Текст книги "Почему у пингвинов не мерзнут лапы? И еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого"

Перхоть – это не для нас

«Как действует шампунь против перхоти?»

Юджин

По электронной почте, без обратного адреса

Считается, что перхоть образуется из-за избытка дрожжевого грибка Pitysporum ovale, живущего на нормальной коже. Этот избыток вызывает местное раздражение и в итоге гиперразрастание кератиноцитов – клеток, составляющих наружный слой кожи. Появляющиеся чешуйки накапливаются на коже и опадают с нее в виде перхоти.

Шампуни против перхоти имеют три механизма действия. Такой ингредиент, как деготь, препятствует делению кератиноцитов. Моющие вещества в шампуне обладают кератолитическими свойствами, не дают чешуйкам накапливаться. И наконец, противогрибковые ингредиенты, например кетоконазол, прекращают рост самих дрожжевых грибков. Другие компоненты, такие как сульфид селена, препятствуют разрастанию дрожжевых грибков и образованию чешуек.

Родди Маккензи

Эдинбургский университет, Великобритания

Загазованный голос

«Почему при прохождении голоса через гелий частота звуков повышается, даже если на последнем отрезке пути до слушателя они проходят через воздух?»

Дэвид Болтон

Мосгил, Новая Зеландия

В гелии звук распространяется быстрее, чем в воздухе, потому что атомы гелия (молекулярная масса 4) легче молекул азота и кислорода (молекулярные массы 14 и 16 соответственно). Звук голоса, как и любого духового инструмента, создает стоячую волну в столбе газа, обычно – воздуха. Частота звуковой волны, умноженная на ее длину, равна скорости звука. Длина волны зависит от формы рта, носа и гортани, так что, если скорость звука возрастает, частота должна остаться неизменной. После того как звук покидает ротовую полость, его частота не меняется, поэтому до слушателя звук долетает с такой же частотой, как на выходе. Представьте себе «американские горки». Вагончики скользят по рельсам, набирая скорость при движении вверх и замедляя ход при движении вниз, но все вагончики проходят по одному и тому же пути. Каждые 30 секунд отправляется новый, в конечную точку они приходят за одно и то же время, что бы ни происходило в промежутке между отправкой и прибытием.

У струнных инструментов высота звука зависит от длины, толщины и натяжения струны, поэтому состав воздуха на звучание инструмента не влияет. Следовательно, если поместить оркестр в гелиевую среду, получится какофония. Высота звучания деревянных и медных духовых инструментов увеличится, а высота звучания струнных и ударных останется практически неизменной. При исполнении «Песни о белой лошади» Дэвида Брэдфорда солирующему сопрано требуется вдохнуть гелия, чтобы взять самую верхнюю ноту.

Йоун Маколи

Дублин, Ирландия

Напряги извилины

«Зачем нужны борозды и складки на поверхности головного мозга?»

Брайан Лассен

Канберра, Австралия

Извилины мозга увеличивают площадь поверхности его коры. У относительно неразвитых животных, таких как крысы, поверхность мозга гладкая. Значительную часть работы мозга выполняют несколько верхних слоев клеток, в сущности, они обеспечивают связь всех клеток головного мозга.

Когда требуется обрабатывать много информации, наращивать извилины гораздо полезнее и эффективнее, чем увеличивать площадь поверхности мозга, а вместе с ней и диаметр черепа.

Энтони Стейнс

По электронной почте, без обратного адреса

Скорее всего, извилины увеличивают площадь поверхности коры головного мозга. Вопрос в другом: зачем это нужно? Вероятно, все дело в сравнительном количестве ближних и дальних связей.

Когда требуется много ближних связей, разумнее будет расположить блоки обработки на двух тонких, почти двумерных пластинах, а третье измерение оставить для дальних связей.

Если бы распределение нейронов было однородным во всем головном мозге, длинные связи были бы короче, но они занимали бы место между вычислительными блоками мозга и таким образом удлиняли короткие связи, в итоге увеличивая общий объем мозга.

Янне Синкконен

Финляндия

Еще одна возможная причина – количество тепла, вырабатываемого мозгом. – Ред.

Ткани мозга потребляют много энергии, выработанное в результате тепло требуется куда-то направить. Приложите ладонь к голове, и вы убедитесь, что она более горячая по сравнению с бедром.

У низших позвоночных нет развитых мозговых извилин, поэтому они вырабатывают сравнительно мало тепла.

Большой человеческий мозг выполняет огромную работу. Дополнительные извилины нашего мозга увеличивают площадь поверхности для кровеносных сосудов, с помощью которых отводится лишнее тепло, выработанное при напряженном мыслительном процессе. Поскольку наш мозг со временем развивался, увеличивался в размерах и становился все более сложным органом, росло и количество извилин, необходимых для выведения лишнего тепла, выработанного мозгом.

Джералд Легг

Брайтон, Западный Суссекс, Великобритания

У многих разумных позвоночных мозг большой, а в коре полушарий много извилин. Дельфин и акула могут иметь примерно одинаковые размеры, но у дельфина мозг крупнее, а извилин в нем больше, чем у акулы.

Кошка и кролик тоже имеют почти одинаковые размеры и вес, но плотоядная кошка, ведущая более сложный образ жизни, нуждается в более развитом интеллекте, поэтому у нее есть мозговые извилины, а у кролика – нет.

Размер животного также является важным фактором. Мыши и крысы демонстрируют разумное поведение, однако извилин у них почти нет, между тем у слонов и китов извилин даже больше, чем у человека.

Интересно, что развитая кора головного мозга не обязательно свидетельствует о наличии большого числа нервных клеток коры. Оказывается, что в мозге крупных животных эти клетки больше и расположены дальше одна от другой.

Одна из причин заключается в том, что соотношение глии и нейронов у крупных позвоночных значительно выше. Поэтому коре головного мозга, которая представляет собой слоистый орган, необходимы складки и бороздки, чтобы вместить то же количество нейронов, которое содержится у мелких животных на гладкой коре.

Э. Реймон Молинер

Норт-Хэтли, Квебек, Канада

Сосредоточенность

«Выполняя трудную, требующую напряжения работу, люди часто высовывают язык и зажимают его кончик губами. Почему? Для всех ли народов это характерно?»

Стив Таунсенд

Без обратного адреса

Когда нам требуется на чем-нибудь сосредоточиться, например подобрать слово, мы обращаемся к тому полушарию мозга, которое отвечает за обработку двигательной информации. Забавно наблюдать, как люди замедляют шаг, обдумывая какую-нибудь сложную задачу. Это замедление вызвано тем, что два вида деятельности ведут борьбу за одну и ту же зону мозга. Полагаю, прикусывая губу или высовывая язык, мы на время препятствуем двигательной активности и в то же время удерживаем голову в определенном положении, чтобы снизить количество движений и не нарушать мыслительный процесс.

Мелани Уэстерн

По электронной почте, без обратного адреса

Обширные зоны мозга управляют движениями языка и обрабатывают сигналы об ощущениях, поступившие от него.

Высовывая язык, зажимая его между зубами или губами, люди приглушают активность этих зон, чтобы она не мешала осуществлять такие тонкие операции, как вдевание нитки в иголку.

Барри Лорд

Рочдейл, Ланкашир, Великобритания

Что за шум?

«Чем вызван звук, который мы слышим, когда хрустим пальцами или другими суставами?»

Марти Браун

По электронной почте, без обратного адреса

Щелчки или треск часто слышатся при сгибании и разгибании суставов. Когда давление синовиальной жидкости в полости сустава снижено, в ней образуются пузырьки газа и возникает щелкающий звук. Звук может также быть результатом расхождения поверхностей сустава, при котором нарушается вакуумная изоляция.

Иногда такие же звуки раздаются во время остеопатических процедур, но это еще не значит, что лечение действует. Точно так же отсутствие треска не доказывает ошибочности лечения. Показатель успеха – амплитуда движения и подвижность суставов.

Уилл Подмор

Британская школа остеопатии,

Лондон, Великобритания

Все мягкие ткани организма, в том числе суставные капсулы, содержат растворенный азот. Под воздействием вакуума на внутрисуставное пространство, например при сильном сгибании пальцев, азот активно выделяется из раствора и попадает в это пространство, издавая легкий хлопок.

Рентгенографы часто наблюдают небольшое месяцеобразное скопление газа между хрящами плечевого сустава, которое образуется, когда во время рентгенографии грудной клетки детей держат под мышки. Дело в том, что сила, воздействующая на руки, заставляет азот выделяться в суставную полость. Такое же явление отмечается и в тазобедренных суставах.

Мелкие и очень подвижные пузырьки иногда заметны в тазобедренных суставах младенцев, которых исследуют ультразвуком на предмет врожденного вывиха бедра. Чаще всего это наблюдается, если ребенок капризничает и его приходится крепко держать. Пузырьки исчезают вскоре после того, как азот вновь растворяется.

Если сделать рентгеновский снимок суставов пальцев вскоре после того, как мы похрустели суставами, на снимке между костями наверняка будет видно небольшое свечение – следствие появления тысяч мелких непроницаемых пузырьков.

Тони Ламонт

Детская больница,

Брисбен, Квинсленд, Австралия

Вода из вина

«Какого бы цвета ни были напитки, которые мы пьем, из организма выводится жидкость всегда одинакового цвета. Что с ней происходит?»

П. Бихем

Уитни, Оксфордшир, Великобритания

Жидкость, покидающая организм, с точки зрения химического состава не имеет почти никакого отношения к жидкости, которую мы потребляем. Любое жидкое или твердое вещество, попадающее в пищевод, поступает в пищеварительный тракт и, если не усваивается организмом, то выводится из него в виде каловых масс. В отличие от них, мочу вырабатывают почки из отходов метаболизма, которые образуются в тканях и переносятся вместе с кровью.

Любое окрашенное вещество, которое мы пьем, либо вступает в биохимическое взаимодействие с системами организма, либо нет. В первом случае это взаимодействие, подобно любой другой химической реакции, наверняка изменит или приглушит исходный цвет. В противном случае пищеварительная система вряд ли усвоит это вещество – следовательно, оно будет выведено вместе с калом, у которого, как вы обязательно заметите, цветовая гамма гораздо богаче, чем у мочи.

Стивен Гиссельбрехт

Бостон, Массачусетс, США

Окрашенные вещества в пище и напитках обычно относятся к органическим соединениям, которые человеческий организм способен метаболизировать, превращая в бесцветный углекислый газ, воду и мочу. Самые трудноусвояемые вещества обрабатывает печень – настоящий мусоросжигательный завод. Если потребление окрашенных веществ превышает метаболические возможности организма, эти вещества иногда выводятся из него, не успев потерять свой цвет. Это известно каждому, кому случалось переесть борща.

Ханс Старнберг

Гетеборг, Швеция

Траурные мысли

«Недавно моей подруге пришлось организовывать эксгумацию тела ее деда, похороненного в Южной Италии, чтобы перезахоронить его рядом с недавно умершей женой. Удивительно, но на трупе не обнаружилось никаких признаков разложения. Однако дед умер около 30 лет назад от травм, полученных в серьезной автомобильной аварии, и был похоронен в самом обычном гробу. Часто ли встречается подобное? Как может тело сохраняться так долго? Может быть, все дело в почвах или в климатических особенностях?»

Кайра Кей

Роузбенк, Новый Южный Уэльс, Австралия

Замедленный процесс разложения трупа – гораздо более частое явление, чем принято считать. Многие святые были канонизированы только на том основании, что после погребения их тела не разлагались. Пример из светской жизни – жена Данте Габриэля Россетти, которую не коснулось тление, что и обнаружил муж, когда, исчерпав финансовые ресурсы и не дождавшись нового вдохновения, решил достать из гроба свои стихи, положенные в него при погребении супруги.

Такая консервация трупа наблюдается, когда жировая ткань образует трупный воск – мыльное вещество, состоящее в основном из насыщенных жирных кислот и их солей. В обиходе процесс образования трупного воска называется «обмыление трупа».

Женские тела сохраняются лучше мужских – вероятно, потому, что у них изначально больше жира и, кроме того, свою роль играют влажность и тепло. У тела человека, о котором идет речь, похороненного в Южной Италии, было больше шансов сохраниться, чем если бы его похоронили в холодной и вязкой почве Англии. В Италии нередко обнаруживают хорошо сохранившиеся обмыленные трупы.

Обмыление может происходить либо быстро, за несколько недель, либо через несколько лет. В последнем случае труп успевает достичь стадии значительного разложения, прежде чем покрывается восковым веществом. Если труп тучный, в нем достаточно воды и жира, чтобы обмыление началось быстро, независимо от условий погребения. Еще один фактор – наличие на трупе одежды из искусственных тканей, высокая влажность, присутствие такого вещества, как формальдегид. В редких случаях обмыляется не только жировая, но и мышечная ткань. Если труп очень хорошо сохранился, видимо, речь идет как раз о таком случае.

Энн Руни

Кембридж, Великобритания

Чтобы произошло разложение трупа в могиле, в ней должно быть достаточно влаги, вызывающей распад тканей в результате автолиза и под действием микроорганизмов. Обычно разложение начинается в илеоцекальном отделе кишечника. В засушливых условиях, в том числе в сухих почвах, труп теряет воду обычно вследствие испарения: ее вытягивает среда, окружающая труп. Вода испаряется даже через стенки деревянного гроба, при условии, что окружающая почва достаточно суха и хорошо впитывает воду, а высокая температура способствует испарению.

Поскольку могила находилась в Южной Италии, все эти условия имелись в наличии, потому и остановился процесс разложения. Может сохраниться и непохороненный труп – например, на сеновале, где сухое сено и воздух вытягивают из него влагу.

Тот же процесс происходит в естественной среде засушливых регионов с сухой почвой: случается, что из трупа выходит почти вся влага, остается только сухая кожистая ткань. Этот процесс называется мумификацией; возможно, его естественное возникновение в сухих песках Древнего Египта привело к появлению обычая делать мумии покойных.

Алан Таман

Саттон Колдфилд, Западный Мидлендс, Великобритания

Такова жизнь

«Какой формулой точно описывается состав человеческого тела, сравнительное распределение в нем химических элементов, в том числе и загрязняющих веществ? Какой может быть формула первого инопланетного существа, с которым мы можем столкнуться?»

Пол Монморанси

Лондон, Великобритания

«Химическая формула» человека зависит от ряда факторов, не в последнюю очередь от того, мужчина это или женщина. В организме мужчины содержится больше воды, чем в организме женщины, у которой преобладают липиды. Если сравнивать по весу, на долю кислорода приходится две трети веса тела, за ним следует углерод – 20 %, водород – 10 % и азот – 3 %. Элементы, содержащиеся в загрязняющих веществах, будут присутствовать в организме лишь в незначительных количествах.

Если разложить тело человека на атомы, мы получим эмпирическую формулу H₁₅₇₅₀ N₃₁₀ O₆₅₀₀ C₂₂₅₀ Ca₆₃ P₄₈ K₁₅ S₁₅ Na₁₀ C_l6 Mg₃ Fe₁. Относительное количество атомов в ней отличается от процентного соотношения по весу, потому что атомы имеют разную массу.

Состав инопланетных форм жизни зависит от двух основных факторов. Во-первых, от элемента, который образует «скелет» макромолекул этих организмов. Основой всех ныне известных нам форм жизни является углерод, способный образовывать длинные цепочки, к которым присоединяются другие элементы. Наиболее вероятным альтернативным «строительным материалом» для макромолекул могут быть кремний, фосфор или азот. Во-вторых, необходимо растворяющее вещество для биохимических реакций, управляющих жизнедеятельностью организма. Самая вероятная альтернатива воде – аммиак (NH₃), способный растворять молекулы большинства органических веществ. Аммиак остается жидким при температуре гораздо ниже температуры замерзания воды, он преобладает в космосе. Следовательно, основой инопланетных форм жизни скорее всего являются соединения кремния и аммиака.

Лаури Суоранта

Эспо, Финляндия

Химические элементы в организме взрослого человека можно разложить на различные молекулы и атомы. В стандартном виде точная формула будет выглядеть так:

7 × 10²⁵H₂O + 9 × 10²⁴C₆H₁₂O₆ + 2 × 10²⁴CH₃(CH₂)₁₄ + … и т. д.

Но этой формулы хватит, чтобы заполнить целую книгу, к тому же мы вряд ли сумеем определить все вещества. Наличие метаболизма – процесса химического и энергетического обмена в организме – подразумевает постоянное изменение любой химической формулы организма.

Знать химическую формулу процесса бывает полезно. Если мы определим все элементы и математические соотношения между ними, нам удастся составить представление о самом процессе. Но это еще не все. Жизни присущи экстенсивная и адаптивная функции саморегуляции собственной структуры и существование обратной связи. Организм использует свои ресурсы собственным, постепенно развивающимся способом. Химические реакции остаются неизменными, но их совокупное действие зависит от развивающихся систем управления. Это означает, что записать точную формулу человеческого организма не только невозможно: подобные попытки никчемны, они вводят в заблуждение. Жизнью называется все, что происходит с химическими веществами, а не только то, что из них состоит.

Полагаю, то же самое справедливо и для инопланетных форм жизни, с которыми мы могли бы столкнуться. Мы тратим много времени на изучение сигналов электромагнитного спектра и получаем их в большом количестве. Но как узнать, свидетельствуют ли какие-нибудь из них о существовании внеземных форм жизни? Видимо, только по характерным для жизни показателям – «я управляю происходящим, я не просто какой-нибудь детерминирующий химический процесс».

Джон Уолтер Хауорт

Эксетер, Девон, Великобритания

Шок!

«Когда люди погибают от удара электрическим током, что их убивает – сила тока или напряжение?»

Кайл Скотске

Брукфилд, Висконсин, США

Смерть от удара электрическим током наступает чаще всего при прохождении тока через область сердца. Многое зависит от продолжительности воздействия тока, у каждого человека свой предел переносимости. Частота в сети электропитания, величина которой колеблется в пределах 50–60 герц, чрезвычайно опасна; при такой частоте даже ток силой в несколько десятков миллиампер способен вызвать фибрилляцию сердца. Пульс ускоряется, значительно превышая нормальный, кровь перестает поступать в мозг, смерть наступает через несколько минут.

Поскольку человеческий организм обладает электрическим сопротивлением, сила тока, проходящего через него, зависит от напряжения и кроме того от влажности кожи и от точек входа и выхода тока. Следовательно, очень трудно найти безопасное напряжение для любых условий. Такая попытка была предпринята рабочей группой по электрошоку, работавшей при Международной электротехнической комиссии (МЭК), но количество переменных заметно усложнило разработку простых рекомендаций.

Существуют и другие механизмы, способные вызвать смерть от удара электрическим током. Один из них – механизм сокращения мышц. Если ток проходит через грудь, он может препятствовать дыханию и привести к асфиксии. Прохождение тока через голову влияет на дыхательный центр мозга, что опять-таки влечет удушье. В этих случаях решающим фактором опять оказывается не напряжение, а сила тока.

Большинство пострадавших от удара электрическим током выживают. Это происходит не потому, что они отличаются особой выносливостью, а из-за наличия фактора, который снижает силу тока, – например, сопротивления одежды или обуви, а также продолжительности воздействия. Размыкатели заземления (также называемые защитными выключателями замыкания на землю), которые часто считают панацеей, могут сократить продолжительность шока, но от самого удара электрическим током не спасают.

Короче говоря, смерть от удара током – функция силы тока и времени.

Н. К. Фрисуэлл

Рабочая группа по электрошоку при Международной электротехнической комиссии,

Хоршем, Западный Суссекс, Великобритания

Ущерб, нанесенный ударом электрического тока, зависит от силы тока. Но если речь не идет о сверхпроводниках, для тока требуется напряжение, поэтому различие гипотетическое. Будь сопротивление человеческого тела постоянной величиной, напряжение могло бы стать действительным критерием. Но сопротивление варьируется в зависимости от ряда факторов.

Например, электрическое сопротивление сухой кожи – 500 кОм. Но сопротивление влажной кожи снижается до 1000 Ом, что лишь вдвое больше сопротивления соленой воды. Следовательно, с мокрой кожей мы более уязвимы для тока.

Важен также путь прохождения тока. Вот почему при выполнении электромонтажных работ рекомендуется стоять на изолирующем материале и держать одну руку за спиной, чтобы заземленный ток прошел не через грудь, а в ноги: таким образом снижается вероятность прохождения тока через сердце. Если ток пройдет через сердце, оно может остановиться, а пострадавший получит серьезные ожоги, поскольку электрическая энергия преобразуется в тепло.

Считается, что переменный ток в 4–5 раз опаснее постоянного, поскольку вызывает более сильные сокращения мышц. Кроме того, переменный ток стимулирует потовыделение, понижающее сопротивление кожи и увеличивающее силу тока, проходящего через тело. Самый опасный диапазон – 60 периодов в секунду.

Томас Эдисон пытался использовать это свойство, когда в 1886 году в штате Нью-Йорк был учрежден комитет по замене повешения более гуманной казнью. Под началом Эдисона Гарольд Браун изобрел электрический стул, питающийся от переменного тока. Конкуренты Эдисона, электрические компании, предлагали именно этот вид тока для коммерческого использования. Эдисон надеялся, что потенциальные клиенты откажутся от переменного тока, которым казнят преступников, в пользу разработанной им системы постоянного тока. К сожалению, для Эдисона этот нестандартный маркетинговый ход оказался неудачным: переменный ток обходился дешевле, его напряжение можно было повышать для эффективной передачи на более значительные расстояния.

Майк Фоллоуз

Уилленхолл, Западный Мидлендс, Великобритания

Электричество убивает, направляя энергию туда, где ее присутствие нежелательно. Энергия – функция напряжения, силы тока и времени. Она может быть смертельной, если ток силой 100 микроампер и напряжением в несколько вольт направлен прямо в сердце или ток силой около 30 миллиампер и напряжением несколько сотен вольт проходит из одной руки в другую. В обоих случаях опаснее всего нарушение электрической деятельности сердца и фибрилляция желудочков. Разумеется, решением проблемы может стать еще один шок с помощью дефибриллятора – если он у вас под рукой.

Электрическая энергия способна убивать и другими способами. На электрическом стуле люди умирают от удушья, поскольку ток вызывает бесконтрольное сокращение мышц органов дыхания. Кроме того, жертвы слегка поджариваются, но ток не всегда гарантированно вызывает фибрилляцию желудочков или быструю потерю сознания, когда проходит через мозг. В некоторых случаях ток значительной силы может проходить через организм, не убивая, но оставляя страшные глубокие ожоги. Смерть от них наступает гораздо медленнее. И наконец, от разряда высокого напряжения может загореться одежда. Если проводишь на столбе электромонтажные работы, в такой ситуации можно с него свалиться. В любом случае исход будет летальным.

Майк Браун

Натсфорд, Чешир, Великобритания