Рубрика: Biology

Интерактивное обучение 1986: «Химический тренажер» | 2025-11-23T15:55:06

У меня дома в Коломне есть книжка Химический тренажер 1986 года. Я таких никогда не до и не после не видел.

Материал каждой из 54 программ подразделяется на множество мелких, очень коротких частей, или рубрик. В конце каждой рубрики задается один или несколько вопросов. Это делается с целью проверить – действительно ли понято содержание данной рубрики. У каждого ответа есть место в книге, куда нужно перепрыгнуть, чтобы почитать, правильный ли ответ. Если ответ неправильный, там описывается, почему и задается новый вопрос. Если правильный — продвигаешься в этом квесте дальше.

Эти немцы в 1986 году сделали интерактивный учебник еще до того, как это стало модным.

Тайны стекла: между мифом и наукой | 2025-11-21T23:58:35

Меня занесло в тему стекла и столько всего интересного узнал, делюсь. Все началось с того, что я прочитал про суперкритическое состояние вещества — оказалось, что линия, разделяющая жидкое и газообразное состояние на графике давления и температуры в какой-то момент обрывается, и дальше находится состояние вещества, которое ни то, ни сё. Начал читать про состояния (фазы) веществ, и наткнулся на то, что стекло это по сути состояние между жидким и твердым. Мол, оно течет, просто медленно. Этот миф популярен благодаря наблюдениям за средневековыми окнами, где стекло часто толще внизу, что приписывали «течению» под действием гравитации, и он даже упоминался в школьных учебниках. На самом деле стекло — это аморфное твёрдое тело с чрезвычайно высокой вязкостью при комнатной температуре, и оно не течёт заметно даже за миллиарды лет; неравномерная толщина старых стёкол объясняется технологиями производства, когда более толстый край устанавливали вниз для устойчивости.

Дальше полез почитать про стекло еще. Оказалось, что причина, по которой стекло может быть прозрачным коренится в квантовой механике, конкретно в электронной структуре материала, а не из-за плотности частиц. Суть в том, что для поглощения фотона электрон должен перейти с одного энергетического уровня на другой, но в диоксиде кремния ширина запрещённой зоны (band gap) настолько велика, что энергии фотонов видимого света физически не хватает для совершения этого «прыжка». В результате свет просто не может взаимодействовать с электронами и проходит сквозь материал насквозь, в то время как более высокоэнергетичное ультрафиолетовое излучение уже способно преодолеть этот барьер и поэтому поглощается стеклом.

Еще оказалось, что расплавленное стекло проводит ток. Причем механизм проводимости принципиально отличается от того, как проводят ток металлы. В медном проводе ток — это поток свободных электронов. В холодном стекле (изоляторе) электроны жестко связаны, а ионы заблокированы в твердой решетке.Но когда вы нагреваете стекло до расплавленного состояния (обычно выше 1000 градусов для силикатных), тепловая энергия разрушает жесткие связи решетки и стекло становится жидкостью, и ионы получают свободу передвижения. Ток в расплавленном стекле — это физическое перемещение заряженных атомов (ионная проводимость), а не просто «перетекание» электронов.

Зеленый оттенок, который вы видите с торца обычного стекла (как на картинке приложенной), оказывается, вызван ионами железа, присутствующими в виде примесей (~0.1%). Песок — это природный материал, и «вычистить» из него железо до нуля сложно и дорого. Осветленное стекло, где в десятки раз меньше ионов железа, оказывается, используют в солнечных панелях, и не для того, чтобы оно просто было прозрачнее. Железо жадно поглощает инфракрасный спектр (тепловую энергию), снижая КПД панели. Убирая железо, мы позволяем максимуму энергии дойти до кремниевых ячеек.

Ну и напоследок, самое «взрывающее мозг» (в буквальном смысле). Существуют так называемые «Батавские слёзки» (Prince Rupert’s drops). Если капнуть расплавленным стеклом в ледяную воду, внешняя оболочка капли остывает и затвердевает мгновенно, в то время как внутренняя часть всё ещё остаётся жидкой. Остывая, сердцевина пытается сжаться, но застывшая корка ей не дает. В итоге внутри капли консервируется колоссальное механическое напряжение (до 700 МПа).

Физика этого процесса создает парадокс: «головку» такой капли можно бить молотком, и она выдержит, так как сжатие поверхности делает её невероятно прочной (тот же принцип используется в закаленном стекле смартфонов). Но стоит лишь надломить тонкий хвостик, как баланс сил нарушается, и волна разрушения проходит по капле со скоростью пули (около 1,5 км/с), превращая её в стеклянную пыль прямо в руках.

А еще в физике есть понятие «металлические стёкла» (amorphous metals). Если охладить расплавленный металл со скоростью миллион градусов в секунду, атомы не успеют выстроиться в кристаллическую решетку и застынут в хаосе. Такой «стеклянный металл» обладает уникальной магнитной проницаемостью и прочнее титана, потому что в нём нет дефектов кристаллической решетки, по которым обычно идет разрушение. Так что стекло — это гораздо более широкое понятие, чем просто прозрачная субстанция в наших окнах 🙂

Единственный пример штучки из этого материала, аморфного металла, Liquidmetal, который я встречал — не поверите , скрепка iPhone.

Кстати, та самая аморфная структура стекла, о которой я писал выше, даёт ему неожиданное преимущество — сверхъестественную остроту. Если взять скальпель из лучшей хирургической стали и посмотреть на него под электронным микроскопом, его лезвие будет похоже на рваную пилу. Это неизбежно: сталь состоит из кристаллических зерен, и заточить её ровнее размера зерна невозможно.

А вот обсидиан (вулканическое стекло) при раскалывании дает кромку толщиной всего в 3 нанометра (это примерно 1/30000 толщины человеческого волоса). В этом нет магии, просто у стекла нет кристаллической решетки, которая мешала бы сделать идеально ровный скол вплоть до молекулярного уровня. Поэтому обсидиановые скальпели до сих пор используют в сложнейших операциях на глазах — разрез получается настолько чистым, что клетки ткани травмируются минимально, и заживление идет быстрее.

И еще один мощный инженерный кейс — витрификация (остекловывание). Именно стекло человечество выбрало как самый надежный «сейф» для ядерных отходов. Жидкие радиоактивные отходы смешивают со специальными добавками, плавят и остужают в блоках. Хитрость в том, что опасные изотопы не просто залиты внутрь, они химически встраиваются в атомную сетку стекла. Стекло химически инертно, оно не ржавеет, как металл, и не разлагается тысячи лет. Это, пожалуй, единственный материал, которому инженеры доверяют хранение опасных веществ на геологических масштабах времени. Да, на разложение выброшенной вами бутылки уйдет где-то миллион лет.

Ну и последнее. Если копнуть в историю, выясняется, что римляне занимались нанотехнологиями за 1600 лет до того, как мы придумали само это слово. В Британском музее стоит «Кубок Ликурга» (IV век н.э.). Если смотреть на него при обычном освещении — он зеленоватый и непрозрачный. Но если поместить источник света внутрь кубка, стекло вспыхивает ярко-красным рубиновым цветом.

До 1990-х годов ученые не могли понять, как это сделано. Электронный микроскоп показал: римские мастера добавили в стекло золото и серебро, размолотые до наночастиц размером около 50 нанометров (это в 1000-1800 раз тоньше волоса). Именно такой размер частиц запускает квантовый эффект поверхностного плазмонного резонанса: электроны в металле начинают колебаться так, что поглощают одни длины волн и пропускают другие в зависимости от угла падения света. Самое смешное, что римляне сделали это эмпирически, «на глаз», а мы только сейчас научились повторять это сознательно в фотонике. Ну насколько можно на глаз оперировать золотой пылью 50 нм. Этот момент потребовал дополнительного гуглежа.

Римляне вряд ли могли механически размолоть металл до 50 нанометров — у них не было таких жерновов.

Вероятнее всего, они добавляли золото и серебро в виде солей или фольги в расплавленную стеклянную массу. Наночастицы образовывались не путем дробления, а путем кристаллизации и осаждения из расплава при очень точном температурном режиме («наводке» стекла). Это еще более сложная химия, чем просто помол.

Самое поразительное не то, что они это сделали, а то, что пропорция золота к серебру была выдержана идеально. Если изменить концентрацию золота всего на 1%, цвет уже не будет таким чистым рубиновым. Это говорит о том, что мастера владели технологией невероятно точно, хотя, вероятно, не понимали механизма. Ну и то, что у них было дохрена времени на всякую ерунду;) видимо, много поколений положили на это жизнь экспериментов. Потому что непонятно зачем это все.

Существует красивая гипотеза (не доказанная, но популярная), что кубок мог использоваться как детектор. Если налить в него другую жидкость (например, спирт с примесями или яд), коэффициент преломления меняется, и цвет «вспышки» может измениться.

Илья Мечников: Жизнь в борьбе за науку | 2025-11-13T04:53:34

Читал тут биографию Мечникова (не знаю, как меня уж занесло) и подумал, как много может поместиться в одну жизнь. Это не просто учёный, это какой-то сериал:

Его старший брат Иван — тот самый прототип «Смерти Ивана Ильича» у Льва Толстого. А другой брат, Лев, был видным анархистом, социологом и сражался в Италии вместе с Гарибальди. У Мечникова две попытки отправиться на тот свет: первый раз — после смерти первой жены (которую, больную туберкулезом, внесли в церковь на стуле). Он выпил морфий, но выжил. Второй раз — когда его вторая жена Ольга тяжело заболела тифом. Он сознательно привил себе возвратный тиф. К счастью, оба выжили. Зато потом смерть с косой сделала свое только после третьего инфаркта подряд.

Чувак окончил университет в 19 лет экстерном. Его рекомендовал сам И.М. Сеченов на профессорскую должность. Но Мечникова «забаллотировали» (провалили) одним голосом. В знак протеста Сеченов уволился вместе с ним.

Он основал в Одессе первую на тот момент в стране бактериологическую станцию. Но из-за ошибки сотрудника (испортили вакцину от сибирской язвы) погибло целое стадо овец. После этого скандала он уехал из России. Станция — на улице Льва Толстого.

В Париже его сразу же взял под крыло Луи Пастер (который отец пастеризованного молока), который поддержал его теорию и дал ему лабораторию в своем институте. Там Мечников и проработал 28 лет, став замдиректора.

Во время изучения холеры в Институте Пастера Мечников выдвинул теорию, что не все люди, контактирующие с возбудителем, заболевают. Он предположил, что все дело… (конечно же) в микрофлоре кишечника. Чтобы это доказать, он сознательно выпил культуру с холерным вибрионом. Ничего, пронесло (тебя бы так проснесло, подумал Мечников)

В итоге он получил Нобелевскую премию за открытие фагоцитоза (клеточный иммунитет). А еще он «отец геронтологии» — именно Мечников выдвинул теорию, что для долголетия нужно бороться с плохими бактериями в кишечнике с помощью пробиотиков. Теперь, говорят, геронтологи всего мира пьют 15 мая простоквашу вспоминая Мечникова.

Умер в Париже, его прах хранится в библиотеке Института Пастера.

А еще в английской Википедии он Élie Metchnikoff. Непросто догадаться.

На фото Мечников и Лев Толстой обсуждают иммунологию.

Золотые факты: от Витватерсранда до Индийских украшений | 2025-10-14T03:13:58

Rajesh Exports на своем сайте пишут, что они обрабатывают 35% добываемого золота на планете. Врут, конечно, но в целом Индия и Rajesh делают рынок. Оказалось, что 11% всего золота на планете находится на индийских женщинах. Еще оказалось, что в 1947 году 70% всего добытого золота было в США. А с 1934 по 1970 в США было законодательно запрещено частникам владеть золотом. А примерно 22% всего золота, когда-либо учтенного на поверхности Земли, добыто с одного плато в Южной Африке, называемого Витватерсранд. А если взять вообще все добытое за все время золото, то его получится меньше, чем олимпийский бассейн.

Серебро скупает Китай, Индия не отстает. Интересно, что платина используется в существенной степени для производства каталитических нейтрализаторов для машин — почти 40% мирового производства уходит туда. Китай, конечно, тоже, все производство там.

Практически каждый смартфон, планшет или сенсорный монитор, которым мы пользуемся, покрыт тончайшим слоем оксида индия-олова (ITO). Этот материал обладает уникальным сочетанием свойств: он практически полностью прозрачен и при этом отлично проводит электричество. Именно это позволяет экрану регистрировать ваши касания.

Хотя литий сейчас прочно ассоциируется с батареями, исторически и до сих пор значительная его часть используется в производстве стекла и керамики.

Короли манипуляции: когда свиньи обходят научный прогресс | 2025-10-05T17:01:16

Сегодня узнал, как достижения науки летят свинье под хвост, сталкиваясь с реалиями.

Есть такая штука, как точное кормление (precision feeding) в свиноводстве. Суть в чём: свинье на пятак ставят RFID чип (на самом деле на ухо), и когда она захочет поесть, то сует пятак в кормушку — и специальный датчик считывает её данные и выдает ей из автомата корма столько, сколько положено. И соответственно регистрирует в базе данных сколько и когда ей дали. Если свинья сует пятак раньше времени, то автомат корма не выдаёт. Смысл — снизить расход корма, улучшить рост и здоровье животных, уменьшить загрязнение окружающей среды (меньше не съеденного корма).

Казалось бы, отличная идея. Но в результате такая система не работает там, где большие популяции — работает только в узкоспециализированных производствах, где свиней мало и где они чуть ли все по именам известны.

Почему не работает на больших ?

Потому что свиньи очень хитрые и быстро приспосабливаются. Пятак сует одна, а потом та, что выше в иерархии, ее отгоняет и жрет то, что положено не ей.

Возникают целые классы опущенных, задача которых совать пятак, чтобы авторитеты жрали в два горла. В итоге начинается неразбериха и никакой точности не получается.

Так свиньи противостоят техническому прогрессу.

Маундеровский минимум и тайна скрипок Страдивари | 2025-09-18T21:20:09

Наткнулся на интересную научную гипотезу от 2003 года, почему скрипки Страдивари (и современников) такие уникальные. Традиционные гипотезы — о секретах лака или выдержки дерева — оказываются недостаточными. Согласно этой гипотезе, во всем виноват Маундеровский минимум, период сниженной солнечной активности, происходивший 1645–1715, когда из-за климата скорость роста деревьев затормозилась, а значит древесина была более плотной. Гипотеза предполагает, что на фоне идеального сочетания высоты, влажности, температуры этот экологический сдвиг дал материал с уникальными свойствами, идеальными для резонансных дек.

Страдивари родился за год до начала Маундеровского минимума. Его «Amati Period» (1666–1690), «Experimentation Period» (1690–1700), и «Golden Period» (1700–1720), когда он усовершенствовал и производил свои лучшие инструменты (см. Henley 1961), все совпали с Маундеровским минимумом. Мастера Кремоны в этот период использовали единственную доступную им древесину, т.е. из деревьев, растущих во время Маундеровского минимума. Ни до ни после этого периода такой древесины больше не было. И, вероятно, нигде в мире нет до сих пор.

Но вообще современные скрипки тоже ничего. Двести-триста лет назад из инструмента выжимали максимум через метод проб и ошибок, а сейчас через тщательный расчет звука. Уже почти невозможно отличить скрипки по звучанию, и разница уже в области индивидуальных предпочтений, а не бесспорного объективного хуже-лучше.

Смородина: история названия и культурные различия | 2025-07-17T13:09:40

Знаете, 99.9% американцев никогда не пробовали смородину. Ее в 1911 году запретили тут законодательно, потому что смородина переносила заразу, от которой мёрли сосны. Ну и крыжовник вместе с ней, и киндер сюрприз. Дело даже дошло до того, что фиолетовые скиттлс в США имеют виноградный вкус, а в Европе — вкус черной смородины.

Но сегодня о другом. Я тут задумался, а почему смородина зовется по-русски смородиной, а по-английски — currant. Выяснилось, что смородина — это по сути родственное слово смраду, потому что по мнению наших предков, она воняла. Смрадом раньше назывался любой сильный запах. Уж не знаю, насколько неприятно она для них пахла, но это отличало ее от крыжовника, которые оба росли вдоль речек, поэтому и то, и то еще зовется в украинском и польском языках как porzeczka и порічка, особенно красная и белая. По мне, крыжовник пахнет даже сильнее.

Английское название тоже интересное. Английское currant восходит к среднеанглийскому rayson of Corantes («виноград из Коринфа»), где Corantes — это искажённое название греческого города Коринф (Corinth). В Средние века в Англию активно ввозили мелкий сушёный виноград из Греции (из района Коринфа) и эти сушёные ягоды называли raisins of Corinth, а затем это выражение сократилось до currant. Первоначально currant обозначало именно изюм, сушёный виноград (по сути, маленькие изюмки). Да и сейчас продолжает означать кое-где.

Но дальше произошло смещение смысла. Позднее, когда в Северной Европе начали культивировать кустарники рода Ribes (крыжовниковые), в частности Ribes rubrum (красная смородина) и Ribes nigrum (чёрная смородина), за ними закрепили то же название, поскольку их ягоды тоже мелкие и тёмные, как греческий изюм. Так слово currant стало употребляться для обозначения и смородины. И крыжовника 🙂 но потом все-таки их разделили. Да, крыжовник и смородина оказались родственниками как в биологическом, так и этимологическом смысле.

А еще помните была сказка про добрых молодцев и богатырей Добрыней Никитичей, которые воевали с Чудом-Юдом трёхголовым на Калиновом мосту, переброшенном через реку Смородину. Так вот, эта река Смородина границей между миром живых (Явь) и миром мертвых (Навь).

Тайны формирования жемчуга | 2025-07-14T20:58:01

Понял, что я не знаю много про жемчуг и начитался сегодня интересного. Оказалось, что жемчуг формируется в результате естественной защиты устрицы на раздражение: когда в раковину попадает микрочастица (песчинка, кусочек раковины или микроорганизм), устрица начинает покрывать её слоями перламутра. Перламутр (nacre) — внутренний слой раковин, тончайшии слои кальция и белка. Интересно, что перламутр и жемчуг с точки зрения состава — одно и то же. Слово “перламутр” пришло из немецкого и означает «мать жемчуга» (Perlmutter). Один слой перламутра может образовываться от нескольких раз в день до нескольких недель, а на полное формирование жемчужины уходит до 2 лет.

Дикие жемчужины встречаются крайне редко (одна на 10000), так как не все моллюски способны их производить — это свойственно лишь некоторым видам. Есть черный жемчуг, и встречается только в южной части Тихого океана, а цвета жемчужин в природе варьируются от белого и серого до зелёного, синего и красного.

Большинство жемчуга на рынке — культивированный: человеку удается «обмануть» устрицу, помещая внутрь раковины бусину или ткань, чтобы та начала процесс покрытия её перламутром. То есть, упрощенного говоря, внутри почти всего жемчуга на рынке — пластиковый шарик, и перламутр только тонкая «кожица» вокруг него. Культивация жемчуга происходит на специальных фермах, где устрицам создают идеальные условия для роста и регулярно ухаживают за ними. Смертность моллюсков после пересадки трансплантата находится на уровне 10-40%.

Жемчуг может сгореть: это органический материал (97% кальция и 3% воды и белков), и он не выдерживает высоких температур, а также он растворяется в уксусе.

Оказалось, что съедобные устрицы тоже производят жемчуг, только он не такой блестящий.

Вечер с фотографией светляка: мир вспышек и хищниц | 2025-07-05T05:02:30

Гуляли с Юкой, вдруг хозяин падает на коленки, и что-то долго копается в траве. Это я нашёл светляка и хотел заснять как он загорается. Светляк Photinus pyralis тут очень обычный, но как-то руки не доходили его поизучать.

Интересно, что самки другого рода светлячков Photuris используют вспышки самцов Photinus для того, чтобы обнаруживать их с целью поедания. Было обнаружено, что при этом самки получают с поеданием жертвы особые стероиды люцибуфагины, отпугивающие пауков.

(Ещё пока разбирался, узнал новую для себя вещь. Из этих светляков добывают Люциферазу — фермент, который отвечает за свечение. У него название от слова Люцифер, лат.- «несущий свет». Так вот в Греции тоже был свой Люцифер, «несущий свет», и это бог Фосфор. Кстати, элемент Фосфор алхимик Хеммиг Бранд открыл через выпаривание мочи. Собственно он и назвал открытый элемент phosphorus mirabilis, от лат. «чудотворный носитель света». Вот так многие вещи в мире связаны)

Почему оленята рождаются без запаха | 2025-06-04T15:13:46

Гуляли с Юки и он прошел мимо олененька меньше чем в метре, не заметив. Это собака, которая по запаху чувствует пробегающего перед домом зайца. Оказывается, что оленята рождаются почти без запаха, и это сохраняет им жизнь.

Именно из-за почти полного отсутствия запаха самки оставляют своих детёнышей одних на продолжительное время. Матери покидают оленят на несколько часов за раз в течение первых недель после рождения, чтобы их собственный запах не передался малышам. В это время мать возвращается несколько раз в день, чтобы покормить детёныша. Хотя она может не находиться рядом с оленёнком постоянно, она обычно где-то неподалеку, и наверняка переживала, видя нас вокруг ее детеныша.

Однако не только отсутствие запаха помогает оленятам оставаться скрытыми от потенциальных хищников. Белые пятна на их шерсти — ещё одна защитная мера. Когда оленёнок ходит, пятна могут казаться заметными, но когда мать оставляет его прятаться в высокой траве или других укрытиях, эти пятна имитируют рассеянный солнечный свет, падающий на лесную подстилку, как отмечает Департамент природных ресурсов Айовы. Такое пятнистое окрашивание в сочетании со слабым запахом затрудняет хищникам поиск оленят. Обычно пятна исчезают к зиме, когда молодые олени уже достаточно взрослые, чтобы выжить самостоятельно.

Пишут, что оленята рождаются в конце мая-начале июня. Сейчас как раз 4 июня. У них все по расписанию!

Несмотря на то, что он бедный лежит на открытом солнце в тридцатиградусную жару, в целом, если ему надо, он сможет переместиться сам. Оленята рождаются в целом готовыми к жизни в дикой природе, и в целом готовы бегать сразу после рождения (хоть и плохо).