Спасибо, что вы с нами!

Супергерои, химия и шоколад

О чем еще говорили на научно-популярном фестивале «ЧЕ ФЕСТ»

В конце лета прошел научно-популярный фестиваль от команды «Чердака» — «ЧЕ ФЕСТ» — с научными экспериментами, мастер-классами, интерактивными зонами и насыщенной лекционной программой. Собрали все самое интересное, о чем рассказывали спикеры в этот день.
Добавить в закладки
Комментарии
...

Комиксы по науке: что ученые могут сказать о суперспособностях

— Я очень люблю комиксы. Я их коллекционирую, читаю, смотрю по ним фильмы. В свободное от чтения комиксов время я работаю научным журналистом. И мне очень интересно, как пересекается реальность комиксов и наша повседневная реальность. Что наука нам может рассказать о том, чего могут и не могут делать супергерои?

Есть ли суперспособности у Бэтмена (спойлер: есть, как ни странно!)? Можно ли найти планету, с которой прилетел Супермен? И какая на ней гравитация? Можно ли сделать сыворотку для суперсолдата из ингредиентов, которые можно купить в аптеке (спойлер: можно!)? Можно ли распилить пополам Росомаху и что из этого получится?

Ну и, например, моя любимая супергероиня, Невидимая Женщина (Сьюзан «Сью» Шторм-Ричардс) из «Фантастической четвертки», умеет становиться прозрачной. В комиксах это объясняется так: она умеет искривлять солнечный свет так, чтобы он от нее не отражался, и поэтому ее не видно. Любой физик скажет вам, что для этого нужна такая масса, что она смогла бы сделать это один раз, после чего превратилась бы в черную дыру и коллапсировала бы сама на себя. Поэтому приходится предположить, что делает она это как-то по-другому. Здесь мы сталкиваемся, пожалуй, с самой очевидной проблемой — невидимостью (любой). Ее поднял еще Герберт Уэллс в «Человеке-невидимке»: если коэффициент преломления у вас такой же, как у воздуха, и вас не видно, то вы не видите ничего сами и врезаетесь в предметы, потому что ваш глаз больше не может работать так, как ему положено. Хрусталик не фокусирует свет на сетчатке, и сетчатка, в свою очередь, палочками и колбочками не воспринимает информацию об окружающей среде. Поэтому у Человека-невидимки в книге Герберта Уэллса, если прочитать ее внимательно, есть момент, в котором он говорит о том, что собственно сетчатка у него не прозрачная. Т. е. Человек-невидимка на самом деле — это два кружочка в воздухе. Про Сью Шторм мы ничего такого не знаем. Мы не знаем, может ли она видеть в обычном диапазоне, когда она невидима. Однако поскольку она не врезается в предметы и спокойно живет в таком состоянии, видимо, все-таки она становится прозрачной как-то иначе.

Студенты Университета Лестера, которые занимаются различными веселыми физическими проблемами — например, вычислением того, сколько парламентариев нужно для того, чтобы отапливать Британский парламент одним своим дыханием, — занимались также исследованием того, какие супергерои мощнее других супергероев. Они выяснили, что Сью Шторм может быть прозрачной для видимого света и непрозрачной для ультрафиолета. Если она при этом видит тоже в ультрафиолетовом диапазоне, «переключаясь» из видимого диапазона в ультрафиолетовый, тогда ее зрение работает совершенно нормально. Однако тогда она утрачивает свою постоянную невидимость. Если вы хотите обнаружить Сью Шторм, вам нужно будет использовать ультрафиолетовое зрение.

В комиксах про Джеймса Логана, Росомаху из «Людей Икс», есть момент, когда Халк порвал его пополам, выбросил его ноги в Гималаи. Росомаха проделывает довольно большой путь для того, чтобы воссоединиться с половиной своего тела. И тем не менее, поскольку его суперспособность состоит в регенерации, нам может быть интересно, что будет, если действительно разрезать его пополам и подождать достаточно долго для того, чтобы он не мог воссоединиться. Вырастет ли второй Росомаха лишь из одной половины тела?

На самом деле, регенерация в животном мире существует: это и плоские черви, и медузы, и морские звезды. Рыбка данио рерио, на которой ставят эксперименты, умеет выращивать плавники, а саламандра может отрастить даже челюсть. Более того, регенерация есть и у млекопитающих. В одном эксперименте, где у мышей дезактивировали белок LIN28A (он отвечает за регенерацию клеток у молодых особей), подопытным мышам отрезали пальцы ног, и эти пальцы отрастали заново! Еще им надрезали ушки, и они тоже довольно быстро восстанавливались. Т. е. регенерация теоретически возможна. Мы не знаем, смог ли Росомаха отрастить второе полноценное тело, но в принципе сама суть его способности нам доступна.

Более того, можно предположить, что, если Росомаха регенерирует настолько быстро, в его клетках он преодолел т.н. предел Хейфлика. Это максимальное количество раз, которое клетка может поделиться. Для большинства клеток человеческого тела это 52 раза. Возможно, если Росомаха регенерирует так быстро и так долго (надо учитывать, что по комиксам ему несколько сотен лет, он довольно пожилой человек, поэтому пресловутый белок LIN28A у него бы уже не должен работать, поскольку он работает только для молодых организмов), возможно, супергерой каким-либо образом преодолел предел Хейфлика, и его клетки могут делиться бесконечно, не накапливая вредные мутации. Потому что обычно происходит именно это: клетка накапливает достаточное количество «поломок», после чего ее жизнь прекращается — она умирает. Это, в свою очередь, означает, что, возможно, Росомаха научился каким-то образом делать фермент теломеразу, который достраивает теломеры — специальные «защитные колпачки» на хромосомах, которые помогают защищать их от повреждений в процессе деления. Это мы можем сделать! Достаточно для этого найти участок ДНК, кодирующий теломеразу, и можно было бы усилить экспрессию этого гена — сделать так, чтобы теломеразы было больше.

Что характерно, другой персонаж комиксов, который тоже регенерирует (Дэдпул), в комиксах постоянно теряет руки, ноги и другие части тела. Про него мы точно знаем, что, если собрать эти утерянные части тела, из них можно вырастить еще одного Дэдпула!

Все в шоколаде

— Шоколад — это кондитерское изделие на основе какао-бобов. Какао-бобы являются частью плода дерева какао (иначе называемого «шоколадное дерево»), которое появилось в районе Центральной Америки и долгое время в основном выращивалось там же. Напитки из какао-бобов в основном употребляли там. Сейчас основное место, в котором производятся какао-бобы, — это Западная Африка. Исторически какао-бобы ферментировались. Т.е. их вынимали из плода, оставляли сохнуть на солнце. Они сначала какое-то время ферментировались (т.е. обрабатывались микроорганизмами), после чего эти зерна обжаривались. Потом полученная масса могла смешиваться с мякотью всего плода, и получался такой алкогольный горький напиток.

Считалось, что этот напиток является сильным афродизиаком. Такова одна из причин его распространения. Конечно, были и какие-то религиозные моменты в употреблении какао. Известно, что индейцы майя считали его напитком богов. Соответственно, они использовали какао для разных ритуалов. Эту традицию майя переняли ацтеки, которым после завоевания майя напиток очень понравился — до такой степени, что часть дани майя выплачивали ацтекам как раз какао-бобами. И ацтеки его тоже употребляли для разнообразных ритуалов. Описывали даже такие ситуации, когда в какао добавляли цветок анната — красноватого цвета, т.к. получался такой красноватый, похожий на кровь по оттенку напиток, и это было некоторой заменой жертвоприношениям, которые, как известно, у ацтеков тоже были распространены. Употреблялся какао изначально жрецами, а затем знатью, после чего стал продуктом, употребляемым довольно массово.

К тому моменту, как Америку открыли, какао был распространен повсеместно в империи ацтеков. Первые какао-бобы в Европу вывез уже Христофор Колумб, хотя с первого раза напиток в Европе не прижился. Только в следующие разы, когда этот напиток уже прижился при королевском дворе, он уже потихоньку стал завоевывать Старый Свет. Первое время, еще раз отмечу, — исключительно в виде отвара из ферментированных какао-бобов. Я хочу это подчеркнуть: он отличался от того, что мы привыкли понимать под «напитком какао» сегодня. Более-менее нынешний свой вид он начал принимать, когда европейцы стали добавлять туда сахар и мед. До этого напиток был исключительно горьким. Часто в него добавляли различные пряности — он был еще довольно острым при этом. Европейцы научились добавлять туда сахар и мед — так он становился хотя бы слаще.

И только в XIX веке, когда научились наконец использовать специальный пресс, который создали именно для отжима какао-бобов, продукт приобрел более-менее современный вид. В результате этой процедуры получалась твердая часть, которую использовали отдельно, и какао-масло, также используемое отдельно. Первое время их отдельно и использовали. Только еще некоторое время спустя после изобретения пресса люди научились обратно добавлять некое количество какао-масла в твердый остаток, чтобы получался продукт плавящейся консистенции, который мы сегодня и называем шоколадом.

Примерно в это же время изобрели порошковое молоко. Его тоже довольно быстро начали добавлять в шоколад, и получился практически тот молочный шоколад, к которому мы привыкли на сегодняшний день. И тогда же появились основные компании, которые сегодня (до сих пор) производят его.

Итого, сейчас есть несколько разных видов шоколада. Они некоторыми разными способами получаются. Молочный шоколад представляет собой какао-масло, добавленное в твердые остатки какао-бобов с добавлением молока и сахара. Если не добавлять туда твердые остатки какао-бобов, получается белый шоколад (т.е. там практически твердой их части нет, есть только какао-масло). Если не добавлять молока и практически не добавлять сахара, в свою очередь, получаются разные виды темного шоколада. Если отдельно использовать вот эти твердые порошковые измельченные какао-бобы, то можно еще какое-то количество продуктов на основе шоколада сделать.

Что касается эффектов шоколада, то они определяются составом шоколада, про который мы сегодня говорим (и который нам сегодня привычен). При этом надо понимать, что по массовой доле основным веществом, содержащимся в молочном шоколаде, чаще всего является сахар. На втором месте чаще всего стоит порошковое молоко. И только потом идет какао-масло. Поэтому в первую очередь шоколад является очень калорийным продуктом. Про эту часть эффектов сейчас отдельно, наверное, не имеет смысла говорить — как и про те части, которые связаны с молоком. А что касается непосредственно какао, тут следует упомянуть, что он богат некоторыми питательными веществами: рибофлавином, витамином В-12, минеральными веществами, в том числе кальцием.

Но физиологам (и мне в том числе) интересно другое — это фармакологически активные вещества в какао. Есть несколько основных веществ. Во-первых, это кофеин и теобромин, два вещества с похожим стимулирующим действием. Какао-бобы содержат довольно большое количество кофеина. В темном шоколаде кофеина может быть больше, чем в аналогичном количестве кофе, что нужно учитывать. С этим связаны эффекты, тоже важные и известные про шоколад. Он является стимулятором точно так же, как кофе. Другая часть эффектов связана с флавоноидами. Это вещества растительного происхождения, которые являются антиоксидантами. У них, соответственно, предполагают разные противовоспалительные эффекты. Строго при этом известно, правда, только следующее: регулярное употребление шоколада приводит к незначительному понижению давления. Это действительно зафиксировано.

Все остальные эффекты употребления шоколада относятся к предполагаемым. И предполагают много разного — сейчас пытаются все это доказать. Предполагают связь шоколада и акне, что шоколад может стимулировать это заболевание. Предполагают, что шоколад может действительно являться противовоспалительным агентом. Предполагают — и это уже почти сформулировано и доказано, хотя данные еще немного противоречивы, — что шоколад обладает противосвертывающим действием на кровь. Возможно, это механизм понижения давления. Предполагают также, что шоколад связан с повышенным образованием камней в почках. Предполагают, что в темном шоколаде может быть количество свинца, вредное для маленьких детей, поэтому им этого не рекомендуют. Дело в том, что шоколад достаточно хорошо поглощает свинец из почвы, поэтому, если какао-бобы растут там, где почва аккумулирует много свинца… Да, еще из понятных эффектов шоколада (не системных, а заметных на первый взгляд) можно упомянуть ту же самую историю про кофеин и теобромин. Это изжога. Потому что оба вещества стимулируют активность желудочно-кишечного тракта (в том числе секрецию желудочного сока), что, в свою очередь, приводит к изжоге. Поэтому про шоколад мы знаем меньше, нежели нам хотелось бы. А точно мы знаем про давление и про стимулирующие эффекты и предполагаем некоторое количество эффектов дополнительно.

Химия и жизнь

— У нас в обществе, к сожалению, сформировалось мнение: «Вот видишь Е на упаковке? Всё, брать нельзя! Видишь Е — это точно что-то опасное!» На самом деле, за литерой Е скрывается огромное количество веществ. В том числе тех, которые были на планете Земля задолго до появления первого человека. Я разобрал пару примеров и, что самое главное, рассказал, как работает методология определения допустимых количеств Е. Потому что на самом деле, чтобы от «ешек», допущенных к использованию, стало хоть чуть-чуть плохо — хоть кому-то, хоть с какой-то вероятностью, надо этих «ешек» съесть в 10, а то и в 100 раз больше, чем допустимая дневная доза. Например, усилитель вкуса, которого многие боятся. Однако люди перестают пугаться усилителей вкуса после того, как раскроют учебник по биологии, посмотрят, что это такое, что такое «глутаминовая кислота», сопоставят эти два факта и поймут, что они из нее состоят. Это, по сути, одна из основных аминокислот, я бы даже сказал, одна из самых распространенных. Та же история с подсластителем. Естественно, обсудили «кока-колу», кофеин — вредно ли пить кофе? Полезно ли пить кофе? И как это работает?

Как устроена химическая наука и чем отличается химическая наука от химической не-науки. История связана с алхимиками, а вопрос звучит совершенно нелепым образом: «Правда ли, что в 1912 году немецкий химик Ризенштауэр синтезировал золото с помощью свинца, тория и лаурилгидразина? Это, конечно, полный бред. Не было никакого Ризенштауэра. Не происходило ничего такого в 1912 году, и вообще, синтезировать золото с помощью химических реакций нельзя. Но в этом вопросе я рассказал про алхимиков — абсолютно замечательную касту людей, которые вот уже 1600 лет занимались чем-то. Мало кто понимал, чем именно они занимались. А они создавали такую видимость чего-то, очень заумного. Они многое принесли в химию на самом деле. Они развили огромное количество новых химических аппаратов. Но их основная проблема была в том, что они не отделяли строгую логику, строгий научный метод от мифа, логоса, различных сказаний. Вот этот миф с логосом — все было перемешано. Всё в одно корыто!

Алхимики пытались построить какие-то логические переходы, но при этом у них обязательно присутствовали рог единорога, яйцо дракона, которое надо добыть. Меня, конечно, очень удивляет, как это все могло продолжаться 1600 лет. И представить себе большей просрочки дедлайнов нельзя. Они 1600 лет переносили этот дедлайн получения золота! А ведь буквально каждый год правители их спрашивали: «Ну что, ребята, когда?» А они говорили: «Сейчас, сейчас!» И вот это «сейчас» длилось 1600 лет. Как мы все с вами знаем, золота они так и не получили.

За 1600 лет они все-таки открыли новый элемент. А именно — фосфор. Хениг Бранд, конечно, вовсе не пытался его получить. Он хотел получить золото. Он также пытался получить «живительную силу», «эликсир жизни», открыть закон трансмутации. Логика у него была просто бронебойная. Он знал, что золото желтенькое и блестит, поэтому начал обращать внимание на предметы, которые обладают теми же свойствами. Чаще всего ему попадалась некая желтая и блестящая жидкость. Как многие уже могли догадаться, это была моча. Поэтому он решил, что раз моча тоже желтенькая и блестит, значит, золото надо искать там. Более того, алхимик заметил, что люди увядают с возрастом. Происходит это потому, что из них уходит жизненная сила. Она, видимо, уходит с чем-то — скорее всего, с мочой. В общем, он упаривал мочу, делал это довольно долго, получил что-то светящееся и кричал, что новое вещество светится. Все услышали, что Хениг Бранд кричит: «Phosphorus!» — в своей лаборатории и решили, что он получил некий фосфор. О том, что это новый элемент, никто не знал. Однако все уяснили, что это клейкая светящаяся масса. Уже гораздо позднее люди идентифицировали это как новую субстанцию.

Еще мы разобрали пару вопросов про историю химии. Я рассказал, насколько важно проверять факты. В частности, один вопрос, в который мне самому до сих пор сложно поверить: когда мы составляем вопросы, мы всегда пытаемся найти наиболее авторитетный источник. Вот мы в лекции решили рассказать о золоте в Мировом океане, нашли в качестве источника Американскую океаническую администрацию. Это что-то вроде Российской академии наук, только с бюджетом еще больше, и занимаются они исключительно океанами. У них было записано: 20 000 000 тонн золота содержится в Мировом океане. Дальше везде использовали это значение (20 млн тонн) — не только мы, но и энциклопедии, научные издания, научно-популярные в том числе.

И я решил посмотреть, какая концентрация золота в Мировом океане. Оказалось, что она составляет 0,03 на триллион. Потом я на всякий случай перемножил эту концентрацию на массу Мирового океана, и внезапно у меня получились не миллионы тонн, а тысячи тонн. Я очень долго это считал, естественно, будучи уверенным в том, что я что-то напутал. Не могли такие крупные ребята ошибаться! В конце концов я написал им письмо — в правительство Соединенных Штатов, на правительственную почту. Они мне ответили в стиле: «Слушайте, спасибо вам большое! Мы пытались найти, откуда эти данные взялись, но отчего-то не смогли! Наверное, лучше эти данные убрать?» В итоге они изменили информацию на сайте. И вот оказалось, что они вправду ошиблись.

Получилось это, в первую очередь, потому, что даже самые большие шишки имеют право ошибаться — что уж говорить об обычных научных лекциях, о любых фестивалях, о ваших знакомых, о самых титулованных на планете людях? Все могут ошибаться! В этом и прелесть метода познания. Он позволяет найти ошибку у любого человека. Этим и занимается наука. Мы не пытаемся постулировать факты как истину в последней инстанции. Мы пытаемся показать, насколько круто эти факты перепроверять и узнавать, как оно обстоит на самом деле.

Упс, что-то пошло не так

— Люди очень боятся совершать ошибки, особенно в наше тяжелое конкурентное время. И очень не любят. Нынешние исследователи человеческого поведения вообще говорят о том, что много ошибок уже заложено в нас природой. Существует огромное количество когнитивных искажений, свойственных, в общем-то, практически каждому человеку. Много кто пытается с ними бороться, однако все понимают: совсем избавиться от ошибок сложно. На самом деле, тот факт, что мы совершаем ошибки, можно считать хорошим. Почему?

Существуют разные системы. Но те из них, которые способны развиваться лучше всего, это системы, открытые к ошибкам. На самом деле, очень здорово, что существует много областей, в которых мы регулярно совершаем ошибки. Это значит, что в какой-то момент эти системы настроились на что-то другое настолько хорошо, что где-то в другой стороне появилось искажение. Попробую привести чуть более понятный пример известной логической ошибки: «После — не значит вследствие». Огромное количество людей считает, что если два события произошли в одно время или друг за другом, это значит, что одно стало следствием другого. И это стандартная логическая ошибка, которая в действительности мешает правильно понимать причины и следствия каких-то поступков. Но с эволюционной точки зрения понятно, что решения часто нужно принимать быстро. И если мы не находимся в условиях цивилизации, а должны попытаться понять, всегда ли за таким хрустом на нас нападет тигр, лучше, условно говоря, каждого подозрительного шума пытаться избежать, нежели быть съеденным хищником. С эволюционной точки зрения правило «после — значит вследствие» — разумная стратегия для того, чтобы избежать опасностей. И, собственно, из-за того, насколько хорошо она у нас задана, мы и совершаем подобную ошибку абсолютно автоматически. Условно говоря, она заложена в нас опытом нашего выживания. На самом деле, даже наука в какой-то момент стала очень активно развиваться — тогда, когда поняла, что возможность совершать ошибки является очень важной для любой научной теории.

И в ХХ веке в естественных науках получил огромное признание критерий научности, который сформулировал Карл Поппер (известный философ, методолог науки). Этот принцип звучит следующим образом: «Научная теория — это та теория, которая хотя бы потенциально может быть опровергнута. Если теорию нельзя опровергнуть, ее невозможно обсуждать с точки зрения науки». Здесь важно следующее: ошибки возникают тогда, когда система пытается предсказать что-то и это предсказание не сбывается. Т.е. в любой научной теории есть какие-то следствия. Их можно проверять. И вот только если мы можем сопоставить настоящий результат опыта с предсказанным следствием, мы или можем улучшить нашу систему, или можем совершить ошибку, но от этого, на самом деле, система тоже выиграет.

Так вот, оказывается, что подобным образом работают даже наши мозги. По крайней мере, это одна из наиболее влиятельных на сегодняшний день теорий о том, как работает мозг. Сегодня многие нейроученые считают, что наши мозги в принципе постоянно пытаются тестировать окружающий мир, предсказывать, что бы в нем могло происходить, а потом ловить — сверилось ли, получилось ли так, как они предсказывали, или нет, и в зависимости от результата менять свое поведение. Это называется «предсказательное кодирование», такая логика движения. И в последние 20 лет ученые обнаружили отдельный большой блок в мозге, который, собственно говоря, занимается сверкой результатов опыта с предсказанными теориями. Есть даже специфический тип мозгового ответа, который называется «негативность, связанная с ошибкой». Он возникает в очень-очень разных мозговых задачах. Это блок, который мозг использует для того, чтобы понять: удачно он предсказал будущее, удачно он предсказал модель или неудачно. И вот эта постоянная попытка предсказывать, что будет происходить, и сверка с реальностью — это то, что позволяет нам развиваться, двигаться вперед и учиться на своих ошибках.

На самом деле, современная нейронаука приходит к очень простому с философской и жизненной точки зрения выводу: учиться на собственных ошибках — очень важно, очень здорово и, вообще говоря, очень дальновидно. Только система, которая открыта к собственным ошибкам, может развиваться — как на уровне поведения человека вообще, так и на уровне конкретного мозга. И даже на уровне всей науки в принципе.

Заблуждения о мужском и женском мозге

— Многим людям интересны две вещи — это мозг и гендер. Я занимаюсь и тем и другим. Т.е. у меня есть в этой сфере профессиональная подготовка. Поэтому сегодня я рассказывал про то, как не надо писать про мозг и как не надо писать про гендер. Все утверждения насчет того, что мужской мозг якобы исключительно делает одно дело, но зато качественно, а женский при этом многозадачен; утверждения о том, что женщины не могут припарковать машину из-за того, что у них плохое пространственное мышление; утверждения о том, что среди женщин не было гениев потому, что их мозги более однородны в целом, что среди них вообще меньше гениев и безумцев — это всё глупости. Сегодня, в 2018 году, мы знаем, что это не так.

Откуда берутся глупости подобного рода? Из хороших научных статей, которые плохо пересказывают. Из плохих научных статей, которые в принципе можно пересказать хорошо, но от этого уже ничего не поменяется. И когда люди из Академии наук озвучивают какую-то псевдонаучную дичь. Простой пример: мозг женщин хуже справляется с лабиринтами — утверждают на страницах некоего научно-популярного издания. Мы открываем научную статью и выясняем, что на самом деле эти различия проявляются только в том лабиринте, где абсолютно голые стены. В реальном городе (а как выглядит реальный город, все могут посмотреть и вспомнить об этом), естественно, стены не голые. Там у нас масса ориентиров. И в таких лабиринтах мужчины и женщины справляются с ориентированием одинаково. Поэтому данное утверждение взято из хорошей научной статьи, но абсолютно неправильно понято.

Пример плохого утверждения из плохой научной работы — это гипотеза о том, что женщины любят розовое и персиковое, потому что это те цвета, в которые были окрашены те плоды, которые собирали древние собирательницы. Почему это глупость? Во-первых, из реальной науки антропологии мы знаем, что женщины собирали коренья, которые обычно произрастали под землей и не имеют цвета. А кроме того, есть эскимосы, коренья не собиравшие вовсе — они жили в тундре, в арктической пустыне.

Ну и наконец другая псевдонаучная глупость звучит следующим образом… Это вроде книги Новосёлова «Женщина — и как ею управлять», «Женщина: учебник для мужчин». Это места, где женщин пытаются выставить лживыми, эгоистичными, и все это списать на биологию. Это откровенная ерунда. Мне кажется, что такой оголтелый, извините, сексизм в 2018 году уже давно попросту вышел из моды. Это в одном ряду с рассуждениями о том, что мозг людей одной расы менее полноценен, чем мозг людей другой расы. Это устарело еще в 1940-е.

Добавить в закладки
Комментарии
...
Вам понравилась публикация?
Расскажите что вы думаете и мы подберем подходящие материалы