Технологии и научные исследования

Почему пена на пиве иногда исчезает быстрее, чем хотелось бы Пиво - золотистый напиток, увенчанный пышной белой шапкой пены, которая манит сделать первый глоток. Но иногда пена оседает почти мгновенно, оставляя лишь разочарование. И, поверьте, бармен здесь ни причём, хотя зачастую все шишки достаются именно ему. Тогда почему так происходит? Швейцарские ученые готовы раскрыть нам этот секрет. Пивная пена состоит из множества крошечных пузырьков углекислого газа, разделенных тонкой пленкой жидкости. Со временем эта пленка истончается под действием силы тяжести и давления, пузырьки лопаются, и пена опадает. Но скорость этого процесса зависит от типа пива и его химического состава, в частности от белков, которые поступают из ячменя. Один из таких белков — LTP1. Часто грешит быстрым исчезновением пены пиво одинарного брожения, к которому относятся популярные лагеры. В таких сортах пива белки сохраняют глобулярную (сферическую) форму, плотно располагаясь на поверхности пузырьков. Это делает пену менее устойчивой: пузырьки быстро лопаются, и пена оседает, иногда даже не успев порадовать посетителя паба. В пиве двойного брожения, например, в некоторых элях, белки LTP1 начинают «распутываться», образуя сетчатую структуру. Эта структура действует как эластичная оболочка, повышая вязкость жидкости вокруг пузырьков и делая пену более устойчивой. Но самая стойкая пена у пива тройного брожения, такого как бельгийские эли. Здесь белки распадаются на фрагменты с гидрофобными (водоотталкивающими) и гидрофильными («водолюбивыми») свойствами, которые работают как поверхностно-активные вещества, подобные тем, что содержатся в моющих средствах. Они создают так называемый «эффект Марангони» - знакомый каждому, кто хоть раз наблюдал за мыльными пузырями. Он проявляется радужными завихрениями на их поверхности. В пиве эффект Марангони работает аналогично: жидкость течет от областей с высокой концентрацией белков к более «бедным» участкам, она перемещается по поверхности пузырьков, создавая более стабильную структуру и предотвращая их лопание. В результате пена в таких сортах пива может держаться до 15 минут. Зная про белки LTP1 и эффект Марангони можно экспериментировать с процессами брожения и соложения, чтобы добиться желаемой текстуры пены, повысить или понизить пенообразование. Например, регулируя температуру ферментации или изменяя состав солода. Кстати, пышная пена не всегда приветствуется. Все зависит от культуры. Где-то густая пена - признак качества пива, а где-то – лишний воздух, уменьшающий объем напитка в бокале. Интересно, что понимание физики пива выходит за пределы пивной кружки. Это может быть полезно в других областях — от производства моющих средств до разработки косметики и пищевых продуктов. Пиво оказалось лишь идеальной моделью для изучения такой сложной системы, как пена.

«Социальное поведение» кукурузы: она не любит тесноту Кукуруза — основа питания для миллиардов людей. Но, оказывается, это удивительно умное растение, которое умеет «общаться» с соседями, когда на поле становится тесно. Учёные из Чжэцзянского университета в Китае раскрыли, как кукуруза использует химические сигналы, чтобы защищаться от вредителей и болезней, когда окружающее пространство начинает давить. Реакция на тесноту Когда кукуруза растёт слишком близко друг к другу, она не просто конкурирует за свет и питательные вещества, для неё это ещё и повышенный риск заражений вредителями и патогенами. Учёные заметили, что в таких условиях растение запускает сложную защитную систему. Как только листья соседних растений начинают подходить слишком близко, кукуруза выделяет линалоол — летучий газ с цветочным ароматом, напоминающим лаванду или пряное дерево. Этот терпеновый спирт для кукурузы — сигнал тревоги. Линалоол действует как химический мессенджер, запускающий цепочку реакций. Соседние растения улавливают его и реагируют, усиливая выработку гормонов, таких как жасмонат, в своих корнях. Корни, в свою очередь, начинают выделять бензоксазиноиды — соединения, которые изменяют состав бактерий в почве. И такой новый микробный ландшафт становится очень негостеприимным для вредителей: гусеницы, нематоды и грибки этому совсем не рады. На густо засаженных полях такой защитный механизм срабатывает всего за три дня. Более того, изменения в почве сохраняются даже после уборки урожая. Следующие поколения кукурузы, выращенные на такой почве, оказываются более устойчивыми к вредителям и болезням. То есть, кукуруза не только защищает себя в моменте, но и готовит почву для будущих растений. Перспективы для сельского хозяйства Вроде бы звучит всё круто, сажай кукурузу погуще и получай здоровые поля без химикатов. Однако, как всегда, есть обратная сторона. Чтобы поддерживать такую химическую оборону, кукуруза тратит свои силы и запасы, а потому медленнее растёт. Растение как бы делает выбор: защита важнее скорости развития. Кукурузе-то, наверное, всё равно, а вот для аграриев этот компромисс – проблема, ведь они хотят получать урожай побольше. Тем не менее, открытие китайских учёных имеет практический смысл – оно, по сути, предлагает сельскому хозяйству новое направление. Экологичную альтернативу пестицидам. Вместо того чтобы поливать поля химикатами, можно задействовать естественные механизмы кукурузы. Например, селекция растений с усиленной выработкой линалоола или введение специальных микробных добавок в почву может повысить устойчивость культур. Другой путь — синтетическая биология, которая позволит настроить растения на более эффективную защиту. Кроме того, возможно, подобный механизм есть и у других растений, учёные уже это выясняют. Ну а ещё это просто очень интересно. Самая обычная кукуруза, которую мы знаем с детства, демонстрирует, насколько сложны и взаимосвязаны механизмы в природе. Её способность «договариваться» с соседями реально поражает. Получается, что кукуруза — не просто еда, а настоящий стратег, готовый защищать себя и своих соседей.

Новый взгляд на холестерин: яйца реабилитированы Яйца десятилетиями обвиняли в повышении уровня холестерина, угрожающего здоровью сердца, и рекомендовали ограничивать или вовсе исключать их из рациона. Но новое исследование пересматривает устаревшие стереотипы. Австралийские ученые провели первое в своем роде контролируемое исследование, в котором здоровые взрослые участники в течение пяти недель тестировал три разные диеты: - яичную: 2 яйца в день, много холестерина – 600 мг и мало насыщенных жиров – 6%, - безяичную: мало холестерина – 300 мг, много насыщенных жиров – 12%, - контрольную: 600 мг холестерина, 12% насыщенных жиров, но всего одно яйцо в неделю. Все диеты были одинаковыми по калорийности, различаясь только по содержанию холестерина и жиров. Результаты удивили. Яичная диета привела к снижению уровня так называемого «плохого» холестерина (ЛПНП) в крови по сравнению с контрольной группой. Безяичная же не показала заметных изменений, хотя холестерина в ней было вдвое меньше. Ключевой вывод: главный виновник повышения «плохого» холестерина в крови — не пищевой холестерин, а насыщенные жиры. Именно они, а не яйца, оказались основным фактором, влияющим на уровень ЛПНП. Но это еще не все. Яичная диета изменила состав частиц ЛПНП. В крови стало меньше крупных, менее опасных частиц и чуть больше мелких, плотных, которые могут проникать в стенки артерий. Это не обязательно плохо, но требует дальнейшего изучения. Безяичная диета тоже увеличила долю мелких частиц, не снизив общий уровень ЛПНП, что еще раз подчеркивает роль насыщенных жиров как основного «провокатора». Есть и интересное побочное открытие – повышение уровня лютеина и зеаксантина, каротиноидов яичного желтка, которые поддерживают здоровье глаз, мозга и защищают организм от воспалений. Яичная диета показала не только рост этих веществ в плазме крови, но и неожиданное увеличение физической активности участников эксперимента. Ученые предположили, что дело в каротиноидах-антиоксидантах, хотя пока это лишь гипотеза. История яиц — классический пример того, как наука о питании может сбивать с толку. С 1950-х годов, когда связь между холестерином и болезнями сердца стала общепринятой, яйца попали под удар из-за высокого его содержания в желтках (около 185 мг на яйцо). Диетологические рекомендации призывали ограничивать их потребление, а в 1980-х и 1990-х годах, на волне популярности низкожировых диет, желтки и вовсе стали изгоями из-за жира и калорий. Но этот подход упускал из виду, что жиры в желтках в основном полезные ненасыщенные, и именно желти богаты витаминами A, D, E, K и холином. Такой редукционизм – сведение ценности продукта к одному питательному веществу — долгое время формировал наше восприятие еды. Молоко считалось единственным источником кальция, мясо — белка, а углеводы из хлеба обвиняли в наборе веса. Яйца стали жертвой этой упрощенной логики. Но наш метаболизм не пребывает в вакууме. Он зависит от образа жизни, а питательные вещества взаимодействуют друг с другом и с микробиомом. Исследование подтверждает, что яйца не стоит демонизировать. Два яйца в день в сочетании с диетой, низкой по содержанию насыщенных жиров, не только не повышают уровень ЛПНП, но и могут снижать его, принося дополнительную пользу за счет антиоксидантов. Это перекликается с более ранними наблюдениями Университета Монаша (Австралия), показавшими, что до шести яиц в неделю снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний на 29% по сравнению с их редким потреблением. Так что яйца, похоже, готовы вернуть себе место в рационе как питательный и недооцененный продукт. А вот о том, что лежит на тарелке рядом с ними, действительно, стоит задуматься. Бекон или сосиски с высоким содержанием насыщенных жиров — это то, что реально стоит ограничивать.

Неандертальцы – гурманы каменного века Неандертальцев часто представляют суровыми охотниками, поедающими мамонта у костра. Но новое исследование переворачивает наши представления о диете этих древних родственников человека. Оказывается, неандертальцы не были «гиперхищниками», как считалось ранее, а их меню включало весьма необычный компонент. На протяжении десятилетий учёные были озадачены высоким содержанием изотопа азота-15 в костях неандертальцев, найденных в Северной Европе. Этот химический маркер указывал на то, что они потребляли столько же мяса, сколько и крупные хищники, такие как пещерные львы или гиены. Однако человекоподобные существа, включая неандертальцев, не могут физиологически выдерживать такое количество белка. Избыток белка без достаточного количества жиров и других питательных веществ может привести к так называемому «белковому отравлению», которое в прошлом наблюдалось у европейских исследователей, питавшихся исключительно постным мясом дичи. Эта загадка заставила учёных искать альтернативные объяснения. Если неандертальцы не могли потреблять огромное количество свежего мяса, то что же стояло за высоким уровнем азота-15 в их костях? Ответ оказался неожиданным. Деликатесом каменного века были личинки мух, питавшиеся разлагающимся мясом. Они неизбежно появлялись на тушах животных через несколько дней после охоты: легко доступные, жирные, богатые белком – чрезвычайно питательные. Анализ личинок из трёх семейств мух показал, что они содержат до 43,2% азота-15 — значительно больше, чем само разлагающееся мясо. Это объясняет, почему кости неандертальцев демонстрируют столь высокие его значения, если их диета не состояла исключительно из мяса. Учёные даже предполагают, что неандертальцы не просто случайно поедали личинок, а, скорее всего, намеренно оставляли мясо на несколько дней, чтобы собрать урожай побольше да пожирнее. Это было не только практично, но и стратегически важно, так как снабжало неандертальцев необходимыми жирами. Кстати, их диета была вполне себе разнообразной. Археологические находки уже показали, что неандертальцы ели растения, морепродукты, бобовые, злаки и даже занимались готовкой. А личинок они, вероятно, потребляли вместе с полуразложившимся мясом, так сказать, ферментированный продукт. Предпочтение отдавали жирным частям туши — языку, рёбрам, внутренним органам и мозгу. Этнографические данные подтверждают такую гипотезу. У многих коренных народов, например, у инуитов, в меню имелось ферментированное мясо с личинками, это считалось деликатесом. Исследователь XIX века, Кнуд Расмуссен, описывал, как инуиты с наслаждением ели мясо, «зелёное от старости и полное больших белых личинок». Интересно, что потребление личинок могло также повлиять на социальные структуры неандертальцев. Традиционно считалось, что охота была преимущественно мужским занятием, а собирательство — женским. Со сбором личинок женщины вполне справлялись. Это открытие ставит под сомнение стереотип о строгом гендерном разделении труда у неандертальцев.

Возможно сознание порождается квантовой запутанностью Человеческий мозг сравнивают с компьютером. Типа, нейроны — это как транзисторы, только в голове. Такое сравнение верно, но слабовато. Мозг не просто круче любого ноутбука или даже суперкомпьютера, он, похоже, играет по совсем другим правилам — возможно, квантовым. Недавнее исследование Шанхайского университета намекает, что наш мозг может использовать квантовую запутанность — явление, которое заставило даже Эйнштейна называть его «жутким дальнодействием». Мозг — не просто «процессор» в черепной коробке Он невероятно энергоэффективен, работает на биологическом «топливе» и выполняет задачи, которые ни один компьютер пока не осилил. Сама же идея о том, что человеческий мозг обладает квантовыми свойствами, не нова. Ещё в 90-х годах британский физик Роджер Пенроуз и анестезиолог Стюарт Хамерофф предположили, что сознание может быть связано с квантовыми процессами. Их теория, названная «организованной объективной редукцией», тогда казалась дикой, но сегодня учёные находят всё больше намёков на её правоту. Свежий взгляд Учёные из Шанхайского университета заметили, что миелин — жировая оболочка вокруг аксонов (нервных волокон, которые передают сигналы) — может создавать условия для квантовой запутанности. Это когда частицы (фотоны) становятся так связаны, что изменение состояния одной тут же влияет на другую, даже если они на разных концах галактики, как бы фантастично это ни звучало. По мнению исследователей, миелиновая оболочка действует как своеобразный «квантовый проводник». Она может порождать пары запутанных фотонов, которые помогают нейронам синхронизироваться. А эта синхронизация — ключ к тому, как мозг быстро обрабатывает информацию, принимает решения и вообще делает нас теми, кто мы есть. Как это происходит? Миелин создаёт среду, где инфракрасные фотоны взаимодействуют с химическими связями (например, углерод-водородными) внутри жировой оболочки. Это запускает процесс генерации запутанных фотонов – своеобразный «квантовый коммуникационный ресурс» в нервной системе. И когда мозг активен, миллионы нейронов активируются одновременно. Но не всё так просто Звучит круто, но есть нюанс: пока это всё — математические модели и гипотезы. Чтобы доказать, что запутанность действительно работает в мозге, учёным нужно найти её в реальных биологических условиях, например, в мозге мыши. И это, как признают сами исследователи, будет сложной задачей. Плюс, идея квантового сознания до сих пор вызывает споры. Хамерофф, один из пионеров этой теории, как-то пожаловался, что их работу «постоянно критиковали». Но каждое новое исследование, вроде этого, добавляет пазл в общую картину.