Карл Саббаг - Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

• Название: Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки
• Автор: Карл Саббаг
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-91678-144-1

Есть детские вопросы, на которые не каждый взрослый ответит: почему ночью небо темное? почему мы не проваливаемся сквозь пол? кто изобрел колесо? почему зеркало меняет местами только лево и право, а не верх и низ? Карл Саббаг подробно разбирает эти и многие другие загадки (да-да, загадки, причем Большой Науки!), и не просто разбирает, а легко, доходчиво, с хорошим юмором рассказывает об окружающих нас чудесах физики, химии, биологии, психологии и даже космологии. Вот еще вопросы: как работает Гугл? можно ли увидеть нейтрино? что такое пятый вкус, о котором никто не знает, кроме японцев? обижаются ли на нас собаки? кто был автором первого в истории мультфильма? Интересно? При чтении этой книги будет еще интереснее! Потому что именно с такой целью она и писалась: напомнить нам, что мир вокруг таинствен и удивителен.

Карл Саббаг (р. 1942) — британец палестинского происхождения, писатель, журналист, телевизионный продюсер. Автор многих научно-популярных книг, документальных фильмов и научно-популярных телесериалов.

---

Трихоплакс (научное название — Trichoplax adhaerens) — вот он, тот представитель животного царства, чей геном, то есть вся совокупность наследственного материала, заключенного в полном наборе хромосом, выглядит, если верить Дэниэлу Роксару, биологу-эволюционисту из Калифорнийского университета в Беркли, «на удивление как наш». Удивление Роксара можно понять, ведь более непохожее на человека существо, чем примитивное морское многоклеточное трихоплакс, даже трудно себе представить. С греческого и латыни его название переводится как «липкая волосатая тарелка» (trichoplax (греч.) — «волосатая тарелка»; adhaerens (лат.) — «липкий, липучий»), и если вы окажетесь рядом с ним в зоопарке или океанариуме, то вы не только не признаете в нем родственника, но и, скорее всего, просто не разглядите.

Во-первых, в длину трихоплакс достигает только лишь миллиметра. Его тело состоит из клеток всего четырех типов и не обладает ни одним из органов или систем, которые формируются в человеческом эмбрионе благодаря нашим генам, — ни желудком, ни мускулами, ни нервами, ни половыми железами. У него нет даже головы. Он ползает, как амеба, по камням, раковинам моллюсков или какому-либо иному субстрату и добывает пищу, выпуская поверхностными клетками пищеварительные ферменты, которые расщепляют водоросли, попадающиеся трихоплаксу на пути.

Так чем же он так похож на человека?

Роксар и его коллеги выяснили, что ДНК «липкой волосатой тарелки» состоит из 11 514 генов, многие из которых являются аналогами генов гораздо более сложно организованных существ типа человека, — генов, необходимых для формирования таких частей тела, каких у трихоплакса… попросту нет! Например, трихоплакс располагает наследственным аппаратом для производства белков, которые в организме млекопитающих отвечают за управление отдельными функциями тех или иных клеток, — однако подобными клетками трихоплакс также не обладает. Получается, что генетическая информация, необходимая для формирования гораздо более сложных организмов, почему-то оказалась воплощена еще в таких древних и примитивных созданиях, как трихоплакс.

Тот же генетический анализ позволил прояснить еще один вопрос. Часть биологов полагала, что трихоплакс является представителем старейшей ветви своего «семейного древа», но, как оказалось, он все-таки моложе, чем другой кандидат на эту почетную должность — гребневик (ктенофора). Представители этого типа морских многоклеточных выглядят куда интереснее, чем «липкие волосатые тарелки», в их число входят, например, крохотная черноморская плевробрахия и поразительный венерин пояс — переливающееся всеми цветами радуги прозрачное существо, достигающее порой в длину полутора метров.

Пока фитогеномика (так назвали эту технику) только начала развиваться, так что вполне можно ожидать, что в ближайшем будущем древо жизни еще не раз подвергнется «обрезке» и «пересадке» ветвей.

Животный магнетизм

Уже давно экспериментальным путем установлено, что птицы для навигации используют магнитное поле Земли. В Северном полушарии они летом летят на север, вплоть до Арктики, чтобы вывести потомство, а зимой перебираются на юг, туда, где потеплее. Но долгое время ученые не знали, как именно работает эта способность. В черепах птиц были обнаружены скопления магнитных частиц, однако при отсутствии видимой связи между наличием частиц и органами чувств было трудно разобраться, являются ли эти скопления частью навигационной системы.

Группа ученых из Оксфордского университета, а также из США недавно выдвинула теорию, демонстрирующую, на какие хитроумные уловки пускается природа, чтобы облегчить некоторым видам выживание. Ученые предложили систему, которая никак не связана с магнитными частицами в головах птиц и основывается на существовании недолговечных молекул, чья продолжительность жизни зависит от окружающего магнитного поля.

Они предположили, что в световых рецепторах в сетчатке птичьего глаза содержатся молекулы, которые, поглощая свет, подвергаются химической реакции. В ходе реакции возникает поток частиц, живущих всего около миллионной доли секунды. Но точная продолжительность жизни молекул и, следовательно, их количество, сохраняющееся по истечении некоего временного интервала, определяются магнитным полем Земли. Сенсорная система в сетчатке птицы, по мнению ученых, каким-то образом отслеживает эти молекулы и срок их жизни и, исходя из полученных результатов, задает направление полета.

В этой теории есть только две загвоздки. Во-первых, существование такой системы в физиологии зрения птиц пока так и не доказано. И во-вторых, никто никогда не видел молекул, которые вели бы себя подобным образом. В 2008 году вторая проблема разрешилась — ученые заявили, что синтезировали в лабораторных условиях молекулы, подобные тем, что используются в птичьем зрении, и в магнитном поле они ведут себя именно таким образом.

В том же году было объявлено еще об одном странном открытии из области животного магнетизма. На этот раз не потребовалось никакого сложного лабораторного оборудования. Более того, это открытие мог совершить любой — требовалось всего лишь просмотреть картинки на сайте «Google Earth».

Немецкие ученые, доказавшие, что некоторые мелкие грызуны чувствительны к магнитному полю Земли, задались вопросом: не могут ли и более крупные животные обнаруживать эти поля? Они задумались о путях миграции стад крупного рогатого скота и оленей (в лабораторных условиях сымитировать такие процессы было бы затруднительно) и догадались для отслеживания этих путей использовать спутниковые снимки, свободно выложенные в Интернете.

Они изучили изображения более чем десяти тысяч стад по всей Земле и пришли к выводу, что животные обычно двигаются на север или на юг. Более того, это магнитные север и юг, слегка отличающиеся от географических, которые в свою очередь определяются по местонахождению Северного и Южного полюсов. Одна из распространенных проблем, сопутствующих научным опытам (особенно когда знаешь, что ищешь), — это так называемая исследовательская предвзятость. Как бы вы ни пытались сохранять объективность, очень легко впасть в соблазн и интерпретировать данные в свою пользу: например, когда вы пытаетесь определить, в каком направлении движется то или иное стадо, зная при этом, какое направление их движения выгодно для вас. Чтобы исключить этот фактор, ученые попросили студентов университета проанализировать те же снимки. Мнения обеих групп совпали.

Пока не известно, почему рогатый скот и олени предпочитают перемещаться на север либо на юг, но ученые высказали следующее соображение: если это действительно общая тенденция, то, может быть, ее стоит учитывать при строительстве коровников. Довольные коровы дают больше молока, а если корова вынуждена постоянно находиться в стойле головой на запад или восток и это причиняет ей дискомфорт, надои ее могут и упасть.

Птица, которая отлично знает физику

Жизнь на нашей планете по определению вращается вокруг биологии. Механизмы и процессы, поддерживающие жизнь в организмах, все это — предмет изучения биологических наук. Но помимо этого мы все живем в физическом мире. Наша биологическая составляющая призвана распознавать и находить способы взаимодействия с законами физического мира. Ноги слона толще человеческих, потому что их задача — не дать чрезвычайно тяжелой слоновьей туше обрушиться на землю под действием силы тяжести. У мухи-однодневки таких проблем нет. Ей не приходится думать о силе тяжести, для нее важнее стихия воздуха и сила ветра, именно от них зависит передвижение этого насекомого.

Эти факты из мира физики зачастую диктуют внешний вид животного, сформировавшийся в ходе эволюции так, чтобы наилучшим образом использовать возможности, предоставляемые окружающей средой. Те же факты могут влиять и на поведение существа и отражать «понимание» существом физических процессов повседневной жизни.

Болотная птица круглоносый плавунчик обладает очень длинным и тонким клювом и питается крошечными ракообразными. Чтобы добыть пищу, она использует физические свойства своего богатого водой ареала обитания двумя крайне интересными способами.

Нередко можно наблюдать, как эти птицы плавают четкими кругами, ежесекундно погружая клюв в воду. Так они создают под поверхностью водоворот: круговые потоки воды взбаламучивают речное или озерное дно и поднимают пищу ближе к поверхности, после чего птице не составляет труда ее подцепить.

Некоторые другие водоплавающие птицы набирают воду, в которой содержится добыча, и фильтруют ее, пропуская через некое органическое подобие сита, задерживающего пищу. Но плавунчики предпочитают «выклевывать» пищу, выхватывая ее вместе с капелькой воды кончиками длинного клюва, напоминающего пинцет. Некоторое время ученые недоумевали, как птица продвигает добычу по всей длине клюва к горлу, чтобы проглотить ее. Есть птицы, которые запрокидывают голову и используют инерцию, — добыча как бы сама падает в горло. Но пища плавунчика для такого способа слишком мало весит. Похоже даже, что птица нарочно выбирает ракообразных, не превышающих определенного размера, хотя, казалось бы, чем крупнее добыча, тем быстрее можно насытиться.