Читать онлайн «Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы», Анья Рёйне – ЛитРес
Anja Røyne
MENNESKETS GRUNNSTOFFER
Byggeklossene vi og verden er laget av
Перевод опубликован с согласия Stilton Literary Agency
Перевод с норвежского Дарьи Гоголевой
Научный редактор: А. В. Спиридонов, старший научный сотрудник кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова
© Anja Røyne, 2018
© Гоголева Д., перевод на русский язык, 2021
© Издание на русском языке, оформление. ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2021
КоЛибри®
* * *
Увлекательнейший обзор самых разных тем, начиная с дыхания и заканчивая исследованиями космоса, – серьезная наука, поданная в предельно доступной для понимания форме.
Эндрю Круми, шотландский писатель, доктор физических наук
Физик Анья Рёйне объясняет, какую роль играют различные элементы в организме человека, и вместе с нами посещает самые разные места по всему миру, где можно эти элементы найти.
Publishers Weekly
Отличный образец научно-популярной литературы: Рёйне помещает новые знания в более широкий контекст – в большие актуальные дискуссии об обществе и будущем нашей планеты. Это не просто хорошо написанный рассказ о химических элементах, это книга о том, как быть человеком на Земле сегодня.
Осмунн Эйкенес, норвежский биолог, член жюри премии Браги
Это не просто ликбез по химии, это книга, в которой подробно рассматривается воздействие человека на планету и то, чему мы можем научиться у природы.
School Library Journal
Введение
Наше опасное отношение к своей планете
Мы с вами – часть жизни, когда-то зародившейся на нашей планете. Наши тела состоят из атомов, образовавшихся одновременно со Вселенной. Мои дети растут, и их тела строятся из химических элементов, содержащихся в почве, воде, горных породах, воздухе.
Когда-нибудь атомы моего тела станут елями, ледниками и гранитом.
Но каждый из нас – это не просто тело. Точно так же, как и мои пальцы, важна одежда, которую я ношу, дом, в котором живу, и нож, которым режу хлеб. Не будь рудников и бульдозеров, благодаря которым производятся минеральные удобрения и продукты питания, вы, вероятно, никогда не появились бы на свет.
У каждого из окружающих нас предметов и материалов, из которых они изготовлены, своя роль в уникальном явлении, созданном людьми, – нашей цивилизации. И мне нравится цивилизация. Нравится жить в теплом доме и бывать в новых для меня местах. Я едва ли представлю свою нынешнюю жизнь без всех имеющихся в мире знаний, доступных по одному нажатию кнопки, хотя, когда я росла, на полках стояли энциклопедии, а в почтовом ящике лежали написанные от руки письма.
Каждый день появляются новые дома, новые мобильные телефоны, новые люди. Невероятно, как это все происходит. Но где взять кирпичики, из которых строятся вещи, еда и люди? Из чего все это сделано? Неужели когда-нибудь кирпичики на нашей планете кончатся и все остановится?
Мы много говорим об окружающей среде. О том, как наше потребление влияет на воду, почву и воздух. О том, что разные виды животных вымирают с той же скоростью, как и тогда, когда падение огромного метеорита уничтожило динозавров. О том, что в океане столько мусора, что когда-нибудь пластика там окажется больше, чем рыбы. Не меньше внимания мы уделяем нефти и углю, которые сжигаем на электростанциях и в автомобилях, – они вот-вот изменят климат, и многие территории на Земле в ближайшем будущем станут непригодными для жизни.
От разговоров о разрушении окружающей среды я ощущаю собственное бессилие. Где мое место в этой картине мира? Я виновата, что целые виды вымирают? Какой мир я оставлю своим детям? Что можно сделать – не только для того, чтобы облегчить себе совесть, но и на самом деле повернуть развитие мира в лучшую сторону? Я написала эту книгу, чтобы мы с вами поговорили о том, к каким последствиям – одновременно невероятным и катастрофическим – приводит появление на свет вещей, продуктов питания и в конечном итоге нас самих. Для начала поймем, о чем мы говорим, а затем примемся за поиск решений, важных для тех, кто придет после нас.
1
История мира и химических элементов в семи днях
История химических элементов начинается с появления на свет Вселенной. История долгая, почти необъятная, если сравнивать с доступным человечеству временем. Поэтому, взяв за основу рассказ о сотворении мира, я уложу свою историю в семь дней.
Миллиард лет уместится в половину суток, миллион лет – в 3/4 минуты, а тысяча лет пройдет за 0,44 секунды. Вселенная родилась 13,8 миллиона лет назад, но в нашем повествовании будем считать, что время появилось, когда стрелки часов перевалили за полночь в ночь на понедельник. Пока вы читаете эти строки, часы бьют полночь и воскресенье заканчивается[1].
Понедельник: рождение Вселенной
В самом начале не существовало ни времени, ни пространства. Никто в мире не знает, как и почему все началось. Но сначала произошел Большой взрыв. Он выбросил энергию во все уголки новорожденной Вселенной. Вначале царил хаос, а затем молодая Вселенная оказалась под контролем известных нам законов природы[2].
Пыль у меня дома собирается в клочья – это лишь вопрос времени; схожим образом во Вселенной стали образовываться сгустки энергии. Эти сгустки, или частицы, энергии мы называем массой: материя, вещество, осязаемое, то, что во Вселенной создает все, что теоретически можно взять и потрогать.
Мое тело, вещи и планета, на которой мы живем, – все, что нас окружает, состоит из атомов. Атомы состоят из частиц трех видов: протоны, нейтроны и электроны. Протоны и нейтроны образуют атомное ядро. Если ядро избавится или, наоборот, добавит себе несколько протонов, атом станет другим химическим элементом[3]. Изначально в атоме столько же электронов, сколько протонов, но электроны вращаются на орбитах – атомы обмениваются ими во время химических реакций.
Протоны, нейтроны и электроны образовались в раскаленной мешанине энергии и массы, которую представляла из себя юная Вселенная. Протоны и нейтроны склеились и стали ядрами атомов таких химических элементов, как водород, гелий и литий. У этих наиболее мелких и легких элементов в ядрах соответственно один, два и три протона. Сегодня водород – важнейший кирпичик для воды и тех органических молекул, из которых состоят живые существа. Ваши тела примерно на 10 % состоят из водорода – таким образом, род мы ведем прямо от рождения Вселенной.
Через 16 секунд после полуночи Вселенная более или менее остыла: электроны прикрепились к атомным ядрам и связь не распадалась в то же мгновение. А значит, и свет впервые стал свободно перемещаться по Вселенной и ему не препятствовали раскаленные электроны. Вот так почти сразу после полуночи во Вселенной появился видимый свет, хоть и смотреть на него было некому.
В течение следующих 12 часов распределенная по Вселенной масса продолжила образовывать сгустки. Из атомов образовались огромные облака, и еще до трех часов утра скопления этих облаков превратились в первые галактики. Одна из них станет Млечным Путем, домом человечества. Сегодня Млечный Путь – одна из более чем двух триллионов галактик Вселенной.
В шесть часов утра некоторые облака атомов так увеличились в размерах, что под их собственным весом произошел коллапс – они сжались в объеме и уплотнились. Так появились первые звезды[4]. В одной из них – значительно более крупном по сравнению с нашим Солнцем сгустке материи – оказались атомы водорода: они превратятся в кислород, который вы только что вдохнули.
Вес окружающих атомов с огромной силой притянул друг к другу атомы водорода. Из-за этого от ядер оторвались первые электроны. Затем давление стало столь мощным, что ядра водорода слились в одно целое, образовав атомы гелия. Из-за слияния выделилось огромное количество энергии, нагревшее скопление атомов. Так оно стало светящейся звездой. Сегодня на Солнце протекает тот же самый процесс. Когда вы смотрите в окно, вам в глаза попадает свет, идущий от атомных ядер, сливающихся в недрах Солнца.
Постепенно большинство ядер водорода превратились в гелий, и количество высвобождаемой в недрах звезды энергии сократилось. У центра звезды не было силы сопротивляться давлению окружающей материи. Произошел коллапс. Так начался новый этап жизни звезды. Из-за коллапса атомы гелия оказались так близко друг к другу, что вновь стали сливаться. Три ядра гелия (по два протона в каждом) стали одним ядром углерода с шестью протонами. Затем ядро углерода соединилось с еще одним ядром гелия – образовалось ядро с восемью протонами. Это кислород, чей атом вместе с ядром в данный момент движется к вашему мозгу в красном кровяном тельце[5].
Внутри звезды продолжился процесс слияния атомных ядер – образовывались все более и более тяжелые элементы. Ваши тела на 86 % состоит из углерода, азота и кислорода, появившихся на данном этапе. На Земле для образования подобных химических элементов слишком низкое давление – можно с уверенностью утверждать, что эти кирпичики нашего тела родом со звезд. Все мы – звездные существа. Кроме того, на этом этапе появились железо для нашей крови, фосфор для скелета и ДНК, алюминий для мобильных телефонов и компоненты соли, которой вы посыпаете еду (она состоит из натрия и хлора).
Через пару минут нашей истории длиной в неделю жизнь звезды оборвется столь зрелищным взрывом, что он получит название «сверхновая звезда». Во время взрыва образовались еще более тяжелые, чем железо, элементы, среди прочего – никель, медь и цинк. Электрические провода в вашем доме изготовлены из материалов родом со сверхновой.
То, что осталось после взрыва и не разбросало по Вселенной, притянулось друг к другу и схлопнулось: превратилось в нейтронную звезду. В ней все атомные ядра слились в огромный сгусток размером с крупный город (с диаметром примерно 10 километров), фактически став огромным атомным ядром, хотя химическим элементом мы его не называем. В нашей собственной Галактике существует около миллиарда нейтронных звезд, но, так как по сравнению с другими звездами они мелкие и холодные, увидеть их не так просто.
Когда я размышляю о том, сколько во Вселенной места и насколько малы нейтронные звезды, произошедшее далее кажется мне почти невероятным. Тем не менее нам известно, что, по всей видимости, случилось. В первые дни существования Вселенной нейтронные звезды иногда сталкивались. При столкновении образовывались золото, серебро, платина, уран и целый ряд других элементов, настолько тяжелых, что образуются они лишь в подобного рода экстремальных условиях. Новые элементы разбросало по Вселенной – они смешались с облаками пыли и атомов.
Так в первый из семи дней возникли химические элементы. Во Вселенной они образуются и по сей день. Звезды все время рождаются и умирают, взрываются и сталкиваются. Но на Земле атомные ядра вполне стабильны. На нашей планете химические элементы возникают и разрушаются лишь во время радиоактивных процессов, когда делятся нестабильные ядра урана и других тяжелых химических элементов. Протекающие внутри звезд процессы почти невозможно воссоздать даже в научных лабораториях. Комбинируя химические элементы, мы создаем материалы – тут наши возможности практически безграничны; но, если говорить о самих химических элементах, нам остается довольствоваться тем, что есть.
Вторник – четверг: звезды рождаются и умирают
Следующие три дня Вселенная шла по тому же пути. Звезды рождались – звезды умирали. От сверхновых по Вселенной расходились ударные волны и облака материи. Так как внутри звезд водород и гелий, сливаясь, образовывали новые химические элементы, общее количество азота и гелия во Вселенной сокращалось, а количество тяжелых элементов росло.
Пятница: образование Солнечной системы
В пятницу, в четыре часа дня, неподалеку от нас умерла звезда. Ударная волна от сверхновой сжала пыль и газ, содержавшиеся в облаке, – там же был и кислород, который вы только что вдохнули. Запустилась цепная реакция: сгустки материи стали настолько тяжелыми, что притянули к себе пыль и газ, находившиеся поблизости от них, а чем больше и тяжелее они становились, тем больше собирали из окружавшего их пространства. Без пятнадцати пять облако стало звездой, вокруг которой вращалось несколько планет. Эта звезда – Солнце, центр Солнечной системы[6].
Все планеты вращаются вокруг звезды. Чем ближе к звезде расположена планета, тем сильнее ее нагревает излучение – результат протекающих в недрах звезды реакций. В Солнечной системе ближайшие к Солнцу планеты очень горячие. Сегодня температура на их поверхности превышает четыре сотни градусов. На самых отдаленных планетах холодно. Солнечные лучи не разогревают их выше нуля градусов. Самые далекие планеты – замерзшие миры, где температура примерно 200 градусов ниже нуля.
Но одна планета расположена в самой подходящей точке. В пригодной для жизни области космоса температура на планете настолько низкая, что вода не кипит, и настолько высокая, что не превращается в лед[7]. Это планета Земля – она и станет нашим домом.
Правда, вначале Земля была раскаленной, даже жидкой. С ней регулярно сталкивались крупные и мелкие метеориты. Один из них обрушился на Землю с такой силой, что материя, оторвавшаяся в результате столкновения, образовала на орбите сгусток – так появилась Луна[8].
По мере того как Земля постепенно остывала в холодном космосе, тяжелые элементы, такие как железо, золото и уран, оседали ближе к центру жидкого шара[9]. Легкие элементы (кремний и главные компоненты наших тел – углерод, кислород, водород и азот), напротив, остались на поверхности и постепенно образовали прочную кору из породы, содержащей кремний, а с внешней стороны оказалась газовая атмосфера.
В первичной атмосфере образовались молекулы – группы атомов, в которых два атома водорода соединились с одним атомом кислорода. Это вода. В половине седьмого вечера температура упала настолько, что молекулы воды сбились в капли. Когда капли увеличились и в размере, и по весу, на поверхность пролился дождь – появился первый теплый океан[10].
В глубине океана произошло поистине волшебное событие. Углерод, водород и кислород, сцепившись друг с другом, образовали крупные молекулы – в них также содержалось небольшое количество серы, азота и фосфора. В какой-то момент молекулы приобрели структуру, давшую им возможность создавать собственные копии, объединяя расположенные поблизости от них химические элементы по той же схеме. Это основа жизни. Когда эти молекулы из сложной химической системы превратились в живой организм? Жизнь появилась сразу, в одной точке, или же захватила планету после целого ряда попыток? На данный момент у ученых нет ответа на этот вопрос, но мы сами – доказательство того, что жизни улыбнулась удача.
Металлами, осевшими в центр планеты, человечество не воспользуется никогда. Просто они залегают слишком близко к центру Земли. К счастью, около 10 часов вечера в пятницу произошло событие, которое окажет решающее воздействие на то, как люди выстроят общество. Остаток вечера Землю обстреливали метеориты. Ученые точно не знают почему. Возможно, устанавливались орбиты крупных планет и это влияло на движение материи в Солнечной системе. В любом случае металл из этих метеоритов усеивал всю земную кору и не оседал к центру, поскольку земная кора стала крепче. Из этого металла сегодня мы делаем автомобили и вилки.
Примерно за полчаса до перехода от пятницы к субботе земная кора стала трескаться и двигаться[11]. Кора нашей планеты по-прежнему состоит из плит, перемещающихся по океану вязкой расплавленной породы. Снаружи, на поверхности, так холодно, что, когда расплавленная порода вырывается на поверхность через трещины между плитами, она застывает и становится земной корой. Поэтому плиты, перемещаясь относительно друг друга, постоянно меняют форму. Когда сталкиваются континенты, расположенные на двух плитах, образуются горные цепи – прямо сейчас таким образом формируются Гималаи: Индия поджимает Азию с юга. Во многих местах плита с тонким океанским дном проскальзывает под толстую земную кору континента, расположенного на другой плите. Сегодня это происходит вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки. Где-то литосферные плиты трутся друг о друга, двигаясь плечо к плечу. Иногда они застревают, а в итоге, проскальзывая, вызывают крупные землетрясения. Разрушается порода, и в коренной породе возникают крупные системы трещин, или разломы.
Совместное движение литосферных плит сейчас носит название «тектоника плит». Из всех планет Солнечной системы только у Земли столь активная поверхность[12]. Сложно сказать, почему движется именно кора Земли, но без этого движения наша планета оказалась бы мертвой. Благодаря тектонике литосферных плит вещество Земли находится в постоянном движении: на поверхности оказывается то, что унесли в океан воды и ветры, и то, что было похоронено на морском дне миллионы лет. В земной коре возникают разломы, через которые из глубин выносятся химические элементы[13]. Сегодня из оставшихся разломов такого рода мы извлекаем золото и иные металлы.
Суббота: начинается жизнь
Земная кора подвергалась метеоритной бомбардировке примерно до ночи субботы, до 00:45[14]. Затем обстановка на планете стала спокойнее. До половины шестого утра на Земле появилось магнитное поле – невидимый щит, защищающий Землю от наиболее мощных и опасных излучений Солнца[15]. Не будь подобной защиты, чтобы выжить, нам пришлось бы находиться в подземных пещерах.
Примерно в то же время возникли первые одноклеточные организмы.
По сути, живые организмы – это не что иное, как мелкие механизмы, создающие собственные копии с помощью энергии окружающей среды. Разумеется, у них бывают и дополнительные функции – фиксировать то, что происходит вокруг, двигаться или общаться. Наши тела черпают энергию из потребляемой нами пищи, и исследователи полагают, что самые первые живые создания брали необходимую энергию из химических соединений в глубинах океана[16]. По-прежнему существуют целые экосистемы, живущие в кромешной темноте – там, где раздвигаются литосферные плиты. Там сквозь напоминающие трубу структуры, расположенные на дне океана, вырывается поток обогащенной минералами воды – химические соединения этих минералов содержат энергию, необходимую живущим там существам.
Сегодня почти все земные живые существа получают энергию от Солнца – или напрямую, посредством фотосинтеза, или употребляя в пищу молекулы, хранящие в себе солнечную энергию. В процессе фотосинтеза энергия солнечного света расходуется на то, чтобы расщепить диоксид углерода и воду на углерод, водород и кислород. Затем атомы объединяются и строят новые комбинации – таким образом, появляются богатые энергией молекулы, известные нам как углеводы, белки и жиры. Судя по всему, фотосинтез возник у живущих в океане бактерий – в субботу, примерно в 15:00. Сегодня в этом процессе задействованы все зеленые растения, деревья и синезеленые водоросли. Во всем, что содержится в этих организмах, есть капелька солнечной энергии.
Когда диоксид углерода и вода превращаются в растительный материал, остаются атомы кислорода. Организмы, осуществляющие фотосинтез, выбрасывают атомы кислорода в форме молекул: в них атомы кислорода связаны друг с другом попарно. Молекулы кислорода имеют ярко выраженное свойство вступать в реакции с другими соединениями: нам это известно по огню – это не что иное, как кислород, вступающий в реакцию с углеродом и прочими горючими веществами и высвобождающий энергию в форме тепла, – поэтому мы не нашли бы молекул кислорода ни в океане, ни в атмосфере, если бы их постоянно не воспроизводил тот или иной источник. Кислород – жизненно необходимый для нас газ – непрерывно образуется в результате фотосинтеза. Однако изначально в атмосфере Земли молекул кислорода не было. Первым организмам кислород для выживания тоже не требовался.
До начала процесса фотосинтеза в Мировом океане было растворено огромное количество железа. Сейчас уже такого нет. В настоящее время при контакте с водой поверхность железа быстро становится красной, грубой и легко ломается. Этот красный материал, ржавчина, – химическое соединение железа и кислорода. Пока в воздухе и воде есть кислород, незащищенное железо всегда заржавеет.
После обеда в субботу, между 15:00 и 18:45, заржавели океаны. Весь кислород, образованный на первых этапах фотосинтеза, вступил в реакцию с железом – он осел на дно в виде ржавчины. Постепенно ржавчина преобразовалась в толстый слой слоистой породы. Сегодня мы выкапываем эту красную породу, отделяем кислород в больших печах и используем железо для изготовления ножей и рельсов.
Когда основная масса железа заржавела, в океане начал накапливаться кислород. Для большинства первых появившихся на планете созданий кислород – смертельный яд. Таким образом, фотосинтез привел к одному из самых массовых истреблений видов за всю историю нашей планеты[17]. Однако были существа, сумевшие извлечь из кислорода пользу. Они воспользовались имеющимся в окружающей среде кислородом для высвобождения солнечной энергии из организмов, которых они употребляли в пищу. Так они получали энергию, необходимую для поддерживания собственных жизненных процессов – самостоятельно заниматься фотосинтезом им уже было не нужно.
В то время как огромное количество форм жизни сдались под натиском ядовитого кислорода, пользовавшиеся им организмы приобрели огромное преимущество. Мы – их потомки. Энергия, которую вы тратите на чтение этой книги, движение глаз и преобразование текста в информацию в мозге, – результат химических реакций, во время которых в клетках тела кислород и углеводы превращаются в диоксид углерода и воду.
Постепенно океанская вода насыщалась кислородом, и он стал подниматься из океана в атмосферу. Как следствие, на Земле произошли значительные перемены. Наша планета непрерывно излучает в космос тепло, и температура на ее поверхности сильно зависит от того, какое количество этого излучения удерживают газы в атмосфере. Мы зовем это явление парниковым эффектом. Раньше атмосфера была богата метаном – он вбирает большое количество теплового излучения, а потому поверхность Земли не остывала[18]. Когда из-за кислорода метан в атмосфере стал расщепляться, парниковый эффект ослаб, и планета погрузилась в глобальный ледниковый период. До самого вечера субботы, до 21:15, огромная часть биоразнообразия, появившегося в океане, погибла от холода[19].
В высших слоях атмосферы молекулы кислорода столкнулись со светом Солнца, несущим огромные запасы энергии – два атома кислорода оторвались друг от друга. Когда одиночные атомы сталкивались с пролетавшими мимо молекулами кислорода, образовывался озон – молекула, состоящая из трех атомов кислорода. Озоновый слой оказался эффективной ловушкой для наиболее насыщенной энергией части солнечного света. Достигнув земной поверхности, этот свет способен уничтожить наиболее уязвимые органические молекулы. Сегодня благодаря озоновому слою мы находимся под отрытым небом, не нанося серьезных повреждений глазам и коже.
Когда появился озоновый слой, живые организмы смогли выжить на поверхности воды – и даже на суше[20]. Здесь для фотосинтеза было еще больше солнечного света – резко выросло производство органического материала и кислорода. Первые формы жизни, оказавшиеся на суше, – это ковер из бактерий и водорослей, покрывших плоскую, золотистую поверхность и заложивших основы того, что станет плодородной почвой планеты.
1. Обновленные временные промежутки геологических эпох взяты из Международной хроностратиграфической шкалы (International Chronostratigraphic Chart), подготовленной Международной комиссией по стратиграфии, v 2017/02, https://stratigraphy.org/chart. (Русский перевод: https://stratigraphy.org/ICSchart/ChronostratChart2017–02Russian.pdf.)
2. Ранняя история Вселенной от Большого взрыва до появления первых атомных ядер: G. Rieke, M. Rieke, «The Start of Everything», «Era of Nuclei», конспекты лекций к курсу NatSci102 Университета Аризоны: ircamera.as.arizona.edu/NatSci102/NatSci102/lectures/eraplanck.htm, ircamera.as.arizona.edu/NatSci102/NatSci102/lectures/eranuclei.htm.
3. Происхождение химических элементов: J. Johnson, «Origin of the Elements in the Solar System», Sloan Digital Sky Surveys blog, January 9, 2017, blog.sdss.org/2017/01/09/origin-of-the-elements-in-the-solar-system.
4. Первые звезды и галактики: R. B. Larson and V. Bromm, «The First Stars in the Universe», Scientific American 285, no. 6 (2001): 64–71.
5. Как образуется кислород: B. S. Meyer et al., «Nucleosynthesis and Chemical Evolution of Oxygen», Reviews in Mineralogy and Geochemistry 68, no. 1 (2008): 31–35.
6. Происхождение Солнечной системы, ударная волна от сверхновой: P. Banerjee et al., «Evidence from Stable Isotopes and 10Be for Solar System Formation Triggered by Low-Mass Supernova», Nature Communications 7 (2016): 13639.
7. «Пригодная для жизни область» – территория на подходящем расстоянии от звезды. См. определение понятия «пригодная для жизни область» у НАСА: nasa.gov/ames/kepler/habitable-zones-of-different-stars.
8. Теории о происхождении Луны: R. Boyle, «What Made the Moon? New Ideas Try to Rescue a Troubled Theory». Quanta Magazine, August 2, 2017, quantamagazine.org/what-made-the-moon-new-ideas-try-to-rescue-a-troubled-theory-20170802.
9. Тяжелые элементы осели к центру Земли, а те, что мы добываем из земной коры, появились позже с метеоритами (гипотеза позднего привноса, англ. late veneer hypothesis): Robb (2005).
10. B. Dorminey, «Earth Oceans Were Homegrown», Science, 29 ноября 2010 г., sciencemag.org/news/2010/11/earth-oceans-were-homegrown.
11. Когда началась тектоника плит? О различных теориях и результатах: B. Stern, «When Did Plate Tectonics Begin on Earth?», Speaking of Geoscience: The Geological Society of America’s Guest Blog, 15 марта 2016 г., speakingofgeoscience. org/2016/03/15/when-did-plate-tectonics-begin-on-earth.
12. В силу своих размеров и удаленности от Солнца Марс и Меркурий уже давно полностью остыли, а на Венере тектоническая активность проявляется другими способами, менее активно (про спутники планет здесь речи не идет). – Прим. науч. ред.
13. Химические элементы выносятся не только водой, но и лавами и другими способами. – Прим. науч. ред.
14. Не существует точного ответа на вопрос о длительности и точных сроках «бомбардировки земной коры» (поздней тяжелой бомбардировки). См. статью в Википедии «Late Heavy Bombardment», обновлено 19 июня 2018 г., en.wikipedia.org/wiki/Late_Heavy_Bombardment.
15. Согласно новым результатам, магнитному полю Земли минимум 4 миллиарда лет (до полуночи), а не 3,2 миллиарда лет, как предполагалось ранее. S. Zielinski, «Earth’s Magnetic Field Is at Least Four Billion Years Old», Smithsonian, 30 июля 2015 г., smithsonianmag.com/science-nature/earthsmagnetic-field-least-four-billion-years-old-180956114.
16. Обобщение новых теорий: R. Brazil, «Hydrothermal Vents and the Origin of Life», Chemistry World, 16 апреля 2017 г., chemistryworld.com/feature/hydrothermal-vents-and-the-origins-oflife/3007088.article.
17. Кислородная катастрофа: Rasmussen (2008). По данным этого источника, фотосинтез мог начаться позже, чем описано в этой книге.
18. Состав первичной атмосферы Земли: D. Trail et al., «The Oxidation State of Hadean Magmas and Implications for Early Earth’s Atmosphere», Nature 480 (2008): 79–83.
19. Гуронское оледенение: Young (2013).
20. Первые формы жизни на суше после появления озонового слоя: Pomarenko (2015).
Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий
В наличии 1 шт.
В корзину
↻
Условия доставки
| Автор |
Рёйне А.
|
|---|---|
| Издательство | КоЛибри |
| Год издания | 2022 |
| Переплет | Твёрдый |
| Страниц | 240 |
| Формат | 140х210 мм |
| Язык | Русский |
| Переводчик | Дарья Гоголева |
| ISBN | 978-5-389-17295-1 |
| Серия | Научный интерес |
| Артикул | 1150465 |
- О книге
- Об издательстве
Наши тела состоят из химических элементов — это очевидно, но мы редко задумываемся, как важен и незаменим каждый элемент: например, фосфор скрепляет нашу ДНК, калий питает наши зрительные нервы, а благодаря железу кислород попадает в легкие. Мы сделаны из того же материала, что и окружающий мир, и можем существовать лишь до тех пор, пока получаем все нужные для жизни вещества в виде пищи, воды и воздуха. Другие важные элементы поддерживают наши технологии и все наше общество в рабочем состоянии. История человеческой цивилизации — это во многом история того, как мы научились добывать необходимые нам вещества из недр земли и обрабатывать их, но как долго может продолжаться эта история успеха, не рискуем ли мы «истратить» Землю? Физик Анья Рёйне приглашает нас в удивительное путешествие по самым неожиданным местам планеты и сразу по нескольким наукам — химии, физике, геологии, — чтобы познакомить нас с кирпичиками, из которых сделаны наши тела и все остальное в мире, и рассказать, откуда они берутся. Теперь мы можем увидеть в совершенно новом свете малоизвестных и невоспетых героев периодической таблицы Менделеева и проникнуться к ним заслуженным уважением.
Краткая история «Азбуки-Аттикус»
Представьте, что подходите вы к книжному прилавку. Представьте, что делаете это в первый раз (да, все бывает впервые). И вот на вас набрасываются пока еще непонятные вам названия-имена-регалии, от золотых тиснений и блёрбов кружится голова… Однако вас привлекает внешний вид этих небольших томиков – некоторые из них в такой приятной матовой суперобложке, некоторые, построже и побольше, с красивыми иллюстрациями. И уже хочется взять что-нибудь! Полистать, заглянуть за манящий внешний фасад. И вот где начинается настоящее приключение, потому что содержащееся там уж точно не разочарует. А все почему? Потому что издания «Азбуки-Аттикус», а речь, как вы поняли, как раз о них, – это безупречная подборка произведений классической и современной литературы, для читателей от мала до велика, от авторов из ближних нам мест и из далеких пространств, путь к которым помогут сократить страницы этих книг.
В 1995 году в Санкт-Петербурге выходцами из легендарного издательства «Северо-Запад» была основана «Азбука», украсившая смутные 90-е фэнтезийной литературой (серии «Русское фэнтези» и «Перумовская серия»). Уже в 2000-е издательство перебросило книжные силы на классику художественной литературы, став одним из основных игроков в этом сегменте, ежегодно запуская все новые и новые серии и печатая огромные тиражи. Примерно в это же время оформились основные направления издательской деятельности: классическая литература (русская и зарубежная), переводы важнейших произведений современных авторов, детская литература и труды по истории искусства. Издательские приоритеты отразились даже в названии: с середины 2000-х вся продукция издательства выходила под брендом «Азбука-Классика». В 2008 году несколько книжных тропинок нашей страны слились воедино: произошло объединение «Азбуки» и издательской группы «Аттикус-Паблишинг», так появилась издательская группа «Азбука-Аттикус». Это привело к дальнейшему увеличению издательских серий и тиражей, на полках книжных магазинов появились книги новых авторов, определивших образ современного книжного рынка.
После создания «Азбуки-Аттикус» в 2008 году структура издательства насчитывает сразу четыре отделения, концентрирующих свое внимание на различных сферах:
- «Иностранка» – качественно и оперативно издает популярных зарубежных авторов – среди них, например, Дж.
- «Азбука» – издает всем известную серию «Азбука-классика» (знаменитые зеленые корешки!), которая прельщает читателей уже более двадцати лет. В этом издательстве выходят произведения Джеймса Джойса и Хорхе Луиса Борхеса, Юкио Мисимы и Милорада Павича, Сергея Довлатова, Иосифа Бродского и многих других. Не обходит вниманием «Азбука» и детские книги (за которые вообще-то в этом издательском содружестве отвечает «Махаон»), главные хиты – серия про «Муми-троллей» Туве Янссон, вся Астрид Линдгрен и «Медвежонок Паддингтон» Майкла Бонда.
- «КоЛибри» – выпускает самый разноплановый актуальный нонфикшн. Это и россыпь биографий (от Шекспира до Черчилля), и литературоведчески-фольклористские жемчужины Владимира Проппа, и кулинарные книги Гордона Рамзи, и социологические работы Нассима
- «Махаон» – фокусируется на детской литературе, причем охват возрастных групп очень широкий – от совсем маленьких до тех, кто уже заканчивает школу. Издаются как и давно известные книги, считающиеся классикой детской литературы, так и совсем новые произведения. Немало внимания в «Махаоне» уделяют оформлению книг – ведь детям важно не просто читать интересную историю, но и разглядывать иллюстрации к ней, погружаясь в уникальный мир безудержного воображения.
За что «Азбуку-Аттикус» любим мы
Наши глаза и души неизменно радуются при виде «азбучных» изданий: будь то сборники рассказов Хорхе Луиса Борхеса или нуарные детективы Рэймонда Чандлера, эти литературные буйства всегда блестяще оформлены. Завлекательные обложки смотрят с книжных полок, взывая к знакомству с ними, с авторами и сюжетами, только лишь ждущими, когда их откроют. Неудивительно, что в нашем инстаграме книги издательства – частые гости
Подписка на рассылку
Раз в месяц будем присылать вам обзоры книг, промокоды и всякие-разные новости
Когда вы чувствуете «химию» с кем-то, что происходит на самом деле?
Мы познаем химию, когда чувствуем ее с другим человеком, но мы не всегда понимаем, почему нас тянет к одному человеку, а не к другому. Это просто каскад нейротрансмиттеров и гормонов, сговорившихся, чтобы подтолкнуть вас к репродукции? Основано ли это притяжение на наборе общих ценностей? Или это связь из-за определенного опыта, который создает близость?
Вероятно, это сочетание всех трех плюс невыразимые качества, которые даже службы знакомств не могут точно определить.
«Ученые теперь предполагают, за очень немногими исключениями, что любое поведение имеет черты как генетики, так и истории. Это природа и воспитания», — говорит Николь Прауз, сексуальный психофизиолог и нейробиолог, Mental Floss. Она является основателем Liberos, независимого исследовательского центра в Лос-Анджелесе, который работает в сотрудничестве с Университетом Джорджии и Университетом Питтсбурга для изучения сексуального поведения человека и разработки биотехнологии, связанной с сексуальностью.
Ученые, изучающие привлекательность, принимают во внимание все, от генетики, психологии и семейной истории до травм, которые, как было доказано, влияют на способность человека привязываться или испытывать желание.
(МОЗГ) ХИМИЯ ЛЮБВИ
Хелен Фишер, биологический антрополог из Университета Рутгерса, научный консультант Match.com и автор книги Анатомия любви : Естественная история спаривания, брака и почему мы сбиваемся , разбивает «любовь» на три отдельные стадии: вожделение, влечение и привязанность. На каждом этапе химия вашего тела ведет себя по-разному. Оказывается, что «химия» — это, по крайней мере частично, настоящая химия. Биохимия, в частности.
В фазах вожделения и влечения ваше тело руководит шоу, так как люди могут чувствовать желание, не зная ничего личного об объекте этого желания. Похоть, утверждает Фишер в основополагающей статье 1997 года [PDF], — это не что иное, как наличие полового влечения или «стремление к сексуальному удовлетворению», — пишет она. Это ощущение вызвано эстрогенами и андрогенами, женскими и мужскими половыми гормонами, основанными на биологическом стремлении к воспроизводству.
Физиологические факторы могут влиять на влечение меньше, чем на вожделение — привлекательность чьих-то черт или то, как они заставляют вас смеяться, — но ваше тело все еще принимает решения на этом этапе, накачивая вас гормонами кортизолом, адреналином и допамин, влияющий на ваш мозг таким же образом, как и запрещенные вещества.
Фишер неоднократно сотрудничала в области науки о привлекательности с социальным психологом Артуром Ароном, профессором-исследователем в Университете Стоуни-Брук в Нью-Йорке. Арон и его жена Элейн, которая также является психологом, известны тем, что изучают то, что заставляет отношения начинаться и продолжаться.
В исследовании 2016 года в журнале Frontiers in Psychology исследователи предположили, что «романтическая любовь — это естественная (и часто положительная) склонность, которая развилась от предков млекопитающих 4 миллиона лет назад в качестве механизма выживания, стимулирующего создание парных связей гоминидов и воспроизводство, наблюдаемое сегодня в разных культурах».
В фазе влечения ваше тело вырабатывает повышенное количество дофамина, химического вещества хорошего самочувствия, которое также отвечает за облегчение боли. Исследования Арона показали, что с помощью МРТ головного мозга, «если вы думаете о человеке, в которого сильно влюблены, ваш мозг активирует дофаминовую систему вознаграждения, которая является той же системой, которая реагирует на кокаин», — говорит он Mental Floss. .
Ранее в статье Фишера 1997 года было обнаружено, что новые пары часто демонстрируют «повышенную энергию, меньшую потребность во сне или еде, сосредоточенное внимание и изысканное удовольствие в мельчайших деталях этих новых отношений».
Фаза привязанности характеризуется повышением уровня окситоцина и вазопрессина; Считается, что эти гормоны способствуют установлению связей и позитивному социальному поведению, чтобы поддерживать связи с течением времени и выполнять родительские обязанности.
Не существует жесткой и быстрой временной шкалы продолжительности каждой фазы, поскольку она может сильно различаться в зависимости от пола, возраста и других факторов окружающей среды, пишет Фишер.
Кроме того, в то время как окситоцин уже давно считается гормоном любви, Прауз говорит, что ученые сейчас «отчасти переоценивают окситоцин», потому что он выполняет более широкие функции, чем просто связывание. Он также играет роль в сокращении матки, чтобы стимулировать роды, стимулировать лактацию и половое возбуждение; низкие уровни связывают с расстройствами аутистического спектра.
Теперь они сосредоточились на гормоне с очаровательным названием, известном как кисспептин (нет, правда). Вырабатываемый в гипоталамусе кисспептин играет роль в начале полового созревания и может повышать либидо, регулировать гонадные стероиды, питающие половое влечение, и помогать организму поддерживать беременность. Но Прауз говорит, что есть гораздо больше исследований о роли кисспептина в привлекательности.
ХИМИЧЕСКИЕ И ЛИЧНЫЕ СВЯЗИ
Биология может объяснить наше первоначальное влечение и фазу «медового месяца» в отношениях, но она не обязательно объясняет, почему любовь человека к малоизвестным фильмам или радость от походов щекочет ваше воображение или что заставляет вас хочу устроиться.
Многочисленные исследования Аронов на эту тему показали, что связь сводится к чему-то очень простому: «Что заставляет людей влюбляться — если человек разумно им подходит — так это то, что они чувствуют, что другой человек любит их, — говорит он.
В процессе исследования для своей книги « Как влюбиться в кого угодно » писательница Мэнди Лен Катрон из Ванкувера стала подопытной, когда наткнулась на исследование, благодаря которому Ароны наиболее известны: их 36 вопросов. , которые способствуют склеиванию.
Вопросы изначально были разработаны, чтобы «вызвать близость, ощущение схожести и ощущение того, что вы нравитесь другому человеку», — объясняет Арон. Романтическая любовь не была целью. «Это был способ создать близость между незнакомцами».
Сначала Ароны проверили свои вопросы, разделив студентов на пары во время обычного занятия в рамках большого курса психологии, как они рассказали в статье в журнале Бюллетень личностной и социальной психологии . Некоторых студентов ставили в пары с кем-то одного пола, а других — с кем-то противоположного пола. Затем каждый партнер ответил на серию из 36 все более личных вопросов, на каждый из которых ушло около 45 минут. (Вопрос 2: «Хотели бы вы прославиться? Каким образом?» Вопрос 35: «Смерть кого из членов вашей семьи вы считаете наиболее тревожной? Почему?») связь, но вопросы сблизили студентов.
В другом варианте исследования гетеросексуальные пары противоположного пола после четырехминутного сеанса из 36 вопросов пристально смотрели друг другу в глаза.
Катрон решила проверить эти методы со случайным знакомым Марком однажды вечером за кружкой пива в местном баре. В то время они оба встречались с другими людьми, и ни с кем исключительно. Когда она отвечала на вопросы и слушала ответы Марка, «я чувствовала себя полностью поглощенной разговором, в отличие от любых других первых свиданий, которые у меня были в то время с людьми, которых я встретила в Интернете», — рассказывает Катрон Mental Floss.
Она была готова пропустить четыре минуты задумчивого созерцания глаз, но Марк решил, что они должны попробовать. «Это было очень неудобно, но это также была важная часть опыта», — вспоминает она. «Это настолько интимно, что требует, чтобы вы ослабили бдительность».
Процесс вселил в Катрон глубокое чувство доверия к Марку и желание узнать его лучше. Через три месяца они начали серьезно встречаться. Теперь, более трех лет спустя, они живут вместе в купленной квартире.
Вопросы Аронов предлагают «ускоренную близость», говорит она, в то время, когда опыт онлайн-знакомств становится все более популярным.
НЕМНОГО ЗАГАДКИ, МНОГО ОБЩИХ ЦЕННОСТЕЙ
Несмотря на все, что мы узнали, ученые могут только приблизиться к краю истинного понимания «химии». «Мы достаточно хорошо понимаем, что происходит, когда [влечение] уже произошло, но мы действительно плохо предсказываем, когда это произойдет», — говорит Прауз. «Люди, которые пытаются заявить о волшебном сватовстве или что они собираются каким-то образом химически воздействовать на афродизиак или что-то в этом роде — ну удачи! Потому что мы не можем этого понять».
И вообще, какая романтика без маленькой тайны?
Если вам нужен окончательный ответ на загадку межличностной химии, Prause говорит, чтобы помнить об этом: «Лучший предсказатель долгосрочных результатов — это общие ценности».
Эта статья впервые вышла в 2018 году.
Химическая коммуникация человека | Feature
В 1870-х годах французский энтомолог Жан Анри Фабр обнаружил первые доказательства химической коммуникации. Самку императорской моли поместили в коробку, а через несколько часов извлекли. На следующий день было обнаружено, что самцов мотыльков таинственным образом привлекает пустой контейнер. Фабр понял, что то, что их привлекало, должно было иметь химическую природу — вещество, которое оставила самка, чтобы его позже обнаружил самец.
Только в конце 1950-х годов было выделено и идентифицировано первое химическое вещество, использовавшееся для передачи такого сигнала. Немецкий биохимик и лауреат Нобелевской премии по химии Адольф Бутенандт установил, что бомбикол используется самками тутового шелкопряда в качестве сексуального аттрактанта. Примерно в то же время для веществ этого типа было придумано новое название: феромоны.
«За 60 лет, прошедших с момента химической идентификации бомбикола, , мы идентифицировали тысячи феромонов тысяч различных видов животного мира, особенно насекомых, но теперь все чаще и млекопитающих», — объясняет Тристрам Вятт, исследователь поведения животных в Оксфордский университет, Великобритания. Примеры, идентифицированные до сих пор, включают половой феромон у свиней и слонов и сигнал молочных желез, который запускает сосание у крольчат.
Возникает интригующий вопрос: используют ли люди для общения химические вещества? Нашим основным инструментом общения может быть разговорный язык, но мы также постоянно используем выражения лица и жесты для передачи информации. Могут ли феромоны или другие химические сигналы играть роль, даже если мы этого не осознаем? Ответ почти наверняка да, объясняет Вятт.
Загадочная головоломка
Все больше поведенческих экспериментов предоставили доказательства, подтверждающие это предположение. Но хотя поиски начались всерьез, 1970-х годов, до настоящего времени не было идентифицировано ни одного человеческого феромона.
Источник: © RSC
Некоторые соединения уже связаны с определенными инстинктами и эмоциями у животных и людей. , феромоны — это химические сигналы, которые посылают сообщения между животными одного и того же вида, чтобы вызвать физиологическую или поведенческую реакцию. Они существуют для этой цели, и только для этой цели, и реакция на них является врожденной — этому не нужно учиться. Некоторые из идентифицированных феромонов животных представляют собой отдельные молекулы, но многие из них состоят из нескольких соединений в определенных соотношениях.
У других животных также идентифицирована коммуникация с использованием химических сигналов, отличных от феромонов, то есть с помощью соединений, основной ролью которых не является коммуникация. На сегодняшний день было идентифицировано около 2000 летучих органических соединений (ЛОС), которые естественным образом выделяются людьми в окружающий их воздух (не считая искусственных соединений из средств личной гигиены). Эти летучие органические соединения выдыхаются, просачиваются через кожу и выделяются с мочой, фекалиями и слюной. Химические вещества, обнаруженные на данный момент, включают спирты, карбоновые кислоты, кетоны, альдегиды, сложные эфиры и соединения серы.
Я не думаю, что люди понимают, насколько богат человеческий летучий
У разных людей разные профили летучих органических соединений, и смесь химических веществ, которые мы выделяем, постоянно меняется.
‘Животные, включая людей, испускают облако ЛОС, отражающее их внутреннее состояние. Возможно, другие люди могут обнаружить их как признаки эмоционального состояния или здоровья излучателя», — объясняет Вятт. Чтобы мы могли подсознательно знать, что следует избегать кого-то с профилем ЛОС, указывающим, например, на инфекционное заболевание.
«Этот способ общения обычно находится ниже уровня сознания», — объясняет Беттина Паузе, психолог-экспериментатор из Университета имени Генриха Гейне в Дюссельдорфе, Германия. «Концентрация молекул настолько мала, что они редко сопровождаются запахом. Это не обонятельная коммуникация, а химическая коммуникация».
Химическая коммуникация у людей остается «черным ящиком» по ряду причин. Во-первых, мы поведенчески чрезвычайно сложные животные. Но также в наших знаниях о том, что излучают люди, по-прежнему существуют огромные пробелы, особенно в различных контекстах. «Я не думаю, что люди осознают, насколько богат человеческий летучий газ и сколько нерасшифрованной информации содержится в этом химическом личном фильме», — говорит Павел Мишталь, химик воздуха в помещениях Техасского университета в Остине, США.
Сегодня охотники за человеческими феромонами и химическими сигналами все еще ищут иголку в часто используемом стоге сена.
Летучие органические соединения
Некоторые летучие органические соединения человеческого происхождения выделяются в виде больших нелетучих прекурсоров, а затем трансформируются на коже ферментами бактерий, присутствующих в ней естественным образом. Примеры включают карбоновые кислоты и соединения серы, ответственные за стереотипный запах подмышек.
Андреас Нач, токсиколог in vitro производителя ароматизаторов и ароматизаторов Givaudan в Швейцарии, работал над этим. Он определил летучие органические соединения, ответственные за запах выдержанного пота, с помощью метода газовой хроматографии-ольфактометрии. «В конце колонки ГХ у вас есть разделение, одна половина [образца, выходящего из колонки] идет на ваш детектор, а другая половина идет в человеческий нос», — говорит Натч. Предшественники также были идентифицированы в свежем поте, собранном на подушечках под мышками в течение получаса после тренировки, и в биохимических путях между ними.
Однако из-за задержки во времени между производством и обнаружением этих молекул пота считается, что они не участвуют в химической передаче сиюминутных состояний ума. «Эти медленно формирующиеся запахи, вероятно, сообщают об индивидуальности, поскольку они единственные, о которых известно, что они связаны с генетическим фоном отправителя», — объясняет Натч.
Поведенческие проблемы
Большое внимание в этой области на раннем этапе уделялось выявлению половых феромонов человека, причем предложенные молекулы включали четыре андростеновых стероида: андростенон, андростенол, андростадиенон и эстратетраенол. Однако нет опубликованных, рецензируемых доказательств, подтверждающих роль этих стероидов в качестве человеческих феромонов, и растет число доказательств, опровергающих эти утверждения.
Источник: © Cait Eire/Shutterstock
Крольчат привлекают феромоны, а не запах молока. человеческий феромон. На самом деле, он считает, что до идентификации любого полового феромона еще далеко. «Мы недостаточно знаем о сексуальном поведении человека, — объясняет он. «Чтобы продвинуть [эти поиски] вперед, нам нужно определить повторяющиеся, надежные физиологические или поведенческие сексуальные реакции, которые опосредованы обонянием», — говорит Вятт. «При их отсутствии нас останавливают на первом посту, потому что мы не можем исследовать потенциальный феромон, если у нас нет биопробы для его оценки».
Более легким заданием, объясняет он, может быть идентификация феромона молочной железы человека, который вызывает сосание новорожденных, например, обнаруженный в крольчатах в 2003 году. Чарльз Дарвин первым предположил, что человеческие новорожденные тянутся к соску. по запаху. Однако эксперименты показали, что эта реакция сосания не связана с запахом молока. Их тянет к чему-то другому.
Чтобы определить феромон молочных желез у кроликов, Бенуа Шааль и его команда из Французского национального центра научных исследований (CNRS) в Дижоне пропускали кроличье молоко через газовый хроматограф, оснащенный как нюхательным устройством, так и пламенно-ионизационным детектором. Это позволяло одновременное обнаружение и идентификацию. Щенков помещали у нюхательного порта и наблюдали за такими признаками, как движение головы в его сторону. В результате «мы смогли уменьшить сложность профиля со 150 летучих соединений до 20», — объясняет Шааль. Когда эти 20 соединений предъявлялись щенкам по отдельности, было обнаружено, что они реагировали только на одно: 2-метилбут-2-еналь.
В настоящее время команда пытается идентифицировать феромоны молочных желез у других млекопитающих, включая человека. Проблема последнего заключается в вялой реакции новорожденных на сосок. Напротив, крольчата демонстрируют очень быстрое и предсказуемое поведение, когда им предоставляется возможность сосать грудь. «Мы используем другую, гораздо более трудоемкую и дорогостоящую стратегию, пытаясь определить, какие [ЛОС] являются общими для большого количества молока от разных [человеческих] матерей», — говорит Шаал. Затем эта группа соединений будет протестирована индивидуально против детей в поведенческом тесте, который еще предстоит определить.
Работа с насекомыми
В случае с насекомыми можно обойти необходимость в проблемном поведенческом аспекте этих тестов, используя электроантеннограмму для прослушивания их системы приема сообщений. Первоначально разработанный в 1950-х годах, этот метод включает в себя прикрепление двух электродов к противоположным концам антенны насекомого. «Когда нервные клетки срабатывают в ответ на обонятельный сигнал, происходит изменение стоячего потенциала» между электродами, которое можно измерить, — объясняет Джон Пикетт, химик-эколог из Университета Кардиффа, Великобритания.
Со временем можно будет использовать насекомых для изучения химических коммуникаций человека
Группа Пикетта использовала этот метод, чтобы идентифицировать феромоны в выделениях ряда насекомых, включая комаров и тлей. Они пропускают сложные смеси, содержащие предполагаемые феромоны, через капиллярный газовый хроматограф высокого разрешения, оснащенный электроантеннограммой и пламенно-ионизационным детектором. Это позволяет одновременно обнаруживать и идентифицировать любые феромоны среди разделенных компонентов.
Им также удалось изучить обонятельные системы более сложных насекомых, используя генетически модифицированных послушных насекомых, таких как плодовая муха. По словам Пикетта, трансгенный обонятельный рецептор другого насекомого, такого как полезная паразитическая оса, атакующая вредителей, может быть помещен в пустой нейрон плодовой мушки.
В конце концов, он надеется «поместить человеческие обонятельные рецепторы в насекомое, чтобы мы могли исследовать его с помощью неповрежденной системы усиления». Пикетт признает, что это может звучать «немножко журавлем в небе», но он утверждает, что в конечном итоге можно будет использовать насекомых в стремлении понять человеческую химическую связь.
Угрюмый блюз
Дальнейшая область исследований — понимание того, как люди используют химические сигналы для подсознательной передачи эмоциональных состояний. Поведенческие эксперименты теперь предоставили эмпирические доказательства того, что мы не только передаем страх и тревогу химическим путем, но и что они затем распространяются в толпе. «Многочисленные исследования показывают, что страх и тревога у людей заразительны, — объясняет Пауз. «Отправитель чувствует тревогу, посылает хемосигнал тревоги получателю, который затем входит в состояние, похожее на тревогу» 9.0005
Мы обнаружили, что состав запаха тела при трех разных эмоциональных состояниях значительно различался
Паус и ее группа недавно начали изучать агрессию, наблюдая за мозговой активностью добровольцев (с помощью электроэнцефалограммы), когда они нюхают пот, собранный у разных добровольцев в нейтральном и агрессивном настрое. «Мы обнаружили, что женщины сильнее реагируют на мужскую агрессию, чем мужчины, с активацией мозга в дорсомедиальной префронтальной коре», — говорит Пауз. Активация в этой области мозга свидетельствует о том, что добровольцы переводили негативные социальные реакции в физиологические изменения, связанные с угрозой, добавляет она. Они могут быть связаны с агрессией или страхом, в зависимости от контекста.
Пауза не ищет химические вещества, стоящие за этими сигналами, но другие исследователи сейчас начинают искать отпечатки пальцев профиля ЛОС, указывающие на различные эмоциональные состояния человека. Моник Смитс, голландский психолог-экспериментатор, работающая попеременно между Утрехтским университетом и научно-исследовательским отделом Unilever, и ее команда недавно опубликовали предварительную работу по выявлению химических вариаций пота, собранного у добровольцев в состоянии страха, счастья и эмоционально нейтрального состояния.
«Мы собрали запах тела самцов, которые были напуганы, тех же самцов, когда они были счастливы, и тех же самцов, когда они были в нейтральном состоянии, и подвергли его химическому анализу с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии», — говорит Смитс. «Мы обнаружили, что состав запаха тела в трех состояниях значительно различался». Обнаруженные различия включают большее количество линейных альдегидов и кетонов в поте страха по сравнению с тем, когда добровольцы находились в нейтральном состоянии.
Комната для чтения
Команда психологов Смитса в течение получаса собирала образцы пота на подушечки под мышками, а затем замораживала их перед отправкой на химический анализ. Но химики — и их инструменты — теперь тоже начинают участвовать в этапе сбора проб.
Источник: © Lingkong C/EyeEm/Getty Images
Исследователи отслеживали эмоциональную реакцию кинозрителей с помощью чувствительного масс-спектра
Приборы для времяпролетной масс-спектрометрии реакции переноса протона (PTR-TOF-MS), первоначально разработанные для измерения следовых количеств ЛОС в атмосфере, открывают возможность выявления того, как химические отпечатки эмоций меняются за очень короткие промежутки времени. Эти приборы могут проводить измерения в режиме реального времени.
«Это напоминает мне, как развивалась атмосферная химия, — объясняет Мишталь. «В первый раз, когда люди проводили измерения в атмосфере, они нашли азот, кислород, аргон, углекислый газ и сказали: «Это инертные газы, никакой атмосферной химии». Но затем, когда инструменты стали достаточно чувствительными, они обнаружили, что на самом деле происходят миллионы реакций». То же самое сейчас происходит с областью человеческой химической коммуникации, говорит он.
Первым атмосферным химиком, принявшим участие в этой области исследований, был Джонатан Уильямс из Химического института Макса Планка в Майнце, Германия. В 2012 году его команда использовала PTR-TOF-MS, чтобы понюхать воздух на футбольном стадионе в Майнце. Цель состояла в том, чтобы измерить химический отпечаток возбуждения в толпе после гола. Хотя это было невозможно — матч, в котором они измеряли, закончился нулевой ничьей — их данные были сокровищницей интересных лакомых кусочков и хорошей демонстрацией мастерства их инструмента для изучения выбросов человека. Например, они обнаружили летучие органические соединения в результате окисления кожи озоном в воздухе внутри стадиона.
Затем химики со своим инструментом отправились в местный кинотеатр, полагая, что это место даст им как гарантированные эмоциональные реакции аудитории, так и множество воспроизводимых событий для измерения. «Это большой многозальный кинотеатр, в котором несколько раз показывают одни и те же фильмы, — говорит Уильямс. «Это позволило нам проверить воспроизводимость любых химических сигналов». Кинозалы постоянно продуваются свежим воздухом, а PTR-TOF-MS располагался в вентиляционной шахте на выходе воздуха.
«Мы увидели, что, когда в фильмах происходили особенно захватывающие моменты, мы могли более или менее накладывать химические сигналы из эфира кинотеатра с разных показов и видеть пики, возникающие в фильме всегда в одно и то же время», — говорит Уильямс. Эта воспроизводимость является ключевой в области, в которой в прошлом проводились исследования с сомнительными результатами, добавляет он.
Данные показывают четкие различия, когда люди меняют свое эмоциональное состояние
Затем химики сотрудничали с группой интеллектуального анализа данных, чтобы отметить время всех значимых событий в фильмах с такими ярлыками, как драка и поцелуи. Затем они были сопоставлены с химическими веществами, измеряемыми на этих этапах скрининга. По словам Уильямса, одна вещь, которая очень хорошо видна в данных, заключалась в том, что сила изопренового сигнала очень хорошо связана со страхом. И он думает, что знает, почему это так. Хорошо известно, что мы производим изопрен и храним его в мышечной ткани. Когда мы двигаемся, больше крови проходит через мышцы и вымывает изопрен, который затем покидает тело с нашим дыханием. Уильямс предполагает, что пики вызваны задержкой дыхания зрителей (а затем одновременным выдохом, когда появляется герой) или подергиванием или напряжением мышц в ответ на сцены на экране.
Уильямс очень хочет вернуть свои инструменты в кинотеатр, чтобы узнать больше, когда пандемия коронавируса пройдет. Его работа также вдохновила другого атмосферного химика: Бена Лэнгфорда из Британского центра экологии и гидрологии (UKCEH) в Эдинбурге.
Недавно Лэнгфорд сотрудничал с психологом Университета Стирлинга Крейгом Робертсом и химиком воздуха в помещении Мишталем (тогда он тоже работал в UKCEH), чтобы протестировать специально разработанный порт для отбора проб под мышкой, прикрепленный к PTR-TOF-MS. Затем волонтерам показывали нейтральные и пугающие видеосцены. «Эти данные все еще нуждаются в дальнейшем анализе, — объясняет Мишталь, — но то, что мы проанализировали, уже показывает явные различия, когда люди меняют свое эмоциональное состояние». Например, во время страшных сцен скорость выброса ацетона быстро увеличивается, а бутанона быстро снижается.
Мишталь говорит, что был особенно очарован моментальностью высвобождения некоторых летучих органических соединений. «Я ожидал, что должно пройти какое-то время, пока организм синтезирует эти химические вещества, затем они проходят через кожу, а затем их можно измерить», — объясняет он.