Наука — это не только сложные формулы и серьезные теории, в которых способны разобраться лишь единицы. Это еще и удивительные факты, которые переворачивают привычное представление о мире: странные, неочевидные, иногда почти абсурдные — но абсолютно реальные. Именно такие ждут вас в нашей рубрике "5 случайных научных фактов".
Эйнштейн и черные дыры
Общая теория относительности, сформулированная Альбертом Эйнштейном в 1915 году, предсказывала существование объектов, способных искривлять геометрию пространства-времени настолько, что ничто, упавшее в эту область, не способно вырваться наружу. Однако сам Эйнштейн скептически относился к этой идее, считая, что столь аномальные объекты просто не должны существовать в нашей реальности. Он называл их математическим курьезом, артефактом теории, но никак не физическими объектами.
В 1939 году он даже опубликовал статью, в которой пытался доказать, что "черные дыры" не могут сформироваться во Вселенной. Для Эйнштейна эти гипотетические объекты были слишком экстремальными, слишком... абсурдными.
Но Вселенная оказалась смелее физика. В 1964 году рентгеновский телескоп, направленный в сторону созвездия Лебедя, выявил крайне мощный источник излучения неизвестной природы. Нечто, удаленное примерно на 7 000 световых лет от нас, получило название Лебедь X-1 (Cyg X-1).
Через шесть лет астрономы установили, что имеют дело с двойной системой, где видимая голубая сверхгигантская переменная звезда вращается вокруг невидимого компактного, но очень массивного объекта. Масса этого объекта (примерно в 21,2 раза больше массы Солнца) оказалась слишком большой, а размер при этом слишком малым, чтобы его можно было классифицировать как какую-либо "нормальную" звезду или любой другой вероятный объект, кроме черной дыры.
К 1990 году накопленный объем данных позволил ученым заключить, что Cyg X-1 — черная дыра. Теория перестала быть абстракцией на бумаге и превратилась в наблюдаемую реальность. Эйнштейн был прав в уравнениях — но ошибался в скепсисе.
Молнии и зарождение жизни
Около четырех миллиардов лет назад Земля была крайне враждебным местом: атмосфера состояла из метана, аммиака, водорода и водяного пара, кислорода почти не было, постоянно бушевали грозы. Но именно молнии могли стать тем самым "божественным огнем", который "вдохнул" жизнь в неорганическую материю.
В 1953 году эксперимент Миллера-Юри показал, что если через смесь газов, имитирующую состав атмосферы ранней Земли, пропускать электрические разряды, то через какое-то время появляются аминокислоты — строительные блоки белков. Позже ученые со всего мира многократно повторяли эксперимент в разных условиях и получали не только аминокислоты, но и нуклеотиды (основа ДНК и РНК), сахара и другие органические соединения.
Молнии, как крайне распространенное природное явление, создавали локальные очаги высокой энергии, достаточной для разрыва простых молекул и их последующей рекомбинации в более сложные органические структуры. Водоемы могли накапливать эти соединения на протяжении миллионов лет, постепенно превращаясь в "первичный бульон", который в итоге и стал природной лабораторией по "производству жизни".
Вероятно, жизнь зародилась не в каком-то конкретном месте, а появилась в тысячах областях нашей планеты практически одновременно — везде, где были подходящие условия. Что-то отсеивалось, а что-то — выживало и развивалось.
И в этом есть истинная красота: электрический разряд длительностью доли секунды мог запустить цепочку химических реакций, которая через миллиарды лет привела к появлению человека, который настойчиво хочет разобраться в механизме своего происхождения.
Антибиотики и эволюция бактерий
Антибиотики не делают бактерии сильнее. Они лишь создают условия для жесткого отбора — и мы наблюдаем эволюцию в реальном времени.
В любой большой популяции микроорганизмов всегда есть редкие варианты с мутациями, которые случайно обеспечивают устойчивость к антибиотику. Эти мутанты существовали еще до применения препарата — просто их было очень мало, и в обычных условиях они не имели преимущества. Но когда антибиотик убивает миллиарды чувствительных бактерий, и при этом инфекция не подавляется полностью, то устойчивые занимают освободившиеся территории. Так как у них уже нет конкурентов, они начинают активно питаться и стремительно размножаться — и уже через несколько поколений заметная доля популяции становится устойчивой к примененному антибиотику.
Это не "привыкание" и не "адаптация" в обыденном смысле. Это дарвиновский отбор с фантастической скоростью: бактерии размножаются каждые 20–30 минут, поэтому за сутки сменяются десятки поколений. То, что у людей заняло бы тысячи лет, у бактерий происходит за недели.
Каждый раз, когда мы применяем антибиотик неправильно — не доводим курс до конца, используем его без показаний или врач ошибается с назначением препарата — мы запускаем ускоренную эволюцию. Мы уничтожаем лишь самых уязвимых бактерий, а устойчивым освобождаем место, ресурсы и даем им время закрепиться. Поэтому вскоре их становится больше, и в какой-то момент оказывается, что для вас это лекарство "перестало работать".
Подземный "интернет" растений
Под землей, вне поля нашего зрения, существует "лесной интернет" — микоризные сети, связывающие корни растений через грибы. По факту это яркий пример симбиоза: грибы получают сахара от растений, а растения — дополнительную воду и минералы из почвы. Но сформированная сеть обладает куда более обширным функционалом, чем просто обмен ресурсами.
Через микоризу растения передают химические и даже электрические сигналы. Если дерево подвергается атаке вредителей, оно выделяет в сеть вещества, предупреждающие соседние деревья об угрозе. Те, считав сигнал, тут же начинают вырабатывать защитные токсины заранее — до того, как вредители доберутся и до них.
Растения также используют сеть для распознавания родственников. Исследования показали, что взрослые деревья передают больше питательных веществ своим "детям" и меньше — чужим. Старые деревья и вовсе активно поддерживают все молодые растения вокруг, щедро делясь ресурсами.
Важно отметить, что это не сознательная коммуникация и растения не обладают интеллектом, но перед нами некое подобие распределенной "нервной системы" — базовые принципы нейронной коммуникации без мозга и нейронов. Лес — не набор обособленных организмов, а единая информационная сеть, где каждое дерево — и приемник, и передатчик.
Города как двигатели эволюции
Города — это не просто среда обитания человека, а целая новая экосистема, в рамках которой виды эволюционируют быстрее, чем в дикой природе.
Комары лондонского метро (лат. Culex pipiens molestus) генетически отличаются от своих "деревенских" родственников настолько, что практически с ними не скрещиваются. Кроме того, они не впадают в зимнюю спячку, активны круглый год и эффективно размножаются в замкнутых пространствах туннелей. Кровь для развития яиц самки "добывают" у людей и крыс.
Птицы в городах поют громче и на более высоких частотах, чтобы пробиться сквозь шум транспорта и строек. Они меньше боятся людей и меняют суточный ритм из-за многочисленных источников искусственного освещения. Вороны вообще научились использовать автомобили как щелкунчики: кладут орехи на дорогу и ждут, пока проезжающая машина раздавит скорлупу.
Микробы тем более не стоят на месте. Бактерии на бетоне, пластике и металле смогли приспособиться к материалам, которых никогда не было в природе. Они учатся разлагать синтетические полимеры и выживать в присутствии всевозможных дезинфицирующих средств.
Город — это огромная лаборатория, где эволюцию можно наблюдать в "прямом эфире".