Сотворено природой
38 материалов
Инженерный взгляд на биологию: молекулярные машины, квантовые эффекты в живых системах, архитектурные решения природы — и что из этого можно увидеть и измерить самому.
У основания жгутика кишечной палочки стоит мотор около 45 нанометров в поперечнике. Он вращается в обе стороны, работает на токе ионо в через мембрану, а не на АТФ, и во время работы меняет собственные детали: статор держится на моторе около полминуты. Что показано на снимках с атомным разрешением, а что пока остаётся моделью.
Одно полушарие спит, второе сторо жит. Утка с краю шеренги держит открытым глаз, обращённый наружу. Дельфин спит так всю жизнь, морской котик две недели обходится без быстрого сна и потом не отсыпается, фрегат спит прямо в полёте. И вы сами — первую ночь на новом месте. Из-за этих находок стало неясно, зачем сон вообще нужен.
Пеликан теряет на 49% меньше сопротивления, водорез — до 90%, летучая мышь тратит на 29% меньше мощности, летучая рыба планирует с качеством 7:1. Всё это — за счёт близости поверхности. А пеликан вдобавок снимает энергию с бегущей волны и на этом может лететь почти даром.
Птица весом меньше яблока проходит за год 70 900 километров и за жизнь — больше трёх рейсов до Луны. Летит она при этом не по прямой: кратчайший путь и самый дешёвый не совпадают. А измеренная длина маршрута зависит от того, каким шагом её мерить.
Три птицы, не состоящие в родстве, ловят добычу в воздухе и выглядят почти одинаково. Стриж разогнался до 112 км/ч и складывает крыло в запястье, ласточка носит хвост длиннее аэродинамически выгодного, крачка зависает над водой и бьёт сверху. Одна физика продиктовала три похожих ответа.
Язык дятла обходит череп снаружи и начинается в ноздре. А череп, который полвека считали амортизатором, оказался жёстким молотком: в 2022 году это сняли на высокоскоростную камеру. Чем дятел находит добычу — до сих пор не установлено.
Гаичка кодирует размер хищника числом слогов в крике. Поползень — птица другого вида — расшифровывает это точно. А передавая дальше, он отмечает, что видел сам, а что услышал от соседа.
Хищник, решивший акустическую задачу с обеих сторон. Три структуры на крыле гасят шум полёта, а несимметрично расположенные уши дают вертикальную координату звука. В среднем мозге при этом лежит карта пространства, построенная из слуха.
Через шею проходит всё, что нельзя передавить: спинной мозг, артерии, вены, трахея, пищевод. И этот жгут должен либо провернуться на 270°, либо выстрелить вперёд быстрее, чем добыча успеет уйти. Сова и цапля решили противоположные задачи.
При 122 °C и pH 0 клетка гибнет не потому, что «белки сварились». Первой сдаётся граница. Археи перестроили именно её — сразу по четырём параметрам.
У этих клеток есть актин, тубулин и настоящие микротрубочки — вся опора эукариотической клетки. Нет ни одного мотора. И они всё равно ползают.
Организм, десятилетиями стоявший в определителях как вид, оказался двумя. Ни один не растёт в одиночку — и не по слаб ости, а потому что иначе не сходится термодинамика.
У сердца есть собственная нервная сеть — «маленький мозг» из десятков тысяч нейронов. Но берутся эти нейроны не из сердца: они зарождаются наверху зародыша, рядом с будущим головным мозгом, и мигрируют через всё тело вниз, к сердцу. Это клетки нервного гребня — переселенцы, которые строят сердцу и нервы, и стенки главных сосудов.
Человек почти не видит поляризацию света — а для пчелы, навозного жука и каракатицы это целое скрытое измерение. Пчёлы держат курс по поляризации голубого неба, жуки катят шарик прямо по поляризации лунного, а каракатицы переговариваются узорами, которых не видят их хищники.
Посвети на скорпиона у льтрафиолетовым фонариком — и он вспыхнет сине-зелёным. Светятся все скорпионы, все проверенные земноводные, кораллы, попугаи и даже летяги. Это флуоресценция — не свой свет, а пойманный и перекрашенный ультрафиолет. Зачем она природе — во многих случаях до сих пор загадка.
Сердце — первый работающий орган зародыша: оно начинает биться на 22-й день, ещё будучи простой трубкой, и дальше сворачивается в петлю, делит себя на камеры и отращивает клапаны — ни разу не остановившись. Больше того, сам поток крови лепит его форму. Как собрать насос, который нельзя выключить для сборки?
Синий у бабочки морфо, переливы пера павлина и игра опала — это не краска. Цвет рождается из геометрии: упорядоченные наноструктуры отражают одни длины волн и гасят другие. Поэтому такой цвет не выгорает и переливается при наклоне — и поэтому его так хотят повторить инженеры.
Многие птицы вплетают в гнездо свежие пахучие травы, а городские — даже сигаретные окурки. Похоже, это защита от паразитов: летучие вещества отпугивают клещей и насекомых. Но «лекарство» это или что-то ещё — наука спорит до сих пор.
У рака-богомола до двенадцати цветовых каналов против наших трёх, и он единственный в мире видит круговую поляризацию света. Но цвета он, как ни странно, различает хуже человека. Почему так устроен самый сложный глаз в природе — и как он подсказал камеру, выявляющую рак.
Без рук, без чертежа, одним клювом птицы строят валяные кошели с потайной дверцей, вяжут настоящие узлы и возводят общие «многоквартирные» гнёзда на сто лет. Как закодирована эта инженерия в крошечном мозге — открытый вопрос.
Обычный зелёный жук отражает свет, закрученный по спирали, — круговую поляризацию, которую первым заметил ещё Майкельсон в 1911 году. Секрет — винтовая структура Булигана в панцире. Зачем жуку это и видит ли он сам — открытый вопрос.
Рак-щелкун стреляет схлопывающимся пузырьком — клешня-пушка глушит добычу ударной волной, а пузырёк на миг вспыхивает светом. Рак-богомол бьёт кулаком с ускорением в десять тысяч g, и кавитация добивает жертву вторым ударом. Две разные конструкции, одно физическое явление — кавитация.
Перед перелётом эта птица растворяет свои лётные мышцы, вдвое раздувает органы пищеварения, отъедается — а потом отматывает всё назад и улетает. А плавает она «крылом»: лопастная лапа работает на подъёмной силе, как у самолёта. Самое поразительное — в России это почти не изучено.
Метаморфоз — единственная известная биологическая система, которая полностью разбирает организм на молекулярные компоненты и собирает принципиально другое существо. При этом поведенческая память выживает.
В 2018 году учёные Эдинбургского университета открыли: хохолок одуванчика создаёт стабильное вихревое кольцо — аэродинамический феномен, неизвестный до этого в мире летательных аппаратов. 91% воздуха — и четырёхкратный прирост сопротивления.
1–25 из 38