Kitobni o'qish: «Легко ли плыть в сиропе. Откуда берутся странные научные открытия»

Name: Легко ли плыть в сиропе. Откуда берутся странные научные открытия
ISBN: 9785001393986

Генрих Эрлих, Сергей Комаров

Shrift:

Книга издана при поддержке Политехнического музея и Фонда развития Политехнического музея.

Научные редакторы Михаил Никитин, Александра Борисова, канд. хим. наук Редактор Ольга Петрова

Оформление серии Андрея Бондаренко и Дмитрия Черногаева

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта А. Шувалова

Корректоры М. Миловидова, О. Петрова

Компьютерная верстка М. Зинуллин

Дизайн обложки А. Бондаренко

В оформлении обложки использована эмблема Игнобелевской премии.

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

⁂

"КНИГИ ПОЛИТЕХА" – партнерский проект ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО МУЗЕЯ,

издательств CORPUS, "АЛЬПИНА НОН-ФИКШН" и "БОМБОРА".

В серии выходят лучшие современные и классические

книги о науке и технологиях – все они отобраны и проверены учеными

и отраслевыми специалистами.

Серия "Книги Политеха" – это пять коллекций, связанных с темами

постоянной экспозиции Политехнического музея:

"Человек и жизнь" – мир живого, от устройства мозга до биотехнологий.

"Цифры и алгоритмы" – математика, искусственный интеллект и цифровые технологии.

"Земля и Вселенная" – происхождение мира, небесные тела, освоение космоса, науки о Земле.

"Материя и материалы" – устройство мира с точки зрения физики и химии.

"Идеи и технологии" – наука и технологии, их прошлое и будущее.

Политехнический музей представляет новый взгляд на экспозицию, посвященную науке и технологиям. Спустя столетие для музея вновь становятся важными мысль и идея, а не предмет, ими созданный.

Научная часть постоянной экспозиции впервые визуализирует устройство мира с точки зрения современной науки – от орбиталей электрона до черной дыры, от структуры ДНК до нейронных сетей.

Историческая часть постоянной экспозиции рассказывает о достижениях российских инженеров и изобретателей как части мировой технологической культуры – от самоходного судна Ивана Кулибина до экспериментов по термоядерному синтезу и компьютера на основе троичной логики.

Политех делает все, чтобы встреча человека и науки состоялась. Чтобы наука осталась в жизни человека навсегда. Чтобы просвещение стало нашим общим будущим.

Подробнее о Политехе и его проектах – на polytech.one

Введение

1. Почему старикам вкуснее неразбавленное вино? 2. Почему старикам легче читать издали? 3. Почему под осень люди обжорливей? 4. Что появилось раньше, курица или яйцо? 5. Почему у овцы, покусанной волком, мясо вкуснее, а шерсть хуже? 6. Почему мясо быстрее портится на лунном свету, чем на солнечном? 7. Почему считается, что спящих молния не поражает? 8. Почему иудеи не едят свинины: почитают они свинью или презирают? 9. Почему, чтобы вода была холодной, в нее бросают камешки? 10. Почему вино в сосуде лучше брать из середины, мед снизу, а масло сверху? 11. Могут ли появиться новые, еще неизвестные болезни и почему? 12. Почему в осеннее время сны снятся несбывчивые? 13. Четное число звезд на небе или нечетное?¹

Что это за вопросы? Темы исследований британских ученых? Перечень лауреатов Игнобелевской премии?[² ] Нет, это некоторые из тех 95 вопросов, которые, согласно Плутарху, было принято обсуждать на греческих симпозиумах, то есть во время совместного возлежания за пиршественным столом³. Собственно, с этих застольных бесед и пошла вся наша наука, а за ней и техника.

Как видно, за прошедшие тысячелетия не на все вопросы получены ответы. Из приведенного списка это, пожалуй, второй, третий, девятый, одиннадцатый, отчасти первый, пятый, девятый. Настоящая задача ученого – найти ответы на остальные вопросы, а равно и на те новые, что возникли по мере развития нашего знания. А затем обсудить их на каком-нибудь симпозиуме, как это делал Афиней со своими сотрапезниками по знаменитому "Пиру мудрецов". Со стороны может показаться, что участники беседы несут ахинею, совершенно бездарно тратят время, обсуждая, скажем, форму треножников или свойства египетских бобов. На самом же деле они оттачивают свое умение проникать в суть вещей.

Возможность для подобного самовыражения дает настоящая наука и только она: свободный поиск знаний без определенной цели в течение неопределенного времени. Такой поиск зачастую подобен плаванию в безбрежном океане липкого, тягучего сиропа, когда неделями, месяцами, годами ты не получаешь ничего и как будто стоишь на месте. У плавания имеется два радикально отличающихся маршрута. Есть маршрут Колумба: когда изначально ставят задачу найти более простое решение локальной проблемы (найти более короткий путь в Индию), а в результате натыкаются на новую область знания (Америку). А есть маршрут Магеллана: когда после многолетнего безостановочного движения вперед ученый возвращается к тому, с чего начал. Для моряка – счастье, для ученого – горчайшее разочарование. Да, по дороге что-то там открыли, но все равно это не то, не то!

Что дает силы перенести тяготы такого путешествия? Только чувство юмора и веселая компания друзей, с которыми тяжелый труд превращается в радость. Настоящая наука – это веселое приключение. Она просто не может быть другой.

У нас в запасе есть много веселых рассказов об ученых, их жизни и работе, об изобретательных розыгрышах, очень популярных в научной среде, о "пунктиках", которые есть у каждого настоящего ученого, о курьезных исследованиях и невероятных ошибках, что привели к великим открытиям. Однако, чтобы выбор сюжетов выглядел более обоснованным, мы после долгих споров решили ограничиться исследованиями и учеными, отмеченными Игнобелевской премией – самой веселой научной премией.

Игнобелевскую премию вручают с 1991 года "за достижения, которые заставляют людей сначала засмеяться, а затем задуматься". В нашей стране ее почему-то считают шутовской, даже уничижительной, что подчеркивается ее исковерканным названием – Шнобелевская. Но вот что примечательно: подавляющее большинство лауреатов Игнобелевской премии съезжаются со всего мира в Гарвардский университет (США), чтобы принять участие в церемонии награждения. Премии вручают всамделишные нобелевские лауреаты, которых в Гарварде предостаточно, а сама церемония превращается в веселый капустник, отражающий дух настоящей науки и совершенно не похожий на стокгольмский официоз.

Множество СМИ в разных странах мира рассказывают о работах, отмеченных Игнобелевской премией, и люди читают эти сообщения, потому что это – весело. И как знать, возможно, в наше время Игнобелевская премия пробуждает интерес к науке в большей степени, чем Нобелевская. Конечно, не нам первым пришла в голову идея рассказать в одной книге о работах, отмеченных Игнобелевской премией. Приоритет здесь по праву принадлежит американскому журналисту Марку Абрахамсу, который, собственно, и основал эту премию. Книги Абрахамса⁴ изданы в нашей стране, как и книги его немецкого коллеги Марка Бенеке⁵. Но глубокоуважаемые авторы, как нам кажется, несколько увлеклись курьезностью исследований, что предопределило тон и содержание их книг. Мы решили существенно расширить тот научно-культурный ландшафт, в который вписаны эти выдающиеся исследовательские проекты, показать расположение Игнобелевского архипелага на карте океана современного знания.

А как же материк той науки, что стала в XX веке реальной производительной силой общества? Где на симпозиумы досужих кухонных мудрецов смотрят свысока, где не принято использовать возможности государства для удовлетворения любопытства ученых? Где в почете финансовый результат, который покрывает затраты на содержание науки? Науки, в которой нет места никакой непредсказуемости, а результат исследования заранее предопределен и записан в заявке на грант. Об этом материке в книге не будет ни строчки. Нас интересует в первую очередь сама наука. Что движет учеными? Почему они начинают вдруг что-то изучать? Как они проводят свои исследования? И что такое настоящий ученый? Вопросы серьезные, но мы постараемся рассказать о них весело.

Приятного чтения и жаркого обсуждения в застольной беседе!

Г. В. Эрлих,
доктор химических наук

С. М. Комаров,
кандидат физико-математических наук

Часть первая
Народ хочет знать

Почему не болит голова у дятла?

Этот вопрос задавал себе каждый, кто хоть раз видел дятла, методично и безостановочно долбящего дерево клювом. Ученых этот вопрос занимает даже больше, чем обычных обывателей. Верные своей страсти все измерять, ученые установили, что дятел бьет клювом по дереву с потрясающей мощью – при ударе его голова развивает скорость 5–6 м/с, торможение в 1200 раз превышает ускорение свободного падения g, а частота ударов – более 30 в секунду, причем за день дятел способен нанести 12 000 таких ударов. Такие параметры несовместимы не то что со здоровой головой, но с самой жизнью, а этому пернатому красавцу хоть бы что – долбит себе и долбит.

А ведь при ударе или резком торможении по мозгу должна пройти ударная волна, способная вызвать сильные разрушения. Например, академик В. Е. Фортов, в недавнем прошлом президент Российской академии наук, отмечал в одной из лекций, что именно ударная волна, порожденная камнем, который вылетел из пращи Давида, разорвала мозг Голиафа. Вообще, человек теряет сознание, если при ударе головой перегрузка составит 5–6 g. Пересчет на дятла, у которого и голова, и мозг намного меньше, отпускает ему всего-то 65 g. А он испытывает перегрузку 1300 g, то есть почти в 20 раз больше, и вполне бодр.

Очевидно, у дятла есть какой-то врожденный механизм, позволяющий противостоять волне механических напряжений, распространяющейся по мозгу с каждым ударом клюва. Поисками этого механизма исследователи занимаются с начала 50-х годов XX века. Некоторые скрывали свое детское любопытство за дымовой завесой важной практической задачи – созданием более совершенных шлемов для защиты головы человека. Другие же открыто заявляли, что загадка дятла интересна сама по себе как необъяснимое (пока) явление природы.

Одно из первых объяснений феномена дятла состояло в том, что между клювом и черепом расположена некая упругая прослойка, которая и гасит ударную волну, либо надклювье и подклювье как-то изолированы от костей черепа, из-за чего ударная волна распространяется по мышцам и обходит мозг. Эта точка зрения не всех удовлетворяла, поскольку такое устройство черепа должно снижать эффективность удара клювом. И вот в 1976 году Филипп Мэй с коллегами из лос-анджелесского Госпиталя ветеранов и Калифорнийского университета предложил революционную концепцию⁶: дятел бьет клювом строго перпендикулярно поверхности, и, стало быть, в его голове не возникают сдвиговые напряжения, а именно они и разрушительны для мозга. При этом Мэй ссылался на данные приматологов, которые отметили, что у обезьян удар, приводящий к повороту головы, вызывал сильные повреждения мозга и потерю сознания, а удар той же силы, ориентированный так, что поворота головы не было, и сознание не отключал, и повреждения были меньше.

Дальнейшее расследование было направлено на уточнение обоих механизмов. Одни исследователи считали удары дятла по дереву, фиксировали особенности его позы и точность нанесения ударов, другие же копались в черепе дятла, причем с использованием новейших методов. Так, в работе 2015 года по данным томографии построили трехмерную компьютерную модель черепа, чтобы изучать особенности распространения ударных волн в мозге дятла.

Накопали ученые за полсотни лет немало. Например, выяснилось, что мозг у дятла окружен совсем тонким слоем жидкости, да и сам мозг относительно маленький. Что на лбу у него имеется толстая и при этом весьма пористая кость. Что нижняя часть клюва длиннее, чем верхняя. Самое удивительное открытие – подъязычная косточка: ни у кого такой нет. Вдумайтесь: начинаясь в кончике языка, она примерно у его основания разделяется на две части, проходит сквозь нижнюю челюсть, по бокам обходит горло, позвоночник, поднимается вверх, с двух сторон обнимает затылок, в районе темени снова соединяется в одну кость и заканчивается в правой ноздре. И к этой элегантной конструкции по всей ее длине прикреплена довольно мощная мышца. Причем косточка эта – прекрасный градиентный материал, своего рода шедевр природного материаловедения. Так, жесткость ее начального и конечного участков в два раза меньше, чем у средней части, а прочность начального участка в два раза меньше, чем конечного, возле которого она приближается к прочности алюминия.

Все эти особенности строения, как показывают данные численного моделирования, защищают дятла от сотрясения мозга. Большой упруго-жесткий клюв предохраняет мозг от случайных механических колебаний, возникающих при ударе: он гасит их. Подъязычная косточка в комплексе с языком и мышцами – с точки зрения материаловеда, вся конструкция представляет собой вязкоупругий материал – служит для перераспределения ударной волны. Пористая кость лба, в которую непосредственно упирается верхняя часть клюва, прекрасно рассеивает создаваемые при ударе волны напряжения, точнее, гасит их высокочастотную компоненту. Модельные оценки, полученные с использованием сосуда, заполненного стеклянными микросферами, показали, что пористая кость должна пропускать 90 % низкочастотных колебаний и гасить 90–99 % высокочастотных. Это прекрасный и очень важный результат, поскольку в начальный момент удара именно высокочастотная составляющая ударной волны очень сильна и способна вызвать отключение сознания. Ну а благодаря своей малой толщине слой жидкости, отделяющий кость черепа от мозга, оказывается плохим проводником в мозг тех компонентов ударной волны, у которых длина волны велика. Дятел еще и глаза закрывает – веки становятся дополнительным поглотителем удара. Все эти хитрости, а также тщательно выверенная ориентация клюва относительно поверхности в момент удара – именно она определяет направление движения ударной волны – и позволяют дятлу долбить деревья с утра до вечера и не страдать от головной боли.

Но как могли возникнуть все эти хитрые приспособления, без которых дятел неизбежно заработал бы сотрясение? Тут вспоминается проблема курицы и яйца: трудно объяснить, как нечто сложное появилось путем маленьких эволюционных изменений, ведь пока они были маленькими, они не приносили пользы своему обладателю и поэтому не могли быть сохранены отбором. Возможно, разгадку нашел коллектив дятловедов из Бостонского университета во главе с Джорджем Фарахом⁷. Они провели очень гуманное исследование – копались в мозгах не живых дятлов, а заспиртованных экспонатов университетской коллекции. И обнаружили, что нейроны дятлов, в отличие от нейронов дроздов из контрольной группы, буквально оплетены так называемыми тау-белками, про которые известно, что они появляются в мозге человека после сотрясения.

По мнению Фараха, не исключено, что эти белки появились в мозге дятлов не из-за хронического сотрясения, а, наоборот, защищают от него. Тогда все укладывается в рамки эволюционной теории: у какого-то предка дятла возникло в мозгах много тау-белка, и он смог выдолбить удобное и просторное дупло, за счет чего получил преимущество и дал многочисленное потомство с крепкими мозгами. Кости, клюв и прочие механизмы появились позже, доведя дятла до совершенства. Между прочим, и среди людей есть такие, у которых тау-белки в мозге имеются, а сотрясения не было, но, видимо, эта особенность не очень пригодилась и не породила популяцию особо твердолобых.

Если же вернуться к прикладному дятловедению, то здесь тоже достигнуты впечатляющие результаты. Принципы устройства головы дятла взяли на вооружение Ён Сан Хи и Парк Сан Мин из Калифорнийского университета в Беркли: они искали способ изготовления упаковки для чрезвычайно нежных и хрупких микромеханических устройств⁸. В этой упаковке между двумя слоями металла, которые соответствуют клюву и черепу, находится слой вязкоупругого материала – аналог косточки и ее мышц, а внутренность заполнена шариками диоксида кремния, в которые и помещены перевозимые детальки. Защита оказалась превосходной: так, если детальки в упаковке из твердой резины выдерживали перегрузку до 40 000 g, а при 60 000 g четверть из них ломалась, то в инновационной упаковке, получившей название BIRD-2, и при такой перегрузке повреждений почти не было – 99,3 % деталек остались невредимы.

Кроме того, дятел вдохновил инженеров на создание по крайней мере двух типов новой защиты для человеческого мозга от ударных нагрузок. Одна из них – картонный велосипедный шлем. Да-да, картонный: в 2012 году Анирудха Сурабхи, студент лондонского Королевского колледжа искусств, пострадал при падении с велосипеда и подумал: а что, если защитить голову так, как это делает дятел, – толстой костью с регулируемой пористостью? И вырезал из гофрокартона, который идет на изготовление ящиков, полоски, по форме соответствующие шлему, а затем собрал из них дополнительную защиту. Картонные полоски оказались прекрасными ребрами жесткости, шлем стал очень прочным – человек на нем может стоять. В то же время сочетание маленьких пор внутри картонки с большими промежутками между полосками обеспечивало прекрасное рассеяние ударной волны. Сейчас такие шлемы выпускают серийно, и выглядят они так, что сразу и не догадаешься: макетный образец был сделан из гофрокартона.

Другая разработка гораздо хитрее и основана на гипотезе, что череп и так отлично защищает мозг, не надо его улучшать, а следует идти принципиально другим путем. Однажды доктор Дэвид Смит из Госпиталя Рейда в Индиане пришел к выводу, что дятел не сотрясает мозг все-таки потому, что слой жидкости, разделяющей мозг и череп, у него очень тонок. А у человека этот слой большой, поэтому человеческий мозг при ударе сильно смещается, набирает скорость относительно черепа и может удариться о кость из-за инерции, и никакой шлем этому не помешает. Видимо, именно таков был механизм трагического случая с гениальным автогонщиком Михаэлем Шумахером, который повредил мозг не во время инцидента на трассе, а упав головой на камень при несложном горнолыжном спуске. И ведь шлем на голове был! Вот бы такую защиту, как у дятла, чтобы мозг не мог сильно смещаться…

Помощь, как это часто бывает, пришла от специалиста из смежной области науки. Коллега-анестезиолог предложил Смиту неординарное решение: надо пережать кровоток в шее. Концентрация кислорода в мозгу упадет, организм станет закачивать туда больше крови, объем мозга увеличится, и он утратит возможность сильно смещаться. Более того, друзья придумали новую дятловую гипотезу: якобы пернатый дровосек, пережимая сосуды мышцами шеи, сам регулирует наполнение мозга кровью перед тем, как приступить к выдалбливанию дупла. И так же, по их мнению, делает баран, когда с разгону врезается во что-то с торможением в 500 g: у него-то никаких хитрых дятловых приспособлений нет, разве что рога-амортизаторы.

Для проверки гипотезы поставили опыт на крысах. Получилось – у животных с пережатой шеей сотрясение мозга при ударе по голове развивалось в меньшей степени. Пора было переходить к опытам с участием людей. Но кто согласится на такое? Вдруг пережмут шею слишком сильно… Оставалось поискать там, где кислородное голодание мозга происходит не по воле экспериментатора, а по другим причинам. Например, в высокогорье – там кислорода мало. Помогла статистика, которая показала, что у футболистов и хоккеистов во время игры высоко в горах сотрясения мозга случаются реже.

Долго ли, коротко ли, но к 2016 году американская дизайнерская компания Q3 Innovations создала надувной шейный воротник под названием "Q-collar", который слегка затрудняет отток крови из головы. С этими воротниками стали ставить опыты, например, при участии подростков из хоккейной спортшколы⁹. Половине участников велели во время матчей надевать их, а половину оставили для контроля. У всех детей три раза за время опытов снимали энцефалограммы мозга и делали томографию. У тех, кто воротников не носил, заметили больше признаков пережитых сотрясений мозга, чем у тех, кто носил, и это была не одна серия опытов. В общем, спортивно-медицинскую общественность удалось убедить, и в 2017 году канадская компания Bauer начала серийный выпуск воротников под маркой "NeuroShield" для детей и взрослых с розничной ценой 200 долларов. Вот так размышления над головной болью дятла привели-таки к появлению средства защиты мозга людей, хотя оно и выглядит необычно, и совсем не похоже на привычный шлем.

Игнобелевский комитет не мог не отметить раскрытие феномена дятла. Единственная загвоздка состояла в выборе лауреатов из сонма блестящих ученых, посвятивших лучшие годы жизни решению этой проблемы. В конце концов премию в 2006 году присудили классику дятловедения Филиппу Мэю и Айвену Швабу из Калифорнийского университета в Дэвисе, который обобщил полученные к тому времени результаты в основополагающем обзоре¹⁰ и тем самым придал новый импульс работам в этой области. Немного удивляет, что премию присудили по орнитологии. При чем здесь биология пернатых? Это же чистейшей воды физика!

И вот что еще интересно. Присуждение Нобелевских премий нередко сопровождается скандалами. Всегда находятся недовольные – и, заметим, зачастую обоснованно недовольные – тем, что их не включили в состав коллектива лауреатов. Но с Игнобелевскими премиями ничего подобного не происходит. Никто из перечисленных в этом рассказе ученых не обивал пороги Игнобелевского комитета и редакций газет с криками "А чем я хуже?!". Оно и правильно. Настоящие ученые ко всему относятся с юмором, в том числе и к премиям. Не зря ведь говорят, что премии как геморрой – рано или поздно его получает любая задница.

Какой пивной бутылкой лучше бить по голове?

У дятла голова – сильное место, а у человека, наоборот, слабое. Мы стараемся всячески защитить свою голову от ударов. К чужим головам отношение более сложное. В жизни случаются разные ситуации, иногда приходится для самообороны или вразумления дать несознательному гражданину в лоб или по лбу, что суть одно и то же. Но чем бить, если не хочешь нанести противнику тяжкие телесные повреждения с последующим юридическим оформлением этого прискорбного факта? Хотелось бы иметь на этот счет четкие научные рекомендации.

Статистика, которая знает все, утверждает, что в развитых странах самая распространенная причина повреждений головы – удар пивной бутылкой. Широкая общественность в кои-то веки разделяет это мнение. Так, посетители форумов, посвященных тонкостям народных боевых искусств, обсуждая свои впечатления от использования бутылок в диспутах с агрессивно настроенными гражданами, приходят к следующему выводу: бутылки, конечно, не самые весомые аргументы, зато самые доступные, поскольку в изобилии имеются под рукой там, где такие диспуты, как правило, возникают.

Справедливости ради заметим, что в ходе драк в барах в дело чаще всего идут все же пивные бокалы, сделанные из относительно тонкого стекла. С точки зрения физики удар таким бокалом по голове – полная ерундовина: его энергия не более 1,7 джоуля, так что поражение оппонента обеспечивает не столько сила удара, сколько осколки разбившегося о голову бокала. Иное дело – советские полулитровые кружки из толстого стекла: от их удара вполне можно было стать заикой, а то и хуже. Но эти увесистые кружки канули в небытие вместе с Советским Союзом, сегодня их можно найти главным образом в музеях и домашних коллекциях.

Однако в тех барах, где подают не разливное пиво, а бутылочное, ситуация иная. Во многих европейских странах – в Германии, Бельгии, Швейцарии – вам подадут не чахоточную бутылочку в 0,33 л, а полноценную полулитровую, которую к тому же используют многократно (а это значит, что она должна быть прочной, чтобы с гарантией выдерживать повторные циклы). Такая бутылка весьма увесиста – 400 г в пустом виде и 900 г с пивом внутри. Так что посетители этих баров располагают гораздо более весомыми аргументами, чем бокалы. А в Италии все еще серьезнее – пиво там часто разливают в бутылки емкостью 0,66 л. И вот возникает вопрос: какой пивной бутылкой предпочтительнее бить по голове, полной или пустой, если вы хотите просто вырубить оппонента, а не нанести ему тяжелую черепно-мозговую травму со всеми вытекающими последствиями?

Этот вопрос интересует не только обывателей, но и профессионалов, судмедэкспертов и патологоанатомов, которые постоянно имеют дело с такого рода травмами. Группа исследователей из Бернского университета во главе со Стефаном Боллигером пошла навстречу пожеланиям трудящихся и провела скрупулезное экспериментальное исследование этой проблемы, результаты которого опубликованы в журнале о судебной медицине – Journal of Forensic and Legal Medicine¹¹. В 2009 году эта работа была увенчана Игнобелевской премией – что показательно, премией мира.

В чем состояла суть эксперимента? Чтобы получить полную картину соударения головы с бутылкой, в четырехметровой шахте смонтировали испытательный стенд. На дно поставили детскую ванночку – ее высокие бортики не позволяли осколкам разлететься. В ней лежала бутылка, на которую прилепили пластилиновую нашлепку – предполагалось, что она сымитирует амортизирующее действие кожи головы и волос. Наверху же, на определенной высоте (в ходе опытов ее меняли), закрепили устройство, способное бросать вниз килограммовый стальной шар, символизирующий череп собутыльника. В общем-то, в соответствии с принципом относительности Галилея, все равно – бутылкой ли бить по голове, или головой (даже если в ее роли выступает стальной шар) по бутылке. Главное – относительные скорости движения этих объектов, которые и обеспечивают приобретение ими кинетической энергии, той самой, что при столкновении превращается в энергию разрушения. Цель же опыта была проста: определить, при какой энергии удара бутылка разобьется.

Исходя из общих соображений, можно ожидать, что полная бутылка разобьется при более сильном ударе, ведь внутри нее находится жидкость, которая должна взять на себя часть энергии удара. Но в науке, как и в жизни, очевидные ответы, полученные из общих соображений, зачастую оказываются неверными. Вот и в этом случае действительность опровергла очевидную гипотезу: полная бутылка разбивалась при энергии 30 джоулей, а пустая – при 40 джоулях. В поисках объяснения экспериментаторы предположили, что все дело в углекислом газе, которым насыщено пиво: от удара пиво вскипает, и выделяющийся газ создает резко возрастающее давление. В принципе это предположение не лишено смысла. Многие хоть раз да становились жертвами невинного фокуса: по только что открытой бутылке пива снизу в донышко несильно бьют другой бутылкой, а затем сразу – ею же сверху по горлышку. В получившийся пенный фонтан может утечь до половины содержимого. Впрочем, есть и другое объяснение. Жидкость – вещество несжимаемое, поэтому малейшая деформация бутылки сразу порождает в ней напряжение, переходящее в разрушение.

В общем, выходит, что, хоть полная бутылка и тяжелее, удар от нее менее сильный, поскольку она разобьется при меньшей нагрузке, чем пустая. Однако для участника барного диспута эти тонкости не так уж важны, ведь череп ломается при энергии удара от 14 до 68,5 джоуля, в зависимости от того, в какую точку попал весомый аргумент. А стало быть, серьезные травмы можно нанести как пустой, так и полной бутылкой.

Полученные результаты льют пиво – извините, воду – на мельницу тех законодателей, которые стремятся сделать пивную тару как можно меньше. Получается, что данная мера вполне оправданна: она не только сдерживает развитие алкоголизма путем сокращения потребления пенного напитка, но и смягчает последствия, если пива все же будет выпито достаточно для драки.

Можно ли ходить по воде?

Вопрос интересный, хотя большая часть людей уверена, что знает ответ на него. "Конечно можно", – скажут они и в подтверждение своих слов сошлются на широко известный исторический прецедент, описанный в одной из самых авторитетных в мире книг. Но ученые не склонны принимать что-либо на веру и не признают авторитетов, они норовят все проверять, причем экспериментально. Именно это сделала группа исследователей во главе с Юрием Иваненко¹² из римского Института госпитализации и научного ухода за пациентами, которые стали лауреатами Игнобелевской премии по физике за 2013 год. Допускаем, что двигало ими не только любопытство, но и чувство обиды. В самом деле, какие-то ничтожные водомерки легко скользят по водной глади. Да что там водомерки, вполне себе увесистая ящерица василиск умеет бегать по воде, а человек – царь природы, как кажется, – лишен такой возможности, в чем может убедиться каждый на собственном опыте.

Но не будем раньше времени посыпать голову пеплом. Давайте лучше разберемся в физике явления. Вода может удерживать на поверхности бегущее тело за счет двух сил. Первая – сила поверхностного натяжения. Именно ее используют водомерки, которые не только прекрасно скользят по водной глади, но и могут застывать на месте. Эта сила применима к существам легчайшим. Другая сила гораздо сложнее, она существует только в динамике – с ее помощью на воде не постоишь. А порождает ее вязкость, которая препятствует телу погружаться в жидкость. Величина этой силы зависит от множества факторов, но главнейший из них – скорость, с которой движется тело. Чем больше скорость, тем труднее телу утонуть. Посмотрим на василиска. Эта ящерица, весящая десятки граммов, не тонет потому, что отважно семенит задними лапками с частотой 7 Гц – семь движений в секунду. Молодые ящерицы так пробегают 300–400 м, а чем старше и, стало быть, тяжелее ящерица, тем менее уверенно она это делает. Приведем еще пример: западноамериканская поганка, крупная (полтора килограмма) птица, пробегает по воде сравнительно небольшую дистанцию – десяток-другой метров, причем исполняет сей трюк в качестве брачного танца.

Человеку этот трюк выполнить тяжело по трем причинам. Во-первых, у нас слишком маленькие ступни. Во-вторых, мы относительно тяжелые, что в сочетании с маленькой площадью опоры порождает большое давление на поверхность воды. И, наконец, мы слишком медленно семеним ногами, хотя это дело индивидуальное и к тому же зависит от тренировки.

Площадь опоры экспериментаторы увеличили с помощью небольших ласт. Для уменьшения веса сконструировали специальное пневматическое устройство со стропами типа парашютных, на которые подвешивали испытуемого. Устройство позволяло регулировать вес человека в пределах 10–25 % от обычного. А для исключения индивидуальных особенностей пригласили группу добровольцев из шести спортивных молодых людей.

Исследования, понятное дело, проводили в бассейне, заполненном водой. Испытуемого, обутого в ласты, подвешивали на стропах над поверхностью воды, устанавливали вес, после чего он начинал быстро семенить ногами так, чтобы ступни не погружались в воду. Полагаем, все участники эксперимента, а также зрители от души повеселились в ходе его выполнения.

Шутки шутками, но в ходе эксперимента получили важные практические результаты. Оказалось, что на Энцеладе, спутнике Сатурна, с гравитацией примерно 0,1 от земной бегать по воде не только возможно, но даже совсем легко: все шестеро участников сумели не утонуть. На Луне (0,16 g) с задачей справились четверо участников. На Ио, спутнике Юпитера, с 0,19 g половине пришлось трудно. Ну а пределом оказалась гравитация 0,22 от земной – лишь один участник сумел удержаться на воде. Тут все уперлось в частоту движения ног. У испытуемых, даже тренированных, она составляла всего 1,5–2 Гц, до василиска далековато.

Этот эксперимент показал, что по лунным морям, когда их зальют водой, колонисты бегать смогут. Но неужели этого никогда не удастся сделать на Земле? Почему бы и нет: немного смекалки – и решение задачи можно найти, не прибегая к мистическим процедурам. Это сделали Пар Один Лотман и Энди Руина из Аландского университета прикладных наук (Финляндия). Они построили в бассейне плавучую дорожку из деревянных щитов, каждый площадью один квадратный метр. Если человек вставал на такой щит, он непременно тонул. Но вот если бежал… Если человек бежал аккуратно, приноровившись наступать в центр щита, тогда он успешно пробегал от одного конца бассейна до другого, лишь замочив ноги.

В общем-то, северные рыбаки порой так и поступают, когда надо преодолеть участок раскрошившейся льдины. Тут главное – делать все быстро и не останавливаться. Наверное, надев на ноги такие щиты – те же ласты, только большие – и потренировавшись, можно приспособиться и к водному бегу на длинные дистанции без всяких предварительно приготовленных дорожек. Кстати, сейчас опыт финских исследователей взяли на вооружение аниматоры в южных отелях – бег по настеленной на поверхности бассейна дорожке неизменно привлекает множество любителей экзотических видов спорта.

Тема бега по воде сильно занимает создателей роботов. Первого из них, способного передвигаться по воде, в 2008 году сделали Парк Хюн Су, Стивен Флойд и Метин Сети из питтсбургского Университета Карнеги – Меллона. Робот весил 60 г, имел четыре ноги, а его ступни при вытаскивании из воды складывались, чтобы уменьшить сопротивление, – именно так бегает птица поганка. Если робот бежал слишком быстро, он опрокидывался – сказывался малый момент инерции, а увеличить его нельзя, иначе вода не удержит. При малой скорости робот тонул. Оптимальным оказался интервал 7–12 Гц – как у василиска, тем более что и весит робот примерно столько же. Еще исследователи отметили неустойчивость в движении робота в случае, если он шел иноходью. В 2013 году сотрудники Академии наук КНР во главе с Сюй Линьсэнь сделали двуногого робота весом 320 г, но они пошли на хитрость – ступнями ему служили пенопластовые пластинки. Шестиногий робот, сделанный в Южной Корее в 2015 году, также бегал на поплавках, причем одинаково успешно по суше и по воде – скорость достигла полуметра в секунду. Нельзя сказать, что это честное соревнование – поплавки были такими большими, что робот не тонул, даже неподвижно стоя на воде.

Эти роботы, так же как и новинка 2015 года – робот-водомерка, представляют собой копии живых существ. Однако успешные технические устройства, как правило, аналогов в природе не имеют, вспомним изобретение колеса. Именно такой, неизведанный путь выбрали исследователи из Университета Триеста во главе с Паоло Галлиной: они решили сделать прыгающего водяного робота. Прототипом послужил тренажер-"кузнечик", или PoGo Stick (палка от компании Полманна и Гоппеля). В сущности, это действительно палка. Наверху у нее ручка, в нижней части – платформа для ног, а еще ниже расположена пружина. Стоя на платформе, человек своим весом давит на пружину, она создает обратный импульс, за счет чего совершаются прыжки.

Но как "кузнечик" сможет прыгать по водной поверхности? При большой скорости движения и вода будет твердью. Исследователи сделали нижний наконечник палки в виде конуса: чтобы легко входил в воду, быстро тормозился и так же легко выходил из нее. И оказалось, что при правильном сочетании угла конуса и жесткости пружины такой "кузнечик" скакал по воде. В опытах "кузнечика" весом полтора килограмма бросали в воду, и двигатель начинал работать как человек, периодически давя на пружину. Устройство держалось на поверхности воды в течение 45 секунд, а потом все же тонуло, но лиха беда начало.

Как видно, раз счет пошел уже на килограммы, значит, прогресс налицо. Поэтому не исключено, что по лунным озерам мы действительно будем бегать, а по земным – все-таки скакать.

Тема взаимодействия движущихся живых существ с водной стихией поистине неисчерпаема. Тут достаточно только немного задуматься, и вопросы посыплются сами как из рога изобилия. Например, как комар летает в дождь? Его решением озаботился доцент Дэвид Ху из Технологического института Джорджии. Конечно, подобно многим, он мог бы пойти по пути наименьшего сопротивления, вспомнить про одного изворотливого политика, который, согласно народной молве, не пользовался зонтиком, потому что обладал способностью просачиваться между струйками дождя¹³, и на этом закрыть вопрос. Не таков доцент Ху, который докапывается до самой сути явления. В самом деле, какое тут просачивание между струйками? Огромные, страшные капли падают на хрупкое комариное тельце подобно камням хмепа – хаотического метеоритного потока, с которым столкнулся знаменитый звездопроходец, капитан дальнего галактического плавания, охотник за метеорами и кометами Ийон Тихий[¹⁴ ] во время путешествия на планету Интеропию. Ардриты, ее обитатели, для уменьшения последствий стихийного бедствия придумали технологию дупликации объектов, которую активно использовали. В частности, с помощью этой технологии восстановили самого Ийона Тихого, в которого попал метеорит (после он нашел в своем носке свежую стружку от упаковки). А вот комару на дупликатор рассчитывать не приходится – не создали комары цивилизацию, подобную ардритской. Как он, без всяких технических средств, рассчитывая только на себя, выживает в дожде?

Между прочим, этот вопрос волнует не только комаров – прогресс робототехники настолько стремителен, что в ближайшем будущем можно ожидать массового производства миниатюрных летающих роботов, которые будут помогать солдатам на поле битвы, а спасателям – при поиске жертв в завалах. Очевидно, что такое чудо техники, размером как раз с некрупное насекомое, должно уметь летать во время дождя. Но как? Может быть, комар обладает датчиками, которые позволяют ему обнаружить воздушную опасность и изменить траекторию полета? Может, и роботов нужно оснастить такими датчиками для решения проблемы?

Для поиска ответа исследователи соорудили пластиковую емкость, в которую посадили несколько комаров, настроили высокоскоростную видеокамеру, а затем стали имитировать дождь с помощью душа. Для контроля они впоследствии провели и полевые испытания, изучив полет комаров, живущих на воле. Как оказалось, насекомое не обладает феноменальной чувствительностью к приближающейся сверху опасности и не уворачивается от капель, а, напротив, встречает удар судьбы без малейшего сопротивления. Это его и спасает, наряду с малой массой и крепостью хитиновой оболочки – наружного скелета. "Сила удара зависит от силы сопротивления. Комар же, попав на нижний край капли, к ней прилипает и начинает падать вниз", – поясняет аспирант Эндрю Дикерсон, непосредственно проводивший наблюдения. А что же дальше? Ведь падая со скоростью капли, можно и в землю врезаться – тогда уж точно останется одно мокрое место. Для своего спасения комар проявляет полную непотопляемость: загребая длинными лапками и крыльями, он переползает с нижнего края капли на верхний и взлетает, чтобы снова продолжить лавирование между струйками дождя.

Раз уж речь зашла о комарах, немного отвлечемся и попробуем поискать ответ на вопрос: может ли современная технология помочь в борьбе с этими надоедливыми насекомыми? Конечно, химия снабдила нас таблетками, создающими отпугивающий комаров дым, биология придумала ловушки, завлекающие комаров в свою утробу всякими приятными для них запахами вроде аромата человеческого пота. Однако есть тут неприятность: все это оружие, так сказать, массового поражения. Оно действует на всех комаров, даже тех, которые совершенно не угрожают человеку; страдают от него и невинные добродушные насекомые, которые, может быть, и не покусились бы на человеческую кровь. Тем более что половине из них кровь-то как раз и не нужна – комары-самцы обходятся без нее. И вот для изготовления такого избирательного оружия, соответствующего принципам гуманизма, на помощь приходят физики.

Вспомним Стратегическую оборонную инициативу президента США Рональда Рейгана, знаменитую СОИ, названную еще "программой звездных войн". Суть этой инициативы 1980-х годов – размещение в околоземном пространстве лазеров, которые станут воздействовать на баллистические межконтинентальные ракеты, вышедшие за пределы атмосферы, меняя их траекторию, и таким образом обеспечат полную защиту от ядерного нападения. Но ведь это именно то, что нужно: найти комариху в момент атаки, сбить ее и только ее. И США, и СССР на эту программу потратили много денег, но результата не получили: уж слишком мощный лазер требовался для успешной работы системы. Но вот американский физик и инженер Джордин Кэр, занимавшийся лазерными двигателями, предложил-таки уже в XXI веке использовать давние наработки и организовать систему противомоскитной обороны¹⁵.

Комар – не ракета, его вес и скорость гораздо меньше. Поэтому сбить насекомое можно недорогим лазером, который продается чуть ли не в магазине. Еще для этой системы нужны также имеющиеся на рынке набор оптических элементов и акустические датчики: первые фокусируют луч, а вторые наводят его на источник ненавистного комариного писка. По мнению Кэра, чувствительность системы столь велика, что она может стрелять прицельно в комарих-кровососок, безобидных же комаров лазерный луч не коснется: тембр писка у них различается. Не станут объектом упреждающей атаки и жужжащие насекомые – так удается сэкономить немало энергии. Более того, система распознаёт человека и всяких домашних животных: даже если они окажутся на линии прицеливания, лазерный луч не причинит им никакого вреда.

Это предложение отнюдь не было воспринято как очередная футуристическая фантазия: ему оказали поддержку финансисты из компании Intellectual Ventures, которую основал бывший главный технолог компании Microsoft Натан Мирволд. Видимо, окрыленный таким вниманием, Кэр надеялся на расширение проекта и мечтал о подвешенной на аэростате платформе с лазерными пушками, которые прицельно палят по летучим вредителям полей и огородов, защищая таким образом сельхозугодья без вреда для полезных насекомых вроде пчел и шмелей. И всё без единого грамма ядохимикатов!

На наш взгляд, эта работа вполне соответствует уровню Игнобелевской премии, причем сразу по нескольким номинациям – энтомологии, физики и мира. Но Кэру ее почему-то не присудили, впрочем, решения Игнобелевского комитета, равно как и Нобелевского, не всегда находят рациональное объяснение.

Легко ли плыть в сиропе?

Итак, с бегом по воде и пролетом сквозь струйки дождя разобрались. А как насчет плавания в сиропе? Где человек поплывет быстрее – в сладкой воде или в обычной? Ответ на этот вопрос нашли Эдвард Касслер и Брайан Геттельфингер с кафедры химического машиностроения и материаловедения Миннесотского университета, что принесло им, помимо морального удовлетворения от прекрасно выполненной работы, еще и Игнобелевскую премию по химии за 2005 год.

Как отмечают сами лауреаты в своей эпохальной статье¹⁶, один из них принимал участие в отборочных олимпийских соревнованиях по плаванию и там случайно заметил, что в соленой воде плавать легче. К слову сказать, нам этот феномен объясняли где-то в седьмом классе на уроках физики, когда изучали закон Архимеда, но то нам, а бедолагам-американцам до всего приходится доходить своим умом и на собственном опыте.

В соленой воде из-за увеличения плотности растет выталкивающая сила Архимеда, так что на воде держаться действительно легче. Но из этого отнюдь не следует, что в соленой воде легче, а главное, быстрее плыть, чем в пресной, поскольку у соленой воды не только плотность, но и вязкость выше, чем у пресной.

По признанию лауреатов, в их лаборатории шли жаркие, неутихающие дискуссии о влиянии вязкости на скорость плавания. Единства мнений не было – все участники прений разбились на три группы. Большинство, в основном специалисты по динамике жидкостей, утверждали, что человек поплывет медленнее, ведь на преодоление сопротивления более вязкой жидкости нужно тратить больше усилий. Другие возражали: человек при гребке толкается руками, чем создает тягу, стало быть, чем плотнее жидкость, тем более мощным выходит толчок. Третьи же предполагали, что эти эффекты компенсируют друг друга, отчего плавать в соленой воде не легче и не тяжелее, чем в пресной.

Видимо, обсуждение этого животрепещущего вопроса перешло в такую бурную стадию, что Касслер и Геттельфингер для примирения сторон решились на постановку натурного эксперимента. От соленой воды отказались по той причине, что увеличение ее вязкости относительно невелико и эффект, если он будет обнаружен, мог попасть в коридор ошибок. Нужно было радикальное увеличение вязкости раствора – так родилась идея сладкого сиропа, вероятно, во время поедания блинчиков с кленовым сиропом.

Но тут возникли две технические проблемы. Для надежного измерения скорости плавания дистанция должна быть достаточно большой, как минимум 25 м или ярдов, так как дело происходило в США. А это полноценный плавательный бассейн для соревнований. Причем желательно иметь два таких бассейна, один с сиропом, другой – с обычной водой, чтобы проводить сравнительные испытания в идентичных условиях. А еще лучше – несколько плавательных бассейнов разного объема, чтобы избежать влияния глубины на скорость пловца. То, как удалось исследователям уговорить администрацию выделить им университетский плавательный комплекс для проведения эпохального эксперимента, навсегда осталось загадкой.

Вторая проблема – сладкий состав для плавания. Первым на ум пришел кукурузный сироп. Нашлись и спонсоры, готовые предоставить необходимую для эксперимента тысячу тонн этого вещества, благо его производят и потребляют в США в немереных количествах. Но смыв такого объема сладкого сиропа в канализацию вызвал бы локальную экологическую катастрофу, кроме того, плотность кукурузного сиропа существенно отличается от плотности воды, что непременно исказило бы результаты эксперимента. В конце концов решили использовать природный гелеобразователь – гуаровую камедь. Это вещество часто используют в кулинарии и пищевой промышленности, то есть для человека оно безопасно. Итак, 320 кг камеди растворили в 650 кубометрах воды бассейна, получив концентрацию 0,05 %. Плотность сиропа осталась на уровне плотности воды, а вязкость выросла в два раза.

С чем не возникло никаких проблем, так это с пловцами-добровольцами. Какой студент откажется от возможности принять участие в таком прикольном эксперименте и сделать селфи в бассейне с сиропом? После строгого отбора сформировали команду из десяти пловцов. Каждый из них сначала проплывал 25 ярдов в бассейне с тысячей кубометров чистой воды, спустя три минуты – два раза по 25 ярдов в экспериментальном бассейне и затем, приняв душ, еще 25 ярдов в таком же бассейне с чистой водой. Фиксировали не только скорость, но и такие детали, как время отталкивания от стенки и количество гребков. Результат получился однозначный: вязкость на всем этом никак не отражалась.

Этому было дано вполне научное объяснение. Влияние вязкости на движение чего-нибудь в жидкости передается числом Рейнольдса – произведением характерного размера на скорость движения, отнесенную к вязкости. Для человека оно достигает значения 600. Это значит, что для пловца главное – силы инерции, а не силы вязкости. И жидкость обтекает его тело не ламинарно, а турбулентно, то есть с завихрениями. При таком режиме затрачиваемые усилия пропорциональны квадрату скорости, вязкость же отвечает лишь за 10 % затрат энергии пловца. Вот если бы вязкость увеличить в тысячу раз – в таком сиропе плыть было бы труднее, чем в воде, но, с другой стороны, и толкаться было бы проще. А какой фактор пересилит, так и не удалось выяснить в ходе эксперимента, видимо, вследствие заботы о судьбе канализации в спортивном сооружении.

Интересно, что снижение вязкости подобных сомнений не вызывает. Оно точно облегчит плавание: менее вязкая жидкость не только хорошо обтекает тело, но и отлично сопротивляется движениям рук, то есть интенсивность создаваемых ими вихрей сохраняется. Изготовители костюмов для плавания учитывают этот эффект, обеспечивая спортсмену именно легкость обтекания, то есть дополнительно понижая число Рейнольдса.

А кто-нибудь живет в мире, где число Рейнольдса мало? Как там можно плавать? Да, такой мир существует, и не где-нибудь в мантии Земли, а непосредственно в нас самих. Это мир микроорганизмов. Из-за их размеров вода для них оказывается средой с очень малым числом Рейнольдса. Поэтому движение микробов резко отличается от движения человека или рыбы. Ведь если число Рейнольдса мало, тогда инерция не действует, и, если не прикладывать усилия, сразу остановишься. Но это еще не все: повторяющимися движениями нельзя продвинуться далеко вперед. Вот, например, кальмар, который медленно втягивает в себя воду, а затем быстро ее выбрасывает и получает ускорение. В мире с малым числом Рейнольдса этот фокус не пройдет: независимо от того, быстрое движение или медленное, при заборе воды кальмар станет смещаться назад, а при выбросе – на такое же расстояние вперед и в результате останется на одном месте. Двигаться в таких условиях можно, только если возвратных движений нет вовсе.

Такой движитель известен – это штопор. При его повороте возникает две силы. Одна направлена по касательной к штопору, эта сила для движения не нужна, хоть она и велика. Другая, гораздо меньшая, направлена вдоль оси вращения. Она-то и способна обеспечить тягу при малом числе Рейнольдса. Именно так двигаются жгутиковые микроорганизмы. А также сперматозоиды. Собственно, все мы появились на свет исключительно благодаря тому, что эти мельчайшие частички жизни приспособились быстро перемещаться в мире с малым числом Рейнольдса, энергично вращая своим жгутиком и так продвигаясь к заветной цели.

За сколько секунд можно справить нужду?

Мы не случайно посвятили столько места и времени рассказам о взаимодействии живых существ с жидкостями. Жидкости с их изменчивостью формы сами порой кажутся живыми. Можно часами смотреть на волны, бегущие по поверхности моря, или капающую из крана воду. А вот часами сидеть, уставившись в неподвижную стенку, – это, извините, диагноз. Гидродинамика с ее элегантными уравнениями и неожиданными следствиями неизмеримо интереснее сухого сопромата – так в технических вузах называют курс "Сопротивление материалов".

Не знаем, как у вас, а у нас классические гидродинамические выражения, типа "уравнение неразрывности струи" или "скорость истечения жидкости", всегда вызывали ассоциации с процессом, которому все люди предаются по нескольку раз на дню. Но эти ассоциации никогда не претворялись в желание заняться исследованием столь жизненно важного процесса – вероятно, поэтому мы никогда и не станем лауреатами Игнобелевской премии.

Не таков доцент Дэвид Ху из Технологического университета Джорджии, о котором мы уже упоминали в одном из предыдущих рассказов. Вот у него за мыслью следует слово, а слово не расходится с делом. Он, вообще-то, занимается гидродинамикой и механикой сплошных сред – науками сложными, насыщенными многоэтажными формулами, которые присущи тензорному исчислению и требуют немалого воображения. Видимо, для развития воображения он и поручает своим студентам решать весьма остроумные задачи. Например, изучить гидродинамику потока муравьев, вытекающих из носика чайника подобно потоку воды, или продемонстрировать, что лягушка при ловле мух использует на языке слизь, обладающую свойствами неньютоновской жидкости.

Несомненно, что замеченная нами ассоциация не прошла мимо внимания и доцента Ху. Но у него она породила вполне резонные вопросы: как зависит время опорожнения мочевого пузыря или кишечника от размера живого существа, освобождающегося от этих продуктов жизнедеятельности, а также от количества предварительно выпитого и съеденного? За вопросами последовали исследования: одно посвящено мочеиспусканию¹⁷, второе – дефекации. Оба исследования произвели неизгладимое впечатление на Игнобелевский комитет, что принесло доценту Ху с сотрудниками премию по физике за 2015 год. Кратко результат формулируется так: любое животное опорожняет свой мочевой пузырь примерно за 21 секунду, а время выхода твердых экскрементов составляет в среднем 12 секунд.

Как же это было установлено и в чем причина подобного единообразия, если смотреть на явление с точки зрения механики сплошных сред? Исследователи при поддержке грантов для молодых специалистов Национального научного фонда США и президента университета начали свой тернистый путь к славе с простейшего вида работы – наблюдения за соответствующим процессом у разных животных. Для этого они снимали на видеокамеру акты испражнения обитателей зоопарка Атланты, а также пользовались видеороликами из интернета. Довольно скоро в наблюдениях стала прослеживаться система.

Так, оказалось, что существует два механизма избавления организма от отработанной жидкости. Маленькие животные, весом до трех килограммов, делают это капельками, а большие животные – струйкой или струей, в зависимости от размера. На этом-то этапе и была установлена удивительная закономерность, которая принесла участникам работы почетный нанограмм золота: время испускания мочи у крупных животных оказалось константой, не зависящей от веса: 21±13 секунд. Разброс, конечно, великоват, но кривая распределения имеет привычный колоколообразный вид нормального распределения. При этом различие в размерах животных огромно: у кота объем мочевого пузыря в 3600 раз меньше, чем у слона! Казалось бы, слону нипочем за котом не успеть. Но успевает. Как же это ему удается?

Для поиска ответа была построена ставшая знаменитой математическая модель. Вот ее краткое описание. Представим, что по трубе, длина и диаметр которой соответствуют таковым у мочеиспускательного канала животного, течет поток жидкости. Его движению способствуют две силы: давление мочевого пузыря и сила тяжести, а замедляют его вязкость, сила инерции и капиллярная сила. Давление пузыря удивительным образом представляет собой фундаментальную физиологическую константу: как показали измерения, проведенные зоологами, у млекопитающих оно составляет примерно 5,2 кПа независимо от размеров животного. Гравитационная сила, она же гидростатическое давление, пропорциональна высоте трубы. Сила инерции, или динамическое давление, – квадрату скорости потока. Сила вязкого давления – квадрату скорости потока и отношению длины трубы к ее диаметру. А капиллярная сила, стремящаяся свернуть струю в капли, обратно пропорциональна диаметру трубы.

Для больших животных остается первые три силы, а вязкостью и капиллярной силой можно пренебречь. Тогда получится уравнение, в котором скорость потока выражена через параметры трубы и давление пузыря. Подставив этот результат в формулу для вычисления времени опорожнения мочевого пузыря, которое равно отношению его объема к скорости движения потока и площади поперечного сечения, получаем зависимость от объема пузыря и опять же параметров трубы. А они, как выяснили исследователи из группы Ху, закономерным образом зависят от веса тела: объем пропорционален весу в первой степени, а длина и диаметр мочеиспускательного канала – кубическому корню из веса. Подстановка этих зависимостей в формулу для времени показывает, что оно пропорционально весу в степени 1/6, или примерно 0,16, то есть зависимость от веса все-таки есть, но очень слабая. В общем-то точный расчет времени по экспериментальным данным дает не совсем константу, а именно слабую зависимость – с показателем 0,13. Такое совпадение свидетельствует: модель очень хороша. Из нее становится ясно, почему кот и слон освобождаются от жидкости за одно время: у слона всё больше – и пузырь, и длина канала, и его диаметр. В результате выше вклад силы тяжести, которая увеличивает скорость истечения потока, это и позволяет слону догнать кота в заочном соревновании.

А вот с мышами и крысами все сложнее. У них вклад капиллярных сил очень велик, ведь диаметр канала маленький. Эти силы так запутывают дело, что простую формулу вывести не получается, никаких инвариантов выявить не удается. Это соответствует эксперименту: время мочеиспускания у мелких животных различается двадцатикратно – от 0,1 до 2 секунд! Модель позволила рассчитать и параметры самого маленького животного, способного самостоятельно избавляться от мочи: у него диаметр канала равен 100 мкм. Это соответствует длине канала в 1,7 мм и весу в 0,8 г. Таковы параметры новорожденных мышат – их вес 0,5–3 г. И действительно, мать слизывает у них капельки мочи, которые в соответствии с игнобелевской моделью и не должны сами отделяться от канала. А вот насекомые в принципе не писают: у них продукты азотистого обмена выходят в сухом виде вместе с калом; аналоги почек у насекомых – мальпигиевы трубочки – открываются в кишку, а не во внешнюю среду.

По мнению авторов работы, их исследование – не просто удовлетворение любопытства, оно имеет практическую значимость. Во-первых, многие нарушения мочеиспускания изучают на животных, и теперь в руках медиков есть надежный инструмент для масштабирования полученных данных, чтобы их можно было применять к человеку. А во-вторых, бионический принцип позволит инженерам лучше проектировать масштабируемые гидродинамические системы, ведь мочевой пузырь и связанный с ним канал ничем не отличаются от какого-нибудь нефтехранилища, привязанного к нефтепроводу.

Аналогичную модель удалось создать для объяснения феномена дефекации. Действуя по схожей методике, исследователи из лаборатории доцента Ху определили: у подавляющего большинства млекопитающих, у которых твердые отходы жизнедеятельности выходят единым куском, а не орешками, как у коз или зайцев, имеется свой инвариант: этот процесс в норме (то есть без расстройства кишечника) занимает 12 секунд вне зависимости от веса животного. При этом скорость дефекации пропорциональна кубическому корню из веса, то есть длине животного, поскольку последняя также пропорциональна этому корню. Статистическая обработка данных измерения показывает соответственно, что время дефекации очень слабо зависит от веса – в степени −0,09, то есть чем больше вес, тем меньше время опорожнения, хотя 40-сантиметровая прямая кишка слона в десять раз длиннее, чем у кота.

Причиной такой инвариантности служит подобный найденному в первой работе набор физиологических констант и зависимостей, связывающих некие размеры с весом тела. В данном случае фундаментальной константой для всех млекопитающих стало минимальное давление, оказываемое гладкими мышцами кишечника на выделение в процессе дефекации, – 0,64 кПа; максимальное давление – в семь раз больше. С весом же тела связаны такие геометрические параметры, как диаметр и длина прямой кишки, а также толщина слизи на ее стенках: все они пропорциональны кубическому корню от веса. Интересно, что давление оказалось меньше, чем модуль сдвига твердых испражнений, который находится в пределах от 2 кПа у поссума (сумчатой летяги, не путать с опоссумом!) до 10 кПа у овцы. Иными словами, твердые испражнения не могут деформироваться в процессе выхода, поэтому важнейшее значение в кинематике процесса приобрела слизь – она играет роль смазки, и от нее зависит все.

Подстановка всех зависимостей в формулу для времени дефекации привела к тому, что показатели степеней при весе сократились, то есть время стало пропорционально весу в степени 0 – это оказался истинный инвариант, не то что время деуринации, которое от веса все-таки немного зависит. Однако подстановка значений дала время в 6,5 секунды, что в два раза меньше, чем показал эксперимент. Такое несовпадение, видимо, связано с плохо изученными свойствами слизи. Ее толщину измеряли следующим образом: брали свежие экскременты, которые из-за налипшей на них слизи еще блестели, и взвешивали. Затем ждали, когда блеск исчезнет, и снова взвешивали, предполагая, что слизь испарилась и, значит, разница веса позволит вычислить толщину ее слоя. Такая методика, конечно же, не слишком точна. Еще большую ошибку могут вызвать неточные измерения вязкости этой слизи, ведь в формуле это не коэффициент, а показатель степени.

Впрочем, отсутствие количественного совпадения не препятствует верным качественным выводам. Так, было подсчитано время дефекации человека при поносе; оно оказалось очень малым – 0,5 секунды с момента приложения давления гладкими мышцами кишечника, движение же шло с ускорением, что очень похоже на правду. Интересный результат получился в обратной ситуации – при запоре. Исследователи предположили, что в рамках принятого приближения запор означает отсутствие слизи. В этом случае движение выдавливаемого материала возможно лишь в результате его сдвиговой деформации. Подстановка в расчетную формулу механических характеристик наиболее плотных испражнений дала колоссальное время для этого случая – 524 дня при минимальном давлении и 6 часов при максимальном. Поскольку был взят экстремальный случай – в реальности какая-то слизь обязательно будет, – эта ситуация качественно опять же оказалась недалека от реальности.

Таким образом, теперь благодаря эпохальной серии работ группы Дэвида Ху мы знаем практически всё о механике процессов удаления продуктов жизнедеятельности из организма. Это дает возможность и врачам, и диетологам, рассуждая о путях улучшения жизни человечества, опираться не на слухи, домыслы и личное мнение, а на строгий научный инструментарий.

Скольким детям может дать жизнь мужчина?

Движение сперматозоидов, разобранное нами ранее[¹⁸ ], неизбежно вызывает вопрос о конечной цели их путешествия. Ведь именно от успешности ее достижения зависит, состоится ли таинство зачатия. Увы, современная цивилизация поставила сперматозоид в такие условия, что от него мало что зависит: как бы интенсивно он ни двигал своим жгутиком, шансов достигнуть цели у него практически нет. И вообще, сегодня вопрос, вынесенный в название главки, носит скорее отвлеченно-теоретический характер. Это в стародавние времена количество сыновей у мужчины считалось показателем мужской силы, а самих сыновей считали помощниками в хозяйстве и в бою; их чем больше – тем лучше[¹⁹ ]. Ныне большинство людей предпочитают ограничиваться одним ребенком. И даже любвеобильные граждане, готовые щедро делиться любовью со всеми окружающими особями противоположного пола, концентрируются на процессе, а не на результате.

И хотя наш интерес к этому вопросу носит сугубо ностальгический, даже, можно сказать, атавистический характер, ученые не могли оставить его без ответа. Одно из самых известных исследований в этой области выполнили австрийские антропологи Элизабет Оберзаухер и Карл Граммер из Венского университета²⁰. Собственно, они попытались оценить правдоподобность исторических сведений о том, что у марокканского султана Мулай Абу-уль Насира Исмаила ас-Самин ибн Рашида (1645–1727) было 600 сыновей. Но результаты, полученные Оберзаухер и Граммером, выходят далеко за рамки этого конкретного случая, ведь они дают оценку мужской продуктивности в максимально благоприятных для этого условиях – при наличии неограниченного доступа к большой выборке женщин, состоящей из четырех жен и 500 наложниц.

Какими еще данными располагали исследователи? О том, что у султана было 600 сыновей, сообщил французский дипломат Доминик Буснот в 1704 году. На тот момент султану Исмаилу исполнилось 59 лет, с восшествия на престол прошло 32 года, именно эта величина была принята за продолжительность его продуктивной деятельности. Понятно, что сыновьями дело не ограничилось. Были и дочери. К ним султан относился неодобрительно и позволял их сохранять только женам. Дочерей наложниц повитухи душили сразу после появления на свет (ох, не случайно в истории султана Исмаила прозвали Кровожадным). Как бы то ни было, исходя из среднестатистических показателей, число девочек определили в 571, итого общее количество детей – 1171.

К сожалению, доподлинно не известно, какими соображениями в выборе партнерши руководствовался султан при посещении гарема. Поэтому в первом варианте компьютерного моделирования использовали модель "случайных блужданий". При этом вводили естественные ограничения: женщины по физиологическим, а в мусульманских странах и по религиозным причинам выпадают из процесса на пять дней в месяц, еще более продолжительные антракты связаны с беременностью и грудным кормлением, на это заложили полтора года. Исследователи учли также эффект синхронизации месячных циклов у совместно проживающих женщин, что соответствует условиям гарема. Достоверность данного эффекта признают не все ученые, это противоречие исследователи изящно обошли, предположив, что цикл синхронизируется у половины обитательниц гарема. На количество детей отрицательно влияют выкидыши и младенческая смертность, их вклад определили в 15–20 % от общего числа беременностей.

Наибольшие сложности при моделировании представляет учет одного, хорошо всем известного обстоятельства – не каждое совокупление приводит к зачатию. Также хорошо известно, что вероятность зачатия сильно зависит от дня цикла, достигая максимума во время овуляции. Но вот как точно зависит – тут мнения расходятся. Австрийские исследователи использовали две популярные на Западе модели фертильности (Уилкокса – Вайнберг и Барретта – Маршалла), которые дают вероятность оплодотворения при овуляции в 30 и 44 % соответственно. Вряд ли в XVII веке в Марокко были тесты на овуляцию, хотя кто их, древних, знает, но исследователи учли в своей модели еще один общеизвестный эффект – женщины становятся более сексуально привлекательными именно в эти дни. Вообще-то, биологи пока не могут понять, по каким маркерам возможно установление факта готовности женщины к оплодотворению и есть ли такие маркеры. Однако, похоже, султан Исмаил, руководствуясь богатым жизненным опытом и неуемным желанием увеличить число потомков, умел выхватывать своим зорким взглядом овулирующих женщин из шеренги наложниц. Вероятность этого исследователи оценили в 60 %.

Рассмотрели они и еще одну модель – индуцированной овуляции. Ее предложил немецкий врач Вольфганг Йохле, который проанализировал статистику беременностей жен военнослужащих во время Первой и Второй мировых войн. Военнослужащие в ходе передислокации частей попадали домой буквально на один-два дня, но при этом достигали желаемого результата. Йохле объяснил это тем, что физическая близость с долгожданным супругом индуцировала овуляцию у женщин со всеми вытекающими последствиями. Ситуация чрезвычайно схожа с гаремной, где наложницам долгие месяцы приходится ждать, пока султан разделит с ними ложе. Справедливости ради отметим, что эту модель проверяют много лет и до сих пор, даже используя новейшие методы, не могут ее ни подтвердить, ни опровергнуть.

Проблемы в зачатии связаны не только с женщинами, но и с самим султаном, который на протяжении этого сверхдлинного марафона становился все старше, а продуктивность его спермы – все ниже, исследователи оценили это падение в 1,52 % в год. Учли они и такой ненаучный фактор, как любовь, когда султан довольно продолжительное время уделял внимание только одной наложнице. А также приняли во внимание возможное формирование группы фавориток (из 11 женщин), которые пользовались наибольшим расположением султана.

Все эти данные были заложены в компьютер, и вот что получилось после многочисленных итераций. Султан Исмаил таки мог произвести 1171 ребенка, для этого ему надо было осуществлять в среднем один половой акт в день на протяжении 32 лет. Если совсем точно, то по моделям Уилкокса – Вайнберг, Барретта – Маршалла и Йохле султану надо было заниматься любовью 1,43, 1,62 и 0,83 раза в день соответственно. Интересно, что влюбленность в реалиях гарема плохо влияет на продуктивность – последняя существенно падает. Вот к чему приводит сосредоточение внимания на одном объекте страсти и пренебрежение обязанностями по отношению к народу. Фаворитки, наоборот, способствуют росту продуктивности.

Тут возникает естественный вопрос: а нужен ли столь большой гарем для достижения поставленной цели в 600 сыновей? Нет, не нужен, отвечают австрийские исследователи, в зависимости от использованной модели вполне хватило бы 65–110 женщин, увеличение числа женщин сверх этого количества не приводит к росту числа потомков.

Что нам совершенно непонятно, так это сетования австрийских исследований на непроизводительные расходы, которые повлекло содержание избыточного гарема. Нельзя же все мерить деньгами! Кроме того, надо и о женщинах думать, об их здоровье. Ведь при секвестированном бюджете, который нам предлагают австрийские исследователи, каждой женщине пришлось бы рожать в среднем более десяти детей. Это все-таки большая нагрузка на организм.

Несмотря на отмеченный недостаток, работа Элизабет Оберзаухер и Карла Граммера заслужила высокую оценку специалистов, и им была присуждена Игнобелевская премия по математике за 2015 год.

Зачем нужны поцелуи?

Зачатие зачатием, а каково место поцелуев в жизни человека? Из серии работ Киматы Хаджиме²¹ из отделения аллергологии киотского госпиталя Удзитакеда, ставшего лауреатом Игнобелевской премии по медицине за 2015 год, следует однозначный вывод: поцелуи помогают человеку улучшать статус своей иммунной системы. Стало быть, они представляют собой не пустую забаву – или, как некоторые говорят, никчемное слюнокачание, – а жизненную необходимость.

В поисках ответа на вопрос "Зачем же нужны поцелуи?" доктор Кимата изучил их влияние на кожную аллергию. Видимо, по долгу службы ему не раз приходилось лечить людей от этой неприятной болезни, и целью исследования был поиск нетривиального способа облегчить их страдания. Еще в 2001 году Кимата обнаружил, что симптомы аллергии уменьшаются после просмотра кинокомедий. И вот в 2003 году он пришел к мысли изучить поцелуи как более мощный генератор положительных эмоций.

Для этого доктор Кимата подобрал три группы из добровольцев как с разными типами кожной аллергии, вызываемой пыльцой растений или пылевыми клещами, так и здоровых, затем разбил их на пары, и те, уединившись за закрытыми дверями, полчаса обнимались и целовались под расслабляющую музыку. А в ходе эксперимента у них брали пробы крови и измеряли в них уровень веществ, свидетельствующих о степени аллергической реакции. Спустя две недели опыт повторили, но теперь участникам под ту же музыку можно было только обниматься, а целоваться – ни-ни.

И оказалось – да, действительно, положительные эмоции, связанные именно с поцелуями, у пациентов с аллергией снижали уровень соответствующих веществ в крови, а у здоровых состав крови никак не менялся. Это лишний раз подчеркнуло: дело вовсе не в том, что в организм попала слюна другого человека со своими специфическими, присущими только ему веществами, а в том, что на такое проникновение иммунная система дала бы достойный аллергический ответ.

На этом достижении Кимата не остановился и в 2004 году продолжил опыты, изучая влияние на аллергию и более близких, нежели поцелуи, человеческих отношений. Пары из добровольцев опять на полчаса уединялись за закрытыми дверями, где совершали таинство любви, медики же до и сразу после брали у них пробы крови и проводили тест на аллергию. И опять положительные эмоции от такого времяпрепровождения снижали у страдающих от аллергии пациентов реакцию на пыльцу или пыль, а у здоровых никаких изменений в работе иммунной системы замечено не было. В общем, похоже, что благодаря исследованиям доктора Киматы под известное прозрение Лолиты из одноименного романа В. В. Набокова "хорошо против прыщиков на лице" подведена совершенно новая научная база.

А может быть, загадочное отсутствие при поцелуях иммунной реакции на чужеродные белки, да и генетический материал, всегда присутствующий в слюне, связано с тем, что слюна – очень едкая жидкость и всякие признаки чужой жизни в ней очень быстро исчезают? Такая точка зрения существовала достаточно долго и сильно огорчала судмедэкспертов. Ведь для них порой лишь наличие чужого генетического материала во рту жертвы могло бы свидетельствовать о том, что несостоявшаяся попытка изнасилования действительно имела место быть, что речь об оговоре не идет. Поиском ответа на вопрос "Сколько времени генетический материал из слюны одного человека может после поцелуя сохраняться во рту другого человека?" занимались коллеги доктора Киматы – словацкий коллектив во главе с Натальей Комодьевой²² из братиславского Университета Коменского, разделивший с ним честь быть удостоенными Игнобелевской премии по медицине за 2015 год.

В их исследовании участвовали 12 мужчин, которые в течение двух минут интенсивно целовались с женщинами, чью слюну, отобранную спустя одну, пять, десять, тридцать и шестьдесят минут, и проверяли на наличие мужской ДНК. Как оказалось, дела судмедэкспертов обстоят не то чтобы блестяще, но и не безнадежно. Действительно, прямой анализ показал, что спустя пять минут в большинстве – восьми – образцах слюны мужской ДНК уже не было, а спустя полчаса – ее не было ни в одном из них.

Но вот применили современный метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), который способен даже из единичной молекулы синтезировать вполне достаточное для анализа количество вещества. И оказалось, что эти следы есть. Через пять минут после поцелуев лишь один мужчина ускользнул от потенциальной ответственности – его следы полностью исчезли из слюны партнерши. Спустя полчаса выбыл еще один участник. Однако и через час – время, за которое при благоприятном стечении обстоятельств можно успеть начать расследование, – пропали следы лишь четырех мужчин из двенадцати. При этом из оставшихся лишь в одном случае идентификацию этого следа провести не удалось. То есть, если бы проходило настоящее расследование, семь человек были бы сразу уличены в совершении преступления, а пятерых ожидало продолжение следственных действий.

Эта интереснейшая работа тянет за собой шлейф новых вопросов, дающих возможность для настоящих ученых продолжить свою деятельность по разгадыванию головоломок. Например, в чем же отличие того единственного мужчины, слюна которого уже через пять минут не оставила никаких следов? Ну да его решением, видимо, придется заняться какому-то сыщику, у которого из-за данных ДНК-экспертизы не будут сходиться концы с концами. А судмедэкспертам теперь, после работы игнобелевских лауреатов, стало ясно: совершенствуя методы, можно найти и не такую иголку в стоге сена.

Как живые существа ориентируются в пространстве?

В заголовок вынесен типичный вопрос на засыпку. Тут только с человеком все более-менее понятно: любой школьник вам скажет, что люди ориентируются в пространстве по GPS-навигатору. А как выкручиваются насекомые, рыбы, птицы и млекопитающие, братья наши меньшие, у которых нет не то что вышеозначенного навигатора, но даже завалящего компаса?

Возьмем жука-навозника, обитающего в африканских пустынях, – скарабея. Это неутомимое существо катает по песку шарики из навоза. Цель же – найти укромное местечко, где можно шарик спрятать и, отложив туда яйцо, быть спокойным за судьбу потомства, обеспеченного запасом питательного корма.

Однако есть у скарабея очевидная проблема. Как и все живые существа, он несимметричен. Эта асимметрия способна сыграть с ним злую шутку, как с заблудившимся в лесу человеком, лишенным навигатора: из-за того что у человека длина ног разная, он, не имея ориентиров, будет упорно и строго идти только вперед, но траектория его движения окажется дугообразной и в конце концов сомкнется в окружность.

Аналогично и скарабей – если он не будет ориентироваться, то станет двигаться по окружности, то есть по многу раз проходить уже осмотренные, не подошедшие для закладки катышка навоза места, и никогда не размножится. Однако размножается! Значит, у него есть какой-то ориентир среди бескрайних однообразных песков, где даже глазу человека-то не за что зацепиться, не то что фасеткам маленького жука.

Удивительно, но это существо показало себя подлинным обитателем Вселенной (недаром древние египтяне боготворили скарабея), ведь ориентиром для него оказалась сама по себе Галактика – Млечный Путь.

Это интересное обстоятельство выяснил творческий коллектив из шведских и южноафриканских исследователей во главе с Марией Даке (Лундский и Витватерсрандский университеты), получив за работу заслуженную объединенную Игнобелевскую премию по биологии и астрономии за 2013 год.

Для исследования они построили полигон – арену двухметрового диаметра с непрозрачными темными стенками высотой в метр. В центр арены аккуратно сажали жука с навозным шариком и измеряли, за какое время он под ночными небесами доберется до стенки: если путь проходит по прямой, то время окажется минимальным. Конечно, Луна служила самым лучшим ориентиром, и в полнолуние жуки демонстрировали рекордные результаты – около 21 секунды. Звездное небо без Луны, впрочем, также было неплохо – 41 секунда. А вот если неба не было видно, то жук блуждал в два-четыре раза дольше – от 90 до 150 секунд. То есть жуку для ориентировки явно нужны звезды. Но какие? Что он такого важного видит на небе, где не всякий человек сможет найти нужную звезду несмотря на советы "Гугла"?

Для выяснения подробностей арену с жуками перебазировали в планетарий Йоханнесбурга, на куполе которого можно зажечь до 4000 звезд. Там жукам включали и полное небо, и только Млечный Путь, и 18 самых ярких звезд, и их же в окружении слабых – в общем, перебрали все пришедшие в голову комбинации небесных светил. И оказалось, что Млечный Путь и есть самый главный ориентир в отсутствие Луны – вся Галактика целиком, именно в этом случае жук добирался до края арены за 40–50 секунд. А вот только яркие звезды заставляли его блуждать по полторы минуты. Контрольной группой послужили другие южноафриканские жуки-навозники, за которыми наблюдали в природе. Дело в том, что осенью на юге континента Млечный Путь едва виден над горизонтом. И если в это время не было Луны, то свободно живущие жуки теряли ориентацию.

Как же видит жук нашу Галактику? Скорее всего, как яркое пятно на небе: фасетки его глаза не способны различать отдельные звезды. Кстати, авторы исследования отмечают, что аналогично ориентироваться по Галактике должны и другие ночные насекомые и даже земноводные. Правда, пока что только с навозниками удалось поставить столь тщательной опыт с привлечением передовой техники вроде планетария.

Звезды звездами, но что у нас с магнитным полем? Есть ли какая-то ясность, используют его разные живые создания для ориентации или нет? Многие пытались найти ответ на этот вопрос, но поиски скорее порождают новые проблемы, чем дают ответы. Например, австралийский ихтиолог Грэхем Хейс из Университета Суонси проанализировал канадскую статистику, посвященную изучению путей возвращения атлантических лососей в родную реку в районе Ванкувера. И статистику немалую – полвека наблюдений. Суть же их такова.

Перед устьем реки в океане лежит остров, обходить который можно как с севера, так и с юга. Однако год от года большинство рыб выбирают только один из этих путей. С чем же это связано? Ведь считается, что рыбы, как и птицы, и черепахи – в общем, все, кто совершает дальние путешествия, запоминают некую магнитную карту. Она-то и приводит их к цели. Почему же в один год карта ведет их в обход острова сверху, а в другой – снизу? "Эврика!" – воскликнул Грэхем Хейс, разобравшись в физике явления: карта-то не постоянна. Магнитное поле Земли весьма переменчиво. Мало того что его полюса скользят со скоростью в несколько десятков километров в год, так ведь еще имеются как кратковременные, так и долговременные, вековые, изменения его напряженности и склонения. Очевидно, что карта, запомненная рыбой одного года рождения, будет отличаться от той, что возникнет в голове рыбы другого года. Вот они и обходят остров с разных сторон, пользуясь картой, которая уже не соответствует магнитному рельефу.

Ну вот, решение найдено, все отлично, ориентация по магнитному полю доказана. Как бы не так! Ведь есть существа, которые находят дорогу к месту рождения спустя десятилетия, как те же черепахи. За 20 лет магнитный полюс уползет на многие сотни километров, и карта станет совсем иной. Как при такой путанице черепаха сможет ориентироваться? Совершенно неясно.

Трудности с пониманием механизма взаимодействия живых существ с магнитным полем порой приводят к очень остроумным экспериментам, а их авторы получают заслуженную награду. Например, исследование ориентации тел собак относительно геомагнитного поля во время испражнения Игнобелевский комитет удостоил премии по биологии в 2014 году. Получил ее большой творческий коллектив – двенадцать чешских зоологов и физиков во главе с Хайнеком Бурдой, работающим в пражском Чешском университете наук о жизни и Университете Дуйсбурга – Эссена²³. Ранее этот же коллектив изучал магнитное упорядочение коров, стоящих и лежащих на пастбище, оленей в лесу и охотящихся лис.

Казалось бы, изучить упорядочение испражняющихся собак несложно. Собери добровольцев, вручи каждому компас, и пусть они во время прогулок с питомцами фиксируют ориентацию тела собаки относительно стрелки компаса в момент освобождения от продуктов жизнедеятельности. Остается проанализировать данные и убедиться, что собаки не хуже лис или коров ощущают магнитное поле. Прелесть методики в том, что какое-либо неосознанное влияние человека на выбор ориентации невозможно – она определена процессами, протекающими в собаке.

Но не тут-то было. Проведя по полторы тысячи измерений ориентации во время дефекации и мочеиспускания для собак обоих полов (в эксперименте принимали участие 42 суки и 28 кобелей), авторы работы оказались у разбитого корыта. Никаких явных следов магнитного упорядочения собак замечено не было: точки вполне равномерно распределились по окружности компаса.

Однако настоящий ученый тем и отличается от дилетанта, что никогда не останавливается перед трудностями. Отсутствие яркого эффекта в данном, да и во многих других случаях совсем не показалось удивительным. В конце концов ведь очевидно, что все яркие эффекты естествоиспытатели обнаружили в XIX веке, самое позднее – в первой половине XX века. Тем же, кто стоит на плечах гигантов прошлого, осталось искать эффекты, невидимые невооруженным глазом. Впрочем, от этого ничуть не менее значимые.

Как выделить что-то внятное из безнадежно-равномерного распределения ориентаций? Правильно, нужно сделать выборку. Выборка по половой принадлежности собак ничего не дала – и кобели, и суки располагались одинаково хаотично. Может быть, солнце путает все планы и заставляет собаку сидеть так, чтобы оно не слепило ей глаза? Обстоятельство немаловажное, ведь, как отмечали классики, живое существо во время испражнения весьма беззащитно и ему приходится быть начеку, а если солнце заставляет жмуриться – можно прозевать опасность. Эту гипотезу сочли несостоятельной по двум причинам. Во-первых, зрение у собак так себе, эти животные больше полагаются на тонкий слух и прекрасное обоняние. А во-вторых, солнечный день в Чехии и Германии выпадает хорошо если через два дня на третий. Стало быть, солнце могло спутать магнитные планы собак от силы в трети случаев. Да и выборка по пасмурным дням не дала интересного результата – распределение оставалось все таким же уныло-однородным.

А что, если посмотреть на магнитную погоду? Ведь геомагнитное поле складывается из двух составляющих: статической, определяемой собственным полем Земли, а также магнитными аномалиями, которые вызваны неравномерным распределением ферромагнетиков в земной коре, и динамической, определяемой колебаниями ионосферы под действием солнечного ветра. Есть и еще один возмущающий фактор: межпланетное магнитное поле, создаваемое Солнцем. Все эти факторы учитывают при измерениях магнитного поля Земли, которые постоянно ведут в магнитных обсерваториях. Из-за динамической составляющей вектор напряженности суммарного поля постоянно меняет направление относительно того, что задано статической составляющей. И вот тут ученым улыбнулась удача: в те дни, когда поле было невозмущенным (отклонение его вектора было менее 0,1° относительно статической составляющей), собаки во время испражнения стремились ориентировать свое тело вдоль силовой линии, соединяющей северный и южный магнитные полюса Земли.

Нельзя сказать, что ориентация была строгой, статистический разброс составил примерно 50°, но это было гораздо лучше, чем в дни с сильными возмущениями. Когда же провели усреднение по одной и той же собаке – для тех, у которых было не менее пяти измерений, – разброс вообще упал до 29°. Справедливости ради стоит отметить, что, когда отклонение поля оказывалось в пределах 2°, на диаграмме появлялся некий слабый пик данных с ориентацией перпендикулярно геомагнитному полю, но статистическая значимость этого эффекта оказалась слишком мала, чтобы всерьез его обсуждать.

Однако какого же результата добились игнобелевские лауреаты, потратившие немало времени на свою работу? Неужели столь уж важно, как ориентируют свое тело собаки во время очистительной процедуры? Выводов можно сделать два.

Самый главный: при проведении работ по изучению влияния магнитного поля на живых существ нельзя не учитывать магнитную погоду. Вот цитата из статьи: "В частности, важен тот факт, что даже малые флуктуации магнитного поля Земли могут изменять поведение и что нормальные магнитные условия, при которых собаки демонстрируют свое особое поведение, присутствовали всего в 30 % случаев. Если экстраполировать это на других животных и на другие опыты по магниторецепции, то появляется объяснение плохой воспроизводимости результатов одних опытов и большого разброса данных других. Ученые, исследующие поведение животных, должны пересмотреть свои эксперименты и наблюдения с учетом этих фактов, а также учитывать их при планировании будущих работ"²⁴.

Ну а второй вывод: да, собаки чувствуют магнитное поле Земли, и с помощью достаточно простой методики можно тщательно изучать этот феномен. Тем более что собаки – вполне традиционные лабораторные животные, с ними легко и просто работать. Не то что с волками, лисами, черепахами, ящерицами, омарами, ласточками, крачками, малиновками, тритонами, пчелами, шмелями, муравьями, бабочками и прочими видами, у которых обнаружена склонность к взаимодействию с магнитным полем Земли.

А как они это делают? Как чувствуют ничтожное магнитное поле? Это – предмет длительной научной дискуссии, итоги которой до сих пор не подведены. Существование магниторецепции – восприятия магнитного поля, – по крайней мере у некоторых видов животных, не вызывает сомнений, при этом поиски механизма порой кажутся столь бесперспективными, что авторы одного из свежих обзоров проблемы назвали его "чувство без органа чувств"²⁵.

Сама по себе идея магниторецепции появилась давно. В 1855 году русский зоолог Александр Миддендорф писал о перелетных птицах: "…подобно тому, как на корабле есть магнитная стрелка, эти моряки, бороздящие воздушный океан, имеют внутреннее магнитное чувство, которое может быть связано с гальванически-магнитными токами". Спустя сто лет, когда техника эксперимента существенно продвинулась вперед, зоологи Фридрих Меркель и Вольфганг Вильчко из Франкфуртского университета, поставив опыт с малиновками, доказали, что те ориентируются в полете по направлению магнитного поля²⁶.

После решения принципиального вопроса – да, явление существует – оставалось найти сам магниточувствительный орган или хотя бы магниторецептор, и проблема оказалась бы решена. Исследователям отчасти посчастливилось – они нашли намеки на целых два механизма, однако доказать, что именно с их помощью животные чувствуют магнитное поле, пока не удается. Какие же это намеки? Современная наука не приветствует и подробно не рассматривает идею Миддендорфа о гальванических токах, а они неизбежно, в силу закона электромагнитной индукции Фарадея, должны возникать при движении сквозь магнитное поле проводника, то есть насыщенного ионами тела птицы или пчелы. Вместо этого задействованы, так сказать, статические идеи.

Согласно первой, внутри некоего органа животного или непосредственно внутри его клеток находятся магнитные частички. Желательно, чтобы они были неравноосными (вытянутыми) и монокристаллическими. Их размер не велик и не мал, а как раз такой, чтобы в каждой частице размещался один и только один магнитный домен (то есть область, в которой все магнитные моменты атомов направлены в одну и ту же сторону; большая частица разбивается на несколько доменов с разной ориентацией моментов, и ее суммарный магнитный момент, усредняясь, снижается), но в то же время, чтобы тепловые флуктуации не нарушали магнитный порядок слишком малого числа атомов. При изменении направления магнитного поля частичка должна повернуться – разместить свой магнитный момент по полю, а это вызывает механические искажения вмещающей ее клетки. Если же частичка не одна, тогда должны возникать цепочки намагниченных частиц, и поле станет менять конфигурацию уже этих цепочек, что опять-таки меняет форму клетки и растягивает мембрану так, что открывается какой-то ионный канал.

Для подтверждения этой гипотезы нужно найти магнитные частицы минерала магнетита (смесь оксидов двух- и трехвалентного железа) с подобными характеристиками и содержащие их клетки, связанные с нервной системой. И действительно, магнетит в теле обнаружен у многих животных и даже у людей, хотя последние в магниторецепции не замечены. Например, Джозеф Киршвинк и его коллеги из Калифорнийского технологического института выяснили²⁷, что в одном грамме человеческого мозга содержится не менее пяти миллионов однодоменных магнитных частиц – примерно четыре нанограмма. При этом большинство их имеет размер в 10–70 нм, а небольшая доля – существенно крупнее, под полмикрона. В мягких же оболочках мозга магнитных частиц примерно в 20 раз больше. Современные данные, впрочем, дают более высокие значения. В тканях жителей таких загрязненных городов, как Мехико или Манчестер, находят до 12 мкг/г подобных частиц, то есть в тысячи раз больше, чем в Калифорнии начала 1990-х²⁸. Возникает мысль, что частицы магнетита не синтезируются в организмах городских млекопитающих, а проникают извне, например при вдыхании выхлопных газов дизельных двигателей. Хотя наличие больших и малых частиц при отсутствии средних подсказывает, что происхождение у тех и других может быть разным. Ну а пришедшие извне частицы вряд ли могут отвечать за какой-то орган чувств – очень уж это выходит ненадежно.

Где именно, в каких клетках мозга человека расположены магнитные частицы, выяснить пока что не удалось, равно как и не удалось найти "магнитные" клетки у животных, исследовать которых гораздо проще. Зато в межклеточном пространстве и в клетках иммунной системы – макрофагах, которые предназначены как раз для того, чтобы удалять из организма всякую крупную дрянь, – магнетитовые частицы имеются. Однако ни там, ни там они не могут передавать информацию нервной системе, а без этого какой может быть орган чувств? Да и скопления частиц во многих случаях находят вовсе не в мозге. Вот у пчел они сосредоточены в брюшке, и это, как показал опыт, ничуть не мешает магниторецепции²⁹.

Сначала пчел приучали брать мед из кормушки с магнитным полем. Через пару дней они так к этому привыкали, что искали мед именно там, где было магнитное поле. Затем пчелам перерезали нерв, который соединяет брюшко с грудью, то есть лишили магнитики из брюшка возможности передавать информацию с помощью нервной системы. Магнитное чувство у пчел пропадало, но мед они прекрасно забирали из кормушки, видимо, ориентируясь уже только на запахи. То есть магнетитовая система вполне работала, но, как именно магнитики в брюшке сообщали насекомому о присутствии поля, осталось загадкой. Авторы так и пишут: "Наши данные доказали, что магнетит играет важную роль в магниторецепции пчел. Однако связь железосодержащих клеток с нервной системой не установлена".

Зато у муравьев магнитики нашли у основания усиков – все-таки поближе к прочим органам чувств. Есть мнение, что усики общественных насекомых должны стать объектом пристального внимания исследователей магниторецепции.

В общем, замечательная магнетитовая гипотеза, казалось бы подтвержденная находками магнитных частиц в самых разных частях тела живых существ, благополучно разваливается при внимательном рассмотрении: нет ни чувствительных клеток, ни механизма измерения поля, ни способа передачи информации в мозг, ни понимания, какую информацию надо передавать – о напряженности поля, о его широтном или долготном склонении и т. п. В поисках выхода приходится пускаться в фантазии.

Например, предполагать, что такая частичка служит в качестве крышечки ионного канала: приоткрываясь под действием поля, она освобождает путь движению ионов сквозь мембрану чувствительной клетки, и та передает возбуждение в нервную систему³⁰. Расчет показывает, что изменений магнитного поля Земли вполне хватает для перемещения такой крышечки, а силы белка-пружинки, приделывающего ее к мембране, – для последующего закрывания канала. На логичный вопрос: "Что же никто таких крышечек не видел?" – следует ответ: "Надо тщательнее смотреть, все-таки частички очень маленькие, увидеть их непросто". Тем более когда неясно, какие именно клетки требуют столь тщательного осмотра – клетки мозга или брюшка.

Альтернативный механизм связан со спиновой химией и основан на еще одном твердо установленном факте: у птиц, насекомых, земноводных способность чувствовать магнитное поле зависит от освещения – если его нет или если фильтром вырезана сине-зеленая область, то никакой магниторецепции не будет. Наверное, одними из первых соответствующие эксперименты провели уже упомянутые Вольфганг Вильчко и Росвита Вильчко с малиновками, благо методика изучения их магниторецепции была хорошо отработана. В новых опытах птиц освещали монохроматическим светом с разной длиной волны, и по мере отхода от синей области они теряли способность ориентироваться по магнитному полю³¹. Позднее подобные опыты проводили с огромным числом птиц, животных и насекомых. Важная роль света подсказывает, что чувствительный орган находится где-то в глазу, но там никакого магнетита пока что найдено не было. Зато там есть белки-фоторецепторы. На один из них, реагирующий на синюю и ультрафиолетовую часть спектра, – криптохром – и обратили внимание исследователи.

Этот белок знаменит тем, что он – одна из "шестеренок" циркадных часов и отвечает за их подстройку по солнцу. Однако криптохром еще и фоторецептор, причем единственный, способный давать долгоживущую пару радикалов. Время ее жизни, как и способность к образованию связей с другими молекулами, зависит от спинового состояния образовавшихся неспаренных электронов. Магнитное же поле способно это состояние менять. Поэтому изменения в поведении криптохрома могут лежать в основе магниторецепции. В таком случае обладающие этой способностью животные и насекомые непосредственно видят магнитное поле. Нам – существам, лишенным такого чувства, – понять, как все это выглядит, невозможно. Но можно пофантазировать примерно так. При повороте головы меняется ориентация молекул криптохрома относительно геомагнитного поля. Тогда, согласно базовой гипотезе радикальной магниторецепции, меняется действие этого рецептора: пары радикалов схлопываются либо какой-то белок отцепляется от него. Коль скоро криптохром связан с восприятием синего и ультрафиолетового света, то формируемая им картинка в мозгу становится более или менее синей в зависимости от того, как изменилось положение глаза относительно магнитного поля. Птица фиксирует это изменение и выправляет курс.

Проверяется световая гипотеза просто. Птиц или дрозофил приучают реагировать на магнитное поле, затем выключают синий свет, и сразу вся выучка пропадает, когда его снова включают – возвращается. Другой способ: взять нормальных дрозофил и дрозофил с дефектным геном, кодирующим криптохром, и посмотреть, как магнитное поле влияет на их поведение – например, способность к ухаживанию за самками³². У нормальных дрозофил сильное поле резко усиливает любвеобильность самцов, а на дефектных никак не сказывается. Вывод: дефектные не обладают магниточувствительностью.

Казалось бы, это доказывает неопровержимость радикальной гипотезы, и она оказывается прекрасной теорией, неплохо вписывающейся в экспериментальные данные. Однако есть серьезные возражения. Самое главное – предполагаемый механизм спиновой химии для слабого магнитного поля Земли до сих пор не продемонстрирован, его работоспособность зафиксирована для гораздо больших напряженностей магнитного поля.

Усложняют картину и животные, выпадающие из необходимых теоретикам закономерностей. Скажем, восточноамериканский краснопятнистый тритон обладает магниторецепцией не в одном, а в двух световых диапазонах – сине-ультрафиолетовом и близком к инфракрасному. Чтобы вписать его в концепцию, приходится придумывать весьма замысловатые превращения все того же криптохрома.

Наконец, многие магниточувствительные существа обходятся без света, например те же шмели, которые прекрасно ориентируются ночью. Есть данные, что некоторым птицам достаточно лунного света, но вот полярная крачка целый месяц летит из Арктики в Антарктику, не прекращая полет на ночь, то есть по меньшей мере четверть срока такого полета она почти лишена света Луны. А ведь если именно магниторецепция отвечает за прокладывание маршрута, но в темноте она не работает, то ночной безлунный полет точно собьет птиц с цели. Ну, разве что они используют Млечный Путь подобно жукам-навозникам.

Для выхода из этой тупиковой ситуации некоторые исследователи допускают одновременное существование разных механизмов. Например, Вольфганг и Росвита Вильчко уверены, что у птиц правый глаз с помощью радикального механизма определяет направление движения, а расположенные в спине частички магнетита помогают распознать местоположение³³.

В общем, как видно, до разгадки тайны магнитного чувства пока что очень далеко. Может быть, простые и надежные опыты вроде наблюдений за упорядочением псов во время дефекации помогут найти путь к научной истине или хотя бы к непротиворечивой рабочей модели.

1.Гаспаров М. Л. Занимательная Греция: Рассказы о древнегреческой культуре. – М.: Новое литературное обозрение, 2000. – С. 91.

2.В англ.: Ig Nobel Prize, игра слов: ignoble – "неблагородный". – Прим. ред.

3.Плутарх. Застольные беседы / Пер. Я. М. Боровского. – М.: Мир книги, 2007.

4.Абрахамс М. Шнобелевские премии. – М.: АСТ, 2006; Абрахамс М. Шнобелевские премии-2. – М.: АСТ, 2009; Абрахамс М. Это невероятно! Открытия, достойные Игнобелевской премии. – М.: Лаборатория знаний, 2020.

5.Бенеке М. Прикольная наука. Кн. 1. – М.: Клуб 36'6, 2001; Бенеке М. Прикольная наука. Кн. 2. – М.: Клуб 36'6, 2001.

6.Ph. R. A. May, J. M. Fuster, P. Newman, A. Hirschman. Woodpeckers and Head Injury. Lancet, 1976, 1 (7957): 454–5. https://doi.org/10.1016/S0140–6736 (76) 91477-X

7.G. Farah, D. Sivek, P. Cummings. Tau accumulations in the brains of woodpeckers. PLoS ONE, 2018, 13 (2): e0191526. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0191526

8.Sang-Hee Yoon and Sungmin Park. A mechanical analysis of woodpecker drumming and its application to shock-absorbing systems. Bioinspiration and Biomimetics, 2011, 6 (1): 016003. https://doi.org/10.1088/1748–3182/6/1/016003

9.G. D. Myer and ect. The Effects of External Jugular Compression Applied during Head Impact Exposure on Longitudinal Changes in Brain Neuroanatomical and Neurophysiological Biomarkers: A Preliminary Investigation. Frontiers in Neurology, 2016, 7 (74). https://doi.org/10.3389/fneur.2016.00074

10.I. R. Schwab. Cure for a headache. British Journal of Ophthalmology, 2002, 86: 843. http://dx.doi.org/10.1136/bjo.86.8.843

11.S. A. Bolliger, S. Ross, L. Oesterhelweg, M. J. Thali, B. P. Kneubuehl. Are full or empty beer bottles sturdier and does their fracture-threshold suffice to break the human skull? Journal of Forensic and Legal Medicine, 2009, 16: 138–142. doi:10.1016/j.jflm.2009.04.001

12.A. E. Minetti, Y. P. Ivanenko, G. Cappellini, N. Dominici, F. Lacquaniti. Humans Running in Place on Water at Simulated Reduced Gravity. PLoS ONE, 2012, 7: e37300. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0037300

13.Речь идет об Анастасе Микояне, про которого рассказывали следующий анекдот: "В Кремле на выходе из первого корпуса под крышей стоят члены Политбюро. Идет дождь. Выходит Берия, над ним раскрывают зонт. Затем Хрущев, над ним тоже раскрывают зонт. Затем прямо под дождь выскакивает Микоян. Сталин: «Анастас, зонт возьми!» А тот отвечает: «Я между струйками, товарищ Сталин, между струйками…»".

14.Вымышленный герой цикла научно-фантастических рассказов Станислава Лема "Звездные дневники Ийона Тихого" (1953). – Прим. ред.

15.J. Kare. Build your own photonic fence to zap mosquitoes midflight [Backwards Star Wars]. IEEE Spectrum, 2010, 47 (5): 28–33. DOI: 10.1109/MSPEC.2010. 5453138

16.B. Gettelfinger, E. L. Cussler. Will humans swim faster or slower in syrup? American Institute of Chemical Engineers Journal, 2004, 50 (11): 2646–2647. https://doi.org/10.1002/aic.10389

17.P. J Yang, J. Pham, J. Choo, D. L. Hu. Duration of urination does not change with body size. PNAS, 2014, 111 (33): 11932–11937. https://doi.org/10.1073/pnas.1402289111

18.См. с. 37. – Прим. ред

19.Приносим извинение за неполиткорректное сексистское высказывание, но что было, то было. – Прим. авт.

20.E. Oberzaucher, K. Grammer. The Case of Moulay Ismael – Fact or Fancy? PLoS ONE, 2014, 9 (2): e85292. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0085292

21.H. Kimata. Kissing reduces allergic skin wheal responses and plasma neurotrophin levels. Physiology and Behavior, 2003, 80 (2–3): 395–398. DOI: 10.1016/j.physbeh.2003.09.004; H. Kimata. Kissing selectively decreases allergen-specific IgE production in atopic patients. Journal of Psychosomatic Research, 2006, 60 (5): 545–547. https://doi.org/10.1016/j.jpsychores.2005.09.007

22.N. Kamodyová, J. Durdiaková, P. Celecr … T. Sedláčková, G. Repiská, B. Sviežená, G. Minárik. Prevalence and persistence of male DNA identified in mixed saliva samples after intense kissing. FSI Genetics, 2013, 7 (1): 124–8. DOI: 10.1016/j.fsigen.2012.07.007

23.V. Hart, P. Nováková, E. P. Malkemper, et al. Dogs are sensitive to small variations of the Earth's magnetic field. Front Zool, 2013, 10: 80. https://doi.org/10.1186/1742-9994-10-80

24.V. Hart, P. Nováková, E. P. Malkemper, et al. Dogs are sensitive to small variations of the Earth's magnetic field. Front Zool, 2013, 10: 80. https://doi.org/10.1186/1742-9994-10-80

25.G. C. Nordmann, T. Hochstoeger, D. A. Keays Magnetoreception – A sense without a receptor. PLoS Biol, 2017, 15 (10): e2003234. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2003234

26.F. W. Merkel, W. Wiltschko. Magnetismus und Richtungsfinden zugunruhiger Rotkehlchen (Erithacus rubecula)Magnetismus und Richtungsfinden zugunruhiger Rotkehlchen (Erithacus rubecula). Vogelwarte – Zeitschrift für Vogelkunde, 19651965, 23 (1): 71–77.

27.J. L. Kirschvink, A. Kobayashi-Kirschvink, and B. J. Woodford Magnetite biomineralization in the human brain. Proceedings of the National Academy of Science, 1992, 89 (16): 7683–7687. https://doi.org/10.1073/pnas.89.16.7683

28.R. Gieré Magnetite in the human body: Biogenic vs. anthropogenic. Proceedings of the National Academy of Science, 2016, 113 (43): 11986–11987. https://doi.org/10.1073/pnas.1613349113

29.C. Liang, C. Chuang, J. Jiang, et al. Magnetic Sensing through the Abdomen of the Honey bee. Scientific Reports, 2016, 6: 23657. https://doi.org/10.1038/srep23657

30.I. Goychuk. Sensing Magnetic Fields with Magnetosensitive Ion Channels. Sensors, 2018, 18 (3): 728. https://doi.org/10.3390/s18030728

31.W. Wiltschko, R. Wiltschko. Light-dependent magnetoreception in birds: the behaviour of European robins, Erithacus rubecula, under monochromatic light of various wavelengths and intensities. Journal of Experimental Biology, 2001, 204 (19): 3295–3302.

32.Chia-Lin Wu et al. Magnetoreception Regulates Male Courtship Activity in Drosophila. PLoS ONE, 2016, 11 (5): e0155942. DOI: 10.1371/journal.pone.0155942

33.W. Wiltschko & R. Wiltschko. Magnetic orientation and magnetoreception in birds and other animals. Journal of Comparative Physiology A, 2005, 191 (8): 675–693. https://doi.org/10.1007/s00359-005-0627-7

Bepul matn qismi tugad.