Начальная школа

Русский язык

Литература

История России

Всемирная история

Биология

География

Математика

Сказка об охоте на таинственных грабителей, орудующих ледяными кинжалами

 

112– Сегодня время интересной сказки о воде, обыкновенной и… загадочной, – так начала свою традиционную вечернюю историю принцесса Дзинтара, которая была не только принцессой, но и учёным-биологом.

– Что в воде может быть интересного? – насмешливо спросила младшая Галатея. – Вода – она и есть вода: мокрая и пить можно.

– Вода – одно из самых таинственных веществ на Земле, – возразила Дзинтара. – Например, при какой температуре она замерзает?

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

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

– Оказывается, воду не так-то просто заморозить? – удивился Андрей. – А в учебнике написано – ноль градусов!

– Лучше называть ноль градусов не точкой замерзания воды, а точкой плавления льда, – ответила Дзинтара. – Мелкие капельки дистиллированной воды в облаках замерзают ещё хуже, они остаются жидкими даже при минус тридцати. Такие облака очень опасны для самолётов и вертолётов: переохлаждённые капли разбиваются о винт и крылья и мгновенно превращаются в прочный лёд, а обледенение самолёта может привести к крушению. Зимой нередко случается дождь из капелек переохлаждённой воды, вызывающий обледенение проводов и веток деревьев.

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

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

Но иногда растения проявляют загадочную слабость к холоду. Ботаник Лукас обнаружил, что лимоны могут замерзать даже при слабом морозе в минус полтора градуса.

– Ну и что? – спросил Андрей. – Одни растения морозоустойчивые, другие – нет. Что тут загадочного?

– Загадок тут много. Агроном Хоппе доказал, что нестойкость кукурузы к лёгким заморозкам может передаваться от растения к растению – как инфекция! Очень неожиданный результат – ведь инфекционные болезни переносятся только живыми микроорганизмами! Услышав об открытии загадочной инфекции, биологи вооружились кто чем смог и устремились на охоту за неизвестным микробом, который поражает растения болезнью «хладобоязни».

 27.jpg

Студент-биолог Линдоу из Висконсинского университета охотился очень методично: он делал многочисленные растворы из листьев и травы, обрызгивал ими кукурузу и проверял её на морозоустойчивость в специальной холодильной камере. Полтора года экспериментов ни к чему не привели: поймать невидимый микроб не удавалось. Но Линдоу, несмотря на молодость, проявил себя настоящим учёным – он, совмещая учёбу и эксперименты, ел быстро, спал мало и проводил всё новые и новые серии тестов.

Однажды зимой друзья вытащили Линдоу из лаборатории – покататься в выходные дни на лыжах. Студент отправился на прогулку с неохотой, прервав очередной эксперимент на середине. Вернувшись в лабораторию в понедельник, Стивен разразился ругательствами в адрес своих беспечных друзей: экстракт из листьев, который он приготовил, но ещё не испытал, стал за несколько дней мутным и явно испортился.

Линдоу всё-таки довёл тест до конца и поразился: половина листьев кукурузы, обработанной «испорченным» мутным экстрактом, оказалась повреждена самым незначительным заморозком. Неуловимая бактерия за несколько дней размножилась в экстракте из листьев и выдала себя с головой!

– Вот как полезно отдыхать! – весело сказала Галатея.

– Линдоу быстро проанализировал мутный раствор и опознал коварного врага. Им оказалась бактерия Pseudomonas syringae – псевдомонас сирингае. Это была важная победа – противник обнаружен! Но как этот микроб ухитряется понизить сопротивляемость растения морозам? Это оставалось загадкой.

Исследователи отметили ещё одну интересную особенность: чашки с культурой различных бактерий хранились в холодильнике. Как-то он забарахлил и остудил образцы чуть ниже нуля. Все растворы оказались жидкими, за исключением чашек с культурой пойманной бактерии, которая замёрзла. Почему? Загадки не кончались…

А в двух тысячах километров от кукурузных полей Висконсина метеорологи Вайомингского университета занимались совсем другой тайной, которая парила высоко над землёй.

Атмосферные физики изучали проблему града, который внезапно вываливается из облаков посреди жаркого лета. Действительно, почему капли воды одного облака остаются жидкими даже при минус тридцати, а вода в другом облаке превращается в град при почти нулевой температуре?

Специалисты знали, что вода замерзает при появлении в ней центров кристаллизации, в качестве которых могут выступать, например, частицы пыли. Может, на выпадение града влияют извержения вулканов, выбрасывающих в атмосферу много пыли? Метеоролог Габор Вали исследовал замерзание воды, добавляя к ней вулканический пепел и другие порошки. Но эти исследования к разгадке летнего града не приводили: вода с примесью минеральных порошков замерзала неохотно, и быстрое превращение облака пара в ледяные шарики оставалось непонятным.

Однажды задумчивый учёный пошёл погулять со своим ребёнком и на детской площадке увидел снег, перемешанный с грязью и травой. Очевидно, что здесь пробежало стадо бодрых слонов на сотне неутомимых ног.

Метеоролог оставался учёным даже на прогулке: он набрал грязного снега с детской площадки, растопил его и проанализировал в своей лаборатории.

У этой мутной воды оказалась самая высокая температура замерзания!

Габор Вали быстро убедился, что легче всего вода замерзает при добавлении в неё обычной почвы, содержащей органические вещества. Но какие именно?

Эстафету охоты на таинственное органическое вещество, которое вызывает опасный град, перехватил учёный Рассел Шнель из университета Вайоминга. Он добавлял в замерзающую воду различные почвы, растёртые свежие и сухие листья тополя и ольхи – и измерял, измерял… Удивительно, но в его исследования тоже вмешался случай. Однажды в пятницу Рассел спешил на вечеринку и не успел проверить на замораживаемость один из образцов – воду с измельчённой травой. Экспериментатор оставил образец в пластиковом мешке. Несколько дней спустя он увидел, что вода в нём сильно помутнела.

Шнель протестировал жижу – температура её замерзания оказалась всего минус полтора градуса!Рассел понял, что за замерзание отвечает какой-то живой микроорганизм, и обратился за помощью к профессору Марте Кристенсен. Вместе со своими студентами она выделила из мутного раствора шестьдесят пять видов грибков и сто видов бактерий. Учёные разделили эти микроорганизмы и исследовали их порознь. Два года исследований увенчались успехом: за быстрое замерзание воды сполна ответила всё та же бактерия Pseudomonas syringae .


– Два года?! – воскликнул Андрей. – Молодой биолог нашёл этого микроба быстрее. Почему он не сказал об этом своим коллегам?

– В те времена не было электронной почты, Интернета и роботов-поисковиков. Письма на бумаге отправляли медленной почтой, исследования печатались в разных бумажных журналах, причём ботаники обычно читали одни журналы, а метеорологи – совсем другие. Но, хоть и с опозданием, биологи и физики узнали, что одна и та же бактерия отвечает за биологический эффект вымерзания земных растений и за физический эффект образования небесных градин.

– Мама, как много людей ловили одну бактерию! – поразилась Галатея.

– На самом деле исследователей было ещё больше. Я просто не всех упомянула. Современная наука редко делается в одиночку – учёные обычно работают коллективно, помогая друг другу. Но загадки на этом не кончились. Оставалось ответить на вопрос: как обнаруженная бактерия ухитрилась командовать образованием льда?

Исследователи установили, что её оболочка покрыта особым белком. Но лишь спустя двадцать лет после «поимки» Pseudomonas syringae русский биофизик Каява и американский биолог Линдоу выяснили, как данный микроб получает власть над градом и растениями.

Оказалось, что бактерия «обманывает» воду! Белковая оболочка бактерии имитирует структуру льда, жульнически «прикидываясь» поверхностью ледяного кристалла. Обманутые молекулы охлажденной воды пристраиваются к «фальшивому льду», и на шкуре бактерии вырастает настоящий и острый ледяной кристалл, похожий на кинжал.

Ледяной кинжал оказался очень полезным оружием для бактерий. Они добывают себе пищу, опустошая питательные кладовые растения, – выедают внутренности клеток. Но переходить из клетки в клетку бактериям трудно – растительные клетки отделяются одна от другой твёрдыми стенками. Именно они отвечают за прочность листа и самой древесины. Поэтому бактерия Pseudomonas syringae выращивает ледяной рог и легко протыкает им жёсткие оболочки клеток, добавляя себе и своему потомству питательного жизненного пространства. Листья кукурузы, разрезаемые изнутри миллионами острых кинжалов «ледяных бактерий», быстро чернеют и гниют. Засохшие листья осыпаются, и бактерии смешиваются с почвой.

Сильный ветер поднимает пыль с бактериями в облака.

Лёд послушно образуется на оболочке бактерий даже в тучах, но резать в облаках некого, и ледяной кристалл просто вырастает в кусок льда и падает на землю. Так возникает град, который возвращает бактерии на землю и заодно повреждает растения, делая их ещё более беззащитными перед микробами, умеющими выращивать ледяные ножи.

Так и живут эти микроскопические повелители льда, радуясь своему полезному таланту.

– Грабители! – осуждающе сказал Андрей.

– Учёные, узнав коварную бактерию в лицо, не медлили – генетики стали выводить микробов, которые вытесняют бактерий – носителей ледяного оружия, но сами неопасны для растений. А химики сумели синтезировать вещество, которое действует аналогично белку на оболочке Pseudomonas syringae. Метеорологи используют это вещество для управления осадками и предотвращения крупного града.

Постепенно учёные стали понимать, насколько важную роль играют бактерии Pseudomonas syringae в погоде и природе нашего мира. Фактически они командуют не только градом, но и обычными снегопадами: их находят даже в снеге, выпадающем в Антарктиде. Микроскопические «властители льда» настолько эффективно кристаллизуют воду, что раствор с белком этих бактерий стали добавлять в снеговые пушки, создающие покрытие горнолыжных трасс.

Вот с какой пользой поохотились учёные на таинственного микроба, замораживающего воду. Интересно, что эта бактерия выполняет и полезную функцию – благодаря ей упавшие осенние листья быстрее гниют и возвращают накопленные питательные вещества в почву.– Какие хитрые микробы, – сказал сонным голосом Андрей. – Даже колючки на себе научились выращивать.

– Мы, люди, ещё хитрее! – возразила Галатея.

Дзинтара улыбнулась, поправила одеяло Галатеи и подушку Андрея.

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

Примечания для любопытных

Дистиллированная вода – очень чистая вода, полученная испарением и последующей конденсацией водяного пара.

Джон Лукас – биолог, сотрудник Калифорнийского университета.

Стивен Линдоу – биохимик и бактериолог, профессор Калифорнийского университета, академик Национальной академии наук США.

Габор Вале – исследователь атмосферных процессов, профессор Вайомингского университета.

Пауль Хоппе (1896–1972) – американский агроном, специалист по кукурузе.

Рассел Шнель – американский исследователь атмосферы, сотрудник Национального агентства по исследованиям океана и атмосферы (NOAA). Родился в Канаде.

Марта Кристенсен – профессор кафедры ботаники Вайомингского университета.

Андрей Каява – русский биофизик, сотрудник Национального центра научных исследований Франции.

 

 

– Сегодня время интересной сказки о воде, обыкновенной и… загадочной, – так начала свою традиционную вечернюю историю принцесса Дзинтара, которая была не только принцессой, но и учёным-биологом.

Поиск

Информатика

Физика

Химия

Педсовет

Классному руководителю

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru