Небольшой жук-чернотелка из пустыни Намиб умеет добывать необходимую ему воду прямо из воздуха. Недавно американские ученые поняли, каким образом он это делает, и сконструировали бутылку, которая, как неиссякаемый кувшин из арабских сказок, может сама наполняться водой. Это изобретение поможет предотвратить надвигающийся дефицит питьевой воды.
Мы являемся млекопитающими, поэтому проблема пополнения организмом запасов воды для нас всегда будет актуальна — ведь наша кожа весьма проницаема для влаги. Кроме того, наш механизм охлаждения тела тоже связан с потерями воды (имеется в виду потоотделение). Именно поэтому люди с самых ранних этапов своей эволюции были вынуждены селиться вблизи источников питьевой воды — чтобы пополнять дефицит H2O тогда, когда в этом назревает необходимость.
С тех пор прошло много-много лет — численность людей увеличилась, а количество источников питьевой воды сократилось. И, что самое печальное, продолжает сокращаться — почвенная эрозия, вызванная сельским хозяйством, и промышленное загрязнение делают свое черное дело. Видимо, недалек тот день, когда на всей Земле наступит тотальный дефицит воды, пригодной для питья. Кстати, в некоторых регионах такое уже произошло — особенно страдают районы Африки, расположенные рядом с постоянно растущей пустыней Сахара. Вода там сейчас дороже и золота, и алмазов.
Можно ли как-то исправить ситуацию, не возвращаясь обратно в каменный век и не сокращая численность людей принудительным путем? Как это ни странно, да. Дело в том, что на самом деле на нашей планете даже в пустынях достаточно воды, пригодной для питья. Однако она существует там в виде водяного пара, который человеческий организм усваивать не может. Неужели нет способа перевести ее в нормально усваиваемый жидкий вид?
Между тем, такой способ есть, и его активно используют различные пустынные животные. Взять хотя бы небольшого черного жука Onymacris unguicularis, принадлежащего к семейству Чернотелковых (Tenebrionidae). Это весьма изобретательное существо, живущее в пустыне Намиб, умеет добывать воду из засушливого воздуха пустынь. И делает это следующим образом: ранним утром, когда в пустыне бывают туманы, жуки выбираются на гребни высоких дюн, поднимают брюшко кверху по направлению к ветру и опускают голову вниз.
Читайте также: Лазер предотвратит наводнения и засухи
Находясь в таком положении, насекомые замирают в ожидании — в это время туман конденсируется на выступах их надкрыльев и стекает по центральному желобку вдоль их шва к ротовым органам. Полученная таким образом влага составляет до 40 процентов веса тела насекомого — этого ему хватает на целые сутки. Впрочем, следует заметить, что жук расходует добытый запас весьма экономно — в жаркое время дня он редко появляется на раскаленной поверхности земли, предпочитая отсиживаться в прохладном убежище.
Однако дело, как вы понимаете, вовсе не в этом, а в том, каким именно образом жуку удается сконденсировать влагу на своем теле. Долгое время ученые не знали ответа на этот вопрос. И только недавно исследователи из Массачусетского технологического института (США) обнаружили, что на панцире жука имеются поверхности двух типов. Первый из них состоит из гидрофильных (то есть притягивающих воду) веществ, а второй — из гидрофобных (отталкивающих воду). Причем, как вы сами понимаете, гидрофильные поверхности сконцентрированы в задней части тела, а гидрофобные — в средней и передней.
Как видите, ларчик открывался весьма просто — сконцентрированные в задней части хитина кремниевые соли (вроде известного всем силикагеля) заставляют водяной пар конденсироваться, а покрытые водоотталкивающим воском надкрылья играют для накапливающихся и растущих капель роль барьера, который не позволяет им преждевременно скатиться с улавливающих поверхностей насекомого. Кроме того, немалую роль в процессе улавливания воды играет и рельеф панциря — на гидрофильных поверхностях имеется много впадин и микровыростов (именно такая структура помогает водяному пару быстрее конденсироваться), а гидрофобные поверхности почти идеально гладкие.
После того, как американские ученые разгадали секрет жука, они решили сделать такую поверхность у себя в лаборатории, используя органические полимеры со включениями из различных неорганических наночастиц. В итоге у них получилась поверхность, способная собирать влагу из воздуха. При испытаниях в пустыне такая поверхность собирала за полчаса до 0,5 литра живительной влаги. И что самое приятное, сконденсированная вода была практически дистиллированной, то есть свободной от многих загрязняющих органических и неорганических веществ!
После серии успешных опытов разработкой заинтересовалась стартап-компания NBD Nano, представители которой решили заняться ее продвижением на рынке. По их расчетам, данное "ноу-хау" может пригодится и там, где из воздуха нужно удалить лишнюю влагу (склады, жилые помещения во влажном климате), и в местах, где не хватает питьевой воды нормального качества. Причем последнее будет особенно актуально для людей, живущих в зоне сухих тропиков и субтропиков, где доступ к чистой питьевой воде весьма затруднен.
Первым продуктом NBD Nano должна стать самонаполняющаяся бутылка, весьма похожая на неиссякаемый кувшин из арабских сказок. Ее нужно просто выставить на улицу — и за час "работы" она сможет выловить из воздуха до шести литров воды (причем эти данные рассчитывались по условиям, имеющимся в пустыне — в горах, например, или в городах она соберет еще больше влаги). Пока что идут испытания, однако, согласно планам руководства NBD Nano, эта чудесная бутылка появится в продаже уже в начале 2014 года. Первоначально ее планируется "опробовать" на бегунах на большие дистанции и туристах-экстремалах, а после могут запустить и в массовое производство.
Читайте также: В пустыне вырастут леса
Итак, как видите, человечеству есть чему поучиться и у самого обычного жука. Ведь именно его изящные надкрылья помогли людям предотвратить надвигающийся тотальный дефицит питьевой воды…
Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"