Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Изменчивость законов природы. Органы обоняния у собак - новые исследования


Передачу ведет из Нью-Йорка Евгений Муслин. Темы передачи: изменчивость фундаментальных законов природы, исследование органов обоняния у собак, последние научные новости.

Лилия Шукаева:

Многонациональная группа астрофизиков обнаружила, что даже фундаментальные законы природы, как мы их понимаем сегодня, могут понемногу меняться по мере старения Вселенной. Это поразительное открытие может привести к радикальному изменению современных физических представлений и стать вызовом нашему установившемуся пониманию о характере всего мироздания.

Началось с того, что исследователи с помощью самого большого телескопа в мире занялись изучением поведения металлических атомов в газовых облаках, расположенных на расстоянии 12 миллиардов световых лет от Земли. Наблюдения привели к обнаружению такой картины абсорбции световых лучей, которую исследователи не могли объяснить без предположений об изменении мировой константы, связанной с определением силы притяжения, возникающей между электрически заряженными частицами. Если эти предположения подтвердятся, то придется признать, что и другие константы, считавшиеся до сих пор неизменными, как, например, скорость света, также меняются с прошествием времени.

Работа, о которой идет речь, была выполнена американскими, британскими и австралийскими учеными под руководством доктора Джона Уэбба из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, в Австралии, и опубликована 27 августа в авторитетнейшем научном журнале "Physical review letters". Научные рецензенты, проверявшие эту работу, не нашли в ней каких-либо очевидных ошибок. Но поскольку последствия для всей системы наших физических знаний столь грандиозны, а отклонения результатов измерений от ожидаемых величин столь малы, многие ученые все же сомневаются, что сделанное открытие выдержит проверку временем и хотели бы получить независимые доказательства его истинности.

С другой стороны, однако, это открытие хорошо согласуется с новыми представлениями некоторых теоретиков о Вселенной, особенно с их точкой зрения на существование прежде неизвестных измерений о структуре мирового пространства.

Впрочем, и сами авторы открытия относятся пока к нему с нарочитой осторожностью. Так доктор Уэбб, говоря о возможных его следствиях, деликатно замечает, что законы физики, возможно, несколько эволюционируют со временем, и что если это действительно так, то полученные результаты - самое крупное жизненное достижение для него и его коллег. Доктор Роберт Колб, астрофизик из Национальной лаборатории имени Ферми, оценивая эту работу, сказал, что она не только может заставить нас пересмотреть космологические представления о происхождении и эволюции Вселенной, но и подтвердить не доказанную еще физическую теорию - так называемую теорию струн, предсказывающую существование дополнительных измерений. А, в общем, последствия открытия, если оно подтвердится - поистину грандиозны - добавил он.

Величина отклонения, обнаруженного исследователями, составляет крохотную величину, всего лишь одну стотысячную от численного значения так называемой тонкой структуры. И это отклонение накопилось за 12 миллиардов лет. Постоянная тонкой структуры, обычно обозначаемая альфой, играет фундаментальную роль в атомной физике. Это одна из истинно фундаментальных констант природы и ее значение можно подсчитать, зная скорость света, элементарный заряд и постоянную Планка. Если бы постоянная тонкой структуры имела иное значение, считают физики, наш мир выглядел бы совершенно по-другому, можно сказать - "невообразимо иначе".

Вот почему обнаружение даже ничтожного изменения этой константы может потрясти основы физики и космологии - говорит профессор Бостонского университета и Нобелевский лауреат по физике 1979-го года доктор Шелдон Глашоу. Важность такого открытия, если оценивать его по 10-балльной шкале составит 10, добавил он. Однако, и доктор Колб, и Глашоу опасаются, что обнаруженное отклонение все же окажется следствием какой-то скрытой ошибки в эксперименте. Доктор Джон Бакал, астрофизик из знаменитого Института высших исследований в Принстоне, также предполагает, что в сложном анализе, который потребовался для истолкования результатов измерений, могут корениться какие-то неточности. Полученные результаты - говорит он - не кричат вам в лицо. Вы должны буквально опуститься на четвереньки и перекопать все детали, чтобы увидеть столь малый эффект.

Другие специалисты все же считают, что исследования проделаны очень тщательно и что ошибки почти что исключены. Если бы речь шла не о столь драматическом открытии - говорит астрофизик из Балтиморского института космического телескопа доктор Массимо Стиавелли - большинство коллег не усомнилось бы в полученных результатах. Однако, исключительная важность открытия заслуживает и исключительно тщательной проверки.

Исследование, о котором идет речь, основано на наблюдении светового излучения от далеких космических маяков, называемых квазарами, по яркости эквивалентных миллиардам солнц. Это излучение видимо исходит от материи, вырванной из молодых галактик мощной гравитацией черных дыр.

Кроме доктора Уэбба в научную группу входили трое других ученых из университета Нового Южного Уэльса - Майкл Мэрфи, Виктор Фламбаум и Владимир Дзюба - физик из Кэмбриджского университета в Великобритании доктор Джон Барроу и три американских специалиста по квазарам: доктор Кристофор Черчилль из Пенсильванского университета, доктор Джейсон Прохазка из обсерваторий Карнеги и доктор Артур Вольф из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Наблюдения велись из 9-метрового телескопа Кек, расположенного на Гавайских островах. Ученые изучали особенности абсорбции квазарного излучения газовыми облаками в космическом пространстве между квазарами и Землей. В этих облаках часто присутствуют атомы металлов - алюминия и цинка. Абсорбция света такими атомами приводит к возникновению темных пиков на различных длинах волн в спектре квазара. Их сочетание столь характерно, что его можно сравнить с отпечатками пальцев. Значения этих длин волн непосредственно связаны со значением константы - постоянной тонкой структуры.

Упомянутые оптические отпечатки пальцев, однако, представляются меняющимися со временем - говорит один из исследователей Майкл Мэрфи, - так, что константа также меняется, увеличиваясь по мере приближения к современности и не является больше таким образом, подлинной константой. Короче говоря - сказал Мэрфи - мы обнаружили, что между значением постоянной тонкой структуры, какой она была несколько миллиардов лет назад, и ее значением теперь имеется разница. Доктор Барроу из Кэмбриджского университета подчеркивает, что этот эффект интересен не только для понимания поведения атомов, но и для всей фундаментальной физики.

Теория струн, например, может приспособиться к изменениям величин, которые с точки зрения общепринятых физических величин считаются неизменными. Создатели теории струн постулируют, что в пространстве имеются незначительные невидимые измерения. Любые изменения в величине этих измерений, подобные, например, расширению Вселенной в знакомом нам мировом пространстве - могут изменять значения таких величин, как постоянная тонкой структуры - говорит доктор Пол Стейнхард, физик из Принстонского университета.

Доктор Стейнхард также поясняет, что большинство физиков предположили бы, что такие изменения происходили в самые первые секунды существования Вселенной, и не могут быть наблюдаемы современными астрономами. Однако, отмечает он, несколько лет назад астрономы неожиданно обнаружили, что теперешняя Вселенная, по-видимому, заполнена каким-то таинственным видом энергии, противодействующей гравитации. Возможно, между этими двумя феноменами имеется какая-то связь

Другие ученые отмечают, что в свое время уже были попытки использовать такие геологические процессы, как естественной радиоактивный распад, чтобы определить, не происходило ли небольших изменений постоянной тонкой структуры за последние два миллиарда лет на Земле. Однако, авторы новой работы подчеркивают, что их результаты охватывают гораздо больший диапазон, и что интерпретация геологических данных также очень сложное дело.

Наконец, имеется и такая группа физиков, например, доктор Джейкоб Бекенстайн из Еврейского университета в Израиле, которая напоминает о теориях, давно предсказывавших возможность изменения природных констант; сам доктор Бекенстайн нашел открытие "потенциально революционным" и сказал, что он склонен верить полученным результатам. Я много думал об этом - сказал он - и полагаю, что квазарные наблюдения позволили обнаружить реальные вариации константы.

Александр Сиротин:

Международный аэропорт. Под наблюдением своих хозяев таможенников две карликовые гончие вынюхивают скрытые в чемоданах и саквояжах мясные и колбасные изделия, фрукты, овощи, грибы...

Эти карликовые коротконогие гончие - члены отряда особого назначения при Министерстве сельского хозяйства США. Прежде чем попасть в отряд, собаки проходят 10-недельный "курс молодого бойца" невидимого фронта. После этого они становятся живой защитой от проникновения запрещенных к ввозу в США продуктов питания, в которых могут таиться личинки сельскохозяйственных вредителей, вирусы болезней животных, насекомые-паразиты, опасные для здоровья и жизни растений, животных и человека.

Джей Уэйз, управляющий Национальным центром подготовки поисковых собак при Министерстве сельского хозяйства США, говорит, что американский "собачий спецназ", состоящий из 65 четвероногих, работает в аэропортах, на почтовых складах, на таможнях и пограничных пунктах. Собаки настолько успешно справляются со своей задачей, что Министерство сельского хозяйства намерено к следующему году удвоить их число.

В аэропортах, например, собаки ведут себя очень мирно и не представляют никакой опасности для усталых авиапассажиров. Их заботит только одно: обнаружить незаконный продукт и получить за это что-нибудь вкусненькое. Благодаря их невероятно тонкому обонянию собак сейчас все чаще используют для решения самых разнообразных задач. Одни собаки учатся поиску сельскохозяйственных продуктов, другие специализируются на взрывчатых веществах, оружии, наркотиках. Третьи находят куски золотой руды или золото в слитках. Четвертые легко обнаруживают в багаже черепашьи яйца, редких животных и птиц. Пятые помогают людям найти утечку газа в газопроводах, опасных для строений термитов, воспламеняющиеся вещества, змей, прячущихся в трюмах грузовых судов, личинки моли... Они определяют даже периоды течки у коров и обнаруживают утечки воды из подземных труб.

Лоренс Майерс, профессор ветеринарной медицины в Обернском университете, штат Алабама, и эксперт по особенностям собачьего обоняния подвергает научной проверке утверждения некоторых исследователей о том, что собака способна "учуять" даже меланому и обнаружить другие раковые опухоли. Хотя гончие, особенно карликовые, известны своим сверхразвитым обонянием, все собаки вообще чрезвычайно чувствительны к запахам. По мнению профессора Майерса, собак любой породы можно натренировать на поиск определенного объекта, используя систему подозрений, если только обоняние и способность учиться не подорваны болезнью.

Для работы отбираются физически здоровые собаки с явно выраженным стремлением к охоте и нахождению объектов. Затем тренеры тем или иным способом направляют врожденные способность в нужное русло. Чаще всего собак тренируют по традиционным, давно существующим программам. Сами тренеры предпочитают работать с привычными для них поисковыми охотничьими собаками, Джек-Расселовскми терьерами и простыми дворнягами.

Хотя специалистам еще не ясны каналы взаимопонимания собаки и ее поводыря, по данным научных исследований, однако, хорошо натренированная собака и опытный поводырь добиваются 95-процентного успеха - намного больше любых детекторов.

Результативность снижается до 60 процентов, если поводырь и собака плохо понимают друг друга, если кто-то из них или они оба обделены талантом, если собаку не учили искать именно этот объект, если ее неверно стимулировали и неверно поощряли. На результаты влияют также микроклимат: температура воздуха и уровень влажности...

Какова же механика собачьего нюха? Профессор ветеринарии из Пенсильванского университета Гэрри Сеттлс утверждает, что по результатам его исследований, когда собака вдыхает воздух, крыловидная, луковичная перегородка внутри ноздрей раскрывается, позволяет воздуху свободно втягиваться через верхнюю часть носа и проходить через слизистые обонятельные рецепторы. При выдохе верхняя часть крыловидной перегородки закрывается, и выдыхаемый воздух направляется вниз, выходит через боковые щели носа собаки. Такой процесс всасывания помогает собаке вдыхать больше насыщенного запаха воздуха, возбуждая рецепторами обоняния. Оказавшись внутри носа химические пары и мельчайшие частицы искомого вещества растворяются в покрытых слизью обонятельных рецепторах, которых у собаки около 220 миллионов, то есть в 40 раз больше чем обнаружено у человека, химическое взаимодействие превращается в электрические сигналы, проходящие через обонятельные нервы к обонятельным луковицам, а от них почти во все части собачьего мозга.

Собаки и другие животные, жизнь которых во многом зависит от их чутья, смогут определить запах, сконцентрированный на определенном объекте или на крошечном участке величиной с копейку, и извлечь при этом уйму полезной информации.

У насекомых тоже хорошо развиты рецепторы органов обоняния, но больше всего они чувствительны к феромонам - что и определяет поведение этих насекомых - говорит Джон Каллар - профессор неврологии на медицинском факультете Тафтского университета, но у собак и у многих других животных обонятельные рецепторы могут быть чувствительны одновременно к разным, не связанным друг с другом химическим веществам. Собаки способны воспринимать причудливый набор ароматических сигналов, которые затем проходят сложную обработку в мозгу. Специфические пути этой обработки ученым еще неясны.

В процессе опознания объекта по запаху участвуют целый ряд биологических систем, до конца не раскрытых. Например, у собак есть небольшой орган в районе верхнего неба, за резцами. Хотя специалисты считают, что этот задненосовый орган предназначен для выискивания феромонов, подтверждения этому до сих пор не найдено.

Но так ли уж важно нам знать, как у собаки работает нюх? Очень важно - говорит профессор Каллар, который пытается использовать свои знания о природе собачьего нюха для создания так называемого "электронного носа" - аппарата, способного по запаху находить сухопутные мины. Но пока все научно-технические творения Джона Каллара, даже самые удачные, по крайней мере в 10 раз менее чувствительны, чем нос тренированной собаки.

Однако, поиски альтернативы собачьему носу продолжаются. Это вызвано тем, что и собака, бывает, ошибается. Скажем, в багажном отделении аэропорта в чемоданах оказывается немало лекарств или трав с сильным запахом, сбивающих собак с толку. Представьте себе, что в одном из чемоданов разлилась валерьянка... Есть еще одна проблема: собачий нос на какое-то время становится целым хранилищем разных ароматов и собаке нужно какое-то время, чтобы очиститься от запахов, осевших на слизистой оболочке ее носа. Во время обучения собак необходимо пользоваться не заменителями, не имитацией, издающей пусть и очень похожие, но псевдозапахи, а подлинными наркотиками или взрывчаткой. Собаки для отряда при Министерстве сельского хозяйства проходят обучение только с подлинными продуктами питания растительного и животного происхождения, запрещенными к ввозу в США.

В течение многих лет для поиска наркотиков, взрывчатки и тому подобного биологи пытались тренировать крыс, хорьков и других животных, которые нее уступали бы собакам, ведь свиньи например прекрасно справляются с поиском трюфелей! Но, в конце концов, люди возвращались к собакам. И не столько потому, что собаки поддаются обучению, сколько потому, что между человеком и собакой веками складывались особые отношения, особое понимание друг друга. Недаром четвероногим другом люди называют именно собаку.

Научные новости.

Евгений Муслин:

Исследователи из Нью-Йоркского университета получили новый тип органического антифриза, защищающего растения от заморозков. Этот антифриз является синтетической версией природного вещества, имеющегося в организме полярных рыб, которые водятся в Арктике и Антарктике. Речь идет о гликопротеине, предохраняющем рыбью кровь от замерзания. Новый антифриз можно использовать для защиты, например урожая фруктов от заморозков и тем самым для продвижения южных сельхозкультур дальше на север.

Другое применение органического антифриза - защита животных тканей от повреждений при замерзании. Дело в том, что при замерзании образуются острые ледяные кристаллы, которые могут повредить нежные кровяные сосуды. Предотвращая образование подобных кристаллов, рыбий антифриз позволит медикам глубоко охлаждать человеческие органы - почки, сердца и так далее - предназначенные для пересадки, и позволит хранить их в замороженном состоянии практически неограниченное время. Сейчас хирургам приходится изымать органы из донорского организма и пересаживать их в течение всего нескольких часов, пока ткани еще не начали разлагаться.

Доктор Роберт Бен, руководивший исследованиям, заявил, что использование рыбьего антифриза позволит трансплантологии сделать большой шаг вперед.

Тилапия, вторая по важности промысловая рыба в мире может сыграть существенную роль в решении глобальных продовольственных проблем, после того, как генетики Саутхэмптонского университета в Великобритании с помощью генетических манипуляций сумели втрое ускорить ее рост. Профессор Норман МакЛин, руководивший исследованиями, также отметил, что модифицированные рыбы будут гораздо крупнее обычных. Кроме того - сказал профессор МакЛин - новая порода рыб может стать источником важных биологически-активных веществ, например, лекарств, способствующих свертыванию крови. Мы работаем сейчас с одной американской биотехнологической компанией - сказал ученый - над синтезом в организме тилапий свертывающего агента, который называется Фактор-7, и который незаменим, например, при оказании срочной помощи людям, пострадавшим в дорожной аварии. Фактор-7 применяется медиками и сейчас, но пока он чрезвычайно дорого стоит и производится в недостаточных количествах.

XS
SM
MD
LG