Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Речь идет о 28 лабораторных крысах, которые «оказались в космосе», не покидая Землю. Просто в лаборатории их поместили в условия, максимально приближенные к космосу с точки зрения космического излучения. Ученые из Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского, Института физики высоких энергий имени А.А. Логунова в Протвино и Медицинского факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова изучали влияние ионизирующего излучения на пластичность мозга. И все это ради будущих космических экспедиций, в которых астронавты должны быть максимально защищены.

Чтобы воссоздать эффект радиационного воздействия, с которым столкнутся космонавты в дальних космических путешествиях, крыс экспериментальной группы облучали гамма-квантами в течение 24 часов. За это время животные набрали дозу 400 мГр. А затем головы животных облучили потоком высокоэнергетических ядер углерода-12, то есть крысы получили еще 140 мГр. Суммарно они набрали в три раза больше, чем космонавты за год пребывания на МКС. А затем ученые наблюдали за животными в течение семи месяцев, делали МРТ, анализировали их поведение.

А поведение явно изменилось. Облученные крысы активнее двигались, проходили бо́льшие расстояния. Когда же в экспериментальный бокс поместили скульптуру японского бога Хотэя, облученные крысы на 95% чаще подходили к этому объекту и проводили около него на 117% больше времени, чем их необлученные собратья. Их явно привлекала новизна, а их исследовательское поведение стало более активным.

Эти изменения проявились уже на третий день после облучения и вернулись в норму только через семь месяцев. Исследователи продолжат работу, чтобы выяснить молекулярные механизмы такого переключения в центральной нервной системе.

Эти результаты ученые получили от двух групп крыс, по 7 животных в каждой. Одна — экспериментальная, другая — контрольная. А еще эти две группы дали ученым возможность заглянуть в мозг животных. С помощью иммунофлуоресцентного анализа, который позволил оценивать концентрацию нейротрофинов в сенсомоторной коре, ученые установили интересный факт. Напомню, что нейротрофины — это белки, которые поддерживают жизнеспособность нейронов, стимулируют их развитие и активность. Оказалось, что количество этих белков у облученных крыс увеличивается на 40–68% (International Journal of Molecular Sciences)

Возможно, это объясняет тот факт, что в условиях космоса у космонавтов уменьшается объем всех структур мозга, кроме сенсомоторной коры, ответственной за движение.

Исследователи предполагают, что космическое излучение не обязательно влечет за собой функциональные нарушения центральной нервной системы. Более того, они открыли феномен развития нейронов под действием радиационного излучения — ведь нейротрофинов, питающих нейроны, становится больше.

«Возможно, этот феномен можно использовать как физиотерапевтический подход в лечении некоторых заболеваний центральной нервной системы: болезни Паркинсона, инсульта, эпилепсии и других. Проверить эту гипотезу — наша первостепенная задача на будущее», — рассказал руководитель проекта Виктор Сергеевич Кохан, старший научный сотрудник лаборатории психофармакологии НМИЦ психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского. Проект поддержан грантом РНФ.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Каждый догадывается, что эксперименты в космосе — удовольствие очень дорогое. Их стоимость в прямом смысле космическая. В 2020 году затраты на один эксперимент на МКС с учетом отправки материалов на станцию и обратно составляли примерно 7,5 млн долларов. Из-за такой высокой стоимости у исследователей чаще всего есть лишь одна попытка получить результат. И это, строго говоря, не очень хорошо с точки зрения научного метода. По-хорошему, надо, чтобы результаты воспроизводились в серии экспериментов. Провести обобщение на одном примере крайне затруднительно.

И тем не менее и мы, и другие страны, чьи экипажи прилетают на МКС, идем на такие расходы. Потому что космос предоставляет уникальные условия для проведения экспериментов — ничтожная гравитация и жесткая космическая радиация. Создать такие условия в земной лаборатории едва ли возможно. Значит, эксперименты надо перенести в космос, который и сам по себе представляет огромный интерес для ученых.

Не только потому, что он колыбель жизни и родитель нашей Земли. Чтобы планировать дальние космические полеты, долгие экспедиции астронавтов к далеким мирам и колонизацию других планет, очень важно знать, как в таких необычных и жестких условиях ведут себя живые системы и неживые, впрочем, тоже, как протекают процессы. Эксперименты на МКС позволяют получить ответы на эти и многие другие вопросы, фундаментальные и прикладные, и приближают экспедицию на Марс, в которой астронавты будут максимально защищены.

Собственно, главным объектом исследования на МКС становится сам человек, оказавшийся в агрессивной среде. Мы знаем уже многое о том, как космическое излучение и отсутствие гравитации влияют на здоровье космонавтов. Астронавты, находящиеся на МКС полгода и периодически выходящие в открытый космос, получают такую дозу облучения, как если бы они сделали примерно одну тысячу рентгенограмм грудной клетки за это время.

Ученые предполагали, что облучение ослабляет иммунитет космонавтов. Но это была гипотеза, которую предстояло доказать.

Однако человек — плохой объект для исследования. Все мы разные, все мы уникальные, у каждого свой неповторимый геном. Поэтому контроля нет. И как сопоставлять результаты, полученные для разных людей?

К счастью, природа позаботилась и об этом, предоставив ученым возможность работать с близнецами, у которых набор генов одинаковый. Есть такой научный анекдот, один из моих любимых: «У биолога родились два сына-близнеца. Одного он крестил, а второго оставил для контроля».

Вот такой эксперимент с близнецами провело НАСА. В нем участвовали 50-летние близнецы Скотт и Марк Келли. Генетически они были идентичными, внешне их невозможно было различить, да и физическое состояние у них было одинаковое. Сам Бог велел посмотреть на их примере, как долгое пребывание в космосе сказывается на организме человека.

Скотт Келли прожил на МКС почти год, 340 дней. Всё это время его брат Марк находился на Земле. За обоими присматривали, регулярно брали пробы на анализ. А когда Скотт Келли вернулся на Землю, за него взялись с пристрастием — исследовали организм, что называется, до последнего гена.

И что же показал эксперимент? У астронавта Скотта по сравнению с братом Марком, оставшимся на Земле, ухудшилось зрение, он похудел, и частота мутаций в его ДНК заметно увеличилась. Зрение падает почти у каждого второго астронавта, и это вполне объяснимо. Из-за невесомости отток жидкости из мозга уменьшается, внутричерепное давление увеличивается и может вызвать отек зрительного нерва и кровеносных сосудов, а еще деформировать глазные яблоки. Такое объяснение дают ученые. Нарушенное зрение у астронавтов, как правило, восстанавливается в течение недель или месяцев.

С мутациями в генах несколько иначе. Через полгода после окончания эксперимента у Скотта наблюдалось нарушение работы 811 генов, большинство из которых были связаны с работой иммунитета. Так что гипотеза о влиянии космического излучения на иммунитет доказана. После возвращения на Землю большинство генов постепенно восстановили свою работу. Однако около 7% всех измененных генов Скотта так и не вернулись к прежней жизни, то есть не нормализовали свою работу.

Теперь мы знаем, с какими генетическими мутациями могут столкнуться участники космических экспедиций и марсианских колоний. Это знание ученые уже начали использовать, совершенствуя систему подготовки космонавтов к полету и разрабатывая мероприятия, которые могут максимально нивелировать опасное воздействие космоса на организм.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Как вы думаете, какой научный проект самый дорогой в истории человечества? Сопоставить проекты по стоимости довольно трудно, потому то они приходятся на разные годы, но всё же возможно, если корректно пересчитать в сегодняшних деньгах (habr.com).

Скажем, Манхэттенский проект по созданию атомной бомбы в США тогда, к моменту его окончания в 1945 году, стоил 2 млрд долларов. А если пересчитать на нынешние деньги, то это в 14 раз больше. И это, несомненно, один из самых дорогих проектов в истории человечества.

Если же говорить о масштабных научных проектах последних 50 лет, а они точно дороже всех предыдущих, то картина складывается такая. Большой адронный коллайдер, который построили в ЦЕРНЕ в 2008 году, в нынешних деньгах с учетом инфляции, обслуживания и нескольких модернизаций стоит 7,5 млрд долларов.

Напомню, что Большой адронный коллайдер — это подземный тоннель длиной 27 км на границе Франции и Швейцарии, в котором протоны и тяжелые ионы разгоняют до невероятных скоростей, сталкивают и изучают продукты их соударений. Сегодня это самый мощный ускоритель частиц в мире.

Строили БАК всем миром, наша страна тоже внесла огромный интеллектуальный и материальный вклад. Но стоила ли овчинка выделки?

Через четыре года после запуска ученые поймали ту самую частицу, которая больше всего похожа на бозон Хиггса и позволяет понять природу возникновения массы. Вообще, физики говорят, что ничего более важного в области экспериментального изучения свойств микромира не было и нет. Так что деньги потрачены не зря.

Другой научный проект, который более чем вдвое дороже БАК, — это телескоп «Хаббл», который запустили на орбиту в 1990 году. Этот проект в нынешних деньгах стоит 16 млрд долларов.

Казалось бы, зачем тратить такие огромные деньги, чтобы вывести телескоп на орбиту Земли? Вон их сколько на земле, и работать удобнее, и обслуживать. Однако проблема в том, что земная атмосфера вносит искажения в то, что видит наземный телескоп. Поэтому и решено было вывести этот уникальный инструмент в космос, где вакуум и полная прозрачность.

Телескоп запустили 35 лет назад, и он до сих пор исправно работает, поставляя на Землю фантастические снимки далеких галактик и галактических событий, черных дыр, загадочных нейтронных звезд, которые делают сотни оборотов в секунду вокруг своей оси и на которых гравитация в 2 млрд раз сильнее, чем на Земле.

Телескоп «Хаббл» помог доказать, и это самый главный его научный результат, что Вселенная расширяется. Так телескоп подтвердил теорию Эдвина Хаббла, чье имя этот прибор и носит.

Что называется, дай Бог ему здоровья. Но техника, увы, не вечна. Предположительно телескоп «Хаббл» выведут с орбиты в четвертом десятилетии XXI века.

Давайте поднимемся по лестнице цены научных проектов еще на одну ступеньку. И перед нами Международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР, ITER) — гигантский международный проект, расходы на который сегодня приблизились к 22 млрд долларам. Его начали строить в 2010 году во Франции. Однако идея принадлежит нашему выдающемуся физику Игорю Васильевичу Курчатову.

В конце 40-х годов прошлого века он задумался о том, что хорошо бы освоить реакции термоядерного синтеза, например превращение водорода в гелий, которые протекают на Солнце и дают колоссальное количество энергии. Энергию ядерного распада уже освоили — это и атомная бомба, и первая атомная электростанция в Обнинске. Теперь Курчатову захотелось обуздать энергию ядерного синтеза. А она в пересчете на одну частицу в несколько раз больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер.

Иными словами, Курчатов предложил зажечь на Земле рукотворное Солнце и взять его под контроль, чтобы черпать из него энергию. Но как удержать солнечную плазму, температура которой миллионы градусов? Нет таких материалов, которые могли бы выдержать столь сильный разогрев.

Эту задачу решили наши знаменитые физики Игорь Евгеньевич Тамм и Андрей Дмитриевич Сахаров в 1951 году. Они создали тороидальную камеру, похожую на бублик (пончик), в которой солнечная плазма удерживалась в вакууме сильными магнитными полями. То есть она висела в воздухе, не касаясь стенок реактора. Это устройство получило название «токамак». Первый токамак родился в СССР в 1954 году.

В 1956 году И.В. Курчатов на конференции физиков-ядерщиков в английском ядерном центре Харуэлл выступил с докладом, в котором рассказал, что в СССР сделали токамак и что теперь нет препятствий для создания термоядерного реактора. Давайте объединим усилия, навалимся всем миром и построим такой реактор. В одиночку не справиться — будет очень дорого и очень сложно.

Доклад Курчатова стал сенсацией. Мировое сообщество физиков-ядерщиков было потрясено успехами советской физики, размахом работ по термоядерному синтезу и поразительной открытостью наших ученых. Во всем мире исследования и работы в этой области были засекречены. Тогда-то термин «токамак» стал таким же узнаваемым международным словом, как и «спутник».

В 1992 году ЕС, Россия, США, Япония подписали четырехстороннее межправительственное соглашение о разработке инженерного проекта ITER. Проект сделали к 2001 году. В 2010 году началось строительство всего комплекса в Кадараше во Франции, а в 2020 году начали собирать сам реактор из компонентов.

Сердце реактора — это наш токамак высотой 60 метров и весом 23 тысячи тонн. Он будет удерживать 40 м³ раскаленной плазмы — температура внутри реактора достигнет 150 млн градусов. Магнитное поле невероятной мощности — в 200 тысяч раз сильнее земного — будут создавать громадные сверхпроводящие магниты. Одним словом, это будет что-то грандиозное и фантастическое.

Однако сроки окончания проекта постоянно откладывают, а стоимость, и без того огромная, постоянно растет. Ну а что вы хотели? За мечту надо платить. Зато каким оглушительным может быть результат! Ведь человечество получит в руки источник чистой энергии, неисчерпаемый, как Солнце.

Однако ИТЭР далеко до самого дорого научного проекта последних десятилетий — до Международной космической станции. Ее строили сообща Россия, США, Канада, Япония и Европейское космическое агентство. В нее уже вложено более 160 млрд долларов. МКС официально включена в Книгу рекордов Гиннесса как самый дорогой объект, построенный руками человека. И это самый дорогой научный проект в истории человечества.

Строительство началось в 90-х годах. В 1998 году на орбиту вывели первый модуль «Заря» с космодрома «Байконур». После этого к нему регулярно пристраивали дополнительные лабораторные и исследовательские модули. Сегодня их уже 17, не считая стыковочного оборудования. Восемь космических кораблей могут одновременно пристыковаться к станции.

МКС — уникальный объект. Представляете, у нас над головой на высоте в среднем 400 км вращается объект массой 420 тонн и размером с 30-этажный дом. Он движется по орбите со скоростью 7,66 км/с. На полный оборот вокруг Земли ему нужно всего 90 минут, поэтому экипаж может наблюдать рассветы и закаты каждые 45 минут.

МКС — третий по яркости объект в ночном небе после Луны и Венеры. Станция видна с Земли невооруженным глазом, она светится как звезда благодаря отражению в ней солнечного света и выглядит как быстро летящий самолет. Даже в Москве, где обзор неба ограничен да и само небо подсвечено, я часто вижу МКС по вечерам. Может, потому что имею привычку смотреть в небо. Но станция держится в поле зрения всего несколько минут. Все-таки движется она быстро.

В этом году МКС отмечает своего рода юбилей — 25 лет назад на станцию прилетел первый экипаж и отпраздновал новоселье, и с тех пор станция не пустовала. За 25 лет обитания на станции астронавты выполнили более 3 тысяч научных экспериментов. По их результатам опубликовано 5,5 тысячи научных статей. О некоторых расскажу в следующей заметке.

…к измененным состояниям сознания, галлюцинациям и подобным неприятностям приводят не лекарства от гриппа, а грипп сам по себе (JAMA Neurology)…

…снижение дневной выручки фондовой биржи на 1% ведет в этот день к росту числа смертей от сердца на 0,8–1%, а такое же увеличение выручки уменьшает число смертей на 0,6–0,9% (Engineering)…

…электрический трактор заменит дизельный при работе в теплице и подобных закрытых помещениях (Engineering)…

…литий, содержащийся в мозге, поддерживает нормальный режим работы всех клеток и предохраняет от слабоумия (Nature)…

…создан микроскопический робот-хирург, способный самостоятельно контролировать свои движения и разрезать ткани с точностью до 10 мкм (Microsystems & Nanoengineering)…

…магнитные атомы в аморфном германиде железа образуют порядок, подобный тому, что есть в нематическом жидком кристалле: они собраны в спиральные структуры, вдоль оси которых выстроены магнитные моменты атомов (Science Advances)…

…самая длительная молния продолжалась 16,7 с, а самый протяженный разряд состоял из более сотни молний, которые растянулись на 829 км (Bulletin of the American Meteorological Society)…

…из сенсорных клеток языка мыши и платы с микроэлектродами сделали долгоживущий органоид, который хорошо различает вкусы (Microsystems & Nanoengineering)…

…старые макрофаги становятся пятой колонной организма: вместо уничтожения раковых клеток они помогают опухоли развиваться (Cancer Biology & Medicine)…

…перспектива облысеть часто заставляет онкопациентов откладывать начало лечения как можно дольше (Journal of Drugs in Dermatology)…

…проживание на вилле в 30 км от берега теплого океана увеличивает продолжительность жизни на один год, а в городе на берегу озера или большой реки снижает ее на тот же срок (Environmental Research)…

…если чистить зубы нитью, пропитанной препаратом вакцины, то вызванные ею антитела быстро появятся в слизистой носа и легких (Nature Biomedical Engineering)…

…единственный маленький белок ORF3a обеспечил чрезвычайно высокую заразность ковида: именно он придает шипам коронавируса длину, оптимальную для внедрения в клетку (Nature Communications)…

…экстракт из ягод селитрянки Роборовского, которые жители Западного Китая традиционно используют как лекарство, значительно улучшил переработку сахара у мыши, страдающей от диабета, и снизил другие последствия этой болезни (Chinese Journal of Modern Applied Pharmacy)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Боль — это то, с чем живут миллиарды людей. Одна только боль в спине беспокоит около 600 миллионов человек во всем мире. В США каждый третий (!) испытывает постоянные хронические боли и зависит от обезболивающих. Чтобы утешить боль, часто назначают опиоиды (морфин, кодеин или фентанил), то есть наркотики. Но пациенты к ним быстро привыкают, поэтому требуют все более высоких доз для облегчения боли. А тут и до передозировки два шага.

Ученые давно ищут новые обезболивающие вещества, которые были бы безопасны. Недавно FDA одобрила к продаже новый неопиоидный обезболиватель VX-548, который разработала компания Vertex Pharmaceuticals. Он прошел все необходимые клинические испытания и доказал свою эффективность и безопасность при острой и хронической боли у нескольких тысяч людей, включая пациентов в стационарах после операции.

VX-458 блокирует натриевый канал NaV1.8, который участвует в передаче сигналов боли в периферической нервной системе. Испытания показали, что препарат успешно лечит острую боль после хирургических вмешательств, а также хроническую боль. Более 80% пациентов высоко оценили действие лекарства. Серьезных нежелательных побочных эффектов не возникало. Так что у VX-548 есть все шансы стать безопасной альтернативой опиоидам.

Не успела отгреметь эта история, как появился новый кандидат на альтернативу — препарат SBI-810:

Его создала команда исследователей, возглавляемая Ран Го (Ran Guo) из Университета Дьюка в Северной Каролине. Это вещество нацелено на рецептор нейротензина 1 (NTSR1), его обнаружили в болевых сенсорах по всему телу, а также в нервных клетках спинного и головного мозга. Этим оно отличается от опиоидов, бьющих по площадям, то есть действующих одновременно на несколько сигнальных путей клеточных нервов. Но, с другой стороны, новое вещество отлично справляется с острой и хронической болью, не опьяняет, не влияет на работу сознания, на движения тела, не вызывает привыкания.

Исследователи успешно протестировали действие своего нового обезболивающего SBI-810 на мышах и убедились, что оно работает лучше, чем обезболивающее средство для нервов габапентин и современный опиоид олицеридин. Кроме того, если SBI-810 вводить в сочетании с низкими дозами опиоидов, то новый препарат усиливает обезболивание от опиоидов. Никаких побочных эффектов — запоров, проблем с памятью, седативного эффекта — ученые не обнаружили (Cell).

Исследователи патентуют препарат, чтобы начать клинические испытания. Как видите, химия и химики служат людям. Поэтому не надо при слове «химия» морщиться и строить гримасы.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Часто можно услышать сетования, что, мол, исчезли из СМИ хорошие, положительные новости, одна чернуха, насилие, стресс. Так ли это? И если да, то в чем причина? Отличные вопросы для научного исследования.

Команда под руководством Пьетро Никля из Института исследований в области образования Макса Планка проанализировала около 40 миллионов заголовков, опубликованных англоязычными СМИ в интернете с первых дней существования Всемирной паутины в начале 2000-х годов. С помощью машины они оценили длину заголовков, эмоциональную окраску и структуру предложений. Анализ показал, что язык онлайн-заголовков постоянно менялся на протяжении этих лет. Видимо, так авторы и редакторы адаптировали сообщения к потребностям и возможностям цифровой среды.

Исследователи обнаружили, что со временем заголовки становились все более негативными. Это наблюдение согласуется с результатами, полученными Клэр Э. Робертсон из Университета Нью-Йорка, факультет психологии. Она доказала, что заголовки, в которых есть негативные слова, привлекают больше читателей. Результаты опубликованы в Nature Human Behaviour в 2023 году.

Длина заголовков также со временем увеличилась. В первые дни появления онлайн-новостей заголовки обычно были короткими — еще по инерции и по правилам печатных СМИ, в которых всегда заботились об экономии места. Цифровой формат, по сути, лишенный ограничений, поставил крест на лаконичном выражении мыслей.

Вместо коротких назывных заголовков стали появляться полные предложения с активными глаголами, местоимениями и вопросительными словами. Теперь заголовки работали наживкой, чтобы заманить читателя. Борьба за читателя вынуждает редакции использовать технологию кликбейта — способ привлечь внимание аудитории за счет громких, часто провокационных заголовков, которые обещают больше, чем содержится в самом тексте.

Выглядит это так: читатель ожидает, что в тексте он найдет ответы на вопросы, важные детали или полезную информацию, которую анонсировали в заголовке. Однако на деле содержание заметки либо не соответствует заявленной теме, либо представляет собой общие фразы и очевидные факты.

Для анализа исследователи взяли заголовки из четырех международных новостных порталов — New York Times, The Guardian, The Times of India и ABC News Australia, а также из ресурса «Новости в интернете», который содержит около 30 миллионов заголовков из разных стран. Кроме того, в качестве примера явного кликбейта исследователи включили в рассмотрение заголовки онлайн-портала Upworthy.

Тут-то и выяснилось, что заголовки качественных СМИ со временем становятся все более похожими на заголовки с кликбейтами. И это может привести к проблемам. «По мере того как стиль авторитетных СМИ становится все более близким к стилю проблемных источников, границы стираются — и становится все труднее различать авторитетные и манипулятивные тексты» (Humanities & Social Sciences Communications, 2025, 12).

Авторы предлагают установить альтернативные критерии успеха, которые будут привлекать внимание к публикациям, предоставляющим ценную информацию. Можно, конечно, поддаться отрицательному отбору. Но лучше все же побороться, чтобы не терять культуру. А это неизбежно произойдет, если кликбейтные заголовки станут нормой.

Исследование показало, что читатели предпочитают негативные заголовки. И тут же возникает вопрос — почему? Ответа на него исследователи не дают. У меня есть пара гипотез. Но оставим это для другой публикации.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Мочевина, или карбамид, — это вещество, которое всегда с нами. Оно постоянно образуется в организме в результате метаболизма и выводится с мочой. Но этим роль мочевины в нашей жизни не ограничивается. Карбамид — отличное азотное удобрение, средство для борьбы с вредителями, кормовая добавка для крупного рогатого скота, компонент для производства карбамидоформальдегидных смол, меламина, пластмасс и клеев. Карбамид задействован в производстве хлебобулочных изделий и жевательной резинки в роли усилителя вкуса и аромата, в составе глазирующего вещества (пищевая добавка E927b). Есть у мочевины работа в медицине и косметологии.

Так что мочевины человечеству нужно много. Каждый год в мире производят больше 150 миллионов тонн карбамида. Более 60% мирового производства мочевины приходится на Египет, Индию, Индонезию, Китай, Россию и США. При этом Египет, Индонезия, Китай и Россия — ключевые поставщики карбамида на внешние рынки, а Индия и США возглавляют мировой рейтинг импортеров этого вещества.

Карбамид синтезируют из аммиака и углекислого газа по реакции А.И. Базарова. Процесс не простой, потому что требует высокой температуры и давления. А значит, и расход энергии велик.

Мочевина (карбамид)

И вот поразительная новость. Оказывается, природа умеет синтезировать мочевину без всех этих ухищрений — при комнатной температуре и давлении. Я сейчас говорю не о ферментативном процессе в нашем организме. Я говорю о неживой природе за окном.

Это открытие сделали исследователи из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе. Они обнаружили, что на поверхности небольшой капли воды, в которой растворен аммиак и которая находится в среде углекислого газа, безо всякого нагрева, давления и катализаторов самопроизвольно образуется карбамид.

Исследователи пишут в своей статье в Science, что «поверхностный слой действует как микроскопический проточный реактор с химическими градиентами, обеспечивающими доступ к нетрадиционным путям реакции. Перепад pH между внутренней и внешней частью капли воды обеспечивает достаточно кислые условия реакции, чтобы растворенный в воде аммиак мог вступать в реакцию с CO₂ из воздуха. В то же время существует градиент концентраций, который смещает химический баланс реакции в сторону мочевины».

Швейцарские химики экспериментировали с крошечными капельками воды диаметром несколько микрометров. В природе такие микрокапельки можно найти, например, в морских брызгах или тумане. Химики пишут, что мочевина образуется в каплях самопроизвольно, без внешнего источника энергии. Но, возможно, без энергии поверхности здесь не обошлось. У таких микрометровых капель отношение площади поверхности к объему велико, из-за чего физические свойства этих объектов изменяются. Например, у молекул, составляющих раствор, на поверхности капли меньше соседей, чем у молекул в толще жидкости. Это делает их более энергичными по сравнению с молекулами, находящимися вдали от поверхности. В маленькой капле с большой поверхностью таких молекул много…

Вообще, не случайно в науке выделилась отдельная дисциплина — химия поверхности, междисциплинарная область науки, предметом изучения которой служат состав, структура и свойства межфазной границы, а также протекающие на ней химические превращения. Потому что все самое интересное в природе происходит именно на поверхности, на границе раздела фаз. Случай с самопроизвольным синтезом мочевины — как раз именно об этом.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Наша цивилизация прожорлива и ненасытна. Ей требуется все больше и больше природных ресурсов, чтобы не только напоить и накормить человечество, но и создать ему комфортную среду обитания в соответствии с уровнем технического прогресса. Необходимый элемент такой среды сегодня — электроника, компьютеры и всяческие гаджеты. Их начинка — процессоры, карты памяти и т.п. — содержит десятки металлов, в том числе редких и драгоценных. Например — золото.

Каждый год на свалки отправляются несколько десятков миллионов тонн этих электронных отходов. Только лишь пятая их часть идет в переработку. В результате драгоценное золото, разбросанное по помойкам, безвозвратно рассеивается по всему миру и пропадает. А запасы его на Земле конечны. Поэтому нужно всячески приветствовать усилия материаловедов и химиков, которые пытаются извлечь золото из электронных отходов и вернуть его в промышленность, то есть пустить по кругу.

Казалось бы, технологии извлечения золота из природных руд давно известны и используются. Однако технологии эти опасные и для человека, и для окружающей среды. Одна из них — извлечение золота с помощью ртути (золото образует с ртутью амальгаму). Амальгаму нагревают, ртуть испаряется, и остается золото. Слова «ртуть испаряется» звучат просто зловеще.

Другой способ получше, но не сильно — это цианидный процесс, или процесс Макартура — Форреста. Руду, содержащую золото, причем малые его количества, обрабатывают растворами цианидов, они образуют комплексы с золотом, растворимые в воде. А затем золото извлекают из этого раствора с помощью электролиза или химических реакций. Понятно, что цианиды — вещества опасные и могут нанести вред окружающей среде и ее обитателям. Так что нужен безопасный способ извлечения золота из электронных отходов — безртутный и бесцианидный.

И его разработала исследовательская группа под руководством Максимилиана Манна (Maximilian Mann) из Университета Флиндерса в Австралии (Nature Sustainability). Главное действующее лицо новой технологии — трихлоризоциануровая кислота:

Наверное, вы уже догадались, что это вещество обладает дезинфицирующими свойствами — хлора много. Действительно, при его взаимодействии с соляной кислотой образуется относительно чистый хлор. Именно поэтому трихлоризоциануровая кислота — отличный антисептик. Она медленно растворяется в воде и медленно распадается, выделяя хлор, который обеззараживает воду и отбеливает. Поэтому ее используют как антисептик в бассейнах, для очистки сточных вод и отбеливания в текстильной промышленности. Исследователи считают ее нетоксичной и безопасной. Во всяком случае на фоне ртути и цианидов это, безусловно, так и есть.

Теперь у трихлоризоциануровой кислоты, кажется, появилась новая работа — потрудиться на извлечении золота из электронных отходов. Технология выглядит так. Берем электронный лом, измельчаем, обрабатываем смесью трихлоризоциануровой кислоты и соленой воды. Золото, а также медь и некоторые другие металлы переходят в раствор. К этому раствору добавляем специальный полимер, содержащий серу (ноу-хау), который избирательно выхватывает из раствора золото.

Получается твердое вещество, которое легко отделить фильтрованием. Теперь надо нагреть его, чтобы полимер распался на мономеры и выделилось чистое золото. А затем смесь мономеров можно облучить ультрафиалетом, и они вновь соберутся в полимер. Точно так же можно вернуть в цикл и отработанную кислоту и воду.

Исследователи испробовали свою технологию на измельченных электронных отходах, включая процессорные блоки и карты оперативной памяти из старых компьютеров. Этот «мусор» содержит 200–900 миллиграммов золота на килограмм лома. Между прочим больше, чем содержится в рудах. Команда выделила 3,9 грамма золота из 30 граммов концентрированного порошка электронного лома. На мой взгляд, это фантастический результат.

Конечно, исследователи попробовали поработать и с рудой, содержащей золото. И здесь тоже успех. Новая бесцианидная технология позволила извлечь не меньше золота, чем цианидная. Сейчас химики и инженеры, создатели технологии, вплотную работают с золотодобытчиками.

Отличное решение для экономики замкнутого цикла. Осталось дело за малым — организовать централизованный сбор электронных отходов. А это задача другого рода, химикам и инженерам недоступная.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Принято считать, что все натуральное — это безусловное благо, никакого вреда от натурального, природного быть не может, потому что оно экологично по определению. Но так ли это? Давайте рассмотрим ситуацию с «натуральным» на примере эфирных масел, которые используют в ароматерапии.

Врачевание ароматными маслами практиковали еще в Древнем Египте, Индии и Китае. Традиции сохранились по сей день. И, как утверждают пользователи ароматерапии, она работает.

Запахи, несомненно, через обонятельные рецепторы действуют на наш мозг — будоражат воспоминания, вызывают положительные или отрицательные эмоции. Например, запах апельсина ассоциируется у большинства людей с приятными воспоминаниями, поэтому он, как правило, поднимает настроение. А там, где хорошее настроение, там и самочувствие лучше.

За прошедшие тысячелетия опытным путем установлено, что, например, запах лаванды успокаивает, мандарина — возбуждает, эвкалипта — облегчает симптомы простуды, а розмарина — повышает концентрацию внимания.

Правда, провести стандартные контролируемые клинические исследования, доказывающие действенность эфирных масел, крайне сложно, потому что это ароматные вещества. В самом деле, как сделать так, чтобы ни участники эксперимента, ни исследователи не знали, кто получает активное вещество, а кто — плацебо? Ведь активное вещество легко выдает себя ярким запахом. Так что стандартный протокол неосуществим. Поэтому, как и тысячи лет назад, пациенты верят эмпирическому опыту и рекомендациям врачей.

Тем не менее интересные результаты исследований все же появляются. Например, ученые из Рурского университета в Бохуме, Германия, смогли показать в эксперименте, что синтетический ароматизатор сандалор, пахнущий как сандаловое дерево, заживляет раны, действуя через обонятельный рецептор OR2AT4:

Сандалор

В небольших исследованиях пациентов с деменцией масло лаванды успокаивало, нормализовало сон и облегчало проблемы с общением. А масло перечной мяты однозначно снимало головные боли, вызванные напряжением.

Так что у аромотерапии есть потенциал, просто нужно продолжать фундаментальные и клинические исследования, создавая для них новые методики. А вот с экологичностью все намного хуже.

Есть разные способы извлечения ароматных масел из растений. Это можно делать дистилляцией, обрабатывая растения горячим паром. Можно экстрагировать масла с помощью спирта, когда речь идет о таком деликатном сырье, как цветки растений, а можно, если речь идет о цитрусовых, просто отжимать цедру, а потом полученную жидкость центрифугировать, чтобы отделить масло от воды.

Всё перечисленное требует огромного количества сырья — и потому проблема. Например, чтобы получить литр розового масло, надо переработать 5 тонн лепестков розы! Чтобы вырастить такое количество роз, требуется много земли и воды. А вода сегодня — это дефицитнейший ресурс № 1.

Второй комплекс проблем — утилизация остатков эфирных масел. Казалось бы, а здесь-то в чем проблема? Это же природный продукт! Однако в природе, в растениях нет такой высокой концентрации ароматных веществ, как в эфирных маслах, приготовленных человеком. А это значит, что ароматические масла плохо поддаются биологическому разложению и могут быть токсичны для обитателей водоемов. Значит, эфирные масла необходимо утилизировать так же, как и лекарства, а не сливать в канализацию.

Как видите, натуральное и экологичное не всегда синонимы.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

В жаркий летний денек самое время поговорить о прохладе, которую можно найти в тени деревьев. Давайте проведем мысленный эксперимент. Представьте, что вы находитесь в одном из южных городов нашей страны, скажем, в Новороссийске, Краснодаре или Туапсе. Стоит жара, за тридцать. Хочется прохлады. Перед вами четыре дерева — клен, акация, липа и платан. Все с одинаково пышными кронами. Под каким из этих деревьев стоит искать прохладу?

«Да под любым! — скажете вы. — Каждая крона дает тень, а это уже благо в адскую жару». Так-то оно так, но есть нюанс, как принято сейчас говорить. Если в данной ситуации применить научный подход, то выбор должен упасть на платан. И не только потому, что у него мощная крона.

На юге это величественное и красивое дерево называют еще чинаром или чинарой. А еще — бесстыдницей, потому что его кора отслаивается тонкими пластинками, облезает, и обнажается гладкая древесина, напоминающая женское тело. Правда, ствол становится пятнистым.

Живут платаны очень долго. Говорят, что самый крупный и самый древний из них растет сегодня в Турции, в долине Босфора. Высота его 50 метров — это как 17-этажный дом, окружность ствола 42 метра, то есть основание ствола стоит на 140 м² земли, а его возраст — более 2300 лет. Невероятно!

У нас в России тоже есть платаны-старейшины. Например — под Севастополем, в селе Терновка, растет царь-дерево — «Платан Палласа». Так назвали его местные жители в честь немецкого ученого-энциклопедиста и академика Петра Палласа, который прославился в конце XVIII века своими научными экспедициями по Сибири и Югу России. Бытует легенда, что дерево посадил именно он.

Сегодня платан Палласа имеет почти 7 метров в обхвате. Его высота более 28 метров, то есть с 9-этажный дом. А возраст более 250 лет. А еще у нас есть знаменитый Пушкинский платан в Гурзуфе высотой 30 метров. Его посадили в 1838 году в годовщину смерти А.С. Пушкина. Сегодня это охраняемый памятник природы и место притяжения для туристов.

Так почему же надо выбирать платан, чтобы укрыться от жары? Ответ на этот вопрос дает недавнее исследование биологов, которые изучали, как ведет себя это царь-дерево в экстремальных условиях.

Здесь надо вспомнить, что вообще деревья не только дают тень, прохладную саму по себе. Они также теряют воду через устьица в листьях. Она-то при испарении и охлаждает окружающий воздух. Дело в том, что испарение воды — процесс эндотермический, то есть идет с поглощением тепла. Поэтому испарение воды охлаждает воздух, забирая из него энергию.

Вы, наверное, замечали, что летом на юге на верандах многих кафе специальные устройства распрыскивают из-под навеса воду, чтобы посетителям было комфортно. Впрочем, сейчас такой способ охлаждения используют и в средней полосе — жарко везде. Эту систему называют «Охлаждение туманом». Она работает по принципу адиабатического испарения воды.

Насос накачивает воду в трубу высокого давления, на которой установлены форсунки с диаметром отверстия в доли миллиметра. Вода продавливается через крошечные форсунки и на выходе разбивается в мелкую водяную пыль. Получается туман, который почти мгновенно испаряется в теплом сухом воздухе и быстро снижает температуру окружающей среды.

Понятно, что степень охлаждения зависит от температуры воздуха и относительной влажности. Например, если температура воздуха 30°C и относительная влажности 45%, воздух можно охладить туманом до 24°C, а если температура 30°C и влажность 15% — охладить улицу можно до 18°C.

Но давайте вернемся к природным кондиционерам — деревьям. На самом деле, они тоже охлаждают себя и воздух испаряющейся водой. Однако, если становится слишком жарко — при температуре воздуха больше 30–35°С, — деревья закрывают свои поры, чтобы не потерять слишком много воды и не умереть от жажды. Так что в сильную жару работает только тень дерева. Никакого дополнительного охлаждения за счет испарения воды с листьев оно не дает.

Так думали ученые до недавних пор, пока не исследовали, как ведет себя платан в городе в экстремальную жару. Ученые из Швейцарского федерального института леса, снега и ландшафта (WSL) в Лозанне, Швейцария, установили датчики на восьми платанах, растущих в Женеве. Датчики измеряли движение соков в стволах деревьев, испарение воды, температуру в кронах и на тротуаре в тени под деревьями (Urban Forestry and Urban Greening).

Исследование проводили с мая по октябрь 2023 года, когда были как минимум две волны экстремальной жары до 39°С. Согласно общепринятым представлениям, в жару устьица на листьях исследуемых платанов должны были бы закрыться. Но измерения неожиданно показали, что даже при зашкаливающей температуре все исследуемые платаны все еще испаряли воду. Более того, с повышением температуры соки двигались активнее, испарение шло интенсивнее. В результате температура в кронах деревьев была заметно ниже, чем в воздухе. А на земле под платаном, в его тени, она была меньше на несколько градусов.

Вообще, платаны считаются гидростабильными деревьями, то есть они закрывают свои поры во время засухи, чтобы защитить себя от потери воды. И тем не менее в эксперименте они продолжали испарять воду через устьица во время сильной жары и при этом нисколько не пострадали, не умерли от жажды. Получается, что платаны при определенных обстоятельствах исключение из правил?

Что же это за обстоятельства? Исследователи предположили, что у экспериментальных платанов было достаточно воды под корнями. То есть они были надежно обеспечены влагой, знали это и потому смело испаряли воду из листьев, чтобы себя охладить. Им тоже жара ни к чему.

Так и оказалось. Действительно, под платанами довольно близко располагались подповерхностные грунтовые воды. Значит ли это, что там, где вода от корней далеко, платаны в жару закрывают поры на листьях и не испаряют воду? Пока неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи планируют поставить соответствующие эксперименты. Заодно изучить транспирацию и у других видов растений. Вдруг и они в сильную жару работают испарителями-охладителями, если у них под корнями достаточно воды?

Так что с рекомендацией всегда выбирать платан для спасения от жары я, похоже, погорячилась. Возможно, и другие деревья, заведомо обеспеченные водой, не закрывают свои устьица в листьях. Посмотрим, что покажут дальнейшие исследования.