Котики, которые устраивают стресс коровам, голуби, управляющие бомбами, пьяные черви, трава с глазами и ещё несколько исследований, над которыми сначала смеёшься, а потом, чего доброго, задумаешься.
Каждый год в начале осени в Гарварде вручают Шнобелевские, или Игнобелевские, премии. Кто их придумал, почему они так называются и что происходит на церемонии награждения, мы неоднократно рассказывали. Напомним только, что если изначально «Шнобелевку» давали исследованиям, которые «невозможно воспроизвести, если кто-то вообще будет этим заниматься», то потом правила изменили, и сейчас её вручают «за достижения, которые заставляют сначала засмеяться, а потом – задуматься». Бывают такие работы, которые выполнены по всем правилам научного метода, однако сама поставленная в них проблема выглядит настолько странной, что непонятно, как она вообще кому-то в голову пришла. Вполне возможно, что, отсмеявшись, мы потом задумаемся, нет ли здесь и впрямь чего-то большего. Ну а стоит ли задумываться над шнобелевскими исследованиями этого года, пусть каждый решает сам.
Голуби в «Пеликанах»
Ещё до Второй мировой войны в США начали разрабатывать самонаводящиеся планирующие бомбы. Одна из таких бомб получила название «Пеликан»: устройство самонаведения было в ней таким большим, что для взрывчатки места оставалось не так уж много – подобно тому, как в клюв пеликана объёмнее, чем его желудок. Выдающийся психолог Б. Ф. Скиннер предложил использовать в «Пеликане» голубей. Скиннер много и плодотворно экспериментировал с голубями и знал, чего от них можно добиться. Голубя сажали в «кабину пилота», где перед ним на экран проецировалась картинка снаружи, и на этой картинке была цель. Голубь должен был клевать по цели, его движения считывали специальные сенсоры и корректировали курс бомбы в зависимости от того, куда клевал голубь. Например, когда цель съезжала к краю экрана, сенсоры видели, что голубь клюёт край экрана, и меняли курс так, чтобы цель перемещался к центру; соответственно, и голубь начинал клевать экран в центр.
Голубь занимал намного меньше места, чем обычная тогдашняя машинерия, используемая для самонаведения. Более того, голубей в бомбу можно было засунуть даже трёх, для большей надёжности – если один вдруг на что-то отвлёкся, двое других продолжали бы лупить клювами по экрану. Скиннеру пришлось попотеть, чтобы убедить физиков и инженеров в плюсах «голубиной системы», и он даже высказывался в том смысле, что дрессировать голубей проще, чем физиков (вообще было бы странно, если бы было наоборот). Тем не менее, к 1944 году дело дошло до испытаний – не бомбы, но пока только голубей, которые на испытательном стенде должны были продемонстрировать свои умения. Голуби продемонстрировали, и продемонстрировали весьма успешно, однако вся сцена оказалась слишком комичной, чтобы проект восприняли всерьёз и разрешили делать «голубиные бомбы». (Пример Скиннера, который, видимо, не учёл, что всё будет выглядеть слишком смешно, говорит о том, что психологические теории, пусть и подтверждённые лабораторными экспериментами, не всегда пересекаются с психологической повседневностью.) Кроме того, к 1944 году уже вовсю развернулся Манхэттенский проект, и внимание военных было занято, скажем так, другими вещами. В начале 50-х, правда, про скиннеровских голубей в «Пеликане» ненадолго вспомнили снова, но теперь военные просто взяли некоторые общие идеи того проекта для управления радарами.
За свои эксперименты с голубями Б. Ф. Скиннер получил Шнобелевскую премию мира.
Трава с глазами
Десять лет назад в Current Biology была опубликована статья о странной лиане Boquila trifoliolata из тропических лесов Чили: эта лиана формой, размером и цветом листьев имитировала те растения, вокруг которых обвивалась. Откуда лиана берёт форму, размер и цвет чужих листьев? Некоторые исследователи решили – да она просто их видит! Два года назад в Plant Signaling and Behavior были опубликованы результаты экспериментов, в которых лиана Boquila trifoliolata опиралась на пластмассовые стержни с пластмассовыми листьями. В нижней части конструкции пластмассовых листьев не было, и там лиана росла с листьями одной формы. Когда она поднималась до той части пластмассового дерева, где листья были, то и собственные листья лианы тут получались другими. То есть дороcла – и увидела.
Однако в эксперименте не было контрольных растений, которые росли бы на «безлиственных» опорах. Кроме того, сами авторы статьи признают, что зимой эксперимент у них не получался, а получался только весной и осенью. То есть на зиму у лианы, вероятно, закрывались глазки. Вообще на свете есть растения, которые меняют и положение листьев, и их форму в зависимости от интенсивности света, безотносительно от того, кто растёт рядом с ними. И нужно помнить, что свет – это не просто свет, но ещё и температура. Ещё хорошо бы проверить свойства почвы: и её химические вещества, и микрофлора, как можно догадаться, весьма и весьма влияют на растения. Наконец, растения обмениваются способны воспринимать летучие химические сигналы, в первую очередь от других растений, что-то меняя в себе в ответ на такие сигналы. Но авторы работы, получившие Шнобелевскую премию по ботанике, утверждают, что всё дело в растительном зрении, а возражать против этого значит демонстрировать догматизм, зашоренность, узость мышления и прочее, и прочее.
Кручение волос
У всех людей волосы на голове закручены в том смысле, что они растут в определённом направлении, и если посмотреть сверху на макушку, то можно увидеть, что у кого-то они ложатся по часовой стрелке, а у кого-то – против. От чего зависит, будут ли расти волосы по часовой стрелке или против? Оказывается, этот вопрос занимает многих исследователей, и сейчас уже успели найти несколько корреляций между направлением роста волос и разными другими признаками. (Перечислять эти признаки мы не будем – во-первых, потому что речь всё-таки о корреляциях, во-вторых, к некоторым из полученных корреляций уже возникли большие вопросы.)
В прошлом году в Journal of Stomatology, Oral and Maxillofacial Surgery появилась статья, авторы которой проверили, как растут волосы у близнецов, а также у детей, родившихся в Северном полушарии, и у детей, родившихся в Южном полушарии. У близнецов, которых в исследовании было 37 пар, волосы закручивались в одну сторону, будь то по часовой стрелке или против, что говорит о том, что признак этот очень, очень сильно зависит от генов. Что до полушарий, то у детей из Южного полушария волосы чаще закручивались против часовой стрелки, а у детей из Северного – по часовой стрелке. Авторы работы, получившие Шнобелевскую премию по анатомии, поминают в своей статье эффект Кориолиса. Да, самые известные примеры эффекта Кориолиса связаны с вращением Земли вокруг своей оси, но связаны они с событиями, происходящими на больших расстояниях и в длительном времени, например, с крупномасштабными движениями воздуха (циклоны) или воды (морские течения). А вот в том, как закручивается вода в сливе кухонной раковины или ванной, эффекта Кориолиса нет, хотя миф о «сантехническом эффекте Кориолиса» продолжает жить. Любопытно, что принесут дальнейшие исследования на эту тему относительно закручивающихся волос.
Плацебо с побочным эффектом
От лекарств мы ждём минимума побочных эффектов; мы не хотим, чтобы от таблетки нас тошнило, или болела голова, или возникали какие-то более серьёзные проблемы. Однако когда заходит речь о плацебо, возникают нюансы. Плацебо – это совершенно нейтральное вещество, которое дают больному, говоря, что он принимает лекарство, и его физиология отвечает так, как будто он действительно получил лекарство. Исследователи из Университетской клиники Гамбург–Эппендорф предположили, что плацебо будет действовать эффективнее, если у него будут небольшие, но вполне реальные побочные эффекты. В эксперименте участвовало 77 человек, которых случайным образом поделили на две группы – тем и другим предстояло почувствовать ощутимую боль от нагревательного элемента, те и другие получали обезболивающий спрей с фентанилом. На самом деле, никакого фентанила в спрее не было, то есть обе группы получали чистое плацебо. Однако им говорили, что обезболивающее может пощипать в носу. И если в одной группе плацебо-спрей в носу ничего не щипал, то другой группе в «обезболивающее» добавляли жгучий алкалоид капсаицин, который создавал побочный эффект.
В статье, которая вышла в журнале Brain в мае этого года, говорится, что плацебо с лёгким жжением в носу сильнее смягчало боль, чем плацебо без жжения. Очевидно, побочный эффект убеждает нас, что лекарство действует, а в случае с плацебо чем сильнее убеждение в его эффективности, тем эффективнее оно срабатывает. Исследование получило Шнобелевскую премию по медицине, и это, кажется, тот самый случай, когда есть над чем задуматься.
Ложные долгожители
И уж точно есть о чём задуматься в случае Шнобелевской премии по демографии. Её получил Сол Джастин Ньюман (Saul Justin Newman) из Австралийского национального университета. Мы знаем, что на земле есть места, где люди живут очень долго – это итальянская Сардиния, японская Окинава, Кавказские горы и т. д. Обычно такую продолжительность жизни объясняют особой диетой и вообще образом жизни, которого придерживаются местные обитатели. Однако с этими зонами долгой жизни связаны несколько странных закономерностей. Для начала, если люди там соблюдают какой-то особенно здоровый образ жизни, то стоит ожидать, что средняя продолжительность жизни на территориях долгожителей будет тоже больше. То есть кроме столетних рекордсменов там будет много людей 80 лет. Но, как говорится в статье Ньюмана на сайте bioRxiv, средняя продолжительность жизни в таких районах оказывается очень низкой. И чем меньше средняя продолжительность, тем больше почему-то в регионе людей старше 110 лет. Кроме того, условия жизни там такие, что люди должны как раз быстрее отправляться на тот свет: там, где есть скопления долгожителей, высокий уровень преступности, плохо со здравоохранением и вообще с экономикой и т. д. Возникают подозрения, что долгожители – совсем не долгожители.
Легко представить, как такое возможно. Во-первых, информация о возрасте – это, в первую очередь, записи актов гражданского состояния. В конце XIX в. в США было очень много людей, переваливших за 110 лет, но потом их число стало быстро падать – одновременно с повышением продолжительности жизни. И самое главное, число долгожителей резко уменьшалось в тех штатах, где начинали специально фиксировать дату рождения и дату смерти всех живущих. Каждый раз, когда в практику внедряли такие бюрократические записи, количество стодесятилетних старцев сразу уменьшалось на 69–82%. То есть из десяти таких долгожителей семь-восемь оказывались моложе, чем они есть на самом деле. Они не обязательно преднамеренно вводили в заблуждение, просто в отсутствии формальных бюрократических записей приходилось определять возраст по неформальным свидетельствам, которые не всегда точны.
Некоторые долгожители вообще существуют только на бумаге, как в этом убедились в той же Японии. В 2010 году там перепроверили данные 238 000 людей старше ста лет, из них осталось 40 399 – остальные либо уже умерли, либо уехали из страны; и только у этих 40 399 был конкретный адрес, по которому можно было прийти и увидеть их собственными глазами. Наконец, человек сам часто накидывает себе года, рассчитывая на большую пенсию. Если учесть, что супердолгожители часто встречаются в не слишком благополучных районах, то можно понять, как мысль прирастить себе года может прийти в голову. Опять же, речь не о том, что люди в какой-нибудь итальянской деревне дружно врут. Возможно, что там действительно есть старики ста десяти лет. Но если рядом с одним стариком окажется ещё один, у которого его 110 лет появились из-за ошибки в документе, или же он сам приписал себе такой возраст, то получится, что долгожителей здесь у нас уже вдвое больше. Долгожители – явление редкое, а когда мы имеем дело с такими редкими событиями, даже небольшая ошибка может сильно исказить картину.
Сол Ньюман не первый раз высказывает сомнения в существовании долгожителей. Мы также писали о другой его работе, в которой говорилось, что человеческую жизнь удлиняют плохой статистикой. В марте на сайте bioRxiv появилась ещё одна его статья, которая, по-видимому, представляет собой переработанный вариант статьи от 2019 г.
Второе дыхание
Ещё одно исследование получило Шнобелевскую премию по физиологии. Три года назад сотрудники Токийского медико-стоматологического института, Университета Киото и других научных центров Японии и США опубликовали в журнале Med статью о том, что мыши, крысы и свиньи могут поглощать кислород кишечником. Это исследование вышло в свет в разгар эпидемии COVID-19, и потому получило, как говорится, определённый резонанс. Вообще кислорода в кишечнике мало, но если его искусственно вентилировать или ввести в кишечник жидкость, которая может удерживать большое количество кислорода (например, кровезаменители на основе перфторанов), то животные способны выдержать такую гипоксию, от которой они обычно погибают. В экспериментах мыши, которых почти лишали кислорода, погибали все через 11 минут, а вот когда им вентилировали кишечник, то 75% мышей продолжали жить спустя 50 минут, хотя в лёгкие кислород к ним почти не попадал. Даже если уровень кислорода был не смертельно низок, кислородсодержащие перфтораны в кишечнике делали мышей более активными, они дольше гуляли, их кожа была не такой бледной и холодной, и уровень кислорода в крови был достаточен, чтобы сердце не испытывало в нём нужду. Такие же результаты были получены и для свиней. Кишечник им всем вентилировали через анус, так что «шнобелевку» исследователям вручали с соответствующей формулировкой.
Вообще дыхание через кишечник в природе не такая уж новость: некоторые пресноводные рыбы и морские беспозвоночные поглощают кислород из морской воды через пищеварительную систему, когда их лёгкие или жабры по какой-то причине не справляются со своей задачей. Но всё же удивительно, что кишечное дыхание может работать и у наземных млекопитающих.
К вопросу о плавательных способностях мёртвой форели
Изначально Джеймса Ляо (James C. Liao) из Гарварда интересовали не мёртвые форели, а живые. Мы знаем, что на нерест многие лососёвые поднимаются в верховья рек, и многие если не своими глазами, то в зоологических видеороликах видели, как лососи преодолевают быстрое течение и пороги, то и дело выпрыгивая из воды. Энергии на такой путь у них должно уходить очень много, и очевидно, что у рыб должны быть какие-то трюки, которые позволяли бы им эту энергию экономить. В статьях в The Journal of Experimental Biology и Journal of Fluid Mechanics Джеймс Ляо и его коллеги на примере радужной форели описали, что она действительно может сэкономить массу энергии благодаря турбулентным завихрениям в потоке воды – турбулентные вихри буквально толкают рыбу вперёд. В какой-то момент исследователям пришло в голову проверить, а может ли форель двигаться только на этих вихрях, не прилагая никаких усилий. Так дело дошло до опытов с мёртвой форелью, за которые сейчас вручили Шнобелевскую премию по физике. Мёртвая форель действительно будет плыть вперёд, только нужно, чтобы её тело свободно изгибалось, и чтобы впереди плыл кто-то, кто производит те самые турбулентные завихрения. Правда, через речные пороги мёртвая форель перепрыгивать всё-таки не может.
Пьяные черви
Как в премии по физике всё началось не с мёртвых форелей, а с живых, так и в Шнобелевской премии по химии всё началось не с пьяных червей, а с активной материи. Активной материей называют системы частиц, способных преобразовывать энергию в механическое движение. «Частицы» могут быть разные, это не обязательно молекулы и молекулярные комплексы: как активную материю можно рассматривать колонию бактерий или косяк рыб. Сотрудники Амстердамского университета предположили, что активной материей вполне может быть крупный полимер. Разные полимеры будут активны по-разному, и тогда перед нами встаёт задача, можно ли как-то разделить по активности.
Вот тут на сцене появляются малощетинковые черви вида Tubifex tubifex, то есть трубочник обыкновенный. Живут они на дне пресноводных водоёмов, питаясь разнообразной органикой. Черви это небольшие, длиной до 4 см, и тело их со множеством сегментов можно уподобить полимеру, в котором отдельный сегмент представляет одно звено в полимерной цепи. Червь, разумеется, в состоянии преобразовывать энергию в механическое движение, и с определённой точки зрения он выглядит как активный полимер. Чтобы одни «полимеры» были менее активны, чем другие, их обрабатывали раствором этанола. Пьяные черви действительно теряли в активности, а чтобы их можно было легко отличить от трезвых, в этанол добавляли синюю краску.
Дальше червей помещали в длинную хроматографическую колонку, заполненную специальным крупнозернистым субстратом, через которую шёл поток воды. Такие колонки используют, чтобы разделять обычные химические полимеры, но если обычные полимеры разделяются в таких колонках по размеру (крупные и мелкие идут по ним с разной скоростью), то теперь через ту же колонку предстояло пройти «полимерам активным». Пьяные черви проходили через колонку медленнее, чем трезвые. Так что, как пишут исследователи в Science Advances, таким способом действительно можно разделять активные полимеры не только по размеру, но и по активности – ну или просто отделять пьяных малощетинковых червей от трезвых.
Смещение вероятности
Предсказать, как упадёт подброшенная монета, можно, если знать все силы, которые на неё действовали при броске и в полёте. Но раз за разом в этих силах есть небольшие отклонения, и в результате предсказание получается чисто случайным, 50 на 50: в половине случаев монета падает решкой, в половине – орлом. На всякий случай стоит уточнить, что при небольшом числе подбрасываний можно увидеть перекос в сторону решки или орла, но если кидать монету много раз, то будут те самые пятьдесят на пятьдесят.
Однако в 2007 году математик Перси Диаконис предположил, что некоторый перекос тут всё же есть, только он не в пользу решки или орла, а в пользу той стороны, на которой монета лежала на старте – есть 51-процентная вероятность того, что монета ляжет на ту же сторону. То есть если монета лежала орлом вниз, то с вероятностью 51% она упадёт орлом вниз; если она лежала решкой вниз, то с вероятностью 51% она упадёт резкой вниз; связано это с отклонениями оси вращения монеты, которые возникают, когда мы её подбрасываем. Гипотезу проверили; результаты проверки описаны в статье на arXiv и удостоены Шнобелевской премии по теории вероятности. Проверка была экспериментальной: монету подбросили 350757 раз, а занимались этим 48 человек. Разумеется, число подбрасываний было рассчитано так, чтобы их было достаточно для подтверждения или опровержения гипотезы. Гипотеза в итоге подтвердилась: монета действительно падает на ту сторону, на которой лежала, с вероятностью 51%. (Здесь ещё раз стоит уточнить, что перекос тут не пользу орла или решки как таковых.) Любители играть в орлянку могут сами подумать, насколько важен им этот лишний процент.
Кошки на коровах
За исключением двух работ, все остальные нынешние шнобелевские исследования опубликованы в XXI в., или вообще в последние несколько лет. Из тех, что опубликованы давно, одна работа – это голуби Скиннера, с которых мы начинали, а вторая – статья про котиков 1941 года в журнале Journal of Dairy Science, удостоенная Шнобелевской премии по биологии. Точнее, статья всё-таки не про котиков, а про коров. Когда коров доят, то одни из них легко расстаются с молоком, то есть оно сразу же начинает идти из вымени, а другие его как бы стараются удержать у себя. Авторы работы пришли к выводу, что молоко начинает идти легко и быстро, когда у коровы в крови повышен уровень окситоцина – благодаря ему возрастает давление внутри молочных желёз. А вот когда молоко идти не хочет, то это, скорее всего, связано с повышенным уровнем адреналина в крови – он подавляет сокращения мышц, которые стимулируют выделение молока. Адреналин, как мы знаем, повышается при стрессе, и стресс коровам устраивали следующим образом: им на спину ставили котика, после чего над ухом у животных хлопали бумажным пакетом. Через какое-то время исследователи поняли, что достаточно одного пакета, и котики покинули эксперимент. Как говорится, комментировать – только портить.
Автор: Кирилл Стасевич