Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Каждый из нас не раз видел, как громыхает гроза, пронзая землю молниями. Оказывается, в этом световом шоу участвуют и деревья, попавшие в зону грозы.

Дело в том, что во время грозы грозовые облака заряжены отрицательно, а поверхность земли — положительно. Противоположности притягиваются, поэтому заряд земли стремится к облакам. Если в зоне грозы оказался лес, то положительные заряды поднимаются к макушке и кончикам листьев по электропроводящим стволам и ветвям деревьев. На кончиках листочков они концентрируются, создают электрическое поле, которое ионизирует близлежащие молекулы газов, входящих в состав воздуха. Так образуется светящаяся плазма. Интересно, что мы с вами это свечение не видим, потому что оно ультрафиолетовое.

Все эти рассуждения о коронных разрядах на деревьях в естественной среде до недавних пор оставались лишь теоретической моделью. На них косвенно указывали, например, аномальные изменения электрического поля над лесами во время штормов. Прямых визуальных или инструментальных доказательств не существовало.

А вот Патрик Макфарланд, постдокторант из Университета штата Пенсильвания, и его научный руководитель Уильям Брюн впервые увидели их воочию. Они решили вести съемку в ультрафиолетовом диапазоне, для этого пришлось сконструировать прибор. Исследователи объединили телескоп, перископ и высокоскоростную ультрафиолетовую камеру, которая улавливала только узкий спектр ультрафиолета (255–273 нанометра), и установили устройство на автомобиле.

Летом 2024 года ученые охотились за грозами от Флориды до Пенсильвании.

В Северной Каролине им, наконец, повезло: они поймали грозу, которая продолжалась 90 минут. За это время успели понаблюдать за двумя деревьями — ликвидамбаром, или амбровым деревом, похожим на наш клен, и сосной.

Сняли раскачивающиеся ветви на обычную камеру и одновременно на ультрафиолетовую, затем наложили одно изображение на другое и увидели, что мерцающие УФ-точки совпадают с кончиками ветвей и листьев. Так ученые увидели «короны» на деревьях. Оказалось, что «короны» могут появляться в разных местах на разных деревьях. Электрическое свечение нестабильно: искры хаотично перескакивают с листа на лист.

Интересно, что разряды загораются и гаснут вслед за порывами ветра, который меняет угол наклона острых кончиков по отношению к туче. Дистанционные измерения показали, что сила тока, протекающего через светящуюся ветку, составляет около одного микроампера.

В течение того лета исследователи выполнили еще пять наблюдений и получили неопровержимое доказательство, что явление существует (Geophysical Research Letters).

Страдают ли деревья от коронных разрядов на кончиках их листьев? Лабораторные исследования показывают, что кончики листьев действительно заметно подгорают уже через несколько секунд воздействия коронного разряда. Однако можно не сомневаться, что природа предусмотрела некие механизмы адаптации к ним и быстрого восстановления.

Коронные разряды на деревьях объясняют, почему в грозу в лесу так хорошо дышится. Дело в том, что коронные разряды сопровождаются жестким ультрафиолетовым излучением, что и доказали ученые из Университета Пенсильвании. Его энергии достаточно, чтобы расщепить молекулы воды в водяном паре и кислорода.

В результате образуются гидроксильные радикалы, которые называют «моющим средством для атмосферы», потому что они взаимодействуют с парниковым метаном, летучими органическими соединениями и другими загрязняющими веществами, разрушая их. Гидроксильные радикалы также могут вступать в реакцию с кислородом, образуя озон. Именно озоном пахнет гроза. В больших концентрациях этот газ ядовит. Но природа таких концентраций себе не позволяет.

Исследования показали, что во время грозы кроны деревьев могут выделять в тысячу раз больше гидроксильных радикалов, чем все остальные лесные биохимические процессы.

Жаль, что мы, в отличие от, например, северных оленей, бабочек и колибри (и многих других животных), не видим в ультрафиолетовом диапазоне. А то могли бы полюбоваться природным световым шоу деревьев во время грозы.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Муравьи все же удивительные создания. Их умениям и навыкам можно только позавидовать. Вот, например, возьмем муравьев-бульдогов (Myrmecia midas). Эти ночные насекомые в полной темноте безошибочно находят дорогу к дому. Как они это делают? Ученые утверждают, что им помогает Луна. Но как?

Представьте, что вы заблудились в лесу, стемнело, взошла Луна. Вы на нее посмотрели, сказали — ага, мне туда — и по прямой, никуда не сворачивая, вышли к дому. Возможно такое? Не знаю, мне кажется, что по Луне ориентироваться крайне сложно, если можно вообще. Она постоянно движется, она не поднимается и не опускается в одно и то же время, а также отличается по размеру и яркости каждый день.

Но это я не могу ориентироваться по Луне. А вот муравьи-бульдоги прекрасно делают это каждую ночь, когда отправляются в лес напиться древесного сока. Возвращаться им приходится в полной темноте. Тем не менее они выходят к своему муравейнику буквально по прямой. И все благодаря Луне.

В этом убедились биологи из Университета Поля Сабатье, когда провели эксперимент. Чтобы выяснить, могут ли муравьи использовать Луну в качестве компаса, ученые ловили муравьев-бульдогов, когда те покидали свои гнезда. Часть муравьев сажали в прозрачную емкость, а другую половину — в черный ящик. Затем отвозили их на 200 метров от гнезда, там как раз располагалась заброшенная баскетбольная площадка, и проверяли, как они будут возвращаться домой.

Те муравьи, что сидели в прозрачной емкости и видели Луну, бежали домой по прямой. А те из черного ящика, которые не видели Луну с того момента, как вышли из гнезда, то есть которые не смогли сориентироваться по Луне на старте и понять, как расположено гнездо, были дезориентированы и выбирали неправильные направления.

Однако как они это делают — я представить себе не могу. Пользоваться лунным компасом крайне сложно. Во-первых, часто Луну на небе не видно, ее заслоняют облака, не говоря уже о вулканических выбросах. Но это нам с вами не видно. А у муравьев-бульдогов, оказывается, есть особые глаза, которые видят круговые узоры из поляризованного лунного света, расходящиеся по небу, поэтому они могут интуитивно определять положение Луны, даже когда она находится за горизонтом.

Во-вторых, у муравьев-бульдогов есть чувство времени. В зависимости от времени суток муравейник может находиться слева или справа от Луны, поэтому насекомым приходится сопоставлять положение Луны со своим внутренним ощущением времени.

Но и это не всё. Луна ведь всё время движется, поэтому и положение муравьиного гнезда относительно Луны всё время меняется. И эту корректировку с учетом движения Луны муравьи умеют делать. Скажем, если муравей знает, что его гнездо находится на 10° правее Луны (он это определил, когда выскочил из гнезда на прогулку) и что Луна смещается на 10° каждый час, то через 5 часов, когда ему нужно будет вернуться, его гнездо будет на 60° правее. Туда он и идет по прямой. И не промахивается (Current Biology).

Ну разве не удивительно? Помню, как однажды я с маленькой дочкой заблудилась в лесу. Буквально в трех соснах. Вспомнила всё, чему меня учили в школе и походах — как ориентироваться по солнцу, по деревьям и так далее. Ничего не помогло. Спасли нас только звуки поезда, по которым я вырулила на железную дорогу.

А дальше уже было просто. Проблема была в том, что поезда и электрички здесь ходили редко. А муж на даче уже собрал спасательную команду, чтобы нас искать. Муравьи-бульдоги надо мной посмеялись бы — у них с чувством времени и пространства всё идеально.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Препринт, недавно опубликованный в bioRxiv, вызвал бурление среди ученых, занимающихся исследованиями в области наук о жизни. В препринте сообщалось, что использование модельных организмов в лабораторных исследованиях сокращается. Исследователи проанализировали статьи, опубликованные в течение 30 лет в 48 журналах, и подсчитали, что доля исследований, в которых использовались модельные организмы, сократилась на 68%. Доля статей, посвященных дрозофилам и дрожжам, сократилась более чем на 90%.

Неужели наука больше не нуждается в услугах дрозофил, нематод, дрожжей и мышей, которые позволили расшифровать генетический код, раскрыть тонкости клеточного деления и выявить механизмы наследования — животных, с которыми работали более 80% лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине? Как вообще появилось это исследование?

Николя Гомпель, старший автор препринта, генетик и эволюционный биолог из Боннского университета, рассказал, что исследование началось со случайного наблюдения. Он был судьей на конкурсе изображений его любимого модельного организма — плодовой мушки Drosophila melanogaster и просматривал такие журналы, как Science и Cell, в поисках потенциальных участников конкурса. Вот тут-то он и заметил, что статей о дрозофилах гораздо меньше, чем он ожидал, и удивился. А если удивился, значит, есть повод для исследования.

Гомпель и его коллеги решили посмотреть, как в течение последних 30 лет (с 1995 по 2024 г.) менялось количество научных статей об исследованиях, в которых ученые работали с восемью модельными организмами, в том числе дрозофилой, домовой мышью, нематодой, дрожжами и арабидопсисом. Объектами анализа стали 48 научных журналов, включая Science, Cell, Nature, Evolution, Immunity, PLOS Biology и The EMBO Journal.

Оказалось, что за 30 лет количество статей, посвященных этим восьми видам, увеличилось, но их доля в научной литературе резко сократилась, поскольку количество статей, в которых эти существа не упоминались, росло гораздо быстрее. Причем это касалось и журналов с самым высоким импакт-фактором, и изданий более низкого уровня, то есть эта тенденция, похоже, носит универсальный характер и не связана с тем, где опубликовано исследование.

Правда, домовая мышь не очень вписалась в тренд. С 2015 по 2024 год количество статей о мышах в год оставалось примерно одинаковым, а доля статей о грызунах в ведущих журналах с 1995 по 2024 год была неизменной. Такую относительную стабильность можно объяснить тем, что фокус журналов смещается от фундаментальной биологии к прикладной, где мыши более полезны, чем другие животные.

Гомпель делает вывод, что «модельные организмы теряют свою изначальную роль в качестве систем для изучения фундаментальных свойств жизни». По его мнению, эти очевидные изменения «очень плохие». Однако другие исследователи ставят под сомнение некоторые аспекты анализа, например выбор журналов, и утверждают, что беспокоиться не о чем.

Философ Рэйчел Энкени, изучающая исследования в области модельных организмов в Вагенингенском университете и научно-исследовательском центре (Нидерланды), считает, что выявленная исследователями тенденция, скорее всего, связана с тем, что в выборку попало большое количество публикаций общего характера. В 1990-х и начале 2000-х годов в исследованиях модельных организмов было сделано множество открытий: например, в 1996 году была завершена расшифровка генома дрожжей, а в 2000 году — дрозофилы. Однако с тех пор в исследованиях этих распространенных лабораторных видов не было сделано столько же прорывных открытий, поэтому количество статей в универсальных научных журналах уменьшилось. И, как следствие, привело к очевидному спаду в этой области в целом.

Но это не значит, что исследования этих организмов прекратились, говорит Энкени. Она отмечает, что статьи о модельных организмах сегодня чаще публикуются в специализированных журналах, посвященных таким темам, как стволовые клетки и нейробиология, которые не были включены в анализ. По ее словам, чтобы зафиксировать снижение показателей, исследователям нужно глубже изучить, как ученые используют эти организмы в своих лабораториях.

Иными словами, на основании данных, полученных авторами препринта, «не стоит делать вывод о сокращении использования модельных организмов». Слава Богу!

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Была недавно на Химическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета (теперь это Институт химии СПбГУ), который расположен в Петергофе. В свое время здесь пытались построить университетский кампус. Строительство началось в 80-х годах. Построили два корпуса, после чего всё остановилось — пришли дикие 90-е. От идеи остались два одиноких корпуса в лесу, куда переехали физический и химический факультеты.

Строили по моде 80-х — с большими окнами, чтобы было много света. Действительно, света много. К тому же через эти панорамные окна открываются красивые виды соснового леса вокруг. Но есть одна проблема: зимой в этом корпусе очень холодно, температура не поднимается выше 15°С и никакое отопление не справляется, поэтому студенты и сотрудники учатся и работают в теплых свитерах и куртках. Вот вам и большие окна — всё дело именно в них. Хотя, честно говоря, корпус был построен тоже тяп-ляп.

Если посмотреть на тепловой (инфракрасный) портрет фасада современного многоэтажного здания зимой, то сразу станет ясно, что основные потери тепла происходят через окна — они на термограмме окрашены в густой красный цвет, стыки между панелями — в зеленый, а стены — в синий. Кстати, на здания приходится около 40% мирового потребления энергии, большая часть которой теряется через окна.

Так что прозрачные стеклянные стены в домах хороши для теплых стран и регионов. Для России, где очень много северных территорий, это не годится. Москва, кстати, не исключение. В Москве тоже хватает таких новомодных стеклянных домов, расходы на отопление которых просто разорительны. Нам, северянам, нужна другая архитектура. Или, может быть, другие стекла в окнах?

Ученые работают в этом направлении. Уже появились стеклопакеты, заполненные инертным газом (аргоном, криптоном, ксеноном). У этих газов более высокая плотность и вязкость по сравнению с воздухом, поэтому они хуже проводят тепло и замедляют передачу тепла через окно. Кроме того, они подавляют конвекционные потоки внутри стеклопакета, что тоже уменьшает перенос тепла. А заодно работают звукоизоляцией.

И вот — очередная инновация. Команда, возглавляемая А. Бхардваджем из Университета Колорадо в Боулдере, разработала новый класс оконных материалов на основе силиконовых полимеров. Они состоят из трехмерных сетей крошечных полисилоксановых трубок.

Для производства ученые использовали в качестве сырья метилтриметоксисилан (МТМС), а также различные добавки.

Метилтриметоксисилан

Изготовить материал, в сущности, просто. Все компоненты смешивают, выливают в форму и выдерживают при 55°С в течение 12–72 часов. Получается силиконовый гидрогель. Его надо промыть несколько раз, чтобы удалить поверхностно-активные вещества и растворители, а затем дать гелю высохнуть. В созданной таким образом мезопористой трубчатой пленке в конце концов остается только воздух внутри пор.

У нанотрубок, изготовленных таким образом, диаметр всего около 6 нанометров, а пространство между трубками составляет около 20–30 нанометров. Так что по формальным критериям этот материал относится к мезопористым. Размеры пустот в этом материале меньше длины вол солнечного света (380–780 нм), да и для движения свободных молекул воздуха места тоже очень мало.

Благодаря такой конструкции и точному геометрическому расположению трубок пленки, диски, изготовленные из этого гидрогеля, прозрачны и обладают высокой теплоизоляцией. Это связано с тем, что запертые молекулы воздуха практически не могут проводить тепло, а видимый свет практически не отражается от силикона и проходит через него. В связи с этими свойствами исследователи называют свое творение MOCHIs: мезопористые оптически прозрачные теплоизоляторы (Science).

Эксперименты подтвердили, что у нового материала исключительно низкая теплопроводность, всего 10–12 мВт/м·К (милливатт на метр на Кельвин) — это значительно меньше, чем теплопроводность неподвижного воздуха, которая составляет около 27 мВт/м·К. Так что изоляционные свойства этих окон сопоставимы с таковыми у стен домов. Кроме того, стекла более чем на 99% прозрачны и практически не пропускают дымку. Для сравнения: обычные стеклянные панели прозрачны лишь на 92%. Кроме того, пленка, встроенная в окна, подавляет звук, тем самым обеспечивая лучшую изоляцию внутренних помещений от шума, чем просто стекло.

Из нового материала можно делать оконные стекла, а можно помещать пленки между стеклами в стеклопакетах. А можно силиконовый гидрогель сделать матовым или нанести на него специальное покрытие, из-за чего материал начнет поглощать и удерживать солнечно тепло. Так что новый материал потенциально подходит и для солнечных тепловых установок, которые можно встраивать в окна, размещать на фасадах и получать дополнительное тепло для обогрева здания.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

В самом деле, почему они это делают? Вообще, грызуны — самый большой и разнообразный отряд млекопитающих, он объединяет более 1600 видов. Это и бе́лки, и хомяки, и мыши, и бобры, и тушканчики, суслики, ондатры и много кто еще. У всех у них есть нечто общее — сильно развитые резцы, то есть два передних зуба в каждой челюсти. У резцов нет корней, и они постоянно растут в течение всей жизни животного.

Так что грызуны вынуждены всё время что-то грызть, чтобы стачивать зубы, иначе челюсть перестанет смыкаться. Кроме того, при грызении зубы самозатачиваются, что для животного тоже жизненно важно. А если зубы не стачивать, то они мешают животному питаться, в результате оно может погибнуть.

Биологи долгое время считали, что грызть — это такой же автоматический рефлекс, как моргание, — такая неосознанная форма поддержания организма в рабочем состоянии. Да, это так, но это не вся правда. В научном журнале Neuron появилась статья, в которой исследователи утверждают, что грызуны не просто грызут, чтобы стачивать зубы. Они делают это еще и потому, что им это нравится! То есть ради удовольствия.

И вот однажды биологи в одной из лабораторий Мичиганского университета заметили, что у некоторых лабораторных мышей почему-то выросли очень длинные резцы, хотя они питались той же пищей, что и мыши с обычными зубами. К тому же эти длиннозубые мыши явно не желали что-то постоянно грызть, как их сородичи. Как будто им отключили рефлекс.

Исследователи задались вопросом, не связано ли нежелание мышей грызть предметы с какими-то нарушениями в нервной системе? Чтобы ответить на вопрос, ученые поставили изощренные эксперименты, позволившие отключать разные нервные клетки у мышей и наблюдать за последствиями. Не буду рассказывать о тонкостях, они сложны. Нам важен результат. А результат таков.

Исследователи обнаружили, что нейроны в зубах грызунов чувствительны к прикосновениям и связаны с двумя неврологическими цепями. Одна из них участвует в выравнивании и смыкании челюстей, то есть в стачивании зубов. А другая воздействует на ту часть мозга, которая вырабатывает дофамин — «гормон радости». Он дарит животному удовольствие и тем самым вознаграждает грызуна за правильное поведение.

Дофамин

Такая приятная, положительная обратная связь и подстегивает грызунов продолжать процесс. Когда же эти цепи отключали, мыши переставали грызть, и их зубы отрастали.

Исследователи полагают, что нейронные цепи, отвечающие за грызение, сохранились в нервной системе многих видов. Почему собака грызет кость? Почему человек грызет ногти? Да потому же — чтобы получить удовольствие, так предполагают исследователи. Теперь мы знаем, что у нас общего с грызунами.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Микропластик — актуальная тема, тревожащая всех нас. Поэтому ученые исследуют окружающую среду в поисках пластиковых частиц микронных размеров. В прошлом году ученые кафедры аналитической химии МГУ имени М.В. Ломоносова опубликовали результаты исследования водоемов Московского региона. Они отобрали пробы воды в Москве-реке на входе и выходе из города, в реке Десна и из болота в районе Шатуры.

Самое большое количество частиц микропластика исследователи зафиксировали в Москве-реке на выходе из города. Что логично. Но оказалось, что концентрация частиц микропластика в речных водах Московского региона очень мала — несколько сотен нанограммов на литр.

В этом году ученые Химического факультета МГУ взялись за исследование бутилированной питьевой воды. Исследователи провели каскадную фильтрацию проб промышленно упакованной питьевой воды нескольких производителей (в пластиковой упаковке, стеклянной таре, пакетах тетрапак), а также проб водопроводной воды.

На самом деле задача не так проста, как кажется на первый взгляд. Несмотря на тщательную водоподготовку, в воде всё же остается незначительное количество частиц биологической природы размером от 0,1 до 10 мкм, и они могут исказить результаты подсчета частиц микропластика. Эти биочастицы ученые удалили с помощью сильного окислителя. Оставшиеся частицы микропластика окрасили флуоресцентным красителем, чтобы их можно было рассмотреть и пересчитать методом флуоресцентной микроскопии.

Подсчет показал, что во всех пробах (пластиковая упаковка, стеклянная упаковка, тетрапак, водопроводная вода) количество частиц микропластика не превышает 10 тысяч на литр воды, или, в пересчете на массовые концентрации, одного нанограмма на литр. Причем количество частиц микропластика в бутилированной воде не зависело от материала тары.

Иными словами, материал упаковки практически не влияет на число частиц пластика в питьевой воде. Условия промышленной водоподготовки важнее. «Частиц микропластика в питьевой воде столь мало, что для обычного потребителя это не может играть никакой роли», — говорит академик А.Р. Хохлов.

Так что, несмотря на распространяемые в интернете «страшилки», содержание микропластика в реках Московского региона и в бутилированное воде ничтожно мало. «Город может спать спокойно», — убеждают исследователи.

Кстати, о страшилках. Обратите внимание — никаких нормативов, закрепленных законодательством, на содержание микропластика в том, что мы едим, пьем и чем дышим, нет. Это говорит о том, что влияние микропластика на здоровье человека основательно не исследовано.

К тому же частицы микропластика слишком крупные, а клеточные мембраны — слишком умные. Они прекрасно регулируют поступление одних веществ и запрет на допуск других. Причем во всех случаях речь идет о молекулах, а не микрочастицах. Другое дело наночастицы пластика. Они по размерам сравнимы с крупными молекулами тех же белков и, вероятно, могут каким-то обманным путем проникнуть в клетки. Но об этом мы поговорим в следующий раз.

Тем не менее проблема нахождения микропластика как в окружающей среде, так и в продуктах, потребляемых человеком, не теряет своей актуальности — сам вопрос исследуется лишь несколько лет и требуется провести еще значительную работу в этом направлении.

Однако здравый смысл надо включать. Здравый смысл в данном случае — это отказ от одноразовый посуды и прочих бессмысленных пластиковых штучек. Там, где без него можно обойтись — надо обходиться.

А мы будем следить за научными исследованиями в этой области и докладывать вам о результатах.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Сельскому хозяйству нужен аммиак. Он — природный гербицид, подавляющий рост сорняков. Он — нейтрализатор кислых почв. Наконец, его соли — отличные азотные удобрения питающие растения. Аммиака нужно много, поэтому заводы, его производящие, не простаивают и дают 183 миллиона тонн NH₃ в год.

Промышленный синтез аммиака происходит по знаменитой схеме Габера — Боша: из азота и водорода на катализаторе. Азот берут из воздуха, благо его там много (78% по объему). А водород получают конверсией метана из природного газа. Катализатор на основе железа, температура (от 350 до 450°C) и высокое давление (150–200 бар) — таков знаменитый процесс промышленного синтеза аммиака, который потребляет 5% всего природного газа, добываемого в мире.

Этот процесс, работающий уже более ста лет, всех устраивал, пока США и Израиль не напали на Иран и не начались перебои с поставками природного газа по всему миру. Замаячили дефицит минеральных удобрений перед посевной и перспектива голода. В такие отчаянные минуты начинаешь задумываться об альтернативе.

А между тем альтернативный способ получения аммиака, менее энергоемкий и более экологичный, уже давно ищут исследователи. В последнее время внимание ученых сосредоточено на электрохимическом катализе. В этом направлении работают разные лаборатории, которые выяснили, что, если применять контролируемые электрохимические потенциалы, азот может гидрироваться при более низких температурах и давлениях, чем в процессе Габера — Боша.

Что же касается водорода, то его источником и носителем в электрохимическом синтезе может быть обычная вода. И не просто вода, а микрокапли воды, в которых на твердой подложке-катализаторе образуются активные радикалы H· и ·OH и протекают спонтанные окислительно-восстановительные процессы. Эти явления, открытые учеными, позволяют использовать воду и атмосферный азот для производства аммиака. И первые пилотные установки уже появились.

Вот что придумала команда ученых из Стэнфордского университета, возглавляемая Сяовэй Сун (Science Advances). Они сделали сетку из проволоки (оксид меди), напылили на нее чернила на основе раствора этанола (6:4) с интересным составом, в который входят катализатор магнетит Fe₃O₄ и нафион (nafion), полимеризованный фторуглеродный виниловый эфир, содержащий сульфогруппы. Всё это высушили, а потом эту катализаторную сетку еще и выпекали в автоклаве при температуре меньше 200°С, чтобы катализатор и полимер надежно прицепились к сетке.

Напомню, что нафион известен как великолепный мембранный материал, который обладает высокой ионной проводимостью и избирательно поглощает воду. Его получение запатентовала американская фирма DuPont в 1964 году. Позднее аналогичные полимерно-электронные мембраны стали выпускать и в России под названием МФ-4СК.

Вот как это работает на открытом воздухе, при обычной температуре и атмосферном давлении. Капли атмосферной влаги попадают на сетку — либо благодаря ветру, либо с помощью вентилятора. Нафион поглощает воду, и внутри мембраны начинается движение ионов водорода, а на катализаторе расшатываются молекулы атмосферного азота.

В результате образуется аммиак, который легко покидает мембрану и растворяется в воде, конденсирующейся на холодной стенке после мембраны. Получившийся раствор аммиака можно направлять в оросительную систему. Вот такая электрохимия под открытым небом.

Исследователи испытали свою опытную портативную установку на 9 площадках — в теплицах и в открытом поле. Оказалось, что чем больше влажность, тем выше был выход аммиака в тестах. Поэтому исследователи разработали дополнительную систему распыления с насосом, которая подает воду в процесс, рециркулирует ее и снова распыляет в воздух.

В лаборатории опытная установка давала до 500 мл аммиака в час. Понятно, что в полевых условиях производительность была похуже — 20 мл/ч. Не так много, но оказалось, что сетка производит достаточно аммиака в течение двух часов, чтобы удобрять растения в теплице.

Однако Сонг и его коллеги уверены, что эти показатели можно значительно увеличить, если за дело возьмутся опытные инженеры. Ученые надеются, что через два-три года установка будет готова к продаже. И тогда фермеры смогут сами производить важное азотное удобрение прямо в поле и теплице. Снизится зависимость от природного газа, исчезнут транспортные расходы на перевозку аммиака, да и природа вздохнет с облегчением — против такого аммиака она не возражает.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) 31 марта опубликовала сумму общих расходов Китая на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в 2024 году. Она составила 1,03 триллиона долларов, в то время как в США — 1,01 триллиона долларов.

Это не прорыв — это тенденция. По данным ОЭСР, на протяжении как минимум десяти лет Китай постоянно увеличивал общие расходы на исследования почти на 10% в год, опережая темпы роста в США. Например, в 2024 году Китай увеличил расходы на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы на 9,7%, а США — на 3,4%.

Однако финансирование — не единственный критерий. Количество публикуемых научных статей и их цитирований не менее значимый и говорящий показатель. Хотя, понятно, что второе вытекает из первого. Но и здесь всё в порядке. В 2022 году Китай обогнал США по количеству наиболее цитируемых статей. В 2024 году Китай обогнал США по общему количеству публикаций, индексируемых в базе данных Web of Science. В том же году Китай обогнал США по количеству статей, включенных в индекс Nature, который отслеживает публикации в 145 ведущих научных журналах.

Правда, одна область, в которой США по-прежнему лидируют по объему финансирования, — это фундаментальные исследования. По данным ОЭСР, США тратят на них 0,5% валового внутреннего продукта, в то время как Китай — 0,19%, то есть почти втрое меньше.

Интересно, сохранят ли США лидерство в финансировании, а значит — и в результативности, фундаментальных исследований? Велика вероятность, что нет. Судите сами. «Второй год подряд Белый дом просит Конгресс значительно сократить расходы на федеральные исследования, в том числе на 55% урезать финансирование Национального научного фонда (ННФ), на 23% — финансирование НАСА, на 15% — финансирование Управления науки Министерства энергетики США (DOE) и на 12% — финансирование Национальных институтов здравоохранения (NIH).

План также предусматривает отказ от ряда программ, направленных на борьбу с изменением климата и защиту окружающей среды, а также на ограничение расходов на публикацию научных статей и подписку на научные журналы» (Science). Кстати, ту же позицию в этом вопросе занимает и Китай, потому что плата за публикации научных статей в научных журналах, а также стоимость подписки на них просто несусветная.

Сторонники финансирования научных исследований надеются, что Конгресс снова воспротивится этим планам. «Мы призываем Конгресс, как и в случае с бюджетом на 2026 год, отказаться от этих недальновидных сокращений и увеличить инвестиции в американскую науку», — говорится в заявлении Ассоциации американских университетов.

Однако деваться некуда: чтобы покрыть 40%-ное увеличение расходов на оборону, расходы на невоенные программы, в том числе на науку, надо сокращать. Администрация заявляет, что при перераспределении бюджета скудные средства будут направлены на приоритетные направления исследований, такие как здравоохранение, искусственный интеллект (ИИ) и квантовые вычисления.

И хотя бюджет еще не утвержден, сокращение штатов и уменьшение финансирования, а также реструктуризация исследовательских центров и научных институтов в США уже идет вовсю, если судить по публикациям в Science.

Впрочем, сокращение расходов на науку — это общемировой тренд. В этом смысле Китай — уникальное исключение, земля обетованная для ученых. Правда, с одним уточнением — ученых, занимающихся прикладными исследованиями.

…робособаку-поводыря научили разговаривать с хозяином (40th Annual AAAI Conference on Artificial Intelligence, arXiv)…

…из-за запрета ароматизированных табачных смесей молодые люди в принципе отказываются от электронных сигарет, но курить обычные они не начинают (JAMA Health Forum)…

…когда при промывке пластикового мусора используют ультразвук или соду с мылом, то в воде накапливаются фталаты и бисфенолы в концентрациях, многократно превышающих допустимые нормы (Advances in Materials Science and Engineering)…

…биологические часы плода запускаются еще в утробе матери через поступление в него гормонов глюкокортикоидов, поэтому принимать содержащий их препарат надо с учетом времени суток (Journal of Biological Rhythms)…

…микроводоросли, которые выращивали на свету и при добавке уксуса, так перестроили свой метаболизм, что росли гораздо быстрее, чем отдельно на свету или в воде с уксусом, а математическая модель этого предсказать не смогла (Proceedings of the National Academy of Sciences)…

…несмотря на пропаганду вредности натрия, лишь 10% гипертоников и менее 5% людей с нормальным давлением употребляют соль, где часть натрия заменена калием, более того, потребление таких заменителей снижается (Hypertension)…

…эффективность телевизионной рекламы в два раза ниже, чем до сих пор утверждали специалисты (Marketing Science)…

…у людей, которые никогда не состояли в браке, многократно возрастает риск получить рак, связанный с вирусом папилломы человека, а именно шейки матки и анального отдела прямой кишки (Cancer Research Communications)…

…дыры в солнечной короне с наибольшим дисбалансом магнитных полей порождают ураганы солнечного ветра (Astrophysical Journal)…

…создан искусственный интеллект, способный не хуже человека отыскивать трещины на изображениях бетонных конструкций, что в перспективе позволит автоматизировать инспекцию мостов, стен, тротуаров и других сооружений (Machine Intelligence Research)…

…популярный инсектицид хлорпирифос меняет состав микробиома человека и так способствует развитию диабета 2-го типа (Diabetic Medicine)…

…еще 15 тысяч лет назад люди, принадлежащие к разным племенным группам, обменивались щенками домашних собак (Nature)…

…засветка ночного неба растет почти на 10% в год, и это означает, что сейчас мы видим 250 звезд, а через 18 лет — не более ста (Science)…

Администрация федеральной территории «Сириус» начинает прием заявок на третью очередь конкурса «Привлечение научных команд под руководством ведущих и молодых ученых для проведения исследований на базе научных и образовательных организаций Сириуса» в рамках реализации мероприятия 2.3 госпрограммы научно-технологического развития федеральной территории.

Грантовая поддержка запланирована для двух категорий проектов: под руководством ведущих и перспективных молодых (в возрасте до 39 лет) ученых. Максимальный размер одного гранта для ведущих учёных составит 50 миллионов рублей ежегодно. Объем финансирования проектов перспективных молодых ученых — до 30 миллионов рублей в год.

Гранты выделяются на проведение трехлетних научных исследований с последующим возможным продлением срока выполнения проекта на два года по приоритетным направлениям развития науки, технологии и инновации ФТ «Сириус»: науки о жизни; информационные технологии; когнитивные и междисциплинарные исследования; экология и климат.

К участию в конкурсе приглашаются ведущие/молодые российские и зарубежные ученые. Подробная информация о конкурсе и полный текст конкурсной документации представлены на сайте госпрограммы: https://siriusnauka.ru/contests/fts_2026_2_3_2/

Заявки принимаются в срок до 12:00 (UTC+3) 25 мая 2026 года. Результаты конкурса утверждаются Советом государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус» в срок не позднее 10 июля 2026 года и размещаются на сайте госпрограммы.