Открытия и гипотезы, 2015 №04 - Журнал «Открытия и гипотезы»

Ученые из университета Мичигана изобрели абсолютно прозрачные солнечные панели, которые смогут заменить обычные оконные стёкла. Перспектива использования новых панелей невероятно широка: отныне в источник энергии можно будет превратить не только окна, но и любые другие стеклянные поверхности — например, экран вашего смартфона.

По словам ученых, "прозрачная солнечная панель" сама по себе является выражением-оксюмороном: ведь все привыкли, что солнечные панели поглощают свет и превращают его энергию в электричество. Прозрачные панели по логике, должны только пропускать свет, не задерживая его. Американские ученые использовали технологию Transparent Luminescent Solar Concentrator, которая позволяет абсорбировать невидимые волны ультрафиолетового и инфракрасного спектров света.

Эффективность панелей с TLSC пока находится на уровне 1 % (например, эффективность непрозрачных панелей — 7 %), поэтому ученым осталось доработать свою разработку, чтобы ее смогли внедрить в массовое производство.

«Древесный» асфальт

Битум — это вязкая смола на основе углеводородов, которая используется при производстве асфальта и кровельных материалов. Природный битум добывается из битумозных песков, а искусственный — путем переработки нефти. Нидерландские химики из фонда TNO доказали, что до 50 % битума, входящего в состав дорожного покрытия, можно заменить лигнином — одним из компонентов древесины. В лиственных породах его содержится 18–24 %, а в хвойных — 27–30 %.

По своему химическому строению молекулы лигнина, состоящие из углеродных колец, напоминают битум. В древесине он «скрепляет» целлюлозные волокна. При производстве бумаги лигнин является побочным продуктом и часто просто сжигается или выбрасывается. Однако в составе асфальта лигнин может оказаться очень полезным — эксперименты показали, что при высоких температурах он делает дорожное покрытие менее плавким. Поэтому в жару на дороге из «древесного» асфальта колеи образуются не так быстро. Наоборот, при минусовых температурах смесь из битума и лигнина не так сильно растрескивается, как обычный битум.

Ежегодно в мире вырабатывается до 50 миллионов тонн лигнина, так что с его дефицитом дорожники не столкнутся. Пока образцы «древесного» асфальта испытывались только в лаборатории, но в ближайшее время ученые планируют протестировать материал в реальных погодных условиях.

Подготовил М. Стеценко

Чем пахнет кровь?

Кровь! Её запах возбуждает и ведет по следу хищника, а жертву приводит в трепет и обращает в бегство. В некоторых случаях этот запах позволяет установить репродуктивный статус самки. Естественно предположить, что в крови млекопитающих разных видов присутствует какой-то общий пахучий компонент, узнаваемый всеми.

Как ни странно, о летучих соединениях крови, определяющих ее запах, почти ничего не известно. Этим вопросом заинтересовался профессор Университета Линчёпинга (Швеция) Маттиас Ласка. Начал он с того, что отправил своего студента Шиву Кришну Рачамадугу в Универст ет Фридриха-Александра в Эрлангене (Германия), чтобы он там методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии определил состав летучих компонентов крови млекопитающих. Шива Кришна работал с кровью свиньи, в которой обнаружил около 30 летучих соединений, а насколько они пахучи, выясняли уже люди, единодушно решившие, что характерный, с металлическим привкусом, запах крови имеет альдегид транс-4,5-эпокси-(Е)-2-деценаль, причем эксперты ощущали его в удивительно малой концентрации: 0,078 ppt — 0,330 ppt (частей на триллион).

Далее предстояло выяснить, как воспримут это соединение хищные млекопитающие и будут ли они реагировать на него, как на запах настоящей крови.

Исследователи проверили поведение четырех видов: красного волка Cuon alpinus, гиеновидной собаки Lycaon pictus, южноамериканской кустарниковой собаки Speothos venaticus и сибирского тигра Panthera tigrisaltaica. Группы этих животных, взрослые самки и самцы, жили в парке дикой природы Кольморден в больших вольерах, среду в которых постарались максимально приблизить к естественной (трава, деревья, скалы, водоем).

В эксперименте использовали еловые дощечки размером 48x7x4,5 см, на обе стороны которых равномерно наносили 0,5 мл лошадиной крови, транс-4,5-эпокси-(Е)-2-деценаль — кровяной альдегид, изопентилацетат, имеющий «банановый»» запах, — или растворитель диэтилфталат, который почти не пахнет. Ученые выбрали кровь лошади. а не свиньи, поскольку в обычный рацион всех четырех видов входила конина.

Концентрации веществ подбирали так, чтобы человек без напряжения ощущал запах, нюхая поднесенную к носу дощечку.

Пять деревяшек, пропитанных одним из запахов, клали в вольер, а затем выпускали животных из внутренних помещений. Вокруг вольеров сидели студенты, которые внимательно наблюдали за реакцией хищников по три часа утром и днем, с 8:00 до 16:00. В следующий раз в вольер клали дощечки с другим запахом. Реакцию на каждый запах исследовали пять раз.

Наблюдения проводили в дни, когда не было дождя, смывающего запахи, и кроме того, хищников не кормили, потому что в дни кормления им не до дощечек.

Наблюдения показали, что все четыре вида интересуются пахучими деревяшками: нюхают, облизывают, кусают, трогают лапами, играют с ними (рис. 1); звуков, однако, при этом не издают.

Рис. 1. Животные по-разному возятся с пахучими дощечками. Слева вверху: гиеновидная собака Lycaon pictus обнюхивает дощечку; справа вверху: два красных волка Cuon alpinus грызут ее; внизу слева кустарниковая собака Speothos venaticus, исследуя образец, заворачивает верхнюю губу и «морщится»; внизу справа сибирский тигр Panthera tigris altaica играет с дощечкой (в данном случае переносит ее)

Псовые предпочитают обнюхивать, сибирские тигры играть. Оказалось, что всех хищников более всего занимают деревяшки, пахнущие кровью или ее главным компонентом. Аромат бананов или растворителя привлекает их гораздо меньше. Три вида хищников одинаково реагировали на запахи крови и транс-4.5-эпокси-(Е)-2-деценаля. и только гиеновидные собаки отдавали предпочтение крови. Но запах главного компонента крови привлекал их гораздо больше, чем фруктовый.

Почти все животные изо дня в день сохраняли интерес к дощечкам, которые пахнут кровью или альдегидом, и только кустарниковым собакам они к концу эксперимента поднадоели: животные продолжали их обнюхивать и кусать, но не так активно, как в первые дни. Вообще, обращение хищников с дощечками, пахнущими кровью или ее основным компонентом, напоминает возню с костями, оставшимися после кормления: завладев такой деревяшкой, они старались с ней не расставаться, отдыхать укладывались рядом, охраняли (рис. 2).

К деревяшкам, пропитанным растворителем или фруктовым запахом. они так не относились. На основании этих наблюдений исследователи предположили, что все четыре вида хищников, как и люди, ассоциируют запах транс-4,5-эпокси-(Е)-2-деценаля с запахом крови.

Это нетривиальное открытие. Других примеров одинаковой реакции животных на запах пищи и его единственный компонент пока нет. Запах каждого продукта образован множеством летучих веществ. Известно, что человек выделяет доминирующие соединения, определяющие характерный запах, но не воспринимает его как идентичный натуральному продукту. Нечеловекообразные обезьяны не видят связи между запахом ключевого соединения и пищи: например, не ассоциируют ароматы уксусных эфиров или монотерпеновых спиртов, найденных в тропических фруктах, с самими фруктами, а реагируют на них, как на другие отдушки, не имеющие отношения к плодам. А транс-4,5-эпокси-(Е)-2-деценаль влияет на поведение больших хищников так же. как настоящая кровь.

Рис. 2. Все хищники ложатся отдохнуть рядом с деревяшкой, смоченной «главным компонентом крови», не выпуская ее из виду, а то и из лап.

В дальнейшем исследователи планируют выяснить, как на этот запах будут реагировать потенциальные жертвы — мыши, например. Как правило, ключевое соединение не вызывает у них тех же реакций, что цельные запахи тела, фекалий или мочи хищника. Интересно, как они воспримут кровяной альдегид.

Кроме того, у открытия профессора Ласки и его коллег есть очень важное практическое применение: ученые предлагают использовать транс-4,5-эпокси-(Е)-2-деценаль для обогащения среды, в которой содержат животных. Это актуальная задача, потому что у хищников в неволе часто возникает стереотипное поведение или неофобии (страх перед всем новым). Обогащение среды призвано заинтересовать животных, побудить к исследованию окружающей среды, и сильнопахнущие предметы для этого как раз подходят. Однако из практики известно, что успех зависит от типа запаха и способа его представления. Если запах выбран неверно или присутствует постоянно, он не только не помогает, но и нередко усиливает стереотипное поведение. Дощечки с запахом транс-4,5-эпокси-(Е)- 2-деценаля на первый взгляд подходят идеально.