30 мин
7 февраля 2019 г.

Отрытая лабораторная 2020. Разбор заданий

Подробное описание заданий Открытой лабораторной 2020.
Автор: Laba.Media

Открытая лабораторная 2020. Разбор заданий

Реникса

В этом разделе мы собрали список надежных фактов и наукоподобной чепухи — рениксы. Проверьте, уверенно ли вы их различаете. Если вы считаете утверждение правдой, ставьте V. Если считаете его чепухой, — ставьте ✖.

 

палеонтология

1. Динозавры болели раком

Ответ:

Да

 

Краткий ответ для презентации

Злокачественные опухоли возникают у многих видов млекопитающих, рыб, моллюсков. В том числе опухоли были обнаружены у ископаемых динозавров. Исследование 700 динозавров выявило опухоли у 29 гадрозавров, обитавших примерно 80 миллионов  лет назад. 

Пояснение.

Злокачественные опухоли известны у многих видов животных, не только млекопитающих, но и птиц, рыб и даже моллюсков. В том числе опухоли были обнаружены у ископаемых динозавров. В ископаемых останках можно обнаружить только следы опухолей в костях (мягкие ткани практически никогда не сохраняются). Но рак поражает кости относительно редко, поэтому обнаружить его следы трудно. В исследовании более чем 10 тысяч позвонков более 700 динозавров были выявлены опухоли у 29 гадрозавров, обитавших примерно 80 миллионов  лет назад. 

А одно из древнейших палеонтологических свидетельства рака - останки предка современных черепах Pappochelys rosinae, обитавшего в океанах 240 миллионов лет назад. Злокачественная опухоль поразила бедро животного.

Источники.

https://www.gazeta.ru/science/2011/04/04_a_3573945.shtml?updated

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0704/0704.1912.pdf

https://www.gazeta.ru/science/2007/04/20_a_1603566.shtml

https://www.theguardian.com/science/2003/oct/23/dinosaurs.science

https://mir24.tv/news/16347279/naideny-drevneishie-ostanki-so-sledami-raka

B. M. Rothschild · D. H. Tanke · M. Helbling ·L. D. Martin

Epidemiologic study of tumors in dinosaurs

Received: 16 June 2003 / Accepted: 29 August 2003 / Published online: 14 October 2003

Картинки

Edmontosaurus annectens. Принадлежит надсемейству птицетазовых динозавров https://en.wikipedia.org/wiki/Hadrosauroidea

Именно у этого вида были обнаружены на позвонках следы злокачественных опухолей

Источник картинки: Outdated 1909 life restoration of Trachodon by Charles R. Knight, based on the two specimens (now classified as E. annectens) mounted in 1908 at the AMNH, New York.

https://en.wikipedia.org/wiki/Edmontosaurus_annectens#/media/File:Edmontosaurus_annectens,_by_Charles_R._Knight.jpg


 

физиология человека

2. Волосы человека могут поседеть за одну ночь 

Ответ:

Нет

Краткий ответ для презентации

Волосы человека не могут поседеть ни за ночь, ни за год. Волосы сразу вырастают окрашенными или седыми, то есть лишенными пигмента. Потерять пигмент сами по себе они не могут. Человек седеет, если его окрашенные волосы выпадают, и их заменяют седые.

Пояснение

Волосы человека не могут поседеть ни за ночь, ни за год. Волосы сразу вырастают окрашенными или седыми, то есть лишенными пигмента. Потерять пигмент сами по себе они не могут. Человек седеет, если его окрашенные волосы выпадают, и их заменяют седые.

Срок жизни волос человека - около четырех лет. Если волосяные фолликулы теряют способность вырабатывать пигмент, то человек седеет, но не за ночь, а когда пигментированные волосы выпадут и вырастут седые волосы. 

Но человек может поседеть гораздо быстрее. Описано несколько случаев, которые демонстрируют принципиальную возможность быстрой избирательной потери только пигментированных волос. В результате у человека остаются только седые волосы, и он становится седым. https://www.researchgate.net/publication/264640298_Patchy_alopecia_areata_sparing_gray_hairs_A_case_series

Пилот Эрик Муди в 1982 году совершил аварийную посадку в аэропорту Джакарты (причиной остановки двигателей стал выброс вулканического пепла). Спустя полгода он заметил у себя поседевшую челку, еще через полгода он полностью поседел. Одно из объяснений механизма быстрого седения волос - аутоиммунная реакция, при которой защитные системы организма наносят вред самому организму, Спровоцировать или усилить такую реакцию может стресс, что в принципе могло бы объяснить взаимосвязь седых волос и пугающих событий.

https://www.bbc.com/russian/science/2014/08/140808_vert_fut_can_stress_turn_your_hair_grey

На английском

https://www.bbc.com/future/article/20121016-can-stress-turn-your-hair-grey

PS.

Наука никогда не останавливается. Пока мы готовим Лабу 2020 исследования по тем вопросам, которые мы обсуждаем, продолжаются. Но мы, конечно, не ожидали, что как будто специально для нас 22 января 2020 года в Science выйдет статья, посвященная механизму резкого поседения при стрессе: “Solving a biological puzzle: How stress causes gray hair” https://www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200122135313.htm

(Решение биологической загадки: как стресс вызывает седение).

Статья начинается с традиционного упоминания о Марии-Антуанетте, которая согласно легенде поседела за одну ночь перед казнью. 

В экспериментах на мышах исследователи Гарварда показали связь между реакцией “бей или беги” (fight-or-flight response) и поседением. В момент опасности гипоталамус передает химический сигнал надпочечникам, и надпочечные железы выделяют гормоны катехоламины — адреналин и норадреналин. https://en.wikipedia.org/wiki/Fight-or-flight_response 

В волосяных фолликулах есть стволовые клетки, которые образуют своего рода “резерв” клеток, вырабатывающих пигмент. Когда волосы регенерируют, некоторые из стволовых клеток превращаются в пигмент-продуцирующие клетки, которые и окрашивают волосы.

Оказалось, что резкий выброс норадленалина может привести к тому, что стволовые клетки, которые еще находятся в “резерве”, начинают резко перестраиваться в клетки, вырабытывающие пигмент. Процесс происходит очень быстро, и весь запас стволовых клеток исчерпывается и пигментация прекращается навсегда.

Многие клетки различных тканей человеческого организма регенерируют не в процессе деления, а в процессе перестраивания стволовых клеток: так восстанавливаются эритроциты, клетки мышечной ткани, нейроны и многие другие. Ученые предполагают, что норадреналиновая атака может быть столь же опасна не только для пигментации волос, но и для самых разных стволовых клеток. 

Картинки

Согласно легенде французская королева Мария-Антуанетта поседела за одну ночь перед казнью. Но видимо, это легенда.

Уильям Гамильтон. Марию-Антуанетту ведут на гильотину. 1794.

Ранняя седина

 

 

 

физика

3. В любой среде скорость света выше, чем скорость частицы 

Ответ:

Нет

Краткий ответ для презентации

Теория относительности утверждает, что максимальной возможной скоростью С (около 300 тыс. км в секунду) является скорость света в вакууме. Но скорость света V в среде равна V = C/n, где n - коэффициент преломления среды. Например, в воде  n = 1.33, и фазовая скорость света составляет около 225 тыс. км в секунду. Частицу можно разогнать в воде до большей скорости.

Пояснение

Постулат Специальной теории относительности утверждает, что максимальной возможной скоростью (около 300 тыс. км в секунду) является скорость света в вакууме. Скорость света V в среде равна V = C/n, где C - скорость света в вакууме, а n - коэффициент преломления среды. Например, в воде  n = 1.33, и фазовая скорость света составляет около 225 тыс. км в секунду. . 

Электрон или протон, разогнанный до скорости, близкой к скорости света в вакууме С, движутся в таких средах со скоростью, превосходящей фазовую скорость света V. 

При этом будет генерироваться черенковское излучение.

Удивительно, но черенковское излучение может зарегистрировать глаз человека. 

Многие пациенты, проходившие курс лучевой терапии, сообщали о световых вспышках (фосфенах) во время процедуры. Фосфены наблюдались даже тогда, когда глаза пациентов были закрыты. О подобном явлении сообщали и космонавты, в первую очередь – участники программы Apollo во время полетов к Луне. Исследователям из Нью-Гемпшира удалось экспериментально подтвердить, что причиной фосфенов является черенковское излучение, возникающее в стекловидном теле глаза.

Авторам исследования удалось зафиксировать черенковское излучение с интенсивностью до 2500 фотонов в миллисекунды. То что это именно черенковское излучение, подтверждается его спектральными характеристиками. При этом черенковские фотоны рождались по всему объему глаза, от роговицы до сетчатки с пиком интенсивности примерно в 10 мм от поверхности глаза. 

Источники

Нейроновости. Вспышки в глазах: движение быстрее скорости света

http://neuronovosti.ru/vspyshki-v-glazah-dvizhenie-bystree-skorosti-sveta/

Experimentally Observed Cherenkov Light Generation in the Eye During Radiation Therapy https://www.redjournal.org/article/S0360-3016(19)33947-1/fulltext

Картинки

 А-С — зафиксированное черенковое излучение, D — доза при лучевой терапии. Фото из оригинальной статьи. 

Излучение Вавилова-Черенкова в охлаждающей жидкости


 

физиология человека

4. Все клетки организма человека в течении жизни регулярно заменяются новыми.

Ответ.

Нет 

Краткий ответ для презентации

Клетки различных тканей тела человека имеют различную продолжительность жизни. Например, клетки внутренней оболочки кишечника живут 5-7 дней, а клетки кожи 2-4 недели. Но большинство сократительных клеток сердечной мышцы и нейронов мозга формируются во время внутриутробного развития и на протяжении жизни только умирают. 

Пояснение

Клетки различных тканей тела человека имеют различную продолжительность жизни. 

Нейтрофильные гранулоциты (вид лейкоцитов) -  от 6 часов до 3-4 суток (к самым краткоживущим клеткам человека относятся и большинство других видов лейкоцитов)

Эпителий кишечника полностью обновляется за 5–7 дней, клетки кожи – за 2-4 недели, Эритроциты (красные кровяные тельца) - за 3-4 месяца. 

Сердечная мышца состоит из кардиомиоцитов (сократительных клеток) и клеток соединительной ткани. Кардиомиоциты делятся медленно и к 50 годам сменяется около 45% клеток (около 1% в год, причем с годами темпы деления снижаются). А клетки соединительной ткани сменяются за 5-6 лет. Поэтому при инфарктах погибшие кардиомиоциты заменяются быстро делящимися клетками соединительной ткани и образуются рубцы. Кардиомиоциты не успевают восполнить потери.

Нейроны в головном мозге рождаются еще медленнее. По оценке ученых у здорового человека в гиппокампе (а именно в нем наиболее активно рождаются нейроны) в сутки рождается около 700 нейронов. То есть за всю жизнь, если нейрогенез не замедляется, а это может случиться, например, при болезни Альцгеймера, в гиппокампе взрослого человека рождается примерно 20 миллионов нейронов. Поскольку в мозге около 90 миллиардов нейронов, новых нейронов очень мало - доли процента.

Источники 

Сердце умирает наполовину молодым

https://www.gazeta.ru/science/2009/04/04_a_2969983.shtml?updated 

Evidence for Cardiomyocyte Renewal in Humans

https://science.sciencemag.org/content/324/5923/98

Они восстанавливаются. Как нейробиологи-«революционеры» опровергали догму, гласившую, что нервные клетки не восстанавливаются

https://tass.ru/sci/6820945

Стимулирование нейрорегенерации в гиппокампе при болезни Альцгеймера

https://www.rfbr.ru/rffi/ru/project_search/o_1891455

Картинки

 

Нейтрофильные гранулоциты живут не более 3-4 суток.

 

Нервная клетка мозжечка цыпленка, рисунок великого нейробиолога Сантьяго Рамона-и-Кахаль (1905) 



 

астрономия

5. Полярные сияния бывают и на других планетах Солнечной системы 

Ответ

Да. 

Краткий ответ для презентации

Полярные сияния возникают в верхних слоях атмосферы планеты при их взаимодействии с заряженными частицами солнечного ветра в районах близких магнитным полюсам. Магнитосферы есть у многих планет Солнечной системы. Сегодня удалось получить изображения полярных сияний на Марсе, Юпитере и Сатурне.

Пояснения

Полярные сияния возникают в верхних слоях атмосферы планеты при их взаимодействии с заряженными частицами солнечного ветра. Полярные сияния обычно возникают в высоких широтах - в районе северного и южного магнитных полюсов. 

Магнитосфера защищает Землю от потока заряженных частиц. Однако в ее хвосте, на больших расстояниях от Земли напряженность геомагнитного поля, а следовательно, и его защитные свойства, ослабляются, и частицы солнечной плазмы проникают сквозь  магнитосферу. Что и вызывает полярные сияния.

Планеты-гиганты - Сатурн и Юпитер обладают мощными магнитосферами. И там есть полярные сияния. Есть они и на Марсе. 

Полярные сияния зарегистрированы даже на коричневых карликах за пределами Солнечной системы.

Атмосфера планет, не имеющих сильного магнитного поля, тоже может светиться под воздействием солнечного ветра. Правда, в этом случае сияние не будет “полярным”. Например, на Венере из-за взаимодействия частиц солнечного ветра с частицами атмосферы может светиться весь планетарный диск. 

Источники

Полярное сияние на Юпитере.

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2001P&SS...49.1159P/abstract

Полярные сияния на коричневом карлике за пределами Солнечной системы

https://www.space.com/30087-alien-auroras-found-beyond-solar-system.html

Картинки

Полярное сияние на Юпитере, снимок телескопа «Хаббл» в ультрафиолете.

Художественная реконструкция полярного сияния на коричневом карлике LSR J1835+3259. 18.5 световых лет от Земли. 


 

медицина

6. Причиной сахарного диабета является употребление сахара

Ответ:

Нет. 

Краткий ответ для презентации

Возникновение сахарного диабета не связано напрямую с употреблением сахара. Эта болезнь вызвана нарушениями синтеза (диабет 1-го типа) или усвоения (диабет 2-го типа) гормона инсулина. Он отвечает за использование глюкозы клетками организма. При диабете моча больного из-за обилия глюкозы становится сладкой.

Пояснение

Возникновение сахарного диабета не связано напрямую с употреблением сахара. Эта болезнь вызвана нарушениями синтеза (диабет 1-го типа) или усвоения (диабет 2-го типа) гормона инсулина. Инсулин играет важнейшую роль во всех тканях организма, в частности, он отвечает за использование глюкозы клетками организма 

Диабет 1-го типа не связан с употреблением сладкого. Он развивается, когда нарушается работа поджелудочной железы, и она больше не вырабатывает инсулин. В случае с диабетом 2-го типа сахар тоже не является причиной заболевания. Обильное употребление сладкой пищи может привести к  избыточному весу, а вот избыточный вес - это уже риск заболеть диабетом 2 типа. Но избыточный вес можно набрать и ограничив употребление сахара. “Сахарным” диабет называют, потому что моча больных диабетом становится сладкой. Это происходит потому, что в моче определяется повышенное содержание глюкозы.

https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/type-1-diabetes/symptoms-causes/syc-20353011

https://www.diabetes.org.uk/Guide-to-diabetes/Enjoy-food/Eating-with-diabetes/Diabetes-food-myths/Myth-sugar-causes-diabetes

https://cyberleninka.ru/article/n/saharnyy-diabet-2-tipa-vremya-izmenit-kontseptsiyu/viewer

 

Инсулин


 

медицина

7. Биотехнологии позволяют изменить наследственность человека

Ответ:

Да.

Краткий ответ для презентации

Наследственность человека определяется ДНК матери, ДНК отца и небольшим количество мутаций. Этот генетический материал человек получает от родителей и передает потомкам. Но биотехнология CRISPR/Cas позволяет изменить ДНК эмбриональных клеток, и таким образом внести искусственные изменения в наследственность. 

Пояснение.

Наследственность человека определяется ДНК матери, ДНК отца и небольшим количество мутаций. Этот генетический материал человек получает от родителей и передает потомкам. Но биотехнология CRISPR/Cas позволяет изменить ДНК эмбриональных клеток, и таким образом внести искусственные изменения в наследственность. 

На сегодня широко известен только один опыт по искусственному изменению наследственности человека: его поставил китайский генетик Хэ Цзянкуй. С помощью технологии CRISPR/Cas9 он внес изменения в ДНК эмбриона. Из развившегося эмбриона родились девочки-близнецы Лулу и Нана. Целью, которую преследовал Хэ, была защита девочек от ВИЧ. Изменения должны были гарантировать полную невозможность инфицирования. 

Судя по опубликованным в конце 2019 года материалам, Хэ действительно внес мутации в ДНК девочек (то есть искусственно изменил их наследственность), но цели своей не добился. Чего он добился и каковы последствия такого вмешательства в эмбрион до сих пор неизвестно, поскольку китайские власти на допускают к девочкам международных экспертов и никаких результатов не публикуют.

Опыт вызвал сильную международную реакцию не только среди ученых, которые осудили работу Хэ, но и у китайских властей, которые приговорили Хэ и его сотрудников к тюремному заключению.   

Главной причиной осуждения Хэ является ненадежность метода CRISPR/Cas: на сегодня невозможно гарантировать, что при использовании такого редактирования генома будут внесены только нужные изменения и не произойдет никаких нарушений ДНК. На сегодня редактирование генома человека законодательно запрещено в большинстве стран мира. Но принципиальная возможность существует: изменить наследственность биотехнологии позволяют. 


Источники

China’s CRISPR babies: Read exclusive excerpts from the unseen original research

https://www.technologyreview.com/s/614764/chinas-crispr-babies-read-exclusive-excerpts-he-jiankui-paper/

Хэ Цзянькуй получил три года тюрьмы за генетическое редактирование детей

https://nplus1.ru/news/2019/12/30/He-finish

«Дизайнерские дети»: как ученый из Китая открыл ящик Пандоры, отредактировав ДНК двух младенцев, — и пропал без вести

https://esquire.ru/articles/105582-dizaynerskie-deti-kak-uchenyy-iz-kitaya-otkryl-yashchik-pandory-otredaktirovav-dnk-dvuh-mladencev-i-propal-bez-vesti/

МУТАЦИИ КИТАЙСКИХ ГМО-БЛИЗНЯШЕК: О ЧЕМ МОЛЧАЛИ УЧЕНЫЕ?

https://laba.media/materials/neozhidannye-mutatsii-kitaiskikh-gmo-blizniashek-o-chem-molchali-uchenye

Картинка

https://laba.media/uploads/cache/original/uploads/content/138765fbaf301f0ca9583ecc16bf375d51991c72.png

Наша картинка из вот этого материала

https://laba.media/materials/genno-modifitsirovannye-deti-khorosho-ili-plokho



 

физиология человека

8. Во сне дети быстрее растут

Ответ:

Да

Краткий ответ для презентации

Во время сна выделяется примерно 80% суточной продукции гормона роста -  соматотропина. При этом самые важные - первые часы. Именно на них приходится пик выработки гормона роста. Наибольшая концентрация соматотропина в плазме крови — на 4-6 месяце внутриутробного развития. А в старости она минимальна.

Пояснение:

Михаил Полуэктов: “Большая часть суточной продукции гормона роста (около 80%) выделяется именно в состоянии глубокого сна. Расхожее утверждение, что «дети растут во сне» — это не красивая метафора, которая означает, что мы не видим, как они растут, а доказанный научный факт.”. (“Загадки сна”, Альпина-нон-фикшн”, 2019, стр. 23-24).

Гормон роста - соматотропин, вырабатывается передней долей гипофиза. Один из главных пиков суточной выработки гормона роста - через 1-2 часа после засыпания. 

Наибольшая концентрация соматотропина в плазме крови — на 4-6 месяце внутриутробного развития. Она примерно в 100 раз выше, чем у взрослого человека. Затем секреция постепенно понижается с возрастом. Она минимальна у пожилых людей.

Картинка

Somatotropine - структурная формула гормона роста

 

медицина

9. Пальмовое масло вредно

Ответ:

Нет

Краткий ответ для презентации

Полезных полиненасыщенных кислот в пальмовом масле больше, чем в масле какао и сливочном масле. Пальмовое масло не более вредно, чем, например, оливковое. Просто и пальмовое масло тоже надо есть в меру.

Пояснение 

Алла Кочеткова, координатор секции 06 Экспертного совета РНФ по Президентской программе исследовательских проектов

По содержанию насыщенных жирных кислот пальмовое масло находится на

границе между растительными маслами и животными жирами, что позволяет

использовать его в производстве пищевых продуктов без проведения процедуры

гидрирования, применяемой для преобразования жидкой консистенции масла в

полутвердую или твердую (получение традиционных маргаринов) и сопровождающейся образованием транс-изомеров жирных кислот, вредное действие которых на здоровье доказано и подтверждено на уровне Всемирной организации здравоохранения. Пальмовое масло таким образом куда менее вредно, чем маргарин.

Пальмовое масло содержит ненасыщенные жирные кислоты, причем в большем

количестве, чем сливочное масло. Основная ненасыщенная жирная кислота пальмового масла – олеиновая; по ее содержанию пальмовое масло примерно соответствует оливковому.

Достоинства состава и свойств пальмового масла, определяющие его применение в

технологиях пищевых продуктов - отсутствие необходимости дополнительного

отверждения, устойчивость к окислению, присутствие в его составе природных

антиоксидантов – токоферолов и антагонистов холестерина – фитостеринов; недостатки – низкое содержание (по сравнению со сливочным маслом) короткоцепочечных жирных кислот и высокая энергетическая ценность (калорийность), характерная для всех жиров и масел.

Сравнивая вред и пользу пальмового масла с однотипными продуктами, можно

считать, что они примерно одинаковы для растительного пальмового и животного

сливочного масла, жирных сливок, кремов и других продуктов, содержащих относительно высокое количество насыщенных жирных кислот. Однако отсутствие в составе жиров и масел насыщенных жирных кислот не позволяет использовать их в кулинарии, производстве хлеба, кондитерских изделий и других пищевых продуктов, для которых требуются жиры и масла полутвердой и твердой консистенции.

Таким образом, риски для здоровья человека связаны не с типом масла или жира,

потребляемого в пищу, а с общим потреблением жиров, в особенности, потреблением

жиров, содержащих насыщенные и транс-изомерные жирные кислоты. Их польза или вред определяются, прежде всего, количеством потребления.

Источник

https://www.nkj.ru/archive/articles/26141/

Картинка

Африканская масличная пальма. 


 

зоология

10. Любые кошки могут вызвать аллергию

Ответ:

Да. 

Краткий ответ для презентации

Кожные железы всех пород кошек выделяют белок Felis domesticus allergen 1, который является источником аллергии. Раздражители содержатся не только на кожном покрове, перхоти и шерсти, но и в моче, кале и слюне питомцев.

Пояснение

Кожные железы всех пород кошек продуцируют специфический белок  (гликопротеин Felis domesticus allergen 1 или сокращенно Fel d 1.), который и является источником аллергии (аллергеном). Раздражители содержатся не только на кожном покрове, перхоти и шерсти, но и в моче, кале и слюне питомцев.

Поэтому надежда на то, что, например, бесшерстная кошка не вызовет аллергии, увы, беспочвенна.

https://acaai.org/allergies/types/pet-allergy

Картинка

Бесшерстная кошка породы Сфинкс. Все равно вызывает аллергию.



 

“Academia”

Ученые задают вопросы участникам “Открытой лабораторной”.

Правильный ответ только один.

 

астрономия

1. Сергей Попов, астрофизик. Доктор физико-математических наук, профессор РАН.

Наблюдая небесные явления с Земли, мы получаем излучение в различных диапазонах. Но не всякое излучение проходит сквозь атмосферу. С поверхности Земли невозможно проводить наблюдения, связанные с: 

A. Радиоизлучением 

B. Оптическим излучением 

С. Рентгеновским излучением

D. Гамма-излучением 

Ответ: С. Рентгеновским излучением

 

Краткий ответ для презентации

И оптическое излучение, и радиоизлучение мы может зарегистрировать на Земле. А рентгеновские лучи не проходят сквозь атмосферу. Гамма-излучение тоже не проходит сквозь атмосферу, но мы можем регистрировать вспышки видимого света, которые возникают при взаимодействии гамма-лучей с атмосферой. 

 

Пояснение

И оптическое излучение, и радиоизлучение мы может зарегистрировать на Земле. А рентгеновские лучи не проходят сквозь атмосферу. Гамма-излучение тоже не проходит сквозь атмосферу, но мы можем регистрировать вспышки видимого света, которые возникают при взаимодействии гамма-лучей с атмосферой. 

Излучение оптического диапазона (780—380 нанометров - нанометр - одна миллиардная метра) нормально проходит сквозь атмосферу. Так мы наблюдаем небесные явления много тысяч лет. В XX веке к оптическим телескопам добавились радиотелескопы, регистрирующие излучение в диапазоне длины волны от миллиметров до метров.  

Более короткие волны - рентгеновские волны (10 нанометров - 5 пикометров - пикометр - одна тысячемиллиардная метра) не проходят сквозь атмосферу. И потому рентгеновские телескопы на Земле не используют. Зато такие телескопы устанавливают на спутниках. 

Несмотря на то, что гамма-излучение (менее 5 пикометров) еще короче, чем рентгеновское и тоже не проходит сквозь атмосферу, гамма-телескопы строят на Земле. Гамма-излучение можно увидеть непосредственно - со спутника, а можно наблюдать с Земли: наземные гамма-телескопы фиксируют вспышки видимого света (черенковское излучение), образующиеся при взаимодействии гамма-лучей с атмосферой Земли.

 

https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_telescope

 

Картинка

Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope - гамма-телескоп из системы из двух наземных черенковских телескопов, принадлежащих обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма, Канарские острова.

https://en.wikipedia.org/wiki/MAGIC_(telescope)



 

генетика

2. Елена Клещенко, биолог, писатель. Финалист премии “Просветитель”-2019 за книгу “ДНК и ее человек. Краткая история ДНК-идентификации”.

В декабре 2002 года Лидия - 26-летняя американка, беременная третьим ребенком прошла генетическое тестирование. Оказалось, что она, если верить ДНК-анализу, не мать собственных детей, хотя и она сама, и врачи принимавшие роды, утверждали, что прекрасно помнят, как она рожала. Что же случилось? 

 

A.  При тестировании ДНК была сделана ошибка

B.  Был перепутан генетический материал

C.  Все солгали - и женщина, и врачи

D.  У женщины разные ткани имели разные ДНК

 

Ответ: D.  У женщины разные ткани имели разные ДНК

 

Краткий ответ для презентации

Женщина оказалась химерой - так биологи называют организмы, состоящие из клеток с разными ДНК. Такие случаи известны, хотя и случаются очень редко.

 

Пояснение.

“Американка оказалась химерой - так биологи называют организмы,  состоящие из клеток двух разных типов. Судя по всему, когда мать Лидии была беременна ею, она носила не одну девочку, а двух дизиготных (неидентичных) близнецов. Второй эмбрион погиб, однако некоторые его клетки попали в зародыш-Лидию, или же на ранних стадиях два зародыша слились, и в дальнейшем одноплодная беременность развивалась нормально. В результате клетки крови Лидии имели один генотип, а клетки репродуктивной системы — другой. Можно сказать с некоторой натяжкой, что Лидия выносила детей как суррогатная мать, а биологической матерью была ее нерожденная сестра”.

Елена Клещенко “ДНК и ее человек. Краткая история ДНК-идентификации”. (М., 2019)

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Lydia_Fairchild

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/nejmoa013452

https://nplus1.ru/news/2019/12/12/bone-marrow-to-semen

 

Картинка

Лидия Файрчайлд (Lydia Fairchild) и ее родные дети с ДНК ее нерожденной сестры. 

https://alchetron.com/Lydia-Fairchild



 

геофизика

3. Александр Костинский, геофизик. Кандидат физико-математических наук, заместитель директора МИЭМ НИУ ВШЭ.

Какая максимальная температура за бортом Международной космической станции?

 

A.  Как и в межзвездной среде (-270°С)

B.  Температура кипения азота (-190°С)

С.  Температура таяния воды (0°С)

D.  Выше температуры плавления стали (1600°С)  

 

Ответ: D.  Выше температуры плавления стали (1600°С)  

 

Краткий ответ для презентации

Высота МКС около 400 км над Землей. Станция движется не в глубоком космосе, а в термосфере. А здесь бывает очень жарко. Температура в термосфере колеблется от -70°С до 1700°С

 

Пояснение.

В межзвездном пространстве температура опускается почти до абсолютного нуля - до -270°С. Но высота орбиты МКС - 337-430 км. Станция движется в слое атмосферы, который называют - термосфера. Термосфера начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км. Здесь бывает очень жарко. В зависимости от солнечной активности температура в термосфере колеблется от -70°С до 1700°С. Сразу возникает вопрос: как же выживают космонавты в открытом космосе и не расплавляются их скафандры? Для того, чтобы скафандры расплавились к ним нужно подвести большое количество тепла. А вот поток тепла, несмотря на очень высокую температуру, на высоте 400 км чрезвычайно низок, так как плотность газа на этих высотах в 100 миллиардов раз ниже, чем у поверхности Земли. 

 

Комментарий эксперта РНФ А. Клименко

Можно задаться и таким вопросом: а как выдерживает такую температуру обшивка станции? Почему космонавты при такой огромной температуре не сварились?

Здесь следует сказать не о потоке тепла, а об интенсивности теплоотдачи на поверхности станции. Теплоотдача действительно очень мала, поскольку мы имеем дело с весьма разреженной средой. Поэтому даже при огромном перепаде температур между окружающей средой и поверхностью станции тепловой поток оказывается ничтожным.


 

Картинка

МКС. Космонавты в открытом космосе

https://ukrainianwall.com/society/14886-vpervye-v-istorii-zhenskiy-ekipazh-mks-vyshel-v-otkrytyy-kosmos-foto

 

геофизика

4. Александр Костинский, геофизик. Кандидат физико-математических наук, заместитель директора МИЭМ НИУ ВШЭ.

В атмосфере Земли происходят удивительно красивые явления - разряды атмосферного электричества. Геофизики присвоили этим явлениям названия сказочных и фантастических персонажей. Кого геофизики еще не разместили на небе?

 

A. Хоббитов

B.  Гномов

C. Эльфов

D. Фей (Спрайты)

 

Ответ: A. Хоббитов

 

Краткий ответ для презентации

Пока не нашлось места только хоббитам. И гномы, и эльфы, и феи (спрайты) - это названия разных типов разрядов атмосферного электричества.

 

Пояснение.

Пока не нашлось места только хоббитам. И гномы, и эльфы, и феи (спрайты) - это названия разных типов разрядов атмосферного электричества.

Гномы - разновидность голубых джетов или просто джетов. Джеты представляют собой трубки или конусы синего цвета, развивающиеся от верхнего края грозового облака. В особый класс выделены гигантские джеты. Высота гигантских джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), продолжительность джетов больше, чем у эльфов. У гномов - высота не превышает 20 км. Необходимо отметить что сам термин еще не устоялся, но он используется.

Эльфы представляют собой огромные, но слабосветящиеся расширяющиеся  торроиды диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс)

Феи (хотя их правильно называть именно спрайты) появляются во время сильных разрядов молнии на высоте примерно от 50 до 90 километров (высота образования «обычных» молний — не более 16-18  километров) и достигают в высоту 40 км и 10-20 км в диаметре. Спрайты появляются через десятые доли секунды после удара очень сильной молнии и длятся несколько миллисекунд. Чаще всего спрайты распространяются одновременно вверх и вниз, но при этом распространение вниз заметно больше и быстрее.

 

Костинский. Молниеносная жизнь эльфов и гномов

http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/6809/


 

Картинка

Elf (эльф), Sprite (фея), Blue jet (к ним относятся и гномы).  

 

Еще одна картинка - здесь уже выделены гномы отдельно. А есть еще и тролли.


 

генетика 

5. Михаил Гельфанд, биоинформатик. Доктор биологических наук, заместитель директора Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН, профессор Сколтеха и Высшей школы экономики.

Участки ДНК, кодирующие белки и РНК, называют генами. Чего больше у человека генов или белков?

 

А. Генов ровно столько, сколько и белков 

B. Генов больше, чем белков

C. Белков больше, чем генов

D. Мы пока не знаем ответа 

 

Ответ: D. Мы пока не знаем ответа 

 

Краткий ответ для презентации

Есть гены, которые кодируют РНК и она транслируется в несколько белков. А есть гены, кодирующие РНК, которые не транслируются в белки. И чего больше - генов или белков, нам еще предстоит разобраться.

 

Пояснение

Можно было бы предположить, что раз каждый белок кодируется определенным геном количество и тех и других равно. Но это не так. Есть гены, кодирующие РНК, которые не транслируются в белки. Таких РНК, не кодирующих белки, много и они разные. Есть совсем короткие (microRNA), а есть и длинные - lincRNA (long non-coding) они могут быть длиной во многие тысячи нуклеотидов. Многие из них играют важную роль в экспрессии генов. Так значит, генов больше, чем белков? Ответить на вопрос однозначно тоже нельзя. Один и тот же ген может кодировать два или даже больше белков за счет процесса, который называется альтернативным сплайсингом. Пока неясно, превышает или нет вклад альтернативного сплайсинга в кодирование разных белков вклад генов, кодирующих только РНК.

 

Картинка

Процесс трансляции белка. Большая зеленая рибосома - важнейшая немембранная органелла всех живых клеток, пропускает через себя матричную РНК (mRNA) и считывает с нее информацию, необходимую для сборки белка. Специальные транспортные РНК (tRNA) подносят рибосоме аминокислоты (amino acids), и рибосома по тем триплетам, которые считывает с mRNA монтирует из аминокислот новый белок (newly born protein). 

https://en.wikipedia.org/wiki/Translation_(biology)


 

генетика

6. Михаил Гельфанд, биоинформатик. Доктор биологических наук, заместитель директора Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН, профессор Сколтеха и Высшей школы экономики.

У разных организмов количество генов, кодирующих белки, разное. У кишечной палочки (E.coli) около 4 тысяч генов. А вот сколько у человека?

 

A. Как у медоносной пчелы – около 10 тысяч

B. Как у червя нематоды – около 20 тысяч

C. Как у рачка дафнии     - около 30 тысяч

D. Как у посевного риса - около 40 тысяч

 

Ответ: B. Как у червя нематоды – около 20 тысяч

 

Краткий ответ для презентации

У человека (Homo sapiens) и у червя нематоды (Caenorhabditis elegans) около 20 тысяч генов, кодирующих белки.

 

Пояснения.

Секвенируя геномы самых разных организмов, мы видим, что сложность организма слабо зависит и от количества нуклеотидов в геноме, и от количества генов.

Так генов, кодирующих белки: у медоносной пчелы (Apis mellifera) - 10 тысяч генов, у рачка дафнии (Daphnia pulex) - 30 тысяч, у посевного риса (Oryza sativa Japonica) - 40 тысяч. А у человека (Homo sapiens) и у червя нематоды (Caenorhabditis elegans) - 20 тысяч.

 

Картинка

У этого скромного растения Oryza sativa Japonica генов, кодирующих белки, примерно в два раза больше, чем у человека.

https://en.wikipedia.org/wiki/Japonica_rice


 

Дополнительная информация по вопросу

Человек (Homo sapiens) 20 376 genes (Ensembl)

https://biomolecula.ru/articles/skolko-u-nas-genov

https://www.nature.com/articles/d41586-018-05462-w

 

Кишечная палочка (E.coli) 4288 genes

https://en.wikipedia.org/wiki/Escherichia_coli#Genomics

 

Нематода (Caenorhabditis elegans) 20 470 genes

https://en.wikipedia.org/wiki/Caenorhabditis_elegans

 

Пчела (Apis mellifera) near 10 000 genes 

https://en.wikipedia.org/wiki/Honey_Bee_Genome_Sequencing_Consortium

 

Дафния (Daphnia pulex) 30 907 genes

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=The%20ecoresponsive%20genome%20of%20Daphnia%20pulex

 

Рис  (Oryza sativa Japonica) 37 960 genes

http://plants.ensembl.org/Oryza_sativa/Info/Annotation/#assembly

У него 37 960 генов кодируют белки.


 

медицина

7. Мария Кондратова, биолог. Кандидат биологических наук, институт Кюри, Париж. Автор книги “Кривое зеркало жизни. Главные мифы о раке, и что современная наука думает о них” (2019).

 

Среди множества факторов действительно влияющих на появление рака  есть и такие, которым пагубное воздействие приписывается без каких бы то ни было научных оснований. Какой из перечисленных ниже факторов с точки зрения современной науки не оказывает влияние на риск появления рака?

 

A. Солнечные ожоги ("обгорание" на солнце)

B. Раком можно заразиться от больного человека

C. Возраст

D. Курение


 

Ответ: B. Раком можно заразиться от больного человека

 

Краткий ответ для презентации

И солнечные ожоги, и курение, и особенно возраст действительно связаны с риском онкологических заболеваний. Но заразиться раком практически нельзя. 

 

Пояснения

Солнечные ожоги, и курение, и особенно возраст действительно связаны с риском онкологических заболеваний. Но заразиться раком практически нельзя. 

Интенсивный загар (результатом которого может стать “обгорание” или солнечный ожог), то есть воздействие ультрафиолетового излучения солнца на кожу может привести к “поломкам” в ДНК клеток и в конечном счете спровоцировать онкологическое заболевание. 

Курение влияет на развитие рака легких. Механизмы довольно разнообразны, но главным является воздействие на легкие горячего дыма, содержащего многие канцерогенные вещества. 

Возраст - одна из главных причин развития раковых заболеваний. Старение организма и старение клеток приводит к тому, что при неоднократном делении клеток накапливаются мутации, происходят сбои в метаболизме клеток, и это все приводит к тому, что после 50-60 лет человек попадает в зону риска и развитие рака у него становится вполне вероятным.

А вот “заразиться раком” от больного человека практически нельзя. Можно подхватить инфекцию (например, вирус папилломы человека), повышающую риск ракового перерождения (при ВПЧ - это чаще всего рак шейки матки). При этом даже в самом неудачном случае между моментом заражения и развитием опухоли пройдет по меньшей мере несколько лет и к моменту появления симптомов онкологического заболевания от вирусной инфекции, которая его вызвала, скорее всего, не останется и следа. 

 

Из этого правила есть единичные исключения.

Заражения раком от больного человека описали исследователи лондонского Института исследований рака (Institute of Cancer Research) - это внутриутробное заражение ребенка от больной матери. Но это случается исключительно редко (известно 17 случаев, когда ребенок, рожденный от больной матери, заболевал тем же типом рака).

https://www.bbc.com/russian/science/2009/10/091013_cancer_discovery

Заразиться можно также при трансплантации больного органа 

https://en.wikipedia.org/wiki/Clonally_transmissible_cancer

Но это тоже крайне редкие случаи.




 

Солнечный ожог может привести не только к шелушению кожи… Берегите себя.


 

география

8. Юлия Кузнецова, географ. Кандидат географических наук, сотрудник МГУ им. М.В. Ломоносова.  

Мы наблюдаем много фактов, которые подтверждают глобальное потепление, но есть и много мифов. Какое из явлений, которые часто связывают с потеплением, вообще не имеет места? 

 

А. Окисление мирового океана

В. Подъем мирового океана

C. Сокращение ледовых покровов 

D. Сокращение площади лесов

 

Ответ: D. Сокращение площади лесов

 

Краткий ответ для презентации

Площадь лесов не сокращается, а растет. Согласно спутниковым данным за 35 лет 1982 – 2016 площадь лесов увеличилась на 2,24 млн. км2 (+ 7,1% относительно уровня 1982 года).

 

Пояснения

Площадь лесов не сокращается, а растет. 

 

С начала промышленной революции кислотность поверхностных вод океана увеличилась примерно на 30%. Это связано с ростом выбросов СО2 и ростом температуры океана. Количество углекислого газа, поглощаемого верхним слоем океанов, увеличивается примерно на 2 миллиарда тонн в год.

 

За прошедшее столетие уровень мирового океана вырос примерно на 20 сантиметров. За последние 20 лет ежегодный рост подъем ускорился примерно вдвое. Может показаться, что это совсем немного. Но рост уровня океана приводит не только к затоплению низких берегов, но и к подъему уровня грунтовых вод и заболачиванию почв. В устье Меконга это уже привело к сокращению площади сельскохозяйственных земель, а для стран Юго-Восточной Азии это серьезное снижение урожайности зерновых культур.   

 

Масса ледового щита Гренландии сокращается. По данным NASA Гренландии потеряла с 1993 по 2016 годы около 286 миллиардов тонн льда. 

https://climate.nasa.gov/evidence/?fbclid=IwAR23Wnj7ZIRJjPslUsW3NYNfour6mmiUyaaflbZ56INxXBK7XDUesMOrY1s

 

А вот площадь лесов не сокращается, а растет. Согласно спутниковым данным за 35 лет 1982–2016 площадь лесов увеличилась на 2,24 млн. км2 (+ 7,1% относительно уровня 1982 года). Причем если тропические леса сокращаются, то леса в других климатических зонах - увеличиваются. 60% прироста связано с деятельностью человека и 40% с изменением климата. https://www.nature.com/articles/s41586-018-0411-9

Рост индекса листового покрытия

https://elementy.ru/novosti_nauki/432747/Rost_kontsentratsii_CO_2_v_atmosfere_sposobstvuet_uvelicheniyu_rastitelnogo_pokrova

 

Картинка

Изменения растительного покрова 1982-2016. Зеленым обозначены районы увеличение лесов, желтый и красный - увеличение кустарников и трав, синий - увеличение пустынь. 

Наибольший прирост лесного покрова - в восточной Европе и экваториальной Африке.

Источник картинки. Global land change from 1982 to 2016. Nature Published: 08 August 2018


 

палеонтология

9. Александр Марков, биолог. Доктор биологических наук, лауреат премии “Просветитель”. 

Жизнь зародилась на Земле не позднее 3,8 млрд лет назад. Предположим, что 900-800 млн лет назад тектоническая и вулканическая активность на Земле навсегда прекратились. Какие наиболее вероятные последствия имело бы это для эволюции земной жизни?

 

A. Жизнь погибла бы 700-600 миллионов лет назад из-за вымораживания планеты

B.  Жизнь погибла бы 700-600 миллионов лет назад из-за перегрева планеты

C  Эволюция жизни не претерпела бы серьезных изменений,

D. Жизнь развивалась бы в море, но сложные организмы не вышли бы на сушу

 

Ответ: A. Жизнь погибла бы 700-600 миллионов лет назад из-за вымораживания планеты

 

Краткий ответ для презентации

Согласно достаточно хорошо подтвержденной гипотезе около 650 миллионов лет назад Земля целиком покрылась льдом. Жизнь спасли вулканы. В течение миллионов лет они выбрасывали в атмосферу СО2, усиливая парниковый эффект. Благодаря этому  глобальная температура поднялась, и Земля оттаяла.

 

Пояснения

Согласно достаточно хорошо подтвержденной гипотезе около 650 миллионов лет назад Земля целиком покрылась льдом. Жизнь спасли вулканы. В течение миллионов лет они выбрасывали в атмосферу СО2, усиливая парниковый эффект. Благодаря этому  глобальная температура поднялась, и Земля оттаяла.

 

Гипотеза о полностью замерзшей Земле во время Криогения (720 - 635 млн. лет назад) называется “Земля-снежок” (SnowballEarth) и на сегодня имеет достаточно сильные подтверждения. В частности, это ледниковые осадочные породы, найденные в низких широтах и палеомагнитные данные, которые позволяют оценить на какой широте находились породы в период их формирования. Согласно этим данным ледниковые осадочные породы находились в тропиках. 

Когда Земля начала замерзать, что могло быть вызвано многими причинами (в том числе колебанием земной оси или бурным развитием фитопланктона, который вывел слишком много CO2 из атмосферы), ледники опустились в низкие широты. Процесс уже не мог остановиться, поскольку лед отражал солнечное излучение, и Земля не получала достаточного количества тепла. 

Земля замерзла целиком или почти целиком. Температура на экваторе была примерно такая, как сегодня в Антарктиде. 

Такое состояние климата на Земле является устойчивым с точки зрения энергетического баланса, то есть в таком состоянии Земля могла находиться настолько долго, что любая форма жизни погибла бы. 

 

Но жизнь спасли вулканы. За миллионы лет доля СО2, который они выбрасывали в атмосферу, достигла 13% (это примерно в 300 раз больше, чем сегодня). А основные процессы, выводящие СО2 из атмосферы (фотосинтез, химическое выветривание) резко замедлились из-за оледенения. Парниковый эффект настолько разогрел Землю, что в районе экватора оттаял океан, началось испарение воды, которое еще сильнее повлияло на парниковый эффект. Началось повсеместное таяние ледников, темная почва стала поглощать тепло... А 540 млн назад произошел Кембрийский взрыв, во время которого на Земле появились практически все существующие сегодня типы многоклеточных животных. 

 

Насколько реалистично предположение о полной остановке вулканической активности? Она действительно может прекратиться. Например, на Марсе вулканы прекратили извергаться по крайней мере 500 миллионов лет назад, а, возможно, и намного раньше.

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Snowball_Earth

 

Картинка

Возможно, именно так выглядела вся Земля 650 миллионов лет назад



 

астрономия

10. Юрий Ковалев, астрофизик. Доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН.

Международный проект “Радиоастрон” представлял собой радиотелескоп (радиоинтерферометр), один телескоп располагался на российском спутнике “Спектр-Р”, а другие - во многих странах мира. На каком максимальном расстоянии от Земли находился спутник?

 

A. 500 км (на орбите телескопа Hubble)

B. 30 тысяч км (на орбите геостационарных спутников Земли)

С. 360 тысяч км (на расстоянии сравнимом с орбитой Луны) 

D. 1,5 млн км (на расстоянии точки Лагранжа L2 системы Земля - Солнце)

 

Ответ: С. 360 тысяч км (на расстоянии сравнимом с орбитой Луны) 

 

Краткий ответ для презентации

Орбита “Спектр-Р” была сильно вытянута и постоянно менялась в течение 8 лет работы телескопа: ее минимальное расстояние до Земли 400 км, а максимальное около 360 тыс км. Это лишь немного ближе, чем Луна (384 тыс. км)

 

Пояснения.

На спутнике «Спектр-Р» была развернута десятиметровая антенна, орбита спутника была сильно вытянута и она постоянно менялась в течение 8 лет работы телескопа: ее минимальное расстояние до Земли (перигей) составляло до 400 км, а максимальное (апогей) достигало расстояния около 360 тыс км - это лишь немного ближе, чем Луна (384 тыс. км). На Земле с космическим телескопом вместе работали до 60 радиотелескопов из России, Европы, США, Африки, Китая, Южной Кореи, Австралии, Японии. Проект позволил получить самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии — около 10 микросекунд дуги. С помощью “Радиоастрона” было проведено множество уникальных исследований очень далеких объектов - квазаров.

«Радиоастрон» - это самое большое (или самое длинное) устройство, созданное человечеством. Разные части устройства необходимо синхронизировать, а в «Радиоастроне» свет идет от спутника до телескопов уже более секунды.

Но точка Лагранжа L2 тоже не забыта астрономами. 

Точка L2 лежит на прямой, соединяющей два тела с массами M1 (Солнце) и M2 (Земля) (M1 > M2), и находится за телом с меньшей массой. В точке L2 гравитационные силы, действующие на тело, компенсируют действие центробежных сил во вращающейся системе отсчета.

Именно там – на орбите вокруг этой очень далекой от Земли точки – с 2019 года работает спутник «Спектр-РГ», там же находятся спутники Plank, Gala, WMAP. В 2021 году к ним должен присоединиться спутник James Webb, а позже – российский Миллиметрон.


 

Распределение телескопов по длине волны излучения, которое они принимают. Spektr-R (Спектр-Р) - космический радиотелескоп.

https://en.wikipedia.org/wiki/Spektr-R


 

11. Юрий Ковалев, астрофизик. Доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН.

Когда мы наблюдаем выбросы горячего газа в квазарах, то видим не реальную скорость выброса, а ее проекцию. Какова максимальная наблюдаемая скорость выбросов горячего газа?

 

A  Примерно первая космическая скорость (8 км/сек)

B  Примерно орбитальная скорость Земли (30 км/сек);

C  Примерно скорость света в вакууме (300 тыс км/сек)

D  Во много раз больше скорости света в вакууме (более 1,5 млн км/сек)

 

Ответ: D  Во много раз больше скорости света (более 1,5 млн км/сек)

 

Краткий ответ для презентации

Реальная скорость газа в выбросах квазаров составляет около 0,99 скорости света в вакууме. Но когда мы наблюдаем такие выбросы, измеряемая кажущаяся скорость может быть в 5 или даже в 10 раз больше. Это не означает нарушения постулата теории относительности. Просто двигающаяся плазма практически нагоняет испущенный ею самой свет. Вот нам и кажется... Но только для тех квазаров, выбросы газа которых «летят почти нам в глаз».

 

Пояснения.

Если выброс направлен к наблюдателю под углом 1-5 градусов при реальной скорости выброса 0,99 c (скорость света в вакууме)  видимая скорость - проекция на линию, перпендикулярную линии взгляда - может быть в 5-10 раз выше скорости света. Здесь https://en.wikipedia.org/wiki/Superluminal_motion приведен расчет, показывающий каким образом возникает это неожиданный эффект. 

 

На рисунке: О - положение наблюдателя, А - положение квазара. OA - линия взгляда, АВ - направление выброса. Скорость вдоль CB (видимая скорость выброса) может превышать скорость света в вакууме, если V (реальная скорость выброса) близка к С (скорость света в вакууме) и угол θ между линией взгляда и направлением выброса достаточно мал. 

Впервые движение со скоростью превышающей скорость света в вакууме наблюдал голландский астроном Якобус Корнелиус Каптейн. В 1902 году Каптейн опубликовал результаты измерений скорости выброса звезды GK Персея, вспыхнувшей в 1901 году. Но он еще не знал, что скорость света в вакууме - это максимально возможная скорость. Не знали этого и читатели его статьи (работа Эйнштейна по СТО вышла через 3 года - в 1905). Публикация Калтейна не привлекла внимания ученых. 

Первое описание эффекта видимого сверхсветового движения принадлежит британскому космологу Мартину Рису, который обосновал этот эффект в 1966 году. Уже 1969 году объекты с наблюдаемой сверхсветовой скоростью – квазары – были найдены.

Rees, M. J. (1966). "Appearance of Relativistically Expanding Radio Sources". Nature. 211 (5048): 468–470. doi:10.1038/211468a0

Сверхсветовое движение. Разбор Юрия Ковалева

Картинка 1

Картинка 2

Картинка 3


 

Картинка для слайда

https://en.wikipedia.org/wiki/Superluminal_motion


 

Наука как метафора

Вопросы проекта “Всенаука”https://vsenauka.ru/ 

Цель программы «Всенаука» — создать систему ориентиров в бушующем море научно-популярной и образовательной информации 

 

Некоторые фундаментальные понятия гораздо проще понять с помощью метафор. Этим способом объяснения пользовались многие известные ученые. Попробуйте по метафоре догадаться о каком понятии или теории идет речь

 

1. «Представим себе, что это поваренная книга…», — пишет биолог Мэтт Ридли в своей книге. В ней он рассказывает о “главах”, “рецептах”, “абзацах”, “словах”, “буквах” и даже “рекламных баннерах”. Так о чем эта книга? 

 

A. О жидких кристаллах 

B. О геноме человека

C. О стандартной модели физики

D. Об управлении базами данных

 

Ответ: B. О геноме человека

 

Краткий ответ для презентации

Геном - поваренная книга, 23 главы - хромосомы, гены - рецепты… А буквы - это нуклеотиды. Метафора “нуклеотидов-букв” очень часто встречается в научно-популярной литературе.

 

Пояснение.

Книга Мэтта Ридли называется “Геном”, так что если бы мы привели ее название ответ сразу был бы ясен. 

Ридли пишет: “Представим себе, что геном – это поваренная книга.

Книга состоит из 23 глав, называемых хромосомами.

Каждая глава содержит тысячи «рецептов» белков, называемых генами.

Текст каждого рецепта состоит из «абзацев», называемых экзонами, которые прерываются не относящимися к рецепту «рекламными баннерами» – интронами.

Текст «рецептов» написан «словами» – кодонами.

Каждое «слово» состоит из «букв» – нуклеотидов”

Всем метафорам нашлось объяснение. Ридли пишет “Представление генома в виде книги – не простая метафора. Между ними много общего. Книга – это информация, записанная строкой дискретных знаков с заданным направлением чтения. Информация кодируется с помощью комбинаций ограниченного числа символов (алфавита), в результате чего образуется огромное число слов (лексикон). В геноме все происходит точно так же.”

 

Мэтт Ридли Геном. Автобиография вида в 23 главах. М., Эксмо, 2015

https://www.litres.ru/mett-ridli/genom-avtobiografiya-vida-v-23-glavah-11634038/chitat-onlayn

 

Картинка

Хромосомы человека. 23 “главы” книги ДНК.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Хромосома


 

2. Демона Максвелла придумал в 1867 году британский физик Джеймс Максвелл. Этот демон играет роль вахтера в емкости с газом: он позволяет пролетать из левой части сосуда в правую только быстрым молекулам, а из правой части сосуда в левую - только медленным. “Опровержение” какого физического закона олицетворяет этот мысленный эксперимент?

 

А. Третьего закона Ньютона

B. Принципа неопределенности

C. Второго начала термодинамики

D. Закон сохранения энергии

 

Ответ: C. Второго начала термодинамики

 

Краткий ответ для презентации

Второе начало термодинамики можно сформулировать так: в изолированной системе (такой, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией) “беспорядок” (энтропия) либо остается постоянным, либо нарастает. Существование демона Максвелла противоречит второму началу термодинамики. 

 

Пояснения

Второе начало термодинамики можно сформулировать так: в изолированной системе (такой, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией) “беспорядок” (энтропия) либо остается постоянным, либо нарастает. Существование демона Максвелла противоречит второму началу термодинамики. 

Если бы демон Максвелла существовал, он бы как раз установил в системе “порядок”, распределяя по разным частям сосуда теплые и холодные молекулы. 

Если бы демон Максвелла существовал, то был бы возможен вечный двигатель (второго рода), то есть он мог бы установить поток тепла от холодного тела к теплому. И тогда, например, запасов тепла в мировом океане нам бы хватило на все время существования человечества.

В реальности любое подобное устройство потребует притока внешней энергии для своей работы. То есть система перестанет быть изолированной.

Но ведь в самой системе тоже есть энергия - это кинетическая энергия молекул. Нельзя ли использовать ее для работы демона? 

Разрешение это парадокса совсем непростое. Качественно его разобрал Ричард Фейнман http://vivovoco.astronet.ru/VV/Q_PROJECT/FEYNMAN/LECTURE5.HTM

Более формально - Лео Сциллард https://ru.wikipedia.org/wiki/Демон_Максвелла

Идея разрешения парадокса состоит в том, что демону, чтобы измерить скорости молекул придется взаимодействовать с системой. И либо его влияние нейтрально, то есть система его как бы “не замечает”, либо он вносит в систему дополнительный “беспорядок”, то есть не снижает, а наоборот увеличивает энтропию. 


 

Картинка 

Демон Максвелла и вечный двигатель (второго рода)

https://podrobnosti.ua/media/ckeditor_uploads/2016/01/13/demon_maksvella_05.jpg



 

3. В 1963 году академик Александр Опарин выпустил научно-популярную книгу, одна из глав в ней называлась “Первичный бульон”. О чем шла речь в этой главе?

 

A. О вкусной и здоровой пище

B. О творческой атмосфере в научном коллективе

C. О функции крови в организме

D. О происхождении жизни

 

Ответ: D. О происхождении жизни

 

Краткий ответ для презентации

Согласно  гипотезе академика Опарина, жизнь на Земле зародилась в “первичном бульоне” - водном растворе, который содержал необходимые для создания жизни химические элементы и соединения, в первую очередь углеродные. 

 

Пояснение

Согласно  гипотезе академика Опарина, жизнь на Земле зародилась в “первичном бульоне” - водном растворе, который содержал необходимые для создания жизни химические элементы и соединения, в первую очередь углеродные. 

Впервые подобный “бульон” упомянул Дарвин, который писал, что жизнь, вероятно, зародилась в “теплой луже”.

Гипотеза «первичного бульона» является устаревшей. На сегодняшний день конкурируют гипотезы зарождения жизни в условиях периодического высыхания или грязевых котлах вулканов или в подводных черных курильщиках.

Буквально за последний год стала более убедительной гипотеза панспермии, то есть занесения жизни на Землю из космоса.

На комете Чурюмова-Герасименко (на которой еще раньше была найдена аминокислота - глицин) был найден оксид фосфора, а в метеоритах обнаружили сахара, в том числе рибозу. И фосфор, и рибоза - важнейшие элементы РНК. А первичная жизнь, вероятнее всего была РНК-миром, где функции хранения наследственной информации выполняли РНК. 

 

Цианосульфидный протометаболизм — верный путь к земной жизни. 

https://elementy.ru/novosti_nauki/432438/Tsianosulfidnyy_protometabolizm_vernyy_put_k_zemnoy_zhizni

ALMA and ROSINA detections of phosphorus-bearing molecules: the interstellar thread between star-forming regions and comets

https://academic.oup.com/mnras/article/492/1/1180/5699695?fbclid=IwAR01y0JxVZOmEU9jwouqLpj3dQzyKFfoyJaoxsNnkhKW7SADUnR1FMj5Ros

Extraterrestrial ribose and other sugars in primitive meteorites

https://www.pnas.org/content/116/49/24440?fbclid=IwAR31UyYTZrynH_fKGUfe9A5hYGalHYKFyn9r2ZfTZ9dGjqBiZ_MkG7E0PaI



 

Картинка

Черный курильщик - одно из вероятных мест появления жизни на Земле

 

4. Стивен Хокинг в “Краткой истории времени” пишет: “Это вроде бы как надутый шарик, на который нанесены точки, если его все больше надувать…”. О чем он рассказывает?

 

A.. Об излучении черных дыр Хокинга

B. О классификации звезд Герцшпрунга — Рассела

C. О модели расширения Вселенной Фридмана

D. О гипотезе множественности вселенных Эверетта

 

Ответ: О модели расширения Вселенной Фридмана

 

Краткий ответ для презентации

Теорию расширяющейся Вселенной предложил основатель современной космологии Александр Фридман в своих статьях опубликованных 1920-ые годы. Он показал, что согласно уравнениям общей теории относительности  Вселенная может быть подобна надуваемому шарику, но поверхность этого шарика четырехмерная.

 

Пояснение.

Теорию расширяющейся Вселенной предложил основатель современной космологии Александр Фридман в своих статьях опубликованных 1920-ые годы. 

Он нашел такие решения уравнений Эйнштейна, которые самого Эйнштейна  очень удивили, поскольку он полагал, что Вселенная стационарна, то есть она и не расширяется, и не сжимается.

Фридман показал, что Вселенная скорее подобна надуваемому шарику (только поверхность этого шарика четырехмерная). Подтверждение теории Фридмана привел американский астроном Эдвин Хаблл, который показал что далекие галактики с большой скоростью удаляются. 

А в самом конце XX века, было доказано, что галактики не только удаляются, но и скорость их удаления растет. Оказалось, что Вселенная не просто надуваемый шарик, но раздувается он все быстрее, и любые объекты во Вселенной (эти самые точки на шарике) удаляются друг от друга с ускорением. Когда Хокинг опубликовал первое издание своей книги “Краткая история времени” (1988) об ускоренном расширении Вселенной он еще ничего не знал.  

 

Александр Фридман. О кривизне пространства

http://www.astronet.ru/db/msg/1187035/

 

Картинка

Расширяющаяся Вселенная. http://www.astrotime.ru/pictures/space_expand_2.jpg


 

5. Мартин Гарднер пишет: “Представим себе плоский кусок резины, натянутый на прямоугольную рамку. Апельсин, положенный на этот кусок, создает впадину. Мраморный шарик, помещенный вблизи апельсина, будет скатываться к нему...” Что иллюстрирует этот пример?

 

A. Специальную теорию относительности

B. Фотоэффект

C. Гравитацию

D. Электромагнетизм

 

Ответ: C. Гравитацию

 

Краткий ответ для презентации

Согласно общей теории относительности гравитация - это искривление пространства-времени. Чем массивнее тело, тем больше кривизна. 

 

Пояснение

Согласно общей теории относительности (ОТО) гравитация - это искривление пространства-времени. Чем массивнее тело, тем больше кривизна. 

Отличие модели, описанной Гарднером, от реального пространства, в частности, в том, что пространство в модели (кусок резины) - плоское, а реальное пространство - четырехмерное (пространство Минковского). Но идея передана совершенно верно: гравитация - это свойство самого пространства (в модели - куска резины), а не тела, которое в него помещено (в модели - апельсин или шарик). 

В отличие, от бесконечного и вечного пространства Ньютона, в ОТО такого вмещающего в себя все тела пустого пространства не существует. Моделью ньютоновского пространства будет твердый стол, по которому катаются апельсин и шарик.

Если апельсин очень тяжелый, он так глубоко продавит резину, что она над ним практически сомкнется и из впадины не сможет выйти свет, его (как мраморный шарик) затянет обратно. Такая глубокая впадина называется черной дырой. Существование черных дыр тоже можно показать с помощью этой метафоры..      

 

Мартин Гарднер. Теория относительности миллионов. Москва, “Атомиздат”, 1967. стр. 108. 

 

Картинка

Иллюстрация из книги Мартина Гарднера “Теория относительности для миллионов”.