Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Без природных ресурсов человечество жить не может, потому что ему надо питаться, возводить дома, обогревать их, производить машины, самолеты и корабли и топливо для них и так далее. Конечно, наиболее интересны возобновляемые ресурсы, чтобы не болела голова из-за исчерпаемости.

В поисках возобновляемых ресурсов человек присматривается ко всему, чему угодно. Но, как ни странно, обходит себя самого. А ведь человек — это источник возобновляемых ресурсов. Речь идет не о биологических субстанциях, от которых человек избавляется каждый день, а о волосах, которые большинство жителей Земли стрижет в среднем раз в месяц.

Количество волос, суммарно образующихся во всех парикмахерских мира, измеряется, наверное, десятками, а то и сотнями миллионов тонн каждый месяц. Эти отходы выбрасывают на свалки или сжигают. Несколько лет назад слышала об использовании волос для очистки водоемов от нефти и другой органики. Волосами, собранными в парикмахерских, набивали чулки, колготки или что-то такого рода и бросали в канавы, по которым текла грязная вода. И волосы прекрасно адсорбировали грязь — бензин, мазут и прочую органику, которая с городских дорог стекала в канавы.

Однако волосы не только прекрасные адсорбенты. В их состав входят два ценнейших вещества: белок кератин и высокомолекулярные пигменты со сложным составом — меланины. Из волокон кератина построен волос, а меланины отвечают за его цвет.

Оба эти природные вещества можно было бы использовать в медицине. Но для этого их надо извлечь из волос. Химические методы, конечно, есть, но они жесткие, использующие агрессивные вещества, которые ломают структуру меланина, да и кератина тоже.

Теперь такой мягкий, неразрушающий метод извлечения появился. Его придумали индийские химики из Индийского института химической биологии, Президентского университета и Академии научных и инновационных исследований. Состриженные в парикмахерских волосы промывают, нарезают и помещают в ионную жидкость, а именно — хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия. Жидкость растворяет волосы, разрушая водородные связи, которые удерживают белковые цепочки кератина вместе. В раствор также переходят и неповрежденные меланины волос. А уж извлечь их из жидкости — дело техники. Нагрел, солянки добавил — меланины выпали в осадок. А кератины извлекли диализом.

Так, одной щадящей процедурой ученые сумели вытащить из волос и кератин, и меланин в целости и сохранности. Для чего же они пригодны? Кератин хорошо совместим с кровью, поэтому его можно использовать для изготовления материалов и устройств, контактирующих с кровью, — каркасов для тканевой инженерии, катетеров, гемостатов и тому подобных.

А меланины поглощают ультрафиолет и видимый свет, а также свободные радикалы, то есть обладают антиоксидантными свойствами. И антибактериальными тоже. И это отличные рекомендации для использования меланинов в солнцезащитных кремах и пленках, например.

Остается добавить, что отработанную ионную жидкость можно использовать повторно. Действительно, широко простирает химия руки, теперь — и в тела человеческие.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Все мы читали в детстве книги о пиратах. Слышали о Черной Бороде, о Фрэнсисе Дрейке, о веселом Роджере с черепом и костями, который вьется по ветру. Конечно, знали пиратскую песенку «йо-хо-хо и бутылка рома».

Меня, кстати, очень занимал вопрос, почему среди пиратов было так много одноглазых. Выглядело так, как будто это специальная мода такая. И я была недалека от истины. Говорят, что пираты носили повязку вовсе не потому, что у них не было глаза. Просто с повязкой было удобнее прицеливаться в бою. Бой мог случиться в любой момент, поэтому повязку носили, не снимая, чтобы она всегда была на месте.

Золотой век пиратства пришелся на XVII—XVIII века. Тогда Мировой океан был ареной борьбы между Испанией, Англией и некоторыми другими колониальными державами. Чаще всего пираты зарабатывали на жизнь самостоятельно — грабили со своей командой торговые суда. Однако некоторые из них были на государственной службе и целенаправленно мочили иностранный флот по поручению и с благословления, например, королевы Елизаветы I.

Поэтому неудивительно, что подавляющее большинство самых известных пиратов — это англичане. Генри Морган, Чарльз Вейн, Фрэнсис Дрейк, Эдвард Тич, он же Черная Борода, и многие другие были английскими моряками.

Встречались среди них и женщины. Энн Бони известна миру как «повелительница морей». Она выросла в богатой ирландской семье, получила хорошее образование, жила в роскошном особняке. В общем, у дочурки было все. Но когда отец решил выдать ее замуж, насильно, она сбежала из дому с простым моряком. Вскоре познакомилась с пиратом Джеком Рэкхемом, он взял ее на свой корабль, и понеслось. Пишут, что в смелости и умении драться Бонни не уступала мужчинам-пиратам.

Казалось бы, эти пиратские времена давно уже канули в Лету. Нет уже никакого разбоя на морях, потому что незачем. Но в последние годы я все чаще слышу о пиратских нападениях на суда у берегов Африки, в Гвинейском заливе, в Карибском бассейне, в Индийском океане… И возникает вопрос — а с чего это вдруг?

Возможно, все дело в том, что мы, благодаря Интернету, стали лучше информированы. Но есть и другой взгляд на эту проблему. Оказывается, виновник здесь — глобальное потепление.

К такому выводу пришел известный профессор криминологии и уголовного права Гэри Лафри из Университета Мэриленда со своим бывшим аспирантом Бо Цзяном, доцентом Университета Макао.

Недавно они опубликовали результаты исследования, которое показывает, что повышение температуры моря воздействует на морскую преступность. Как они это выяснили? Очень просто. Ученые проанализировали и сопоставили данные за 15 лет о температуре поверхности моря и пиратстве в Южно-Китайском море и водах у берегов Восточной Африки. И обнаружили интересную картину.

В Восточной Африке по мере роста температуры моря шли два параллельных процесса. Первый процесс — сокращалась добыча рыбы просто потому, что теплая вода рыбе была некомфортна и она уходила. Второй процесс — росло количество пиратских нападений в этих местах. Вывод — потеря легального заработка на ловле рыбы приводила к росту преступности на воде. Логично.

А вот в Южно-Китайском море шел противоположный процесс. По мере роста температуры морской воды некоторые промысловые виды рыб в этом регионе, напротив, начинали активно размножаться. Производство рыбы росло, доходы семей, занятых в рыбной промышленности, — тоже. Так что стимулов для совершения пиратских действий не было. И пиратство пошло на убыль. Тоже логично.

Итак, глобальное потепление повинно не только в засухах и наводнениях. Оно еще и создает благоприятные условия для морского терроризма. Авторы исследования, о котором я рассказала, получили грант, чтобы продолжить свои изыскания. Ученые планируют собрать и проанализировать данные в прибрежных водах 109 государств, чтобы получить представительную выборку.

Но я отношусь с осторожностью к таким корреляциям. Как известно, correlation is not causation. То есть корреляция еще не означает наличия причинно-следственной связи. Так говорят в науке.

Я в таких случаях всегда вспоминаю сюжет из книги «Физики шутят» — о вреде огурцов. Там приведена куча убойных аргументов, не оставляющих сомнений в том, что употребление огурцов смертельно опасно. Например — среди людей, родившихся в 1839 году и питавшихся впоследствии огурцами, смертность равна 100%.

Понятно, что это — упражнение в сравнительной логике и математической статистике. Возможно, в случае с пиратством его связь с глобальным потеплением будет все-таки доказана, но как следует, как это принято в науке. Посмотрим.

…чем выше уровень удовлетворенности браком, тем меньше риск профессионального выгорания, особенно у мужчин (Организационная психология)…

…у 48% из 71 000 видов животных численность популяции сокращается, у 49% она стабильна, и только у 3% видов численность популяции увеличивается (Biological Reviews)…

…астрономы обнаружили сотни нитей, тянущихся вдоль плоскости нашей галактики, каждая длиной от 5 до 10 световых лет (The Astrophysical Journal Letters)…

…большая часть прибрежного морского пластика в южной части Северного моря поступает из Германии (Frontiers)…

…исследователи из 24 стран проанализировали геномы 809 особей 233 видов приматов, составив наиболее полный на сегодняшний день каталог геномной информации о наших ближайших родственниках (Science)…

…методом дуговой плавки без растворителей создан управляемый сплав CoSi с богатыми вакансиями для селективного окисления спиртов без оснований и растворителей (Chinese Journal of Catalysis)…

…целенаправленная глубокая стимуляция мозга в критический период цикла сна, по-видимому, улучшает консолидацию памяти (Nature Neuroscience)…

…создан многослойный, растягивающийся тонкопленочный датчик, который автоматически перестраивается после разрезания и восстанавливает свои механические и электрические свойства (Science)…

…атомное «дыхание», или механическую вибрацию между двумя слоями атомов, можно обнаружить, наблюдая за типом света, который эти атомы излучают при стимуляции лазером (Nature Nanotechnology)…

…созданы желатиновые ранозаживляющие чернила, содержащие внеклеточные везикулы иммунных клеток, которые можно наносить на раны с помощью специальной ручки для 3D-печати (ACS Applied Materials & Interfaces)…

…палеонтологи, изучающие зуб британского динозавра, пришли к выводу, что несколько различных групп спинозавров – динозавров с устрашающими крокодилоподобными черепами – населяли Англию более 100 миллионов лет назад (PeerJ)…

…из-за поверхностных волн, или плазмонных поляритонов, генерируемых на пленке титана толщиной 100 нм и радиусом около 3 см на подложке, теплопроводность пленки увеличилась примерно на 25% (Physical Review Letters)…

…исследователи нашли четыре грибковых белка, называемых эффекторами, которые отвечают за подавление иммунитета растений-хозяев против инфекции (New Phytologist)…

…плоские пятичленные фрагменты фуллерена более сильные электроноакцепторы, чем молекулы фуллерена, и лучше поглощают ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный свет (Nature Communications)…

…снижение массы тела на 1% у человека, страдающего ожирением, делает мозг на 9 месяцев моложе (eLife)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Помните у Лермонтова? «И кто заглянет в недра облаков? Зачем? Они исчезнут без следов».

Не прав был Михаил Юрьевич. Просто потому, что не знал — облака могут наследить, да еще как. И что же это за следы?

Исследователи из Канады и Франции в течение двух лет собирали пробы в облаках у вершины потухшего вулкана Пюи-де-Дом, расположенного в Центральном горном массиве во Франции. Это своего рода «перекресток», где встречаются воздушные потоки из разных частей континента, которые приносят с собой различные облака.

Здесь, на высоте 1465 метров, располагается метеостанция. И здесь же в 1875 году была построена физическая лаборатория.

Что можно забрать из облаков? Конечно — воду. Так вот. Анализы показали, что в одном миллилитре воды содержится около 8 тысяч бактерий. До половины бактерий в облаках могут быть живыми и потенциально активными.

Однако помимо бактерий исследователи нашли в облачной воде и собственно гены устойчивости к антибиотикам. Больше 20 тысяч в миллилитре воды. Но как могут гены существовать вне бактерии?

Дело в том, что в бактериальных клетках обитают независимые генетические элементы, плазмиды. Гены устойчивости к антибиотикам у бактерий чаще всего располагаются именно в этих маленьких молекулах ДНК. Более того, бактериальная клетка иногда просто избавляется от этих плазмид, если они ей не нужны, — попросту выбрасывает их в окружающую среду.

Они легко передаются от одной бактерии к другой. Это так называемый горизонтальный перенос генов. В результате бактерии, не нюхавшие антибиотиков, приобретают к ним устойчивость.

Но как бактерии и их гены попадают в облака? Оказывается, концентрация бактерий и генов устойчивости в облаках приблизительно такая же, как на поверхности почвы и воды в водоемах. Их подхватывает ветер, воздушные потоки уносят их высоко вверх, и так они оказываются в облаках — воздушных такси, которые развозят эти гены по всему миру.

Океанические и континентальные облака несут разные гены. Например, в континентальных облаках больше генов устойчивости к антибиотикам, используемым в животноводстве. Что и понятно. В природную среду бактерии и их гены действительно попадают во многом благодаря животноводству, в котором активно используют эти лекарства для лечения скота.

Интересно, что в воздухе разных городов содержится разное количество бактерий и генов устойчивости к антибиотикам. Международная группа исследователей изучила воздух в 19 городах в 8 климатических зонах по всему миру и тщательно проанализировала состав мельчайших твердых частиц, которые всегда присутствуют в воздухе городов.

Частицы собирали с помощью специальных фильтров, установленных на автомобильных кондиционерах. Ученых интересовало, какова в них концентрация 30 различных генов, обеспечивающих устойчивость к 7 типам препаратов, в том числе хинолонам, бета-лактамным антибиотикам и тетрациклину.

Здесь отличился, в плохом смысле этого слова, Сан-Франциско. В его воздухе была самая большая концентрация генов устойчивости к антибиотикам. Самая маленькая — в воздухе индонезийского Бандунга, самый разнообразный набор генов нашли в Пекине.

Наиболее распространенными по всему миру оказались гены устойчивости к бета-лактамным антибиотикам, в том числе пенициллинам. В шести городах обнаружили гены резистентности к ванкомицину.

Итак, гены устойчивости к антибиотикам могут передаваться по воздуху при помощи мелкодисперсных твердых частиц, взвешенных в атмосфере, или облачной воды, проливающейся на Землю дождем.

Но если вы думаете, что устойчивость к антибиотикам — это проблема, возникшая в последние пару десятков лет, то вы заблуждаетесь. Первые препараты против болезнетворных бактерий — сульфаниламиды и пенициллин — начали успешно применять в клинической практике в 30–40-е годы ХХ века. И уже тогда устойчивость к ним была проблемой.

Как это ни покажется странным, устойчивость к антибиотикам возникла задолго до того, как человечество открыло антибиотики и начало их производить. Дело в том, в природе антибиотики существовали всегда.

Миллиарды лет бактерии и грибы вырабатывали антибиотики, чтобы с их помощью бороться с другими бактериями и грибами. А те, в свою очередь, вынуждены были защищаться от антибиотиков и вырабатывали самые разные механизмы защиты от этих соединений.

Собственно, механизмов такой защиты бактерий не так много. Они всегда связаны с изменениями в генах. Поэтому резистентность наследуется, переходя из поколения в поколение.

Даже в арктической вечной мерзлоте возрастом 30 тысяч лет ученые нашли гены устойчивости. И в кишечной микрофлоре мумии «тирольского человека» возрастом 5000 лет, которую откопали в Альпах, тоже были гены устойчивости. Разумеется, и сейчас бактерии, резистентные к различным антибиотикам, и гены устойчивости находятся в окружающей среде. Их-то и переносят облака.

Сегодня сельское хозяйство — более активный потребитель антибактериальных средств, чем медицина. Приблизительно три четверти производимых в мире антибиотиков приходится на животноводство. Иногда антибиотики применяют даже для растений, например в США ими опрыскивают яблони.

Но четверть все же потребляет медицина. Поэтому нельзя сбрасывать со счетов вклад, который вносим мы, люди, в распространение устойчивости бактерий к антибиотикам.

Я уже не раз говорила и не устану повторять: нельзя заниматься самолечением и чуть что хвататься за антибиотики. Нельзя продавать их без рецептов в аптеках. И надо точно соблюдать назначение врача — пить именно ту дозу, что назначена. Меньшая доза не убивает бактерии, а как раз и заставляет их быстро мутировать, чтобы стать устойчивыми. Об этом предупреждал создатель пенициллина Александер Флеминг еще в 1942 году на своей нобелевской лекции.

Ответственное отношение к антибиотикам — это то, что может замедлить распространение опасной устойчивости бактерий к этим лекарствам. Иначе мы скатимся в доантибиотиковую эру со всеми вытекающими ужасными последствиями. 

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Думаю, вы со мной согласитесь, что самая красивая из семи сталинских высоток в Москве, построенных в 50-х годах, это главное здание Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. До 1990-х годов здание было самым высоким в Европе — 240 метров, 36 этажей от основания до макушки шпиля.

Конечно, вы его видели, хотя бы на картинке. Многие побывали и внутри главного здания. И совсем немногие поднимались на 30–32 этажи. Здесь, прямо под шпилем, расположена ротонда — круглое помещение с двумя ярусами окон. Поэтому оно всегда залито светом. Очень красивое место.

Здесь располагается часть Музея землеведения МГУ. Здесь же проходят конференции, встречи, мероприятия, концерты, правда — для узкого круга, потому что ротонда не может вместить много людей. Мне повезло, я бывала в ротонде не один раз.

Но с недавних пор под университетским шпилем появились и другие обитатели — на башне поселились сапсаны. Гнездовую нишу для краснокнижного сокола-сапсана оборудовали на 30-м этаже главного здания, как раз за окнами ротонды. Так МГУ решил внести свой вклад в благородное дело спасения редкого вида птиц, которые исчезли в Московском регионе в конце 60-х годов прошлого века.

Сапсаны начали селиться в верхней части здания МГУ еще с 2005 года. Однако регулярное потомство соколы стали выводить только с 2017 года. С тех пор птенцов кольцуют и отслеживают их дальнейшую судьбу.

Кстати, на Воробьевых горах у сапсанов есть все условиях для охоты на перелетных птиц. Здесь хорошая экология, благоприятная роза ветров, рядом есть долины рек и большая популяция птиц, которыми хищные сапсаны могут питаться. В Москве 70% их питания составляют голуби. Кроме того, сталинская высотка напоминает сапсанам скалы, на которых они обычно селятся в дикой природе.

В этом году самка сапсана отложила четыре яйца. Это довольно редкий случай, обычно в природе самка откладывает три яйца. Так что в мае 2023 года у соколов-сапсанов, живущих под шпилем главного здания МГУ, появилось потомство. Кстати, эти птицы живут супружеской парой многие годы, то есть браки у них устойчивые.

Соколы-сапсаны занесены в Красные книги Москвы и Российской Федерации и охраняются международными конвенциями. Роль их в природе велика. Их добычей в первую очередь становятся больные или неполноценные особи других видов. Так сапсаны «следят» за физическим здоровьем и демографическими показателями птичьего населения, работают санитарами.

А еще сапсаны служат биологическим индикатором состояния окружающей среды. К 70-м годам прошлого века они практически исчезли. Причинам— пестицид ДДТ. Им травили жуков, жуков съедали птицы, а птиц — хищные соколы. В организме пестицид накапливался и если не отравлял сокола, то нарушал формирование скорлупы у яиц. В результате она становилась такой тонкой, что самка могла раздавить невылупившееся потомство.

С легкой руки МГУ сегодня сапсаны также поселились на крышах других высоток — Министерства иностранных дел России и высотки на Котельнической набережной.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Оказалось, все дело в поверхности кожаных подушечек на его лапах. Она покрыта нанометровыми и миллиметровыми сосочками. В результате поверхность подушечек с таким рельефом становится такой шероховатой, что прекрасно сцепляется со льдом и снегом.

А вот еще один секрет. И связан он с простым вопросом — как мех белого медведя сохраняет тепло? Этим вопросом исследователи задаются давно. Ну что тут, казалось бы, непонятного. На то он и мех, чтобы согревать. Он же пушистый, он же хранит воздух между волосками. А воздух — отличный теплоизолятор.

Но у белого медведя, который обитает в условиях полярного севера, где средняя температура минус 34 градуса, все не так просто. Как же работает его мех в экстремальных условиях? И вот наконец ученые получили точный ответ на этот вопрос.

Многие полярные животные активно используют солнечный свет, чтобы поддерживать температуру тела, и мех белого медведя — отличный инструмент для этого дела. Волоски меха — это, по сути, натуральное оптическое волокно, которое отлично пропускает солнечный свет. Но мех — это только половина дела. Вторая половина — это кожа медведя, а она, оказывается, черная. Точнее, верхний слой кожи черный, потому что в нем много меланина. И в этом секрет.

Черная кожа прекрасно поглощает весь солнечный свет, прошедший через оптоволокно, оно же шерсть. В результате она разогревается. Но тепло не теряет, потому что шерсть не позволяет коже его терять. Можно сказать, что в полярных условиях животные используют особый механизм терморегуляции. А именно — оптические полимерные материалы, создающие «парниковый» эффект на теле.

Странно было бы, если бы этим секретом не воспользовались материаловеды. Тем более что поиск синтетического текстиля, созданного по образу и подобию меха белого медведя, длится уже 80 лет. И вот он успешно завершен. Инженеры Массачусетского университета создали соответствующую ткань.

Это двухслойная ткань. Верхний слой состоит из оптических полимерных волокон, которые, подобно меху белого медведя, направляют солнечный свет и концентрируют его на нижнем слое. Он сделан из нейлона и покрыт темным материалом под названием PEDOT. И вот эта двухслойная конструкция греет не хуже меха белого медведя.

Причем это сверхлегкая ткань. Если из нее сделать куртку и сравнить ее с такой же хлопчатобумажной, то окажется, что куртка из нового материала, во-первых, на 30% легче той же, что из хлопка. А во-вторых, в ней будет очень тепло — на 10 градусов теплее, чем температура окружающего воздуха.

Ткань работает, пока светит солнце или комната хорошо освещена, то есть при любом видимом свете. Да еще при весьма умеренном освещении — 130 ватт на метр квадратный. Поэтому, если нет газа для отопления, можно прекрасно согреваться в этой искусственной медвежьей шкуре. А точнее — в этой свето-теплоулавливающей сверхлегкой одежде. Хорошее решение для европейских стран, отказавшихся от российского газа.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Однажды в мае мы оказались на озере Комо. Оно лежит в окружении гор, довольно крутых и отвесных. И вот в один из дней, послушав на рассвете райское и оглушающее пение птиц, решили сходить в горы. Мы лезли по очень крутому склону, покрытому мрачным темным лесом, по едва заметным тропкам. Потом оказалось, что это излюбленные места контрабандистов. И тропки тоже их.

Мы быстро устали и только и думали о том, как поскорее найти приличный спуск. И вдруг лес расступился и перед нами открылась большая поляна. Она раскинулась на пологой площадке высоко над озером. Вид, конечно, открывался фантастический, но дело не в нем, а в самой поляне.

Она была залита солнцем и усыпана дикими нарциссами. Они росли среди зеленой сочной травы, их там было очень много, наверное — миллион. Нога не поднялась ступить на эту красоту, хотя нам нужно было поляну пересечь. Пришлось удлинить дорогу и пойти в обход. Не отрывая глаз от этой роскоши, мы обошли полянку по краю и тут же нашли спуск.

И вот вопрос — почему не поднялась нога? Почему мы не пошли по траве с нарциссами? Ведь это же был дикий луг? Не газон? И это был короткий путь.

Не хотели разрушать красоту, ломать ногами цветы, причинять им боль. Да, я уверена, что растения чувствуют боль. И если бы они могли разговаривать, они бы рассказали нам о своих страданиях.

Нам всегда казалось, что растения безмолвны. Но, дорогие друзья, теперь мы точно знаем, что это не так. И сегодня мы можем смело, с полным научным основанием утверждать — да, растения разговаривают и издают звуки той же громкости, что и человеческая речь. Другое дело, что мы, люди, их не слышим. Потому что это звуки высокой частоты, ультразвуки, — наше ухо их не различает.

Это поразительное, но ожидаемое открытие сделали израильские ученые из Тель-Авивского университета. Исследователи работали с растениями томатов, табака, пшеницы, кукурузы. И даже кактус попал в зону их внимания.

Эксперимент выглядел так. Исследователи поместили растения в акустическую камеру, защищенную от внешнего шума. Впрочем, его и не было, потому что камера стояла в тихом подвале. В 10 см от каждого растения установили ультразвуковые микрофоны. Они записывали звуки на частотах 20–250 килогерц. Их человек не слышит. Доступный нам максимум — 16 кГц.

Прежде чем поместить растения в акустическую камеру, их ввергли в стресс — некоторые не поливали в течение пяти дней, а у некоторых был срезан стебель. Понятно, что контрольная группа растений была нетронутой.

Потом исследователи прослушали записи. Записанные сигналы звучали на частотах 40–80 кГц, нам недоступных. Пришлось понизить частоту записи. И тогда исследователи услышали звуки, похожие на хлопки и щелчки.

Растения в состоянии стресса, то есть обезвоженные и травмированные, — более разговорчивые, они издают несколько десятков таких щелчков в час. Причем у каждого типа стресса и растения — свои определенные звуки. А растения, находящиеся в добром здравии и полном порядке, если и подают голос, то раз в час. То есть по большей части помалкивают.

Записи ультразвуков, собранные в эксперименте, проанализировали с помощью искусственного интеллекта, то есть специально разработанных алгоритмов машинного обучения. И в результате ИИ научился по записи звуков определять, что это за растение и что с ним не так — оно обезвожено или поранено.

Получается, что мир вокруг нас полон звуков растений. И эти звуки содержат  информацию — например, о нехватке воды или травмах. Именно с этими двумя типами стресса экспериментировали ученые. Но ведь еще есть вредители, болезни, холод, цветение, опыление, созревание — да мало ли чего еще, о чем растениям захотелось бы поговорить.

Уверена, что растения не только издают звуки, но и воспринимают их. Но есть еще летучие мыши, грызуны, насекомые, которые слышат ультразвуки и смогут разобрать послания растений. И это логично. Растения постоянно взаимодействуют с насекомыми и другими животными, которые используют звук для общения. А чем растения хуже?

Производят ли растения эти звуки для общения с другими организмами — пока точно неизвестно, это только предположение. Но выглядит оно очень экологично и эволюционно, если учесть, что в природе все связано со всем. Во всяком случае многие млекопитающие и насекомые могут обнаруживать звуки растений в диапазоне 20–100 кГц на расстоянии 3–5 м. И наверняка используют эту информацию.

Например — мотылек, который намеревается отложить яйца на растении, а он для этого предпочитает томаты и табак, или животное, которое намеревается съесть растение. Все они вполне могут использовать звуки, чтобы понять, стоит это делать в данном конкретном случае или нет.

Несомненно, и человек может воспользоваться информацией, заключенной в звуках растений. Просто нужны соответствующие датчики. Они будут считывать послания растений и давать сигнал о недостатке воды, например. Биоакустика растений может стать основой для мониторинга потребностей сельскохозяйственных культур.

И это может дать огромный экономический эффект. Например, если перейти к точному орошению, что называется, «по запросу», то можно будет уменьшить расход на полив вдвое! И конечно, повысить урожаи.

Точный механизм, стоящий за этими звуками, пока неясен. Ученые предполагают, что это может быть связано с образованием и схлопыванием пузырьков воздуха в сосудистой системе растения. Этот процесс называется кавитацией. Она создает мощную вибрацию, порождающую ультразвук.

Как растения генерируют ультразвук — ученые намерены выяснить в последующих исследованиях. А кроме того, они собираются расширить список экспериментальных растений, чтобы охватить как можно больше видов. И конечно, получить ответ на вопрос — слышат ли другие растения и животные звуки растений? И если да, то как на них реагируют?

Все это чрезвычайно интересно, если не сказать — захватывающе. И все это — большая и серьезная наука. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Cell.

Жаль, что человек не слышит ультразвук. Я бы с интересом послушала, о чем говорят мои комнатные цветы, с которыми я разговариваю. Почему-то мне кажется, что они меня слышат и что-то даже отвечают. Хотя, с другой стороны, может, оно и к лучшему.

Вспомним мою поляну с нарциссами. Вот пошла бы я по этой красоте, ломая цветы. Представляете, какие ультразвуки я бы услышала в ответ? Самое меньшее — это: «Куда ж ты, тетка, прешься? Не видишь, что здесь живые существа живут?»

В общем, Природа предусмотрела все. И лучше не придумать. Иначе как бы мы выжили в городе, где непрерывно косят траву?

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

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

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

Любовь Стрельникова и Сергей Ивашко

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

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

Георгий Малинецкий

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

Александр Широв

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

Александр Чередник

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

Андрей Наумов

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

Марьяна Безруких участвовала в Научном кафе удаленно

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

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

Вячеслав Чертан, Григорий Плаксин и Егор Семенов

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

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

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

Справка:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Иллюстрация Петра Перевезенцева

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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