04.05.2013 17:46

Муха подсказала идею скафандра

В науке часто бывает так, что при решении одной проблемы неожиданно для себя успешно решаешь совсем другую. Вот и исследователи из Страны восходящего солнца изначально хотели всего-то улучшить методику изучения живых существ при помощи сканирующего электронного микроскопа. А в итоге они изобрели принципиально новый тип скафандра для космонавтов.

Фото:

Японские биологи неожиданно для самих себя сделали шаг в направлении освоения космоса. А ведь сначала они просто хотели посмотреть на личинок плодовых мушек дрозофил (Drosophila melanogaster) под электронным микроскопом. В результате же исследователи сделали открытие, которое в перспективе может позволить человечеству путешествовать в космосе, не капсулируя себя в максимально защищенных кораблях и тяжеленных, но не очень эффективных скафандрах.

Для того, чтобы изучить насекомых под сканирующим электронным микроскопом (СЭМ), необходимо создавать вокруг их тел вакуум. Делается это для того, чтобы молекулы воздуха не поглощали "рабочие" электроны. Однако большинство подопытных практически мгновенно погибают от обезвоживания, так как вода из организмов буквально высасывается вакуумом. В итоге рассмотреть удается лишь усохших и погибших личинок.

Читайте также: Цветок вывел ученых из кризиса

Решая эту проблему, японские ученые попробовали направить на объект исследований пучок электронов. Бомбардировка дала неожиданный результат. Под потоком электронов личинка продолжала жить в вакууме порядка часа. Впоследствии помещаемых под СЭМ и в вакуум насекомых продолжали бомбардировать электронами, и они выживали, превращаясь впоследствии в абсолютно нормальных насекомых.

Оказалось, что японцы совершенно случайно создали для насекомых защитный скафандр. Получался он в результате взаимодействия электронов с поверхностью тела насекомого, которое покрыто тончайшей пленкой. Взаимодействие этой пленки с потоком электронов привело к ее полимеризации и созданию защитного слоя толщиной 50-100 нм. В нем личинка могла спокойно двигаться и при этом была надежно защищена от обезвоживания.

Однако подобные пленки имеются не у всех насекомых, поэтому ученым пришлось искать аналогичное соединение для создания искусственных скафандров другим мелким подопытным. Их стали покрывать разведенным в воде веществом Tween 20, которое используется в производстве моющих средств и даже продуктов питания. Нанесенное на тело насекомого, оно взаимодействовало с потоком электронов аналогичным образом — создавая защитную оболочку, в которой можно находиться в вакууме.

Ученые заявляют, что на основе результатов экспериментов можно построить невероятно тонкий (около 100 микрометров) скафандр для человека, в котором можно работать даже в открытом космосе. Впрочем, для этого необходимо решить еще ряд проблем, например, найти защиту от радиации и холода, которые в секунды убьют человека в таком "наноскафандре" в космосе. Тем не менее, природные технологии насекомых, отточенные веками эволюции, представляют огромный интерес, так как на сегодняшнем уровне технического развития многие из них могут быть скопированы и использованы человеком для выживания в агрессивной среде.

Например, насекомые умеют создавать подводные скафандры, в которых способны находиться под водой долгое время и нырять на большие глубины. Погружаясь под воду, эти маленькие существа вносят в эту среду и часть воздуха на собственном теле, в чем им помогает водоотталкивающий хитиновый панцирь. Этот воздушный пузырь является не просто источником кислорода для них, но еще и защитной оболочкой.

Напомню, что все насекомые поглощают воздух через дыхательные каналы, которые соединены с мельчайшими отверстиями на внешнем хитиновом покрове. Этот тип дыхания также называют трахейным. Шестиногие создания сжимают воздушные каналы по всему телу, выталкивая воздух, чтобы в следующей фазе расслабления газовая дыхательная смесь проникла в расслабленные трахеи.

Целостность воздушного пузыря поддерживается волосками насекомого, которые отталкивают воздух. Они не позволяют затопить и маленькие отверстия, через которые насекомое потребляет воздух. Чем ближе расположены друг к другу волоски, тем крепче пузырь и тем большее давление воды он может выдержать. Но слишком близкое расположение волосков снижает площадь дыхательной поверхности.

При этом насекомые имеют определенный запас кислорода под хитиновым покровом. Он не только выполняет роль стратегического запаса, но и, как предполагают ученые, способствует поглощению кислорода непосредственно из воды путем адсорбирования растворенных молекул этого газа. А манипулирование объемом имеющегося воздушного запаса позволяет шестиногому "аквалангисту" менять глубины.

Однако человеку необходимо гораздо больше воздуха, а соответственно, и воздушный пузырь должен составлять десятки метров в диаметре. Поддерживать такую систему сложно, но насекомые наверняка подскажут нам решение…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"