Горькавый Николай Николаевич

Сказка об охоте на невидимых грабителей, орудующих ледяными кинжалами

Ник. Горькавый

Сказка об охоте на невидимых грабителей, орудующих ледяными кинжалами

РАССКАЗЫ О НАУКЕ

«Наука и жизнь» № 11, 2010.

Умная девочка Никки - героиня научно-фантастических романов Ник. Горькавого «Астровитянка», «Теория катастрофы» и «возвращение астровитянки» - выросла на астероиде под присмотром искусственного сверхинтеллекта, а потом попала в человеческое общество, как жук в муравейник. Прочитав трилогию, вы узнаете о том, какие приключения выпали на долю этой бесстрашной девочки и кто помог ей выжить в самые трудные моменты. Один из критиков даже назвал Никки «героиней нашего времени», под впечатлением от ее образа он написал: «Если хотите преуспеть в этой жизни, жаждете добиться чего-нибудь стоящего, учитесь, мечтайте, дерзайте».

Автор этих книг Николай Николаевич Горькавый (Ник. Горькавый - это его псевдоним) - астрофизик, доктор физико-математических наук, писатель, соавтор двух детских энциклопедий: «Энциклопедия для детей. Том 8. Астрономия» и «Большая детская энциклопедия. вселенная». Он убежден, что мир принадлежит умным и образованным. Сейчас Ник. Горькавый заканчивает работу над сборником «Звездный витамин». И мы предлагаем вам познакомиться с некоторыми «научными сказками» из этой книги.

Сегодня время интересной воде, - так начала свою традиционную вечернюю историю принцесса Дзинтара, которая была не только принцессой, но и ученым-биологом.

- Что в воде может быть интересного? - удивленно спросила младшая Галатея. - Вода - она и есть вода, мокрая и пить можно.

- Вода - одно из самых загадочных веществ на Земле, - возразила Дзинтара. - Например, при какой температуре вода замерзает?

- При нуле градусов! - выкрикнул старший Андрей. - Так учитель говорил.

- Учитель прав и неправ одновременно, - кивнула принцесса. - На самом деле, если поставить воду в холодильник, то она может остаться жидкой и при нескольких градусах ниже нуля. Такая переохлажденная вода нестабильна и мгновенно превращается в лед при легком встряхивании. А если взять очень чистую, дистиллированную воду, то она может не замерзнуть даже при морозе в минус двадцать градусов, а то и ниже.

- Оказывается, воду не так-то просто заморозить? - удивился Андрей.

- А в учебнике написано - ноль градусов!

- Лучше называть ноль градусов не точкой замерзания воды, а точкой плавления льда, - ответила Дзинтара.

- Мелкие капельки дистиллированной воды в облаках замерзают с еще большим трудом, они остаются жидкими даже при минус тридцати. Такие облака очень опасны для самолетов и вертолетов: переохлажденные капли разбиваются о винт и крылья и мгновенно превращаются в прочный лед, а обледенение самолета может привести к крушению. Зимой нередко случается дождь, тогда капли переохлажденной воды вызывают обледенение проводов и ветвей деревьев.

- Я видела такие деревья-сосульки! - заявила Галатея.

- Это мы говорим о чистой воде. Еще труднее замораживается вода, в которую добавлены соль или спирт. В листьях растений много воды, но она не замерзает при очень низких температурах, поэтому почки азалий, например, выдерживают холода до минус пятнадцати, а древесина вязов может охлаждаться даже до минус сорока пяти градусов.

Но такое случается далеко не со всеми растениями. Ботаник Джон Лукас провел измерения и показал, что лимоны могут замерзать даже при слабом морозе всего в минус полтора градуса. Впоследствии агроном Пауль Хоппе доказал, что нестойкость к легким заморозкам у кукурузы может передаваться от растения к растению как инфекция! Началась охота за неизвестным микробом, который поражает растения болезнью «хладонестойкости».

Бактерии Pseudomonas syringae мастерски владеют холодным, вернее, ледяным оружием. Как можно представить этот микроорганизм? Специально для читателей «Науки и жизни» профессор Андрей Каява, внесший важный вклад в исследование, прислал вот такую собственноручную иллюстрацию, за что мы выражаем ему искреннюю благодарность. Фотографии бактерии (справа) сделаны: верхняя - в Университете Беркли (автор Гордон Врдоляк), нижняя - в Объединенном институте генома в Калифорнии.

Студент- биолог Стивен Линдоу из Висконсинского университета охотился очень методично: он делал многочисленные растворы из листьев и травы, наносил их на кукурузу и проверял ее на морозоустойчивость в специальной холодильной камере. Полтора года экспериментов ни к чему не привели: поймать невидимый микроб не удавалось. Но Линдоу, несмотря на молодость, проявил себя настоящим ученым -он, совмещая учебу и эксперименты (как говорят, ел быстро и спал мало), проводил все новые и новые серии тестов. Однажды зимой друзья вытащили Линдоу из лаборатории покататься в выходные дни на лыжах. Студент отправился на прогулку с неохотой, прервав эксперимент на середине.

Вернувшись в лабораторию в понедельник, Стивен разразился ругательствами в адрес своих беспечных друзей: экстракт из листьев, который он приготовил, но еще не испытал на кукурузе, стал за несколько дней мутным и явно испортился.

Линдоу все-таки довел тест до конца и поразился тому, что увидел: половина листьев кукурузы, обработанной «испорченным» экстрактом, оказалась повреждена самым незначительным заморозком. Значит, микроорганизмом, за которым он охотился, оказалась бактерия, за несколько дней размножившаяся в экстракте из листьев. При тестах она выдала себя «с головой».

- Вот как полезно отдыхать! - сказала весело Галатея. Дзинтара улыбнулась…

Линдоу быстро провел лабораторные исследования и идентифицировал коварную бактерию как Pseudomonas syringae - Псевдомонас сирингае. Это была победа. Враг найден, но как он ухитряется понизить сопротивляемость растения морозам? Это оставалось загадкой.

Исследователи отметили еще одну интересную особенность: чашки с культурой различных бактерий хранились в холодильнике. Как-то он забарахлил и остудил образцы чуть ниже нуля. Все растворы оказались жидкими, за исключением чашек с культурой пойманной бактерии, которая замерзла.

Свойства загадочной бактерии стали проясняться после того, как ботаники узнали о независимых исследованиях метеорологов, занимавшихся проблемой образования града при сравнительно теплых температурах. Действительно, почему капли воды одного облака превращаются в град при почти нулевой температуре, а капли другого облака остаются жидкими даже при минус тридцати?

Специалисты знали, что вода замерзает при появлении в ней центров кристаллизации, в качестве которых могут выступать, например, частицы пыли. Метеоролог Габор Вали исследовал замерзание воды, добавляя к ней вулканический пепел и другие порошки. Самая высокая температура замерзания оказалась у воды, полученной из грязного снега с детской площадки. Ученый доказал, что легче всего вода замерзает при добавлении в нее обычной почвы, содержащей органические вещества. Но какие именно?

Эстафету охоты на таинственное органическое вещество, которое вызывает опасный град, перехватил ученый Рассел Шнель из университета Вайоминга. Он добавлял в замерзающую воду различные почвы, растертые свежие, а также сухие листья тополя и ольхи - и измерял, измерял… Удивительно, но в его исследования тоже вмешался случай. Однажды Рассел спешил на вечеринку и не успел проверить на замораживаемость один из образцов - воду с измельченной травой. Экспериментатор оставил образец в пластиковом мешке. Несколько дней спустя он увидел, что вода в нем сильно помутнела. Шнель протестировал жижу - температура ее замерзания оказалась всего минус полтора градуса!

Ученый понял, что за замерзание отвечает какой-то живой микроорганизм, и обратился к профессору Марте Кристенсен. Вместе со своими студентами она выделила из мутного раствора шестьдесят пять видов грибков и сто видов бактерий. Затем они разделили эти виды микроорганизмов и исследовали их порознь. Два года исследований увенчались успехом: за быстрое замерзание воды отвечал всего один вид бактерий: та же самая Pseudomonas syringae .

- Два года? - удивился Андрей.

- Молодой биолог нашел этого микроба быстрее. Почему он не сказал об этом своим коллегам?

- В те времена не было электронной связи, информационных систем и ки-берсекретарей; письма на бумаге отправляли медленной почтой, исследования печатались в разных бумажных журналах, причем ботаники обычно читали свои журналы, а метеорологи - свои. Но, хоть и с опозданием, биологи и физики узнали, что одна и та же бактерия отвечает за биологический эффект вымерзания растений и за физический эффект быстрого льдообразования в облаках.

Бактерии Pseudomonas syringae , представленные в виде коллажа из четырех фотоснимков, играют важную роль в природе нашего мира. Фотография слева, полученная биологами В. Л. Денгом и А. Коллмером из Корнеллского университета, показывает, как бактерии (светятся зеленым цветом) растут в межклеточном пространстве листа растения. Выращивая на своей оболочке ледяные кристаллы (фото справа), эти микроорганизмы вызывают повреждения листьев и цветов при самых слабых ночных заморозках. Pseudomonas syringae «командуют» не только растениями, но и снегопадами и градом: их находят даже в снеге, выпадающем в Антарктиде. Микроскопические «властители льда» настолько эффективно кристаллизуют воду, что раствор с белком этих бактерий добавляют в снеговые пушки, создающие покрытие горнолыжных трасс.

Джон ЛУКАС - биолог, сотрудник Калифорнийского университета.

Пауль ХОППЕ - агроном, специалист по кукурузе.

Стивен ЛИНДОУ - американский биохимик и бактериолог, профессор Калифорнийского университета.

Габор ВАЛИ - исследователь атмосферных процессов, профессор университета Вайоминга.

Рассел ШНЕЛЬ - исследователь атмосферы, сотрудник Национального агентства по исследованиям океана и атмосферы (NOAA).

Марта КРИСТЕНСЕН - профессор кафедры ботаники университета Вайоминга.

Андрей КАЯВА - русский биофизик, сотрудник Национального центра научных исследований Франции.

Но это еще не конец истории. Оставалось ответить на вопрос: как обнаруженная бактерия может управлять льдом? Исследователи установили, что ее оболочка покрыта особым белком. Но лишь спустя двадцать лет после «поимки» Pseudomonas syringae русский биофизик Андрей Каява и американский биолог Стивен Линдоу выяснили, почему этот белок позволяет бактерии властвовать над градом и растениями. Оказывается, оболочка бактерии имитирует структуру льда, «прикидываясь» поверхностью ледяного кристалла. Этим она обманывает молекулы воды, которые пристраиваются к «фальшивому» льду, и на поверхности бактерии начинает расти настоящий острый ледяной кристалл, похожий на грозное оружие - кинжал.

Способность выращивать ледяной кристалл на оболочке - очень полезное свойство бактерий. Они добывают себе пищу, опустошая питательные кладовые растения, - выедают внутренности клеток. Но переходить из клетки в клетку бактериям трудно - растительные клетки отделяются одна от другой твердыми стенками. Именно они отвечают за прочность листа и самой древесины.

Бактерия Pseudomonas syringae выращивает ледяной рог и легко протыкает им жесткие оболочки клеток, разрушая их и добавляя себе и своему потомству жизненное пространство. Листья кукурузы, пораженные «ледяной» бактерией, быстро чернеют и гниют, разрезаемые изнутри миллионами острых ледяных кинжалов. Засохшие листья осыпаются, и бактерии смешиваются с почвой. Если поднимается ветер, то бактерии попадают в воздух и в облака. Лед послушно образуется на оболочке бактерий даже в тучах - так возникает град, который возвращает бактерии на землю. Заодно град повреждает растения, делая их еще более беззащитными перед микробами, умеющими выращивать ледяные ножи.

- Грабители! - осуждающе сказал Андрей.

- Но ученые, узнав коварного врага в лицо, не медлили - генетики стали выводить микробов, которые вытесняют бактерий - повелителей льда, но сами они не повреждают растения. А химики сумели синтезировать вещество, действующее аналогично белку на оболочке Pseudomonas syringae . Метеорологи стали использовать его для управления осадками и предотвращения крупного града.

Вот с какой пользой поохотились ученые на таинственного микроба, замораживающего воду! Интересно, что эта бактерия выполняет и полезную функцию - благодаря ей упавшие осенние листья быстрее гниют и возвращают накопленные питательные вещества в почву.

- Как много людей ловили одну бактерию! - удивилась Галатея.

- На самом деле исследователей было еще больше. Я просто не всех упомянула. Современная наука крайне редко делается в одиночку - ученые обычно работают коллективно, помогая друг другу.

- Какая хитрая бактерия, - сказал сонным голосом Андрей. - Даже колючки на себе научилась выращивать.

- Мы, люди, еще хитрее! - возразила Галатея.

Дзинтара улыбнулась, поправила одеяло Галатеи и подушку Андрея.

- Спокойной ночи, люди. Отдыхайте, ведь утром вас ждет - и ждет с нетерпением! - новый интересный день.

This file was created

with BookDesigner program

bookdesigner@the-ebook.org

18.03.2018

Content

Горькавый Николай Николаевич Сказка об охоте на невидимых грабителей, орудующих ледяными кинжалами

Ник. Горькавый Сказка об охоте на невидимых грабителей, орудующих ледяными кинжалами РАССКАЗЫ О НАУКЕ