосуточные сирены, отбойные молотки на строительных площадках и бурная ночная жизнь людей… Не хотела бы я жить в Нью-Йорке — этот город никогда не спит.

Но некоторые, особенно молодежь, добровольно подвергают себя риску воздействия сильных шумов. Я говорю о различных современных фестивалях рок-музыки. Один такой популярный в Европе ежегодный рок-фестиваль уже более 50 лет проходит в Роскилле в Дании. Площадка фестиваля занимает 80 га, гости живут в палаточном лагере. Сюда приезжают рок-группы и джаз-банды со всего мира. Зрителей собирается неимоверное количество — больше ста тысяч человек. И грохот здесь стоит конкретный. В течение четырех дней.

На одном из последних фестивалей команда исследователей Датского технического университета провела эксперимент — установила на поле фестиваля так называемый звуковой кристалл, Sonic Crystal. И не один.

Выглядит он как очень правильный голый лес из примерно 100 деревянных столбов высотой три метра. Установлены они не абы как, а в строгом порядке, напоминающем расположение атомов в кристалле, скажем, поваренной соли. Если звук попадает в такой антишумовой лес, то звуковые волны отражаются и рассеиваются от одного столба к другому. При этом падающие и отраженные звуки часто стирают друг друга.

Конструкция выглядит довольно простой. Но на самом деле она очень точно спланирована. Ученые рассчитали толщину этих антишумовых столбов, их поперечное сечение и расстояние друг от друга, чтобы они поглощали звук.

Как правило, расстояние между столбами должно быть меньше половины длины волны звука, с которым борется звуковой кристалл. Вот почему каждый отдельный Sonic Crystal может отфильтровывать только определенные звуки.

Ученые расположили на площадке фестиваля звуковые кристаллы для подавления разных звуков. Скажем, звуковой кристалл из толстых столбов квадратного сечения, расположенных на расстоянии 30 сантиметров друг от друга, поглощал в основном басы и пропускал высокие ноты. А высокие звуки, в свою очередь, поглощал другой звуковой кристалл, составленный из круглых кольев, расположенных вплотную друг к другу.

Посетители рок-фестиваля могли ходить внутри этих антишумовых лесов, в центре которых стоял динамик и транслировал музыку, написанную специально для этого эксперимента. Понятно, что одно и то же произведение в разных звуковых кристаллах звучало по-разному, потому что они поглощали либо высокие, либо низкие звуковые частоты.

Ученые говорят, что если такие антишумовые конструкции построить между концертными площадками на рок-фестивале, то музыкальные группы не будут заглушать друг друга.

Можно ли использовать эти конструкции против городского шума? Теоретически можно, но сложно. Каждый такой звуковой кристалл, или антишумовой лес, ученые рассчитывают и адаптируют к вполне определенной частоте звука. Это дорого, да и места в городах не найдешь.

А вот в городских парках это может сработать. Там можно было бы разместить несколько больших звуковых кристаллов в качестве барьера, и они бы защитили парк от внешних городских шумов.

Но еще лучше вместо столбов и кольев посадить в узлах кристаллической решетки большие деревья. Тогда никто бы из горожан и посетителей парков и не понял бы, что это не просто лес, а антишумовой звуковой кристалл. Еще в 2006 году испанские математики подтвердили, что деревья, посаженные в стиле Sonic Crystal, поглощают низкие тона лучше, чем городские леса, посаженные абы как.

Думаю, что в таком антишумовом лесу произведение Джона Кейджа «4’33”», с которого я начала рассказ, звучало бы идеально. А кстати, знаете, почему оно так называется? Есть гипотеза, что 4 минуты 33 секунды — это 273 секунды. Ничего не напоминает?

Правильно, это температура абсолютного нуля по шкале Кельвина. При такой температуре прекращается движение частиц. Это абсолютное ничто. Так что 273 — это своего рода метафора тишины, которой сегодня так не хватает жителям больших городов.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Представьте ситуацию. Перед вами стоит закрытая коробка с дыркой в стенке. В коробке лежит еда. Но вы ее не видите. Вы только можете запустить руку в дырку и эту еду потрогать.

И вот вы засовываете руку, трогаете это нечто мягкой консистенции и понимаете, что эта еда — очень вкусная, сладкая с кислинкой, мягкая, прямо бальзам для вкусовых сосочков на языке. Или — что это очень калорийная еда, а точнее — поджаренный кусок мяса, в меру соленый и перченый.

Картина фантастическая, потому что человек не обладает такими способностями. Его руки — для тактильных, а не вкусовых ощущений. Природа предусмотрела для человека зрение, обоняние и развитый мозг. Этого достаточно, чтобы не засовывать в рот всякую гадость.

А вот осьминог отлично справляется с таким фокусом. Года два назад ученые из Гарвардского университета обнаружили, что осьминоги способны пробовать свою добычу на вкус, прежде чем съесть. И делают они это щупальцами.

Осьминоги, как правило, охотятся «вслепую» — просовывают свои конечности в отверстия и щели, чтобы найти спрятавшуюся добычу на темном дне. Мудрая природа предусмотрела это и снабдила осьминогов тестовой системой, чтобы он не тащил всякую ядовитую дрянь в рот.

Головоногие моллюски, а это осьминоги и кальмары, всегда восхищали нейробиологов.  У осьминогов, например, в руках-щупальцах больше нейронов, чем в центральном мозге. Поэтому каждая рука может работать независимо, как будто у нее есть свой собственный мозг.

Вообще, исследователи давно знали, что сотни присосок на каждом щупальце постоянно анализируют воду вокруг и пробуют ее на вкус. То есть оценивают свою среду обитания. Но теперь предстояло понять, как щупальца определяют вкус добычи.

Молекулярные биологи из Гарвардского университета в Кембридже обнаружили на поверхности клеток, выстилающих присоски осьминога, полые трубочки, сложенные из пяти разных белков. Они и были рецепторами вкуса.

Эти пять белков можно комбинировать в разных соотношениях. И это будут миллионы комбинаций, которые определяют миллионы разных вкусов. Регулируют синтез этих белков 26 генов в геноме осьминога.

Исследователи обнаружили, что эти рецепторы предпочитают связываться с «жирными» молекулами, которые не растворяются в воде. Именно жирные вещества находятся на коже рыб и другой живности. Эти рецепторы пробуют на вкус поверхность жертвы и тут же сообщают, можно ее есть или нельзя.

Аналогичные рецепторы есть и в присосках полосатого клецкообразного кальмара. Что неудивительно, ведь они в прошлом родственники: предки осьминогов и кальмаров разошлись около 300 миллионов лет назад и стали эволюционировать самостоятельно. Правда, рецепторы кальмара реагируют только на молекулы, которые создают горький вкус. Почему такая разница?

В природе все имеет смысл. Кальмары плавают в воде и видят свою добычу. Рецепторы на щупальцах помогают им отличать горькую, а значит — ядовитую добычу. Это на глаз не всегда распознаешь. А для осьминогов, которые, как правило, сидят в темноте на морском дне, плохо видят и потому ощупывают добычу, наличие множества чувствительных присосок имеет решающее значение.

Вот и получается, что щупальца осьминога универсальны. Это не только руки, не только глаза, но еще и язык. Природа не перестает удивлять и восхищать.

…наиболее окисленный термообработанный активированный уголь в 38 раз лучше удаляет из воздуха азотсодержащие пахучие соединения по сравнению с обычным активированным углем (Journal of Cleaner Production)…

…присоски на щупальцах осьминога не только позволяют схватить добычу, но и попробовать ее на вкус, прежде чем отправить ее в рот (Nature)…

…уровень моря вдоль юго-восточного побережья США и побережья Мексиканского залива последние 12 лет растет ускоренными темпами и составляет полдюйма (12,7 мм) в год (Nature Communications)…

…растения могут реагировать на людей, и у них есть способность к развитию, которую можно использовать, чтобы растение приручить (PLoS ONE)…

…полосатый узор на теле малого тихоокеанского полосатого осьминога Octopus chierchiae столь же уникален, что и отпечатки пальцев человека (PLoS ONE)…

…старение одинаково влияет на клеточные процессы у пяти очень разных видов животных — людей, мышей, крыс, червей и плодовых мушек (Nature)…

…экскременты кораллоядных рыб служат источником полезных микробов, которые помогают кораллам процветать (Frontiers in Marine Science)…

…метод тандемной масс-спектрометрии с электрораспылительной ионизацией (PESI-MS/MS) позволил за три минуты обнаружить 81 тип антоцианов в 16 видах фруктов и овощей (Horticulture Research)…

…предприятия пищевой промышленности и жилые комплексы с домами в 10 этажей и выше – значительный источник выбросов NO₂ (Science of the Total Environment)…

…пол донора не влияет на выживаемость реципиентов, которому переливают эритроциты (New England Journal of Medicine)…

…методом выщелачивания можно извлечь практически полностью индий и серебро, содержащиеся в тонкопленочных солнечных элементах (Solar Energy Materials and Solar Cells)…

…неприятный запах мясу серых китов, промыслом которых занимаются коренные жители Чукотки, придает 2,6-дибромфенол (Chemosphere)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Численность воробьев в городах быстро падает. Этот процесс начали фиксировать с 1980-х годов. Почему это происходит? Читайте об этом в статье «Птицы города» О.Н. Нестеренко в этом номере. Однако эта история напомнила мне другую, тоже связанную с воробьями.

Казалось бы, что общего у политики и науки, если говорить не о финансировании, а о сути науки — научном эксперименте? Как будто бы — ничего. Но история опровергает сей тезис. История знает не один пример масштабных научных экспериментов, которые состоялись с тяжелой руки политиков.

Один такой эксперимент был поставлен в Китае в 1958 году и касался воробьев. Весь китайский народ в едином порыве бросился уничтожать зловредных пташек в своей стране. Но по порядку.

Воробьи стали селиться рядом с человеком около 10 тысяч лет назад на Ближнем Востоке. А потом, вместе с человеком, расселились по миру. Домовый воробей — это самый многочисленный вид из 11 тысяч всех известных сегодня видов птиц на Земле.

Воробьи живут практически во всех городах. Это наши привычные чирикающие соседи. Но жить рядом с человеком — это все равно что жить на вулкане. Кто знает, что этому человеку вдруг взбредет в голову.

В 1958 году руководители Китайской Народной Республики и лично Мао Цзэдун решили, что воробьи объедают китайский народ, поэтому надо их истребить. Действительно, в то время в Китае воробьи за год съедали столько зерна, сколько хватило бы, чтобы прокормить 35 миллионов человек.

И в марте 1958 года по команде сверху на улицы вышли жители китайских городов и сел, включая школьников, чтобы извести воробьев.

Делали это очень просто — люди свистели, кричали, гремели, стучали в барабаны и гонги, размахивали шестами с привязанными тряпками, чтобы спугивать воробьев. Птицам не давали присесть, поэтому они вынуждены были летать. Но воробей может продержаться в воздухе не больше 15 минут. А потом обессиленные птички падали, иногда замертво.

Метод оказался весьма действенным. Через три месяца прилежные китайцы уничтожили почти миллион воробьев, а через год — почти два миллиарда. То есть практически всех воробьев Поднебесной.

Кстати, эта безумная и совершенно антинаучная идея пришла в голову большому чиновнику, заместителю министра образования по имени Чжоу Цзянь. Он считал себя ученым, биологом, издал много трудов по биологии.

Но понятно, что никаким ученым он не был, потому что ученый может предсказывать последствия действий человека не то что на шаг — на несколько шагов вперед. А Чжоу Цзянь и на шаг не предсказал.

И последствия не замедлили проявиться.

Через год в Китае действительно собрали большой урожай, потому что воробьи не съели свою долю. Впрочем, нельзя было не заметить, что насекомых-вредителей, всяких гусениц, тли и саранчи, стало сильно больше.

Однако урожай был столь велик, что от этого отмахнулись.

Но пришел следующий 1960 год и все расставил по своим местами. Всех этих гусениц и тли расплодилось столько, что они ровным слоем покрыли территорию Китая. И понятно, что это был приговор урожаю — на второй год после войны с воробьями урожай был рекордно низким.

В стране начался голод, от которого погибло, по разным оценкам, от 10 до 30 миллионов китайцев. Так, опытным путем было доказано, что агротехническая польза воробьев несопоставимо выше вреда, который они причиняют. Но за это знание Китай заплатил очень высокую цену.

Впрочем, об этом еще до начала компании предупреждал китайский биолог Чэн Цзо-синь. Вот он был настоящим ученым, настоящим биологом, понимал роль воробьев в пищевых цепях. Потому и предсказал катастрофический сценарий с неурожаем и голодом. Но его никто не послушал.

Это вообще-то типично для чиновников — им проще понять и убедить друг друга, чем вникнуть в разумные и научно обоснованные доводы ученых. В общем, отсутствие научного подхода часто приводит к экологическим катастрофам.

Эта китайская история с воробьями была грандиозной и более чем наглядной. Она ясно показала еще один важный момент — какой гигантский вред, измеряемый миллионами жизней граждан, могут нанести обществу невежественные чиновники, получившие доступ к первым лицам страны.

Надо отдать должное руководству Китая — оно признало свою ошибку и обратилось за помощью к СССР, попросило прислать воробьев. И пошли в Китай вагоны, заполненные этими птичками.

Представляете себе изумление воробьев, которые увидели в Китае то, чего представить не могли в своих самых смелых мечтах — гигантский обеденный стол, плотно уставленный деликатесами. Равновесие быстро восстановилось. С тех пор в Китае к воробьям относятся трепетно.

Эта экологическая катастрофа вошла в учебники, а китайский биолог Чэн Цзо-синь, который не побоялся предупредить общество о страшных последствиях, стал национальным героям.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Как вы думаете, кто из ныне живущих на Земле животных видел динозавров? Это — крошечные муравьи, которые появились на Земле задолго до человека, 145 миллионов лет назад.

Муравьи есть везде — в лесу, в саду или в городе. Потому что их роль в мире живого трудно переоценить. Они структурируют почву, обеспечивают доступ воздуха, насыщают почву калием и фосфором.

Жители одного среднего муравейника за день уничтожают до двух тысяч мошек, гусениц, личинок, слизней и яиц. Но и сами становятся пищей для многих лесных птиц, млекопитающих или других членистоногих.

Еще птицы используют муравьев для дезинфекции, для чего периодически принимают муравьиные ванны. Птица может сесть на муравейник и расправить крылья. А может буквально распластаться на муравьином домике. А может валяться в муравьях, как воробей в пыли.

Муравьи, конечно, будут атаковать птицу — выделять едкую муравьиную кислоту. А птица только и ждет это кислотного душа, потому что муравьиная кислота — антисептик и инсектицид. Она отпугивает и изгоняет клещей и прочих паразитов, которые живут под перьями, да и в самих перьях птицы.

Муравьи стали первыми насекомыми, которых люди начали использовать для борьбы с вредителями. Наверное, это были первые биотехнологии в сельском хозяйстве. В давние времена жители Южной Аравии переносили муравейники с холмов в финиковые рощи, чтобы насекомые защищали драгоценные пальмы.

Вообще, отношение муравьев с деревьями — по-настоящему братские. Деревья предоставляют муравьям кров и пищу, и даже выделяют вкусненькие вещества. А муравьи этот дом, то есть дерево, яростно защищают. От вредителей. Но не только.

В прошлом году произошло случайное открытие. Старшеклассник Алекс Вцисло из Панамы в свободное от учебы время тренировался в стрельбе из рогатки по деревьям. Пульки у него были маленькие и твердые. В результате они оставляли отверстия на поверхности стволов тропического дерева цекропии. Что неудивительно, конечно.

Удивительно другое. Через сутки эти отверстия исчезали и любитель стрельбы из рогатки не мог найти следы своих упражнений.

Он поделился наблюдением со своими друзьями. Ребята провели эксперимент — просверлили в нескольких деревьях отверстия. И через сутки они тоже исчезли. Почему — вы уже догадались. Эти дырки заделывали муравьи, живущие в этих деревьях (у них полый ствол), чтобы в дерево не проникли враги. Но это выяснили этологи из Смитсоновского института тропических исследований в Панаме, которые узнали о наблюдении школьников.

Во всем мире известно и описано около 15 700 видов муравьев. Пока, потому что истинное их разнообразие может быть намного больше, новые виды еще предстоит открыть. Кстати, известно, что около трехсот видов проживают в России.

А вот интересно — сколько муравьиных особей обитает в мире? Их кто-нибудь считал? Пересчитать всех муравьев, конечно, невозможно. Но можно приблизительно оценить их количество. Этим и занялись биологи из Гонконгского и Вюрцбургского университетов.

Ученые собрали данные почти 500 исследований по всему миру, в которых подсчитывали муравьев на конкретных участках. Затем эти данные анализировали, складывали, умножали, аппроксимировали и получили вот такой оценочный результат: общее количество муравьев на Земле — около 20 квадриллионов, то есть 20х10¹⁵.

На самом деле эта цифра, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, намного больше, потому что в расчетах не учтено много других мест обитания муравьев, включая подземелья, мангровые заросли или бореальные леса. Здесь исследовательских данных почти нет.

Одним словом, муравьев на Земле очень много. Сухая биомасса этой популяции составляет 12,3 мегатонны углерода. Столько же, сколько совокупная сухая биомасса всех диких птиц и млекопитающих, вместе взятых.

Примечательно, что почти две трети мирового числа муравьев живет в тропических лесах и саваннах. Вот почему именно в этих районах обитают американские муравьеды, азиатские панголины и африканские трубкозубы: они умеют выкапывать муравьиные гнезда и собирать муравьев с помощью длинных нечувствительных языков.

Так потихоньку, шаг за шагом, нам открывается удивительная по богатству картина живого мира. Да, в ней еще очень много белых пятен. Но мы уже точно знаем, что все части этой картины связаны и зависят друг от друга.

Вот почему не надо давить муравьев и разорять муравейники. Муравьям будет плохо, а значит — и нам, потому что люди — это тоже неотъемлемая часть мира живого, где все зависят друг от друга.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Давайте поговорим о мусорной свалке. Не о той, что на обочине дороги или в лесу. А о той, что в космосе. Ибо везде, где появляется человек, возникает мусор, а то и горы мусора.

Дверь в космос открыла миру наша страна в 1957  году, когда впервые в истории человечества вывела на орбиту искусственный спутник Земли. С тех пор прошло без малого 76 лет. И околоземное космическое пространство стало вполне оживленным местом, где чего только нет.

За это время на околоземные орбиты было выведено почти 11 тысяч тонн различных объектов — спутников и прочих космических аппаратов, многоступенчатых ракет. Многие аппараты работают до сих пор и постоянно обновляются, а часть сгорела или разлетелась на куски в результате столкновений или взрывов.

И все это — полезные устройства и мусор вперемешку — плавает на высоте от 200 до 2 тысяч километров над Землей. Как раз в той важной зоне, где работает МКС, где висят метеорологические и навигационные спутники, спутники связи.

Ученые, и прежде всего в России, конечно, мониторят околоземные орбиты, следят за космическим мусором и заносят его объекты в каталоги. Системы наблюдения постоянно дополняются новыми математическими моделями и позволяют разглядеть объекты размером больше 10 см — на низких орбитах, и больше 30 см — на высоких. Да и то не все. Более мелкие засечь не удается. А их десятки и сотни миллионов.

И вот эта мелочь может наделать много бед, если встретится с более крупным объектом на орбите. Представьте себе шуруп, который летит со скоростью 10 км в секунду. Просто жуть. Пули, выпущенные из охотничьих ружей со своими несколькими сотнями метров в секунду, нервно курят в сторонке.

Так что мусор в космосе, и мелкий, и крупный, очень опасен для космических аппаратов и для астронавтов, если случится столкновение. И столкновения происходят.

Их начали регистрировать уже в 1980-х годах, когда космического мусора поднакопилось ощутимое количество. Так, в 1983 году маленькая песчинка размером меньше миллиметра оставила серьезную трещину на иллюминаторе шаттла. Дело чуть не дошло до беды. И такие травмы космические аппараты, включая МКС, получают постоянно. От них приходится защищаться специальными экранами.

В марте 2006 года наш космический аппарат «Экспресс АМ-11» столкнулся на орбите с космическим мусором и перешел в неконтролируемый полет. Этот аппарат мы потеряли. По этой же причине мы потеряли несколько спутников ГЛОНАСС. И это, увы, уже обычная история.

А бывает, что сталкиваются два спутника связи. Это и случилось в 2009 году, когда американский коммерческий спутник связи Iridium столкнулся с российским спутником связи «Космос-2251», который уже давно вывели из эксплуатации, то есть мусором. Они столкнулись лоб в лоб на скорости 14 км/с и превратились в большое облако осколков, сильно пополнив ряды космического мусора.

Очевидно, что нарастающий вал космического мусора опасен для космических аппаратов и астронавтов. Их надо защищать. Но нам, живущим на Земле, тоже расслабляться не стоит — космический мусор опасен и для нас.

Дело в том, что этот мусор удерживается на орбитальных высотах не вечно — от нескольких недель до месяцев на низких орбитах и до десятков и даже сотен лет на высоких, подальше от Земли. Затем его объекты входят в атмосферу Земли и сгорают.

Или не сгорают… Каждый год в атмосферу из космоса падает около 70 объектов весом более 800 килограммов. По статистике, от 10 до 40% массы каждого объекта не сгорит в атмосфере и может столкнуться с самолетами.

Пока большая часть мусора падает в океан и столкновений не происходит. Но шансы растут. В американском «Журнале инженерной космической безопасности» прочитала, что когда 20 лет назад космический шаттл «Колумбия» развалился на высоте 60 километров, большая часть обломков упала на Землю в течение 40 минут. За это время через опасную зону прошли девять гражданских самолетов. Слава Богу — все обошлось, обломки в них не попали.

А если количество космического мусора растет, то растет и вероятность столкновения падающих осколков с обычными самолетами. И совершенно очевидно, что с космическим мусором надо что-то делать.

Понятно, что в космосе тоже работает известная формула — «чисто там, где не сорят». Поэтому нужны меры, которые предотвратят образование и скопление мусора в околоземном пространстве. Эти подходы обсуждает научное сообщество. И здесь российские специалисты выступают инициатором международных обсуждений.

Но есть и другая, не менее действенная формула — «чисто там, где убирают». Можно ли убирать мусор в околоземном пространстве? Можно. Во-первых, есть пассивный способ — переправить мусор на дальние орбиты, так называемые кладбища. Но это все равно что замести мусор под ковер, то есть не решение проблемы. Растущие орбитальные кладбища могут стать заметной помехой при более активном исследовании космоса.

Есть другой подход к уборке мусора — активный. Здесь Запад предлагает несколько решений. Например — специальный космический аппарат RemoveDEBRIS, который оснащен гарпуном и ловчей сетью. С помощью этих устройств на тросах аппарат захватывает мусор и перетаскивает его на низкие орбиты, где все сгорает в атмосфере.

Европейское космическое агентство планирует в 2025 году запустить в космос другого космического спасателя, который будет охотиться на крупного зверя. Он орудует четырьмя руками и, как осьминог, хватает кусок летающего металлолома весом в 100 кг.

Его добычей в 2025 году должна стать отработанная ступень ракеты Vega, которую вывели на орбиту в 2013 году. Она как раз и весит килограммов сто.

А потом зонд включит двигатели и опустится в плотные слои атмосферы, где и сгорит с этим куском металла. А вместе с ними сгорят и 120 миллионов евро, потраченные на спасателя.

Лично мне не симпатичны такие лобовые и расточительные проекты борьбы с космическим мусором. Меня привлекают более изящные, долгоиграющие и экономные технологии.

Именно их разрабатывают российские ученые и инженеры в Институте космических исследований, в Институте прикладной физики, в Институте прикладной математики, Институте астрономии — это все академические институты. А еще — в МГУ имени М.В. Ломоносова, и в ЦНИИмаше «Роскосмоса» и многих других организациях. Мы все-таки космическая держава.

Первое симпатичное решение — лазерные установки, наземные и орбитальные. Лазерным лучом обстреливают объект космического мусора, найденный с помощью специальных оптических систем, и тем самым отдаляют его от космического аппарата или сталкивают на более низкие орбиты — в верхние слои атмосферы, чтобы сгорел. Отличное бесконтактное решение.

А вот другой симпатичный проект — своего рода котел-утилизатор на орбите от холдинга «Российские космические системы». Специальный аппарат под названием «Сборщик космического мусора» размером 2 на 1,5 метра и весом 2,5 тонны может за раз с помощью специальной сетки захватить полтонны космического мусора с размером частиц от десятка сантиметров до метра. Свою добычу он засовывает в себя же, где ее автоматически измельчает, дробит и перерабатывает за 6–8 часов.

В результате получается псевдожидкое топливо, которое Собиратель космического мусора сам и использует, чтобы маневрировать по орбитам. Такой мусорщик может работать в космосе 12–15 лет. И стоит он в три раза дешевле одного спутника GPSIII компании Lockheed Martin. На мой взгляд, красивое, экологичное и экономное решение.

Однако усилия ученых по избавлению околоземных орбит от космического мусора перекрываются нарастающим потоком космических аппаратов, особенно спутников связи, запускаемых в космос коммерческими компаниями разных стран.

Одна SpaceX Илона Маска к 2027 году выведет на орбиту почти 12 000 спутников кластера Старлинк. А в планах — 42 тысячи. И в какой-то момент этот космический мусор начнет сыпаться нам на головы в прямом смысле этого слова.

Так что стратегия «чисто там, где не сорят» куда более предпочтительна. Означает ли это, что не надо осваивать космос? Нет, конечно. Просто в каждом случае надо понимать, какие последствия вызовет технология и как их избежать. Космические технологии — не исключение.

Иначе в какой-то момент мусора в космосе соберется столько, что космическая деятельность станет просто невозможной. Так что лучше предвидеть и предупредить последствия, чем потом мужественно с ними бороться.

Кстати, в 2019 году в Институте космических исследований РАН прошла всероссийская научная конференция с международным участием «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угроз». Сборник трудов конференции доступен в Интернете. Весьма занимательное чтение для тех, кто интересуется.