Скачать с ютуб Бионика - наука, пограничная между биологией и техникой. Природный антифриз. в хорошем качестве

Бионика - наука, пограничная между биологией и техникой. Природный антифриз.

Кондиционирование воздуха, антифриз, опреснение воды, эхолокация — все эти изобретения стали широко известны людям в XX веке. Но в мире животных они существовали еще тысячи лет назад. Создается впечатление, что некоторые животные стали безмолвными учителями людей, и нам очень интересно исследовать особенности этих животных. Что такое антифриз? Чаще всего антифризами называют автомобильные охлаждающие жидкости с температурой замерзания ниже температуры замерзания воды, чтобы предотвратить повреждения деталей, вызванного расширением воды при её замерзании, а также обеспечить нормальную работу системы охлаждения в зимних условиях. Автоконцерн Volkswagen финансировал исследование рыб Северного Ледовитого океана, которые не замерзают при минусовых температурах. Искусственные антифризы связываются с молекулами воды в нижней точке замерзания. Рыбные же белки справляются с этой задачей гораздо лучше. Им не нужно даже связываться — достаточно одного их присутствия на сравнительно далёком расстоянии, чтобы произвести возмущение водного раствора. Почему так происходит? Жизнь в полярных широтах сложна и полна ужасов. Как правило, низкие температуры и заморозка убивают клетки практически всех многоклеточных организмов. Это связано с тем, что при снижении температуры в их клетках начинают формироваться кристаллы льда, которые разрывают мембраны клеток, в результате чего те умирают. Однако арктические рыбы вырабатывают природный антифриз. Температура воды в Арктике круглый год держится около точки замерзания - минус 1,8 °C. Температура замерзания крови рыб при этом составляет около минус 0,9 °C, так что надо бы ожидать очевидных последствий, но их нет. Крови не позволяет застыть определённый белок гликопротеин. Его обнаружили полвека назад, но оставалось загадкой, как именно он работает. Сотрудники Университета Бохума (Германия) с помощью терагерцовой спектроскопии выяснили, что молекулы воды, которые обычно снуют туда-сюда в крови антарктического клыкача, формируя и разрывая химические связи, при появлении белка замедляются. Один из исследователей выразил это так: «Дискотечный танец превращается в менуэт». Замедление процесса формирования химических связей препятствует кристаллизации льда, которая была бы губительна для рыб. Ещё один представитель арктических рыб – треска, чтобы выжить в суровых условиях, собрала специальный белок-антифриз, который связывается с кристаллами льда и не дает им расти. Антифриз вырабатывают не только рыбы, но и определенные микроскопические растения. Американские молекулярные биологи определили гены, которые позволяют водорослям выживать в суровых условиях Антарктики, отвечающие за производство естественного антифриза. Помощь в этом оказало исследование двух видов водорослей из рода хламидомонад, которые живут в подледном озере Бонни, которое располагается на территории так называемых сухих долин Мак-Мердо в Земле Виктории, для которых характерны почти «марсианский» климат и температура. "Мы изучаем механизмы, которые помогают микробам выживать в экстремальных условиях. Хламидомонады из озера Бонни идеально подходят для этого, так как они постоянно подвергаются действию окислительного стресса, сверхнизких температур, полярной ночи и высокого уровня соли в воде. Нам удалось впервые показать, что они умеют производить глицерин", – рассказал один из авторов исследования, адъюнкт-профессор Университета штата Невада Джеймс Реймонд. Но и это ещё не всё! Немецкий ученый Петер Егер, работающий в Майнцском университете и занимающийся исследованием желтых пауков-бокоходов, обнаружил 50 н овых их разновидностей, живущих в снегах и льдах Гималаев на высоте до 3 800 метров. Хотя гигантские пауки-бокоходы могут достигать 4 сантиметров в длину, они не представляют никакой опасности для человека. Они прячутся в расщелинах скал или под корой деревьев; питаются насекомыми, местонахождение которых они легко определяют благодаря хорошему слуху. Но почему эти пауки не замерзают зимой? По словам Егера, в отличие от их сородичей, живущих в теплом климате, у гималайских пауков есть биологический антифриз. В их организме содержится спирт, что позволяет им выживать при минусовых температурах. Природный антифриз также есть у насекомых, которые выживают при температуре 20 градусов ниже нуля по Цельсию, а рекордсмены по холодостойкости — проживающие на Аляске жуки Dendroides canadensis, личинки которых подолгу сохраняют жизнеспособность при температуре −60°C и даже переживают кратковременную заморозку до −100°C. Некоторые деревья переносят 40-градусные морозы, потому что содержат очень чистую воду, незагрязненную частицами пыли или грязи, на которых иначе могли бы образовываться кристаллы льда. Сегодня белки-антифризы привлекают внимание медиков и производителей замороженных полуфабрикатов, поскольку работают гораздо эффективнее, чем антифризы, применяющиеся для защиты двигателей автомобилей.