Я познаю мир. Биология

Харс Александр Александрович

При движении & воде любого объекта, в том числе рыбы, вода как бы прилипает к ее телу и тянется за ним. Процесс движения слоев воды очень напоминает то, как стягивается, выворачиваясь наизнанку, чулок с ноги. При этом пограничный слой, непосредственно соприкасающийся с рыбой, движется вместе с ней. Второй слой понемножку отстает от рыбы, следующий – отстает сильнее и так далее. За пределами этих слоев вода уже не вовлекается в движение рыбы. Представляете, какую тяжесть тянет за собой плывущее существо и как это снижает его скорость!

image l:href="#"

Фламинго

image l:href="#"

Нарвал

Когда

двигающиеся слои воды достигают рыбьего хвоста и стягиваются с тела рыбы, они продолжают еще некоторое время тянуться за ней, вызывая мощные завихрения воды. Давление в них цадает, и это тоже тянет рыбу назад, еще сильнее уменьшая ее скорость.

Ученые предполагают, что рыбий меч, как и трехметровый бивень нарвала, торчащий из головы этого небольшого северного кита, служит им генераторами вихрей, разрушающих пограничный слой. По мере движения животного вихри переходят с меча или бивня на тело самого животного и там тоже разрушают пограничные слои воды. Теперь они не сдерживают пловца. Сопротивление воды резко сокращается, что позволяет животным развивать, казалось бы, немыслимую в воде скорость.

Кто изобрел колесо?

Величайшим изобретением человечества, обеспечившим его развитие на протяжении последних десяти тысячелетий, было создание колеса. Эта деталь нам кажется сегодня простой. Она встречается у большинства транспортных средств, в станках и других механизмах. Однако додуматься до использования колеса было не просто. Например, весьма технологически развитые цивилизации доколумбовой Америки изобрести колесо так и не смогли (или не успели, в данном случае это неважно).

Двадцатый век был для человечества эпохой бурного развития науки и техники. Создавая новые приборы и механизмы, ученые частенько с величайшим изумлением обнаруживали, что заложенные в них принципы давным–давно используются живыми организмами. Создавалось впечатление, что во всём, буквально во всём природа опередила людей. Только с изобретением колеса ей не повезло. Но, как мы теперь знаем, дело вовсе не в недогадливости природы. Просто вращающийся орган невозможно снабжать кровью. Кроме того, нужно признать, что ученые всё же ошиблись. Природа изобрела и колесо. Точнее, вращающуюся ось – самую главную деталь колеса.

Многие микроорганизмы способны передвигаться. Одни из них ползают, другие плавают с помощью длинных жгутиков или коротеньких ресничек. При изучении микроорганизмов ученые заметили, что движения жгутиков напоминают движения рыбьего хвоста. Позже оказалось, что у некоторых микроорганизмов жгутики совершают вращательные движения, напоминающие работу корабельного винта. В этом вначале не увидели ничего удивительного. Взяв в руку веревку, можно заставить ее кончик совершать круговое движение, но при этом ни конец веревки, зажатый в руке, ни тем более сама рука вращаться вокруг своей оси не будут. Так ученые и объяснили увиденное, но действительность оказалась сложнее и удивительнее.

Лучше всего работа жгутиков изучена у сальмонелл – болезнетворных микроорганизмов, вызывающих у человека и животных брюшной тиф и другие желудочно–кишечные заболевания. Сальмонеллы – небольшие

палочкообразные бактерии. На их теле может находиться до 20 жгутиков, из которых активно работают обычно 6–7.

image l:href="#"

Сальмонеллы при небольшом увеличении

Несмотря на свои микроскопические размеры, жгутики имеют достаточно сложное строение. Характерной особенностью их внешнего вида является «крючок», изгиб жгутика недалеко от места его прикрепления.

Самая важная часть жгутика – его основание. Оно находится в толще клеточной мембраны сальмонеллы, которая, как и все мембраны, состоит из наружного и внутреннего слоев.

У основания жгутика, извлеченного из мембраны, удается рассмотреть два надетых на него кольца. Когда жгутик находится на своем законном месте, одно из колец погружено в толщу внутреннего слоя мембраны, второе располагается снаружи от него. Чуть дальше на жгутик надета втулка. Ей полагается быть вмонтированной в наружный слой мембраны.

image l:href="#"

Строение жгутика: 1 – микротрубочки; 2 – «спица»; 3 – продольные тяжи.

Мотор, приводящий жгутик в движение, находится во внутреннем слое. Два кольца, находящиеся у основания жгутика, – это ротор, то есть вращающаяся деталь двигателя. Что заставляет ротор вращаться, выяснить пока не удалось.

Благодаря изгибу жгутика, его кончик совершает широкое вращательное движение. Он может двигаться по часовой стрелке или в обратном направлении, приостанавливать вращение и вновь возобновлять работу. Скорость его вращения не велика – 15 оборотов в минуту, но вполне достаточная, чтобы вызвать поступательное движение бактерии.

Выходит, колесо изобрела природа, опередив человечество не меньше чем на миллиард лет!

Секретные технологии

image l:href="#"

Секреты воды

О существовании тяжелой воды ученые узнали сравнительно недавно. Около 100 лет назад американский ученый Юри обнаружил, что, кроме обычного водорода, существует еще значительно более тяжелый водород, атомы которого в два раза тяжелее нормальных. Это так поразило ученых, что новому водороду присвоили название дейтерия, словно это был не водород, а совсем другое вещество.

Как известно, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Когда в ее состав входят атомы тяжелого водорода, образуется тяжелая вода. Позже выяснилось, что существует еще более тяжелый водород, названный тритием, и два вида тяжелого кислорода. Из разных комбинаций атомов этих веществ и строятся молекулы воды. Поэтому любая вода представляет собой смесь 18 различных соединений, 17 из которых являются разновидностями тяжелой воды.

В нормальной воде примесь тяжелой ничтожно мала. Молекул с самым тяжелым кислородом встречается 1000 на миллион, а с дейтерием – 200 на миллион обычных молекул. Выделять тяжелую воду в чистом виде научились только перед Второй мировой войной.