water

Самая интригующая загадка воды разгадана

Ученым удалось разгадать одну из самых интригующих загадок воды: они выяснили, каким образом она может сохранять информацию о тех, кто ее населяет. Оказалось, что некоторые органические молекулы, попавшие в воду, могут сохраняться в ней достаточно долго. Это странно — по идее, они сразу же должны разрушиться. Но почему-то этого не происходит.

Фото:

Традиционно считается, что водная среда передает запахи на значительные расстояния хуже, чем воздушная. Объясняется это тем, что сигнальные молекулы, совокупность которых, собственно говоря, и составляет любой запах, оказавшись в весьма активном растворителе, которым является даже дистиллированная вода, быстро распадаются на части. Кроме того, из-за постоянных течений (которые есть даже в стоячей воде) концентрация запаховых веществ сразу резко уменьшается — просто молекулы быстро разносятся в разные стороны.

В то же время биологам и химикам не давал покоя тот факт, что практически у всех водных животных органы обоняния развиты намного лучше, чем другие рецепторы. Да и, судя по всему, их работа весьма эффективна. Так, уже давно известно, что акула способна почувствовать запах жертвы на расстоянии нескольких сотен метров. И ведь при этом дело происходит в океане — морская вода из-за большой концентрации солей активнее, чем пресная.

И вот недавно этот парадокс удалось разрешить благодаря исследованию, проведенному сотрудником Института полярных исследований имени Альфреда Вегенера, профессором Борисом Кохом. Ученый, используя метод спектрометрии, выяснил одну удивительную вещь. Точный масс-спектрометр показал, что в воде после распада органического вещества на долгое время остаются его одиночные молекулы.

"Вода имеет химическую "память", сохраняя информацию о находившихся в ней организмах в виде одиночных органических молекул. Мы научились определять, частью каких организмов были эти молекулы и как давно они попали в воду", - говорит исследователь. По его словам, спектрометр может точно определить атомарный состав молекулы и, более того, количественное соотношение углерода, водорода, азота и т. п. Руководствуясь этим, можно восстановить облик самой молекулы и даже определить, частью какого организма она раньше являлась.

Согласно исследованию Коха, чаще всего вода сохраняет углеводы и органические кислоты. А ведь именно эти вещества и входят в состав большинства секретов, выделяемых поверхностью тела, например, слизи рыб и многих беспозвоночных. Само собой, состав слизи и прочих экскрементов специфичен для каждого вида. Возможно, именно поэтому акула и находит свою жертву на дальнем расстоянии без всяких ошибок — она просто следует за шлейфом органических молекул, которые сохраняются довольно долго, иногда в течение нескольких дней. И, руководствуясь спецификой запаха, кровожадная хищница сразу понимает, чей это след — безобидного для нее тунца или компании дельфинов, с которыми лучше все же не связываться.

Более того, ученому удалось также выяснить, что вода может достаточно долго сохранять информацию о смерти животного. Некоторые молекулы его разлагающегося тела пребывают в том месте, где существо постигла смерть, очень и очень долго. Видимо, именно они и являются сигналами для многих морских падальщиков, например, миксин или крабов, которые видят достаточно плохо, однако без всякого труда отыскивают усопшего сразу же после его кончины. "То есть, получается, что вода хранит память об умерших так же, как регистратор в соответствующем ведомстве", - шутит ученый.

Интересно, что открытие Коха пока что противоречит некоторым закономерностям органической химии. Согласно им, любая органическая молекула после попадания в морскую воду очень быстро должна разлагаться на простые составляющие, вроде углекислого газа и воды. Но в данном случае этого не происходит. Но почему? Возможно, из-за того, что экскреторные вещества способны образовывать с молекулами воды комплексные соединения, которые устойчивы к действию любых "разрушителей".

Однако каков предел существования таких устойчивых соединений? В работе говорится о нескольких днях, однако не исключено, что такое представление сложилось потому, что время экспериментов было ограничено. Возможно, молекулярная информация может храниться месяцами или даже годами. Все это следует проверить, проведя исследования уже не в лаборатории, а в самом океане.

Если это так, то тогда подобную технологию можно будет использовать, например, при отслеживании миграционных путей различных морских животных. Собственно говоря, сотрудники AWI планируют следующим летом в Антарктике взять пробы воды вблизи колоний южных морских слонов, чтобы подтвердить это предположение. Также они собираются поработать с акулами, чтобы, изменяя концентрацию органики в воде, понять, действительно ли водные животные могут ориентироваться в океане "по запаху", чувствуя повышение концентрации тех или иных молекул.

И, наконец, подобное исследование имеет еще одну интересную перспективу. Поняв, насколько долго в воде могут сохраняться органические молекулы, можно будет установить предельную "вместительность" океана как крупнейшего на планете резервуара органики. И еще отследить, какая часть СО2 образуется в океане, а какая — поступает извне. Это поможет наконец-таки определиться с пресловутым парниковым эффектом. Действительно ли он имеет место быть?

Читайте также в рубрике "Наука и техника"