Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

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

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

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

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

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

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

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

Иллюстрация Петра Перевезенцева

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Иллюстрация Петра Перевезенцева

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Иллюстрация Петра Перевезенцева

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Причем больше половины типов ученые описали впервые.

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

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

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

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Сегодня мы много говорим о нашем российском технологическом суверенитете, о нашей инновационной самодостаточности. Но как выглядит мировой технологический ландшафт в целом? Каковы тенденции? Кто лидеры сегодня?

Исследованием этого вопроса занимается австралийский аналитический центр Australian Strategic Policy Institute (ASPI), который работает при государственной поддержке. В конце августа институт выпустил очередной отчет «Трекер критических технологий», в котором оценил научно-технологический потенциал разных стран и их вклад в развитие прорывных и критических технологий.

Сначала, разумеется, аналитики определили, о каких прорывных и критических технологиях идет речь. Они выбрали 64 таких направления, которые касаются обороны, космоса, энергетики, передовых материалов искусственного интеллекта, биотехнологий, робототехники, информационной безопасности, вычислительных процессов, квантовых технологий, экологии и другого.

Затем исследователи проанализировали первые 10% самых цитируемых научных публикаций по этим 64 технологическим направлениям. В анализ вошли данные за последние два десятка лет, с 2003 по 2023 год. Это, конечно, гигантский объем материалов — почти 7 миллионов статей в мировых научных журналах. Но чем больше выборка для исследования, тем надежнее можно выявить тенденции.

Вообще, научные статьи стали делом привычным и обязательным для научного сообщества еще в конце XVII века, когда собственно наука укрепилась как отдельный вид человеческой деятельности и появилась профессия ученый. С тех пор объем научных исследований растет в геометрической прогрессии.

Сегодня объем научных публикаций удваивается примерно каждые 15 лет. Каждый год в научных журналах публикуют миллионы научных статей. Что, впрочем, неудивительно — сегодня в науке работает более 12 миллионов человек в мире.

В начале XXI века США возглавляли рейтинги по 60 направлениям из 64, которые анализировали австралийские специалисты. То есть США лидировали в подавляющем большинство исследований в области прорывных технологий, а именно — в 94%.

Однако на исходе первой четверти XXI века ситуация резко изменилась. Из доклада следует, что на первое место в мире по научному вкладу в большинство передовых технологических направлений вышла КНР. Китай занял первое место по числу самых цитируемых исследований в 57 областях из 64, то есть возглавил 90% направлений из списка. США же смогли сохранить лидерство всего лишь в семи направлениях, то есть в 11% технологических направлений. В общем, Китай перехватил у США лидерство в важнейших технологических областях.

В каких именно? Да почти во всех. Передовые композиционные материалы, умные материалы и покрытия, метаматериалы, наноразмерные материалы и их производство, оптическая и радиочастотная связь, а также подводная беспроводная связь. Сегодня объем китайских исследований в этой области в три — пять раз превышает американский.

Однако лидерские позиции Китая наиболее сильны, причем с 2016 года, в синтетической биологии. Здесь китайские ученые публикуют почти в пять раз больше высокоцитируемых исследований, чем американские.

Среди областей, где Китай вырвался вперед буквально в последние годы, в аналитическом отчете названы квантовые датчики, высокопроизводительные вычисления, гравитационные датчики, запуск космических аппаратов, проектирование и изготовление передовых интегральных схем, радары, авиационные двигатели, дроны, робототехника, спутниковое позиционирование и навигация.

А что же США? Как я уже сказала, США сохранили свое лидерство лишь в семи технологических направлениях из 64. Это ядерная медицина и лучевая терапия, генная инженерия и вакцины, а также квантовые вычисления, спутники и атомные часы. Отнюдь не густо.

Австралийские исследователи подметили еще кое-что интересное. За последний год сильно сдала позиции Великобритания. Она уступила свое лидерство в восьми технологических трендах и выбыла из первой пятерки стран по этим направлениям.

А вот Индия, напротив, сильно укрепила свои технологические позиции. Теперь эта страна входит в пятерку лидеров по 45 из 64 важнейших направлений. Кроме того, Индия вытеснила США со второго места по количеству прорывных научных работ в области биопроизводства и блокчейн-технологий.

Впрочем, судить о технологическом лидерстве по индексу цитируемости научных статей — на мой взгляд, не особо корректная история. Хотя бы потому, что этот параметр можно изменять в ручном режиме.

Cтатьи статьями, но судить все же стоило бы и по делам. Я вспоминаю, как 20 лет назад, когда полным ходом шло строительство Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРНе, понадобились сверхпроводящие магниты.

К кому же обратился ЦЕРН? Конечно — к нашим гениальным физикам. В НИИ ядерной физики имени Г.И. Будкера в Новосибирске разработали, изготовили и отправили в ЦЕРН четыре тысячи тонн уникальных дипольных магнитов, сверхпроводящих. Вклад, причем технологический вклад, только одного этого института в сооружение БАК оценивается в 90 миллионов швейцарских франков.

И это только один пример. А вообще в сооружении и обустройстве БАК участвовали 12 российских институтов и два наших федеральных ядерных центра. Что, впрочем, недавно не помешало руководству ЦЕРНа предложить нашим физикам покинуть помещение.

И кто скажет теперь, что наука вне политики? Но вернемся к нашим «братьям навек» — китайским ученым. И безо всякого анализа высокоцитируемых научных статей ясно видно, что Китай — технологический лидер сегодня. На самом деле, это результат продуманной и последовательной государственной политики на протяжении последних 20 лет.

В австралийском отчете очень правильно написано, что «достижение и сохранение лидерства в научно-исследовательской области — это не кран, который можно открыть или закрыть. Создание технологического потенциала требует постоянных вложений в научные знания, талантливые кадры и высокорезультативные институты, а также накопления этих ресурсов. Сформировать их с помощью краткосрочных или разовых инвестиций нельзя». Все верно, не поспоришь.

…скорость измерения «вибрационного отпечатка» молекул с помощью рамановской спектроскопии увеличена в 100 раз (Ultrafast Science)….

…двуязычие помогает отсрочить развитие болезни Альцгеймера на пять лет по сравнению с людьми, владеющими только одним языком (Bilingualism: Language and Cognition)…

…100%-ный говяжий фарш способствует синтезу мышечного белка в большей степени, чем соевый аналог: одна говяжья котлета заменяет две из соевого белка (American Journal of Clinical Nutrition)…

…более 20 миллионов тонн пластика ежегодно попадает в окружающую среду, и большая его часть распадается на микропластик (Nature Chemical Engineering)…

…расширение доступа к новым высокоэффективным препаратам для снижения веса может предотвратить более 40 тысяч смертей в год в Соединенных Штатах (Proceedings of the National Academy of Science)…

…в домохозяйствах, где глава — пожилой человек, производится вдвое больше пищевых отходов, чем в домохозяйствах, где глава — человек в возрасте до 30 лет (Nature Communications)…

…кесарево сечение и кишечные бактерии, передающиеся ребенку от матери с избыточным весом, могут способствовать набору лишнего веса у детей (JAMA Pediatrics)…

…согласно новой оценке, растения по всему миру поглощают примерно на треть больше углекислого газа, чем считалось ранее (Nature)…

…бедствие в виде цинги, вызванной дефицитом витамина C, может вновь вернуться из-за роста стоимости жизни и числа операций по снижению веса (бариатрических операций) (BMJ Case Reports)…

…альтернатива антибиотикам — новые токсины, гены которых обнаружены более чем в 100 тысячах микробных геномов, разрушают клетки бактерий и грибков, не причиняя вреда другим организмам (Nature Microbiology)…

…метаанализ 21 лонгитюдного исследования показал, что чувство одиночества повышает риск развития деменции на 31% (Nature Mental Health)…

…нанофильтрация с использованием этилендиаминтетрауксусной кислоты как хелатирующего агента позволяет извлекать 90% лития из низкосортных рассолов с высоким содержанием магния (Nature Sustainability)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Помните крем, который передал Азазелло Маргарите накануне бала у Воланда и просил втереть его в тело? Она выполнила инструкцию, помолодела и превратилась в ведьму.

Теперь кремами с эффектом мгновенного лифтинга никого уже не удивишь. Ученые постарались на славу. В результате возраст женщин, имеющих доступ к этой косметике, нынче определить весьма затруднительно. Ей может быть в равной степени и 35, и 65. Мужчины в замешательстве, вся навигация летит к черту.

Однако сегодня появилось нечто более удивительное и более полезное для человечества — для медицины и для науки уж точно. Представьте, что Азазелло наших дней передал Маргарите пузырек с желтым водным раствором. Маргарита взяла пузырек, втерла раствор в кожу лица и рук, посмотрела в зеркало и… упала в обморок. Потому что желтый раствор сделал ее кожу прозрачной, и стало видно все, что под ней находится.

Именно такой волшебный раствор, делающий живую кожу обратимо прозрачной, создали биоинженеры и материаловеды. Как это получилось? Для начала давайте разберемся, почему живая кожа непрозрачна.

Вообще прозрачность или непрозрачность, чего бы то ни было — это результат взаимодействия света с компонентами материала. Кожа представляет собой композиционный материал, который содержит самые разные вещества — воду, липиды, белки. И все они по-разному взаимодействуют со светом.

Так вот, на границе раздела компонентов с разным показателем преломления свет рассеивается и не проходит насквозь. Чем меньше разброс в показателях преломления, тем прозрачнее соответствующий материал.

Есть такой алкогольный напиток абсент. Это раствор эфирных масел полыни, мяты и аниса в 70%-ном спирте. Он совершенно прозрачен. Но стоит добавит туда воды, как раствор станет мутным. Разбавленный спирт не сможет растворить все эфирные масла, и часть их выпадет в виде жидких капелек. Образуется эмульсия, система со сложной структурой, и свет начинает рассеиваться на капельках масел. То же самое и с нашей кожей.

А как систему сделать прозрачной? Надо максимально сгладить разницу между коэффициентами преломления веществ, в нее входящих. Эту работу может выполнить вещество, сильно поглощающее свет. К таким веществам относятся красители.

Исследователи перебрали более двух десятков синтетических красителей и остановились на тартразине. Это пищевой краситель с кодом Е102. Его добавляют в сливочное масло, пудинги, чипсы, плавленый сыр, конфеты и газировки, чтобы придать им желто-оранжевый цвет. Добавляют его в витамины, лекарства и косметику. Так вот — тартразин, впитавшийся в кожу, как бы сглаживает показатели преломления разных молекул и их кластеров, входящих в систему.

Как он это делает? Я, конечно, могу с умным видом порассуждать об осцилляторе Лоренца и соотношении Крамерса — Кронига. Но не буду ломать комедию — я в этом мало что понимаю. Так что поверим физикам-оптикам на слово. Если же говорить упрощенно, то краситель тартразин меняет оптические свойства кожи и как будто расчищает дорогу свету, чтобы он смог пройти насквозь.

Исследователи в эксперименте втирали водный раствор красителя в пузико лабораторной мышки. И этот участок кожи через несколько минут превращался в прозрачный иллюминатор, сквозь который были видны внутренние органы зверька. Теперь исследователи могли напрямую наблюдать за работающими желудком, печенью, тонкой и слепой кишками, мочевым пузырем.

Когда раствор тартразина втирали в лапку мыши, то видимыми становились мышцы, которые теперь можно было рассмотреть в деталях. Никакого дополнительного оборудования при этом не требовалось. Только глаза исследователя, которые вдруг приобрели способность видеть сквозь стену.

Этот эффект полностью обратим. Он исчезнет, если смыть раствор с кожи. Если же раствор не смывать, то эффект продержится около 10–20 минут. А потом кожа вернется в обычное состояние. Но, согласитесь, и за 20 минут можно много чего разглядеть.

Пока о людях речь не идет. Хотя в потенциале это, конечно, многообещающая стратегия со множеством приложений. Даже в таком рутинном деле, как, например, найти вену на руке для инъекции. Часто у пожилых людей это сделать крайне затруднительно. Не говоря уже о диагностике.

Рассматривая органы и внутренности через прозрачную кожу, мы видим их гораздо более отчетливо и детально, нежели магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвук. То есть аппаратная диагностика дает картинку с меньшим разрешением по сравнению с тем, что мы видим глазами. Новый способ обеспечивает разрешение вплоть до микрометра.

На самом деле этот метод идеально дополнит аппаратные исследования, которые могут заглянуть внутрь сосудов, почки и желчного пузыря. Прозрачная кожа такой возможности не дает.

Живая прозрачная кожа может пригодиться, например, и при лазерной терапии, когда лазерным лучом удаляют раковые клетки. Лазерный луч — это тот же свет. И он также рассеивается кожей. Возможно, участки прозрачной кожи облегчат лазерному лучу нанести точный и мощный удар по цели, причем с более глубоким залеганием.

Но и для научных исследований прозрачная живая кожа открывает потрясающие возможности. Исследователи пока экспериментируют с мышами, на которых среди прочего изучают опухоли. На них же испытывают новые лекарства для людей.

И теперь в исследованиях на грызунах можно будет обходиться без скальпеля.

Конечно, прежде чем эта стратегия придет в медицину, тартразин будут долго и тщательно тестировать, чтобы убедиться в его безвредности для людей. Но тут есть другая проблема.

Дело в том, что кожа человека примерно в 10 раз толще, чем у мышей, а это означает, что потребуются не минуты, а сотни минут, чтобы краситель продиффундировал в кожу. Так что, видимо, для людей надо искать другие, еще более сильные молекулы — с точки зрения поглощения света.

Интересно, а прозрачная кожа животных — это что-то новое для природы? Нет, конечно. Природа давно освоила технологию изготовления прозрачных покровов. Взять, к примеру, аквариумных рыб вида Parambassis ranga, которые также известны как стеклянные окуни.

Они обитают в пресных водах азиатских стран и достигают 8 сантиметров в длину. Они настолько прозрачны, что через их внешний покров можно легко рассмотреть не только все внутренние органы, но и пространство, которое находится за рыбкой. Она буквально растворяется в воде, поэтому враги ее не замечают.

А еще есть так называемые стеклянные лягушки, которые обитают в Южной Америке. Сквозь их прозрачную кожу можно рассмотреть все внутренности. А еще — стеклянный прыгающий паук, полупрозрачная саламандра и, конечно, невероятно красивый стеклянный осьминог.

Интересно, как у них решена проблема выравнивания коэффициентов преломления всех компонентов кожи? С помощью каких веществ их кожа становится оптически прозрачной? Может быть, стоит у них поискать природные светопоглощающие вещества? Я бы поискала.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Все тяжелее становится жизнь пчел. А значит, и растений, которые навещают шмели и тем самым опыляют. Таких зависимых от опыления — три четверти всех сельскохозяйственных культур.

Жизнь пчелам осложняет и меняющийся климат, и человек. Начнем с климата, который со всей очевидностью разогревается. Среднегодовая температура по планете ползет вверх. Да мы и сами видим, что лето все жарче и все длиннее. Нам-то это даже хорошо, а вот шмелям — не очень. Из-за аномальной жары они могут терять обоняние.

Это выяснили исследователи из Университета Вюрцбурга. Участниками их экспериментов стали 190 шмелей двух видов, Bombus pascuorum и Bombus terrestris, которые распространены в Европе. Их держали в пробирках, где температура была повышена до 40°С, на протяжении почти трех часов.

Затем у шмелей забирали их антенны, которыми они распознают запахи, прикрепляли к электродам и измеряли их электрическую реакцию на три компонента цветочного запаха — оцимен, гераниол и пеларгоновый альдегид. Именно эти душистые вещества привлекают шмелей и помогают найти вкусный цветок.

Оказалось, что три часа 40-градусного тепла навредили антеннам шмелей — их электрическая реакция на все три запаха снизилась почти на 80%. Иными словами, аномальная жара подавила способность шмелей улавливать важные цветочные сигналы (Proceedings of the Royal Society В).

Причем в большинстве случаев реакции их антенн не приходили в норму даже через день восстановления при более низких температурах.

Однако жара не единственная проблема. Есть еще один фактор, мешающий шмелям находить цветы. Чтобы привлечь опылителя, цветки используют весь арсенал приманок — цвет, форму, аромат и даже электростатический заряд. Оказалось, что этот заряд на поверхности цветка, который шмели используют в своей навигации как путеводный маячок, может сильно изменяться под действием пестицидов и минеральных удобрений.

Ученые из Бристольского университета экспериментировали со шмелями Bombus terrestris dalmatinus, их любимой лавандой Lavandula angustifolia и растениями из семейства Горечавковые Eustoma russellianum. Во время экспериментов цветки опрыскивали растворами минеральных удобрений и имидаклопридом, пестицидом из класса неоникотиноидов. Затем ученые измеряли величину электростатического заряда на поверхности цветков.

Интересно, что химикаты не повлияли на обоняние шмелей. Однако распределение электростатического заряда, к которому насекомые оказались очень чувствительны, сильно изменилось. В результате опылители лишились важного ориентира для поиска нектара и пыльцы (PNAS Nexus), ведь по характеру электростатического заряда шмели еще и определяют, что это за цветок.

Конечно, заряд на поверхности цветков меняется и под действием природных факторов, например ветра. Однако он быстро восстанавливается. В нашем же случае это «биофизическое загрязнение» на поверхности растений сохранялось до получаса. Получается, что агрохимикаты могут сильно изменить сигналы цветов и тем самым навредить и растениям, и шмелям. Они создают «шум» для пчел, мешая им обнаружить цветочные электрические сигналы.

Похоже, это первый известный пример антропогенного «шума», вмешивающегося в электрическое восприятие наземных животных.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

И опять — про микропластик. Наблюдаю просто вал публикаций в научных журналах из лабораторий со всего мира. И все в один голос говорят, что проблема, имеющая повышенную экологическую опасность, нарастает и усугубляется. Частицы микропластика очень легкие, практически невесомые, легко переносятся на огромные расстояния по поверхности воды и висят во взвешенном состоянии в толще воды рек, озер, морей и океанов. Их становится все больше.

Допустим, что это западная истерика, как говорят мне отечественные производители пластика. Мол, ничего подобного нет. Но вот вам исследование российских ученых из Института водных проблем Севера КарНЦ РАН и Карельского научного центра РАН, которые взялись исследовать водные объекты особо охраняемых природных территорий — Водлозерского национального парка и музея-заповедника «Кижи» — и опубликовали результаты в научном журнале «Водные ресурсы».

Исследователей интересовало, присутствует ли микропластик в донных осадках Водлозера и Кижских шхер. Западные исследования утверждают, что содержание микропластика в донных осадках увеличилось в несколько десятков раз за последние несколько десятилетий, «создав новую историческую запись эпохи антропоцена». А как дела обстоят у нас?

Исследователи отобрали пробы на четырех станциях, расположенных в Кижских шхерах Онежского озера и на пяти станциях Водлозера. Частицы размером 200 мкм и более экстрагировали, а затем идентифицировали с помощью бинокулярного микроскопа. А для анализа химического состава использовали микро-Фурье-спектрометрию.

Каков же результат? Во всех пробах без исключения исследователи нашли микропластик. На синтетические полимеры приходится 55%, на частицы модифицированной целлюлозы — 21% и 24% — это частицы природного происхождения. Больше всего микропластика обнаружили рядом с главным пассажирским причалом музея-заповедника «Кижи». А вот в донных осадках Водлозера микропластика было вдвое меньше. И химический состав частиц был несколько другой: синтетические полимеры — 81%, модифицированная целлюлоза — 9%, полимеры природного происхождения — 10%.

Почему такая разница в количестве частиц на этих двух заповедных территориях? А потому, что здесь разные туристические потоки. Кижские шхеры гораздо более популярны, чем Водлозеро.

Так что микропластик в донных осадках озер заповедных территорий в России есть, и его больше там, где больше туристов. На истерику это не похоже.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Ну вот, куриные яйца реабилитировали. Слава Богу! А ведь что только на них не наговаривали: и высокий холестерин, и повышенный риск болезней сердца, и сахарный диабет…

Правда, в последние годы стали появляться исследования, реабилитирующие прекрасные куриные яйца, которые мы так любим есть на завтрак. Например, метаанализ научных статей не подтвердил зависимость между повышенным потреблением яиц и дополнительным риском ишемической болезни сердца или инсульта.

Исследования продолжаются. Очередные новые результаты получили специалисты из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США), которые проверили, как потребление яиц со временем сказывается на интеллектуальных функциях людей старшего возраста (Nutrients).

Ученые проанализировали данные почти 900 пожилых людей старше 55 лет. В выборку вошли 357 мужчин (средний возраст около 70 лет) и 533 женщины (средний возраст 71,5 года). Их обследовали в клинике с интервалом примерно в четыре года — оценивали когнитивные функции с помощью тестов на память, внимание, гибкость ума и так далее. И конечно, их анкетировали, чтобы узнать, употребляют ли участники эксперимента яйца.

Выяснилось, что у женщин, которые ели больше яиц, в меньшей степени ухудшалась беглость речи. Статистически значимая корреляция сохранялась даже после поправок на разные факторы, включая состояние здоровья и образ жизни.

В то же время обилие яиц в рационе женщин заметно не повлияло на другие когнитивные показатели, равно как и на результаты мужчин. Однако ученые подчеркнули, что никаких пагубных последствий, связанных с употреблением яиц, у людей обоего пола они не выявили. Исследователи заключили, что яйца не только не вредят, но и могут положительно влиять на умственные функции пожилых людей.

Мне кажется, это исследование — из подборки «Физики шутят» типа «О вреде огурцов»: все, кто ел в своей жизни консервированные огурцы, рано или поздно умерли. На мой взгляд, здесь приблизительно такая же корреляция.

Думаю, что ухудшение «в меньшей степени беглости речи у женщин» — это результат не употребления яиц, а большей разговорчивости женщин в принципе. Они говорят много, непрерывно и заведомо больше мужчин — с детьми, внуками, родителями, подружками, коллегами, врачами, да и со всеми, кто подвернется. Потому что женщины — известные болтушки. При такой постоянной тренировке беглость речи, разумеется, будет сохраняться дольше.

Ох уж эти корреляции! А я бы, кстати, посмотрела, есть ли корреляция между говорливостью женщин и количеством потребляемых ими яиц.

И вообще, чтобы подольше сохранить беглость речи, больше общайтесь и разговаривайте. А если таких возможностей мало — читайте вслух. И конечно, ешьте яйца на завтрак, потому что это самый лучший и самый сбалансированный источник аминокислот, в том числе незаменимых. Не случайно римляне всегда начинали трапезу с яиц.

А заканчивали, кстати — яблоками. Ab ovo usque ad mala!