От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем - [17]
Ирина Якутенко, биолог
№ 41. Почему человек держится на воде?
Потому что наше тело практически такое же плотное, как вода. Оно может быть немного плотнее, чем вода, и тогда, чтобы держаться на плаву, нам надо прикладывать некоторые усилия. Тело может быть и менее плотным, чем вода, тогда мы держимся на воде автоматически. Физический закон, связывающий плотность среды и объекта, который в этой среде находится, с его плавучестью, называется закон Архимеда. Плотность тела у разных людей, а значит, и плавучесть тоже различаются. Зависит это от нескольких вещей.
Во-первых, у разных тканей нашего организма разная плотность. Кости намного плотнее воды, они тонут. Кровь, мышечная ткань и большинство внутренних органов почти такой же плотности, что и вода. А вот жировая ткань менее плотная, чем вода, поэтому она не тонет. От соотношения разных типов тканей в организме и зависит плавучесть человека. Поскольку более-менее заметно у людей отличается только количество жировой ткани, то общее правило простое. Женщины в среднем легче держатся на воде, чем мужчины, потому что у женщин в среднем немного больше жировой ткани. Ну и, конечно, полные люди легче держатся на воде, чем худые.
Во-вторых, важен объем легких и наличие в них воздуха.
У среднестатистического взрослого человека объем легких примерно 2,5-3 литра. У ребенка, естественно, меньше. А у некоторых людей, тех, кто, например, профессионально занимается плаванием или игрой на духовых музыкальных инструментах, объем легких может достигать 7-8 литров и даже больше. Естественно, они будут лучше держаться на воде, потому что воздух намного менее плотный, чем вода, а значит, у людей с большими легкими плотность тела меньше.
Ну и, в-третьих, конечно, многое зависит от самой воды.
В разных водоемах плотность воды тоже разная. Соленая вода плотнее пресной, поэтому в реках и озерах держаться на воде тяжелее, чем в море. Хотя разные моря тоже отличаются друг от друга по плотности. В самом соленом водоеме на Земле, Мертвом море, соли так много, что держаться на воде там может кто угодно, а вот чтобы нырнуть, требуются уже немаленькие усилия.
Чтобы лучше представить себе, как плавучесть тела меняется от плотности воды, проведите дома простейший эксперимент. Возьмите стакан воды, сырое яйцо и много поваренной соли. Опустите яйцо в воду и убедитесь в том, что оно утонуло. А теперь начинайте сыпать в стакан соль и размешивать ее. В какой-то момент вы заметите, что яйцо всплыло. Это значит, что вода стала настолько плотной, что ее плотность превысила плотность яйца и оно теперь может плавать.
Антон Захаров, физиолог
№ 42. Почему мы дышим кислородом, а не водородом?
Самое главное в дыхании – химические реакции. Мы вдыхаем, чтобы использовать газ в химических реакциях, дающих нам энергию. Это реакции окисления, поэтому газ так и называется: кислород. А с водородом такие реакции не получаются. При этом есть бактерии, которые живут, используя не кислород, а другие вещества, например серу, и для них кислород – яд.
Станислав Дробышевский, антрополог
№ 43. Могут ли люди настолько захламить воздух, что мутируют и научатся летать?
Мутации изменяют «буквы», которыми написаны «слова» нашей ДНК, то есть гены. Обычные слова – те, которые в книгах, – имеют физическую природу: нанесены чернилами на бумагу. Точно так же и гены: составляющие их «буквы» – это химические соединения, то есть определенные сочетания атомов. Когда происходит мутация, одни атомы заменяются на другие и «буква» генетического алфавита превращается в другую. Представьте, что в книге у буквы «о» в слове «корт» стерлась часть контура – в результате получилось слово «ксрт», которое не значит ничего. Очень часто мутации тоже превращают генетические слова в бессмыслицу: то есть гены с мутацией или не работают вообще, или работают неправильно.
Чтобы одни атомы в генетических «буквах» поменялись на другие, воздействие должно быть достаточно сильным. Например, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение может повредить «буквы» в генах, а вот инфракрасное, то есть тепловое, – уже нет. Поэтому долго лежать на солнце без защиты или подходить к источнику рентгеновского излучения очень опасно: человек ничего не чувствует, а в это время высокоэнергетические лучи буквально разрывают его ДНК в клочья. Вызывать мутации могут и некоторые химические вещества. Например, соединения под названием интеркаляторы благодаря своей структуре вклиниваются между «буквами» ДНК и раздвигают их. Когда клетка, в которую попал интеркалятор, делится, ферменты, помогающие ей это сделать, вставляют в брешь лишнюю «букву». Другие вещества «притворяются», что они нормальные генетические «буквы», и простодушные ферменты используют их при синтезе новых молекул ДНК. В результате получаются слова вроде «х&ост» – внешне похоже на правильное, но смысла не несет.
Если большое количество подобных соединений окажется в воде или воздухе, у людей, которые живут в такой загрязненной местности, действительно станут чаще появляться мутации. Но для того, чтобы изменить физиологию, одних мутаций недостаточно: необходимо, чтобы условия окружающей среды способствовали выживанию людей с конкретными мутациями. Случайная мутация часто портит ген, и ее носитель оказывается менее приспособлен: например, у него развивается какое-то заболевание и он не может завести детей. А значит, мутация не передается дальше в цепочке поколений. Но если условия на Земле резко изменятся – скажем, в атмосфере станет очень много углекислого газа, – то у людей, у которых случайно будут мутации, помогающие дышать таким воздухом, будет больше шансов выжить и оставить потомство. Ученые называют то, что мы сейчас описали, давлением отбора. Без него новые признаки, тем более такие сложные, как умение летать, не образуются.
