Реактор познавательный

Триллион кадров в секунду

Несколько лет назад на ректоре упоминалась высокоскоростная камера, которую построили в MIT (Массачусетский Технологический Институт) в 2011 году. Но почему-то я так и не увидел поста с шикарными видео. Исправляю упущение.

Дело в том, что камера с такой скоростью съёмки позволяет наглядно снять фронт распространения светового импульса! То, что раньше казалось невозможным, давно уже реально - увидеть, как свет распространяется IRL.

Более подробно с объяснениями и видом установки.

PS. Не так давно, в 2020 году заработала похожая установка в Калифорнийском Технологическом Институте. Новая камера обещает дать до 70 триллионов кадров в секунду. Ждём новых открытий!

Найдено универсальное противоядие от смертельных змеиных ядов

Хотя современные методы лечения отравлений змеиными ядами достаточно развиты, необходимо сначала идентифицировать вид укусившей человека змеи, чтобы подобрать нужное противоядие. Но благодаря новому исследованию международной команды ученых вскоре этого не придется делать. Они разработали универсальное антитело, нейтрализующее смертельный яд кобр, крайтов и мамб и потенциально способное спасать десятки тысяч жизней ежегодно.

Королевская кобра

Отравление из-за змеиных укусов признано серьезной глобальной проблемой общественного здравоохранения. По различным оценкам (впрочем, большинство из них несколько завышены), от укусов змей ежегодно умирают до 138 тысяч человек, еще более 400 тысяч остаются инвалидами. В основном страдает население Африки и Азии, причем не только из-за большого числа случаев укуса змей, но и из-за ограниченного доступа к адекватной медицинской помощи.

Для решения этой проблемы крайне необходимы улучшенные методы лечения. Сегодня для борьбы с отравлениями смертельными ядами змей необходимо точно идентифицировать вид укусившей человека змеи для подбора подходящего противоядия. Однако и в этом случае не исключены осложнения в виде сывороточной болезни и анафилаксии — аллергической реакции организма на присутствие в крови чужеродного белка-противоядия, который зачастую имеет животное происхождение.

Поэтому международная группа исследователей из США, Великобритании и Индии решила создать универсальное противоядие от смертельного яда змей семейства аспиды (Elapidae). В это обширное семейство входит 384 вида ядовитых змей, включая самых опасных: королевскую кобру, черную мамбу и индийского крайта. О своей разработке ученые сообщили в статье, опубликованной в журнале Science Translational Medicine.

Кристаллическая структура взаимодействия антитела 95Mat5 с токсином 3FTx-L15 и сходство при взаимодействии α-бунгаротоксина с белком мышечного рецептора nAChRα1

Чтобы найти антитело, блокирующее токсин 3FTx и наименее вероятно вызывающее аллергическую реакцию, биологи изучили библиотеку, содержащую более 50 миллиардов различных человеческих антител. Они проверили, какие лучше всего связываются с различными вариантами белка токсина 3FTx. Таким образом удалось сузить область поиска до 30 антител, из которых лишь одно выделялось наиболее сильным взаимодействием с токсином яда — антитело 95Mat5.

Затем ученые протестировали действие полностью синтетического 95Mat5 на мышах, которым вводили токсины южнокитайского многополосного крайта, моноклевой кобры, черной мамбы и королевской кобры. Во всех случаях грызуны, которым одновременно вводили 95Mat5, были защищены не только от гибели, но еще от паралича и каких-либо других осложнений. Когда исследователи изучили, почему 95Mat5 настолько эффективен в блокировании различных вариантов токсина 3FTx, они обнаружили, что антитело имитирует структуру человеческого белка, с которым обычно связывается токсин 3FTx, вызывая мышечный паралич.

Хотя 95Mat5 эффективен против яда всех аспидов, он не блокирует яд гадюк — второго обширного семейства ядовитых змей. В дальнейшем авторы работы планируют найти широко нейтрализующие антитела против другого токсина аспидов, а также двух токсинов, содержащихся в яде гадюк. По словам исследователей, объединение 95Mat5 с тремя другими антителами потенциально может работать как универсальное противоядие от любой змеи в мире.

Статья спизжена отсюда

Адаптация приматов-инвалидов в дикой природе

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

Японская макака с врождёнными дефектами

Врожденные пороки развития, болезни и травмы, полученные во взрослом возрасте, бывают не только у людей, но и у животных. Это вовсе не означает, что такая особь в дикой природе непременно погибнет — она может жить и адаптироваться к своим недостаткам.

Ученые из Университета Конкордия (Канада) решили больше узнать о том, как такие животные выживают в дикой природе. Исследование, опубликованное в American Journal of Primatology, посвящено приматам. Специалисты проанализировали 2807 исследований, проведенных с 1931 по 2023 год. В работах изучались в общей сложности 125 видов, чаще всего это были шимпанзе. К другим видам относились японские макаки, макаки-резусы, макаки-крабоеды и оливковые бабуины. Из всего объема изученных работ ученые выделили 114 статей о физических недостатках приматов.

Выяснилось, что врожденные пороки развития больше характерны для макак, а вот травмы и болезни в процессе жизни чаще получали шимпанзе. По крайней мере, именно такие случаи были объектом проанализированных учеными работ.

Несмотря на физические недостатки, приматы смогли приспособиться — они адаптировали свое типичное для вида поведение, чтобы выжить и даже размножаться. Так, некоторые шимпанзе успешно передвигались на трех или даже двух конечностях (за неимением остальных) вместо обычных четырех. Приматы с физическими особенностями активно внедряли в свою жизнь новые способы функционирования. Если у них не было передних конечностей, они использовали предплечья, чтобы наклонить ветку с фруктами и поесть.

Интересно, что к нуждам детеныша-инвалида адаптировались и их родители. Они обеспечивали дополнительный уход, что не наблюдалось в случае здорового потомства. Более того, сородичи помогали своим родственникам с ограниченными возможностями. Например, самец японской макаки «усыновил» молодую обезьяну-сироту с физическими недостатками.

(1) Взрослый самец без кистей и с пороками развития ног;
(2) Тот же самец прыгает на двух ногах;
(3) Взрослый самец с пороками развития кистей ест картошку;
(4) Группа обезьян с ограниченными возможностями и без них занимается социальным уходом;
(5) Молодая самка с обширными пороками развития всех четырех конечностей, передвигается используя локти;
(6) Взрослая самка-инвалид ухаживает за сородичем без инвалидности, используя жесты ухода, характерные для инвалидов;
(7,8) Взрослый самец без инвалидности держит и ухаживает за младенцем-инвалидом, в то время как мать сидит рядом;
(9) Взрослая самка с сильно уродливыми руками сжимает зерно в жесте кормления, характерном для инвалидов

«Приматы находят способы изменить свое поведение — например, уникальный стиль передвижения, ношение своих детенышей, методы поиска пищи, а также индивидуальный стиль социального ухода, чтобы компенсировать свои физические недостатки», — рассказала одна из авторов работы Сара Тернер.

Еще ученые узнали, что примерно 60 процентов случаев инвалидности приматов были связаны с деятельностью человека. Обезьяны попадали в силки, предназначенные для других животных, получали увечья в результате столкновений с автомобилями, переносили инфекции, передающиеся от людей, или болели из-за воздействия загрязняющих веществ. Этот вывод оказался весьма неожиданным для исследователей, поэтому они рекомендовали уделить более пристальное внимание охране дикой природы.

Статья спизжена отсюда

Ученые впервые увидели размножение гигантских антарктических морских пауков

Процесс размножения гигантских морских пауков из Антарктиды не попадался на глаза исследователям более 140 лет — с момента их открытия и до сих пор. Недавно ученые отправились на отдаленный континент и своими глазами увидели поведение этих загадочных существ.

Морские пауки (класс Pycnogonida) — это группа паукообразных беспозвоночных, обитающих в морских средах по всему миру. Большинство из них размером меньше ногтя, но у антарктического вида Colossendeis megalonyx размах конечностей (от кончика одной ноги до кончика противоположной ноги) превышает 40 сантиметров. Это животное представляет собой известный пример «полярного гигантизма» — эволюционного феномена, когда организмы в полярных регионах вырастают до гораздо больших размеров, чем их сородичи в более теплом климате.

У всех известных видов морских пауков самец-родитель заботится о детенышах,  вынашивая эмбрионы на яйценосных ножках от оплодотворения до вылупления и часто после него. Исключительная забота самца о потомстве — самый редкий вид родительской заботы, и его эволюционное происхождение у морских пауков не раскрыто до конца.

Пара антарктических морских пауков. Стрелка указывает на кладку яиц

Команда исследователей, ныряя под льды Антарктики, вручную собрала несколько пауков, которые спаривались. Ученые перенесли их в резервуары для наблюдения. Оказалось, что гигантские морские пауки вынашивали потомство иначе, чем остальные виды морских пауков. Выводы исследователей опубликованы в журнале Ecology.

К удивлению авторов работы, две разные спаривающиеся группы произвели тысячи крошечных, около миллиметра диаметром, яиц. Они впервые были замечены в виде студенистого облака, окружающего одного паука, который ранее был частью группы спаривания. Вместо того чтобы вынашивать детенышей, пока они не вылупятся, как у большинства видов морских пауков, один из родителей (вероятно, самец) провел два дня, прикрепляя яйца к каменистому дну.  В течение нескольких недель после откладки мельчайшие яйца обросли микроскопическими водорослями, обеспечивая идеальную маскировку.

Ученые выдерживали эмбрионы в отфильтрованной морской воде в инкубаторах при температуре -1,8 градуса по Цельсию в течение 11 месяцев и фотографировали их каждые 2-3 недели под микроскопом. Развитие шло медленно, что характерно для антарктических видов. Зачатки конечностей были видны только на 83 день и становились все более и более отчетливыми на протяжении остального процесса созревания. Первая вылупившаяся личинка была замечена примерно через 8 месяцев после нереста.

(e) Бластулы, через 6 месяцев после нереста. (f) Невылупившиеся особи через 8 месяцев после нереста. (g, h) Только что вылупившиеся личинки 50 мкм

В итоге ученые впервые узнали детали жизненного цикла этих удивительных антарктических животных. Открытый механизм ухода за эмбрионами у гигантских морских пауков представляет собой эволюционно промежуточную стратегию между свободным нерестом и отцовским вынашиванием, характерным для большинства других групп морских пауков.

Общая экология и репродуктивная биология морских видов Антарктики остаются в подавляющем большинстве неизвестными, до сих пор были описаны лишь несколько видов с этого континента. Подобные работы буквально проливают свет на то, как обитают животные в одной из наименее изученных частей мирового океана.

Статья спизжена отсюда

Биологи объяснили, почему у растений разная форма листьев

Исследователи из США и Китая определили генетические механизмы, лежащие в основе разнообразия форм листьев у растений. Полученные данные позволят адаптировать растения к разным климатическим зонам и повысить их урожайность путем управления формированием листьев на генетическом уровне.

Земляника с различной формой листьев

Форма, размер, структура и сложность строения листьев растений могут значительно отличаться даже у разных сортов одного вида, не говоря уже об их общем многообразии в природе. Наблюдаемые различия возникли не совсем случайно. Они обусловлены необходимостью терморегуляции, управления водным режимом листа и адаптации растений к условиям окружающей среды, таким как влажность воздуха и количества солнечного света.

Разнообразие листьев определяется главным образом двумя факторами: сложностью листа и особенностями его края. Простой лист состоит из одной плоской пластинки, а сложный — из нескольких простых. В свою очередь, край листа может быть цельным, зубчатым или лопастным с разной глубиной зубцов.

Чтобы определить, от чего зависит характер развития листьев, биологи из Мэрилендского университета (США) и Шэньчжэньского института синтетической биологии (Китай) изучили их формирование на примере лесной земляники (Fragaria vesca). Исследователи определили два ключевых регуляторных пути, участвующих в развитии разной структуры листьев у трех мутантов земляники. Результаты своей работы ученые описали в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Обычно у земляники образуются сложные листья, состоящие из трех отдельных листочков, причем край каждого из них имеет четко выраженные зубцы. Но недавно был обнаружен мутант с одиночными листьями вместо тройных. В новом исследовании международная команда биологов идентифицировала мутант с тройными листьями, но более глубокими зубцами.

Краткое графическое представление результатов исследования

Подробно изучив геном этих трех вариантов земляники, ученые обнаружили два независимых пути, при помощи которых генетические факторы SL1 и SALAD определяют сложность и зубчатость листьев соответственно. Чем больше в зачатке листа синтезируется фактора SL1, тем более сложным он получится: тройным, пятерным и так далее. И наоборот, чем меньше в клетках на краю листа образуется фактора SALAD, тем более глубокие зубцы получаются. Удивительно, но эти два пути регуляции формы листьев в конце сходятся и влияют на работу одного и того же гена CUC2, который во многом отвечает за рост и деление растительных клеток.

Причем выводы биологов не ограничиваются земляникой и могут применяться ко многим другим растениям. Эксперименты с резуховидкой таля (Arabidopsis thaliana) — стандартным модельным растением — показал аналогичную регуляцию особенностей листа. По мнению исследователей, эта связь может быть использована, чтобы помочь растениям адаптироваться или переносить более широкий спектр условий в разных климатических зонах.

Резуховидка таля или просто арабидопсис

«Если мы сможем настроить эту регуляцию, мы сможем, например, заставить растение производить больше биомассы, что потенциально будет способствовать увеличению производства фруктов. Мы также можем вывезти эту землянику куда-нибудь за пределы ее естественной среды обитания и расширить ее адаптивность, изменив морфологию листьев. Например, больше зубцов означает, что они будут иметь более высокую устойчивость к холоду. А более широкие и гладкие листья будут лучше адаптированы к более теплому климату», — объяснили авторы нового исследования.

Статья спизжена отсюда

Пять странных фактов. Часть XXXV

Обязательный Disclaimer: Я обычно пишу большие лонгриды на всякую странную тематику, но в процессах поисков натыкаюсь на кучу мелких историй, растянуть которые в полноценную статью не позволяет даже моя графомания. Поэтому — небольшую подборку странных штук из мира вокруг. Они не особо подвергались проверкам с моей стороны — искать доказательства и подтверждения всего этого времени просто не было. Можно возражать, исправлять и гнобить, кто вам запретит, да?

Картинка в заголовке статьи служит для привлечения внимания. Так нейросетка представляет этот выпуск, после скармливания всех ключевых слов из статьи. Ищите пасхалки сами.

Короче, если я правильно понял — это та самая точка, откуда началось всё «великое самурайское кровоизлияние». Ну помните, когда от удара мечом из японца льётся сразу фонтан кровищи. И вот вам фильм Sanjuro. Естественно, это Куросава. И фишка всего этого факта в том, что перед нами была совершенная случайность. Должна была произойти куда более естественная реакция раны — просто пойти кровь. Но мешок с жидкостью случайно порвался и содержимое ломанулась оттуда вся и сразу. А там было довольно много — объём рассчитывался на несколько дублей. А он вылился за один. Зато все на съёмочной площадке решили, что это было круто. Настолько, что дубль оставили, а троп пошёл в фильмы и в народ.

--- Порядок должен быть в массиве ---

Не могу не поделиться прекрасным, что я узнал буквально недавно. Два замечательных сортировочных алгоритма:
1. Сортировка по-сталински. Работает всегда за один проход. Удивительная быстрота. Просто двигаемся по массиву и удаляем те из них, которые не отвечают условию сортировки. Типа: разобрать по возрастанию массив чисел 1, 4, 5, 2, 4, 6. Результат: 1, 4, 5, 6.
Ну да, некоторые данные будут потеряны, но народ готов пойти на такие жертвы ради эффективности!

2. Бого-сортировка. Просто перемешиваем весь массив и смотрим, а не по порядку ли числа выстроился. Да, иногда процесс затягивается, но, с другой стороны, может и с первой попытки сработать.
Как собирают кораблики в бутылках? Кидают туда клей, нитки, кусочки ткани и деревяшки. Трясут. Обычно получается всякая хрень. Но иногда — кораблик.

--- Вьетнамский тартан ---

При виде этого узора многие из 90-х и 2000-х испытали вьетнамский флешбэк. А вы вообще в курсе, что есть такая штука, как тартан? Это узор. Зародился он далеко от Шотландии, но набрал популярность именно за счёт этих гордых горцев. Дело в том, что такой узор в клеточку является очень важным для понимания того, из какого именно ты клана. А если ты не оттуда, то и надевать его «цвета», не имеешь никакого права. И подобные узоры существовали в этой стране много для чего. Отдельный для клана, специальный для его главы, для определённой местности, для отдельных отрядов армии. Есть даже королевский который никто, кроме короля носить не может. В общем — цветовая дифференциация килтов. 

А ещё есть целый сайт, где можно проверить на кого «зарегистрирован» то или иное цветовое сочетание... И вот внезапно: это. Да, оказывается этот паттерн, кто-то догадался внести в подобную базу и присвоил ему имя.

--- Дискриминация в армии США ---

Казалось бы — Страна Свободы, демократии и Второй поправки. Но внезапно, выясняется, что в армии США существует дискриминация по интеллектуальному развитию. Хотя все думают, что у нас здесь всех берут, без разницы. Но нет. Отдавать свою жизнь за родную страну нельзя тем у кого IQ ниже 80. А людей, у которых такой показатель в пределах 80—90, должно быть не больше чем 20% в набор. Как они это выяснили? Во времена Вьетнама, когда USA is need you этот показатель снизили, чтобы грести народ толпами. А потом посмотрели, что на обучение подобных новобранцев требуется гораздо больше времени, а смертность среди них при этом всё равно превышает все разумные пределы. В общем, запрет опять вернули.

--- Первая жизнь на самом молодом острове ---

А перед вами шикарный вид на остров Сюртсей. Он один из немногих счастливчиков, которые находятся под пристальным наблюдением учёных, буквально с момента появления. Да, он здесь новенький — появился 14 ноября 1963 года после извержения вулкана. Долгое время остров целиком состоял лишь из пемзы, и на него тут же приехали позырить куча учёных со всего мира. Ведь это... это... ну, как минимум интересно. Можно посмотреть, как происходит зарождение жизни на отдельно взятом пустующем острове! И выяснилось, что всякие бактерии и микроорганизмы появились там в первые часы существования. Потом попёрли растения и прочее. Птицы стали приземляться, удобряли своим помётом всё это дело, семена. Ну и сейчас уже и насекомые завелись — прилетали на птицах или всё в том же гуано.

Но вот недавно, один из исследователей рассказал историю о том, что, оказывается, первое растение появилось там буквально через год, но все знающие тщательно держали язык за зубами. Как? Откуда? Почему? Неужели инопланетяне постарались? Нет, как считает сам рассказчик — кто-то из учёных, первым прибывшим на остров, тупо... ну, не выдержал напряжения и сходил по большому в этом заповедном месте. А перед этим он, похоже, съел помидорку. И вот через некоторое время, семечко взошло на высоту где-то 15 сантиметров.

И это притом, что сам остров сохраняется как закрытая территория, куда допускались единицы. Вот так, чьи-то проблемы с животом чуть не испортили долгий и уникальный биологический эксперимент... Впрочем, почему чуть? Может быть, и испортили. Нам никогда не узнать всей правды.

Как спутники Марса проходят перед Солнцем

Ровер NASA Perseverance 8 февраля 2024 года наблюдал за прохождением марсианского спутника Фобоса перед Солнцем и запечатлел это событие с помощью камеры Mastcam-Z.

Транзит марсианских спутников перед Солнцем

Видеоролик, который создали из 57 изображений, сделанных Perseverance, показывает транзит Фобоса в реальном времени (около 38 секунд).

Для сравнения: ниже представлена комбинация транзита Фобоса 8 февраля и Деймоса 20 января, показывающая движение обеих лун практически в реальном времени.

Деймос находится почти в четыре раза дальше от Марса, чем Фобос, поэтому ему требуется больше времени, чтобы пройти мимо Солнца.

Масштабное исследование выявило 21 универсальное выражение лица

Американские психологи провели крупное исследование эмоций в разных культурах с помощью глубокой нейронной сети. В эксперименте почти шесть тысяч участников подражали фотографиям лиц с различными выражениями, а затем определяли изображенные эмоции. Используя нейросеть, ученые проанализировали полученные данные и выявили 21 выражение с высокой культурной универсальностью.

Эмоции можно назвать универсальным языком человечества. Дарвин объяснял их возникновение и развитие эволюционной необходимостью. Психолог Пол Экман выделял шесть универсальных выражений лица: гнев, отвращение, страх, удивление, печаль и радость. Но эмоций и выражений внутреннего состояния существует несколько десятков, и в разных культурах они называются по-разному. Сколько вообще эмоций можно передать мимикой и насколько они универсальны?

Подобными вопросами задались исследователи из США. Они собрали базу данных из выражений лиц 5833 участников из шести стран: Китая, Эфиопии, Индии, Южной Африки, США и Венесуэлы. Ученые взяли 4659 изображений различных выражений лица и попросили испытуемых сфотографировать себя, имитируя мимику на картинках.

Участники в сумме сделали 423 193 фотографии и оценили эмоциональную интенсивность от нуля до 100 согласно 48 эмоциональным определениям в шести странах. Используя глубокую нейросеть, которую обучили предсказывать значения движений лица, игнорируя внешность и контекст, исследователи выявили 21 выражение с высокой культурной универсальностью. Результаты опубликованы в журнале iScience.

Главные недостатки предыдущих подобных исследований, как утверждают авторы статьи, состояли в недостаточной выборке и в том, что нейросеть ранее обучалась на эмоциях одной культуры. Чтобы избежать неправильного перевода определений в разных культурах, в новой работе нейросеть обучали определять выражение лица в каждой культуре отдельно — у нее не было предварительных знаний о том, как эмоциональные понятия переводятся с одной языка на другой.

Участники проходили эксперимент в два этапа. Сначала они подражали случайным выражениям лица из 4659 предложенных изображений. Затем они определяли, что чувствует человек на картинке, и оценивали интенсивность эмоции от нуля до 100. Испытуемые из Индии, Южной Африки и США использовали термины английского языка, из Китая — китайского, из Эфиопии — амхарского, из Венесуэлы — испанского. На втором этапе независимая группа участников из каждой страны по тем же критериям оценивала мимику на фотографиях других испытуемых.

В результате выяснилось, что выражения лица, которые ассоциируются с 17 разными эмоциями, определялись одинаково во всех шести странах. Это «гнев», «скука», «концентрация», «отвращение», «страх», «радость», «боль», «грусть», «сексуальное желание», «(положительное) удивление», «усталость», «триумф», «спокойствие», «растерянность», «разочарование», «страдание» и «интерес». Четыре других понятия ученые классифицировали не так точно: «созерцание» в одних странах ассоциировалось с «сомнением» в других, то же самое случилось с парами «любовь» / «романтика»; «удовлетворение» / «довольство»; «(негативное) удивление» / «благоговение».

Однако, как отметили авторы, их исследование не лишено ограничений. Так, 4659 выражений лица испытуемых — это далеко не все возможные комбинации движений лицевых мышц. К тому же, помимо четырех выбранных языков, на которых говорит 40% населения Земли, существует еще 189 стран и 6500 других языков. Также до конца не ясно, как меняется мимика в зависимости от пола, социального класса и прочих индивидуальных различий.

Палеоцен Южной Америки (2)

Млекопитающие Южной Америки большей частью очень своеобразны, причиной чего была длительная изоляция континента, который, впрочем, и в текущую геологическую эпоху соединяется с Северной Америкой лишь узким Панамским перешейком. Иногда изоляция прерывалась, и за время соединения материков происходил некоторый обмен видами. В основном переселение шло с севера на юг. В последующие миллионы лет переселенцы сами давали разные эволюционные побеги, приобретая большое своеобразие.

Ещё одна своеобразная особенность Южной Америки: наличие нескольких отрядов млекопитающих, существовавших только тут, и в результате конвергентной эволюции породивших местные аналоги тапиров, бегемотов, зайцеобразных и другие морфологические формы, существовавшие в отрядах непарнокопытных, копытных, хищных и др.

При этом все отряды наземных млекопитающих имеют всего три корня: опоссумы, неполнозубые (от неизвестных предков) и кондиляртры (древние примитивные копытные).

  Во время изучения фауны Южной Америки и, в частности, островов Галапагос Ч. Дарвина посетило сатори, и он разработал свою теорию естественного отбора.

  У меня наконец дошли руки до чтения книги Дж. Симпсона «Великолепная изоляция» о политической стратегии США в XIX в. истории южноамериканских млекопитающих. Постараюсь в свободное время выкладывать посты с оставшимися артами по этой теме и с пояснениями, но времени мало, а дел много. Даже забыл, что уже выкладывал кое-что по палеоцену Южной Америки https://joyreactor.cc/post/5308756

  Фауна раннепалеоценовой Аргентины (Пунта-Пелигро). На переднем плане утконос Monotrematum sudamericanum:

Пример конвергентной эволюции (это не древние носороги и бегемоты, это потомки вряд ли даже близких родственников предков нынешних копытных):

Физики решили «проблему Фейнмана» об инвертированном разбрызгивателе. Ответ очевидный, а вот объяснение — нет

В какую сторону будет вращаться обычный садовый опрыскиватель, если поток жидкости в нем обернуть вспять? Ответ на этот вопрос выглядит абсолютно очевидным. И он всегда разный в зависимости от степени понимания отвечающим физики протекающих процессов. Поэтому неудивительно, что загадка об инвертированном разбрызгивателе занимала лучшие умы человечества многие десятилетия. К счастью, американские ученые наконец-то теоретически и экспериментально обосновали по-настоящему правильное ее решение.

Разбрызгиватель, работающий в инвертированном режиме (вода движется к центру устройства через трубки-сопла внутрь). Хорошо видны формирующиеся внутри него вихри разного размера и направления

Для начала стоит упомянуть, что проблема инвертированного разбрызгивателя — наглядная иллюстрация закона Стиглера: Ричард Фейнман лишь популяризовал загадку, но сформулировал ее далеко не первым. Наиболее раннее упоминание этого теоретического вопроса встречается в труде The Science of Mechanics (1883 год) небезызвестного Эрнста Маха, именем которого названо число Маха. Экспериментальные попытки определить, в какую сторону будет вращаться инвертированный разбрызгиватель, стали предпринимать примерно с 1940-х годов.

Имя Фейнмана с этой задачей связано следующим образом. Во-первых, когда он услышал обсуждение проблемы инвертированного разбрызгивателя (как раз в 1940-е) коллегами-аспирантами, предложил провести эксперимент. И не где-нибудь, а в помещении циклотрона Принстонского университета. Опыт закончился феерично: задействованный в процессе стеклянный бак разорвало от избыточного давления. Результат оказался спорным, разбрызгиватель сначала немного дернулся вокруг своей оси, а затем замер и больше не двигался. Хотя вода через него продолжила проходить.

Во-вторых, именно Фейнман познакомил широкую публику с проблемой инвертированного разбрызгивателя. Она упоминается в его автобиографической книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман» (1985 год). Хотя в среде популяризаторов науки и ученых эта задача и ранее ассоциировалась с его фамилией, чем гениальный физик явно не был доволен. Он справедливо указывал, что лавры первооткрывателя принадлежат не ему, а Маху.

60-дюймовый циклотрон в Лаборатории радиации им. Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли

Упрощенно суть проблемы заключается в следующем. Полностью погрузим садовый S-образный вращающийся разбрызгиватель в большую емкость и попробуем откачать через него воду. В какую сторону будет вращаться разбрызгиватель и будет ли он это делать вообще? Возможных решений три:

1 - Он будет вращаться в сторону, противоположную «обычному» режиму разбрызгивания: вода же всасывается, следовательно, на срезе сопел возникает разрежение. Это объяснение наименее полное с точки зрения физики, но интуитивно кажется самым логичным.

2 - Он будет вращаться в ту же сторону, что и «обычный» разбрызгиватель: увлекаемая в него вода передает часть крутящего момента на изгибающееся сопло. Этот вариант требует как можно меньшего трения во всех вращающихся деталях разбрызгивателя.

Разбрызгиватель, работающий в режиме обычного опрыскивателя (вода движется от центра устройства через трубки-сопла наружу)

На протяжении последнего полувека различные исследователи проводили эксперименты, чтобы определить, какой из этих вариантов соответствует действительности. Но результаты были всегда неоднозначные. Даже в тех случаях, когда трение движущихся частей разбрызгивателя удавалось снизить практически полностью, он либо стоял на месте, либо едва заметно вращался в противоположную сторону. Полноценного ответа найти не получалось.

За решение эпохальной задачи взялась лаборатория прикладной математики Курантовского института математических наук (NYU Courant: Institute) — независимого подразделения Нью-Йоркского университета. В ней уже не раз отвечали на животрепещущие вопросы «жизни, Вселенной и вообще»: в 2018 году нашли рецепт идеальных мыльных пузырей, в 2021-м объяснили формирование загадочных каменных лесов, а в 2022-м изучили нюансы аэродинамики планеров с тончайшими крыльями (что позволяет делать самые эффективные бумажные самолетики). Новая научная работа плодотворной исследовательской организации опубликована в рецензируемом журнале Physical Review Letters.

Чтобы во всех деталях изучить происходящее с инвертированным разбрызгивателем, ученым пришлось попотеть. Сначала они создали наиболее полную модель устройства, провели все необходимые вычисления и рассчитали разные варианты развития событий в эксперименте. Для опыта исследователи собрали такую установку, в которой не только минимизировано трение, но и устранены возможные возмущения от потоков жидкости вокруг самого разбрызгивателя.

Во время эксперимента использовали не обычную воду — в нее добавили отражающие микрочастицы, которые ярко светились в лучах подсвечивающего лазера. Так получилось наглядно увидеть поток жидкости и все возникающие в нем турбулентности. Результатом экспериментов и моделирования стала удивительная картина: инвертированный разбрызгиватель действительно будет крутиться в сторону, противоположную «обычному» режиму работы. Только в 50 раз медленнее. Самое удивительное, что обнаружили исследователи: механизм этого вращения полностью идентичен таковому у «правильного», не инвертированного разбрызгивателя. И его секрет кроется в том, что происходит внутри устройства.

Схема эксперимента: (a) — разбрызгиватель в разрезе (он способен работать и в обычном и в инвертированном режиме); (b) — чертеж всей установки; (c) — иллюстрация, показывающая метод визуализации турбулентных потоков (в плоскости трубок-сопел работает «лазерная завеса», которая подсвечивает отражающие микрочастицы, двигающиеся вместе с водой)

Дело в том, что при всасывании воды, трубки-сопла тоже формируют струи, только не снаружи разбрызгивателя, а внутри. Даже если они расположены строго на противоположных сторонах кольца и оси их параллельны, получившиеся струи не обязательно столкнутся в центре. Ведь сопла изгибаются, меняют направление движения воды, а она, в свою очередь, получает от этого дополнительный импульс. И когда покидает трубку, часть этого импульса заставляет поток отклоняться от прямолинейной траектории.

В результате внутри разбрызгивателя возникает несколько вихрей, вращающихся в противоположные стороны. Но их размер, а вместе с тем скорость и объем вовлеченной воды, не одинаковый. Это приводит к неравномерному распределению момента силы в разных направлениях. И устройство вращается.

Вывод исследования можно кратко сформулировать так: будет ли фейнмановский разбрызгиватель вращаться и если да, то в какую сторону, — в первую очередь зависит от внутренней геометрии этого разбрызгивателя. В общем случае он будет едва заметно вращаться в обратную сторону, но если трение в его деталях велико, то это движение зафиксировать трудно.

Статья спизжена отсюда