PNIPU

Однако у некоторых людей употребление этого белка приводит к проблемам со здоровьем. Самое известное заболевание, связанное с глютеном, — это целиакия, при которой возникает поражение кишечника, нарушается всасывание питательных веществ, что приводит к анемии, недостатку витаминов и проблемам с костями. Единственный способ избежать этих последствий — полностью исключить этот продукт из рациона.

По оценкам медиков, целиакия встречается примерно у 1-2% людей во всем мире — это около 80–150 миллионов человек. При этом есть и те, кто просто не переносят глютен без видимых повреждений кишечника, но при этом сталкиваются со вздутием и тяжестью после каждого приема пищи.

Сегодня безглютеновый хлеб чаще всего делают из очищенных крахмалов — рисового, кукурузного или картофельного. Это значит, что хотя продукт безопасен для людей с непереносимостью, он практически не содержит белок, клетчатку и полезные микроэлементы. Кроме того, такой хлеб имеет высокий гликемический индекс, то есть после его употребления уровень сахара в крови резко подскакивает, что может быть опасно для людей с диабетом.

В мире существует немало исследований безглютенового хлеба, которые ориентированы на импортное сырье. При этом в России используются другие сорта муки и технологии производства, что не всегда позволяет применять зарубежные рецептуры при создании качественных и безопасных продуктов питания.

Ученые Пермского Политеха впервые в России создали рецептуры безглютенового хлеба, которые по пищевой ценности превосходят отечественные аналоги. В результате содержание белка и жиров выросло в 2-3 раза, углеводов стало на 30-50% меньше, а гликемический индекс значительно снизился. Это позволит производить качественные безглютеновые продукты, которые подойдут не только людям с непереносимостью, но и диабетикам.

Основой для новых рецептур послужили альтернативные виды муки. Вместо традиционной пшеничной исследователи применили комбинацию из нескольких видов растительного сырья, которые обычно не используют в массовой выпечке, — гречки, нута, амаранта, льна и кунжута. Эти культуры отличаются повышенным содержанием белка, полезных жиров и пищевых волокон, а также богаты микроэлементами — кальцием, железом и магнием.

Следующим этапом стала адаптация остальных компонентов теста. Для снижения гликемической нагрузки сахар заменили на сироп топинамбура (подсластитель из земляной груши). Также добавили псиллиум — растительное волокно из семян подорожника, которое служит дополнительным источником клетчатки.

В ходе экспериментов ученые разработали несколько вариантов мучных смесей на основе рисовой, кукурузной, нутовой, гречневой, амарантовой, льняной и кунжутной муки в разных сочетаниях. Для повышения пищевой ценности и улучшения усвояемости в рецепты были введены меланж и сливочное масло. Эти ингредиенты способны образовывать эмульсии, удерживать влагу и влиять на пористость мякиша.

Чтобы оценить полученные рецептуры, они изготовили образцы хлеба. Для этого тесто подвергалось ферментации в условиях повышенной влажности в течение 3–4 часов, после чего выпекалось при высоких температурных режимах. Также в ходе всего технологического цикла исследователи фиксировали структурные свойства (эластичность, упругость) и органолептические показатели: цвет, запах, вкус.

— Лабораторные испытания готовых образцов показали, что по пищевой ценности они заметно превосходят существующий безглютеновый хлеб российского производства. По сравнению с промышленными аналогами содержание белка выросло в среднем в 2-3 раза, а уровень углеводов сократился на 30-50%. Также в 2 раза увеличилось количество полезных жиров, необходимых для усвоения витаминов A, D и E. Помимо этого, у разработанных образцов в среднем на 20-30% ниже гликемический индекс, что исключает резкие скачки сахара в крови при его употреблении и делает такой хлеб подходящим для диабетиков, — отметила Светлана Карманова, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Также за счет использования цельных видов муки и натуральных добавок продукт содержит клетчатку, которая улучшает работу пищеварительной системы, и ряд микроэлементов — кальций, железо и магний. Такое сочетание позволяет компенсировать дефицит полезных веществ и повышает общую пищевую ценность.

Разработанные смеси могут использоваться в пекарнях и хлебозаводах для выпуска массового безглютенового хлеба, который будет по вкусу и качеству максимально близок к привычному пшеничному. Он не только подходит для диабетиков, так как не провоцирует скачков сахара, но и в целом полезен для здоровья за счет высокого содержания белка, клетчатки и других микроэлементов. Кроме того, все используемые ингредиенты доступны в России и не требуют импорта, что делает предложенные рецептуры более выгодными и легко внедряемыми.

Статья опубликована в журнале «Теоретическая и прикладная экология». Исследование проведено в рамках программы «Приоритет 2030».

Ежегодно в реки, озера и водохранилища поступают миллионы тонн загрязнителей: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы, пестициды, соединения азота и фосфора, опасные органические вещества. По последним данным, за год число случаев загрязнения водных объектов в России выросло на 12 %. Наряду с этим ужесточаются требования природоохранного законодательства, особенно для очищенных сточных вод, сбрасываемых в природные водоемы.

К числу традиционных методов очистки нефтесодержащих сточных вод относится применение активного ила (сообщества бактерий, микроскопических грибов, простейших), которые используют загрязняющие вещества для питания.

Однако такая технология очистки не всегда обеспечивает достижение требуемых параметров. В частности, она недостаточно эффективна для удаления некоторых соединений, а также не позволяет достичь нужных органолептических свойств (запах, прозрачность). Это объясняется как сложным составом сточных вод, так и неравномерностью их поступления на очистные сооружения.

Одним из приемов повышения эффективности этого метода является увеличение биомассы и возраста активного ила с помощью специальных носителей для закрепления микроорганизмов. Это позволяет повысить активность сообщества микроорганизмов и его устойчивость к трудноокисляемым токсичным веществам.

В настоящее время используются преимущественно промышленные носители, которые производят из первичного сырья, которое нуждается в добыче и обработке. При этом существующие коммерческие продукты не решают проблему очистки комплексно, а их использование является дорогостоящим и увеличивает затраты предприятий.

Ученые Пермского Политеха впервые разработали и испытали новые носители для активного ила на основе остатков пиролиза нефтесодержащих отходов и отходов пластика. Они превосходят существующие аналоги по очистке нефтепродуктов в среднем на 6–22 % и, в отличие от них, эффективно удаляют соединения азота (аммоний — на 94 %, нитриты — на 79 %). Внедрение разработки на одном предприятии позволит сэкономить более 1,5 миллионов рублей в год за счет предотвращенного экологического ущерба.

Для создания носителей ученые исследовали разные виды вторичного сырья: хлопья переработанного пластика и этикетки от пластиковых бутылок, поскольку эти материалы массово доступны и требуют утилизации. Также был синтезирован углеродно-синтетический носитель на основе остатков нефтесодержащих отходов и остатков полиэтилена. Их смешали в различных соотношениях при постоянном перемешивании и нагревании до 110–120 °С.

— Оценка эффективности использования полученного носителя проводилась в условиях, максимально приближенных к реальным. Для этого сточные воды и живой активный ил, отобранные на нефтеперерабатывающем предприятии, загрузили в специальные лабораторные емкости. Там отслеживали несколько ключевых параметров: скорость закрепления микроорганизмов на поверхности, изменение видового состава ила и органолептические показатели очищенной воды (цвет, запах, прозрачность). В процессе наблюдений также определили эффективность очистки по содержанию органических веществ, нефтепродуктов и соединений азота, — отметила Елена Калинина, кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.

Чтобы оценить, насколько углеродно-синтетический носитель превосходит уже известные технологии, ученые сравнили его с популярными промышленными аналогами, которые используются на очистных сооружениях. Нефтепродукты, которые являются одними из самых опасных загрязнителей сточных вод нефтепереработки, удаляются на 6–22 % эффективнее, а другие органические соединения — на 5–10 % в зависимости от конкретного типа загрязнителя.

— Важно, что созданный образец позволяет снизить содержание соединений азота: содержание аммония в очищенной воде снижается на 94 %, а нитрит-ионов — на 79 %. Кроме того, использование углеродно-синтетического носителя в два раза улучшает органолептические показатели: прозрачность очищенной воды возрастает с 15 до 30 см, а запах снижается с отчетливого до слабого. Эти параметры также помогают определить эффективность очистки, — дополнила Лариса Рудакова, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.

Применение такого носителя позволит также увеличить видовое разнообразие микроорганизмов в активном иле почти в 2 раза. Это означает, что бактерии становятся устойчивее и способны эффективно очищать воду от более широкого спектра загрязнителей, в том числе соединений азота, которые при попадании в водоем вызывают массовое цветение воды и гибель рыбы из-за нехватки кислорода.

Разработка пермских ученых даст возможность одновременно утилизировать отходы нефтепереработки и пластика и эффективно очищать сточные воды. По оценкам исследователей, внедрение созданного носителя на одном заводе поможет сэкономить более 1,5 миллиона рублей в год за счет сокращения сбросов опасных веществ и уменьшения платы за негативное воздействие на окружающую среду.

Позже исследователи выяснили, что интенсивность Боотид крайне нестабильна: в отдельные годы активность потока падает практически до нуля, тогда как в другие периоды количество «падающих звезд» может достигать впечатляющих пиковых значений. Эта непредсказуемость делает это астрономическое явление особенно интересным объектом для астрономического мониторинга.

– Родительским телом Июньских Боотид выступает комета 7P/Понса–Виннеке. Ее впервые обнаружил французский астроном Жан-Луи Понс еще в 1819 году, однако уже через месяц наблюдения прервались: небесная странница ушла в южное полушарие, а точная орбита на тот момент рассчитана не была, что не позволило предсказать ее возвращение. Почти через 40 лет, в 1858 году, комету вновь зафиксировал Фридрих Виннеке – с тех пор она носит двойное имя. Из-за сильно вытянутой орбиты период ее обращения вокруг Солнца составляет около 6,4 года, – пояснил эксперт в области астрономии Пермского Политеха Евгений Бурмистров.

По словам ученого Пермского Политеха, комета принадлежит к семейству Юпитера. Это означает, что ее орбита проходит вблизи планеты-гиганта, гравитация которого постоянно отклоняет ее от первоначального курса.

– Эта же сила определяет, насколько ярким будет звездопад в том или ином году. Родительское тело потока состоит изо льда, разных газов и мельчайших частиц пыли. При сближении с Солнцем эта масса начинает таять и испаряться, образуя длинный пылевой хвост. Под влиянием Юпитера он обгоняет комету, а в некоторых случаях сворачивает в сторону, из-за чего структура становится неоднородной. Интенсивность метеорного потока напрямую зависит от того, пересекает ли Земля плотный участок этого шлейфа или проходит через разреженную область, где частиц, оставленных кометой, крайне мало. Именно эта непредсказуемость долгое время не позволяла астрономам точно прогнозировать активность Боотид, – пояснил эксперт.

Сегодня ученые используют компьютерное моделирование для отслеживания движения пылевых частиц. С помощью таких расчетов они определяют, в какие годы Земля будет проходить через наиболее плотные участки пылевого шлейфа, и могут приблизительно оценить ожидаемое число вспышек.

Как рассказывает Евгений Бурмистров, радиант потока, то есть точка, откуда визуально вылетают метеоры, расположен в созвездии Волопаса, примерно в семи градусах южнее звезды Каппы Волопаса. Главный ориентир — ярчайшая оранжевая звезда Арктур, которая находится на продолжении ручки ковша Большой Медведицы.

– Скорость падающих звезд потока составляет около 14 километров в секунду, что почти в три раза медленнее, чем у Персеид. Из-за этого они оставляют хорошо заметные кратковременные следы. Цвет свечения преимущественно желтоватый или оранжевый – это объясняется присутствием в составе сгорающих частиц натрия и железа. В этом году астрономы прогнозируют умеренную активность потока. Однако каждый сезон может преподнести сюрпризы: при благоприятных обстоятельствах – ясное безлунное небо, отсутствие городской засветки и правильно выбранное место – количество вспышек способно достигнуть 100 в час, – обращает внимание ученый Пермского Политеха Евгений Бурмистров.

Звездопад будет активен примерно с 22 июня по 2 июля, с пиком в ночь с 27 на 28 июня. Для наблюдения стоит выбрать темное место вдали от городских огней и дать глазам около получаса на адаптацию. Лучшее время — после часа ночи до рассвета, когда радиант в Волопасе поднимается над северо-восточным горизонтом на достаточную высоту. Смотреть рекомендуется не прямо на радиант, а на обширную область вокруг этого созвездия, чтобы охватить больше видимых следов от метеоров.

Как продолжает эксперт ПНИПУ, ко второй половине июля поспевает лесная малина. Ее пик приходится на конец июля и август, и растет она на вырубках, лесных полянах, старых пожарищах, иногда зарослями на многие километры. С конца июля до середины августа в сосновых борах собирают чернику. В эти же сроки на лесных болотах и в заболоченной тайге, особенно в Сибири, Карелии и на Дальнем Востоке, можно найти голубику. Чуть позже, с начала августа и до конца месяца, начинается сбор брусники, которая часто растет рядом с черникой.

– Кроме того, в лесах встречаются и другие виды ягод. Водяника, или шикша, обычна на болотистых участках северных регионов, ее черные плоды с сизым налетом поспевают в августе. Костяника, которую называют лесным гранатом за сходство с его зернами, встречается в европейской части, Сибири и на Дальнем Востоке. Собирают ее в июле-августе. Черёмуха широко распространена по всей стране, ее терпкие плоды созревают в конце июля – августе. Примерно в это же время созревает морошка, которая обладает медово-пряным вкусом, – отмечает ученая Пермского Политеха.

В жаркие солнечные годы плоды могут созревать раньше обычного на неделю-полторы, но это относится лишь к отдельным видам и не становится закономерностью. При следующем холодном или дождливом лете сроки возвращаются к норме. Даты созревания и обилие ягод зависят не от глобального потепления, а от конкретной погодной обстановки здесь и сейчас, поэтому какой-то устойчивой тенденции к смещению пиков сбора из-за изменения климата нет.

Опасные ягоды и места

По словам Марии Комбаровой, очень важно учиться отличать съедобные виды от ядовитых, потому что последние нередко маскируются под знакомые и безопасные. Например, вороний глаз с одной черной ягодой на верхушке стебля можно принять за чернику или голубику, но он смертелен даже для взрослого. Волчье лыко отличается тем, что его красные плоды крепятся к ветке без плодоножек, словно прирастая прямо к коре, напоминают красную смородину или жимолость, однако вызывают летальный исход.

Купену с черно-синими «бусинками» на дугообразном побеге неопытные сборщики путают с черникой, а лесную жимолость, которая провоцирует сильное расстройство желудка, ни с чем не спутать, но и ее порой собирают из-за внешней привлекательности ярко-красных ягод, сидящих попарно. Главное правило: если не знаешь ягоду – никогда ее не бери.

– Категорически нельзя собирать плоды в нескольких случаях. Во-первых, в заповедниках, национальных парках и заказниках и ООПТ – особо охраняемых природных территориях – здесь любая заготовка запрещена законом. Во-вторых, вблизи промышленных предприятий – то есть на расстоянии менее четырех километров от них. В такой зоне ягоды впитывают из воздуха промышленные загрязнения. Это же правило действует для крупных автомобильных дорог и свалок. Также считается неэтичным делать это на кладбищах, хотя прямого запрета на это нет, – комментирует эксперт ПНИПУ.

Штрафы и запреты: как не стать нарушителем

Под абсолютный запрет попадают растения из Красных книг России и регионов. Один вид может быть обычным на одной территории и охраняемым на другой, поэтому перед походом в лес стоит узнать, разрешен ли сбор тех или иных видов на вашей местности. За незаконные действия гражданам грозит административный штраф от двух с половиной до пяти тысяч рублей по статье 8.35 КоАП РФ. Более того, у человека могут конфисковать ягоды и орудия сбора, включая корзины и ножи. Если же будет доказано, что такие действия совершались умышленно, в крупных размерах или с целью продажи, ответственность может перейти в разряд уголовной по статье 260.1 УК РФ. В этом случае наказанием может стать штраф до одного миллиона рублей или лишение свободы на срок до четырех лет.

– Отдельный режим действует в заповедниках, национальных парках и заказниках. Согласно Федеральному закону «Об особо охраняемых природных территориях», там запрещена любая деятельность, которая может нанести ущерб природным комплексам, включая сбор любых пищевых лесных ресурсов для собственных нужд. За нарушение предусмотрена административная ответственность по статье 8.39 КоАП РФ, которая влечет за собой наложение штрафа на граждан в размере от трех до четырех тысяч рублей, – обращает внимание ученая.

Помимо ограничений, связанных с местом, законодательство регулирует и способы добычи лесных даров. На данный момент действует Приказ Минприроды № 494, запрещающий использование варварских орудий сбора, а с 1 сентября 2026 года его заменит новый Приказ № 154, однако смысл запрета остается прежним, и к числу таких орудий относятся совки-гребки – в народе их называют грабилками, бралками, хапалками или хапугами. Применять их нельзя ни при каких обстоятельствах, потому что они калечат побеги и нередко выдирают растения вместе с корневой системой.

– Лесной кодекс Российской Федерации закрепляет право граждан свободно и бесплатно пребывать в лесах и брать дикорастущие плоды для личного потребления, – заключает ученая Пермского Политеха Мария Комбарова.

– Рождаются они в летней мезосфере, где температура опускается до –120°C. Такой холод возникает из-за двух причин. Во-первых, мощные восходящие потоки поднимают теплый воздух вверх: при подъеме газ расширяется и охлаждается. Во-вторых, на этой высоте воздух настолько разрежен, что почти не удерживает тепло — оно уходит в космос. Зимой воздушные потоки меняют направление, этот слой прогревается, и облака перестают появляться, – делится эксперт в области астрономии ПНИПУ Евгений Бурмистров.

Видимость этого события заметно различается в зависимости от того, где находится наблюдатель. В северных широтах – например, в Москве, Санкт-Петербурге, на Урале и в Сибири – облака появляются в разгар летнего сезона. Лучше всего они будут заметны на небе в конце июня и начале июля, ориентировочно через 30-60 минут после захода Солнца или за полчаса-час до рассвета.

Это красивое и многим известное явление, но с ним связано немало любопытных фактов.

Вода из метана: биосферный источник космических облаков

Неожиданным источником влаги для серебристых облаков служит метан — тот самый газ, который используется в бытовых плитах. Его также выделяют болота и мусорные свалки, где органика разлагается без доступа кислорода, рисовые поля, которые, по сути, являются теми же заболоченными территориями, а также домашний скот — в особенности коровы и овцы, в чьей пищеварительной системе это соединение вырабатывают особые микроорганизмы. Поднимаясь вверх, он достигает разреженных и холодных верхних слоев атмосферы, где под действием солнечного ультрафиолета распадается на части, образуя воду, а затем – крупицы льда.

– Парадокс в том, что в приземном слое атмосферы, где мы живем, этот газ работает как парник – он задерживает тепло, не давая ему уходить в космос. Однако в мезосфере это соединение, напротив, помогает тепловому излучению быстрее уходить в космическое пространство и тем самым охлаждает воздух. То есть вещество не только снабжает влагой ледяные кристаллы, но и само создает необходимый для их появления холод. За последние 150 лет содержание метана в воздушной оболочке планеты выросло, и спутники зафиксировали: серебристые облака стали возникать чаще и светиться ярче. Поэтому ученые считают их природным индикатором уровня этого газа, – отмечает ученый Пермского Политеха.

В тысячу раз тоньше волоса

Кристаллы льда в серебристых облаках имеют размер от 30 до 100 нанометров – это примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Диаметр отдельной ледяной частицы сопоставим с длиной световой волны – расстоянием, составляющим несколько стотысячных долей миллиметра, которое определяет цвет, видимый нашими глазами.

– Когда солнечный свет достигает таких малых частиц, возникает рэлеевское рассеяние: кристаллы отклоняют короткие синие и голубые лучи намного сильнее, чем длинные красные. Поэтому излучение облаков воспринимается как серебристо-голубое. Если бы ледяные крупицы были больше хотя бы в десять раз, все лучи отражались бы равномерно, и облака выглядели бы как белесое образование без характерного оттенка, – комментирует эксперт ПНИПУ.

Яркость серебристых облаков пульсирует в ритме вращения Солнца

Спутник AIM, запущенный специально для изучения мезосферы и серебристых облаков, обнаружил любопытную закономерность: частота появления и сила их свечения колеблются с периодом примерно в 27 суток. Это число приблизительно совпадает с полным оборотом Солнца вокруг собственной оси.

– На поверхности дневного светила существуют активные зоны – участки с повышенной температурой. Среди этого излучения особенно выделяется одна узкая и очень энергичная линия под названием Лайман-альфа. Когда эта активная зона обращена к Земле, в мезосферу попадает больше ультрафиолета, который запускает фотодиссоциацию – распад молекул воды. Количество влаги, служащей сырьем для ледяных кристаллов, уменьшается, и облака временно тускнеют, – объясняет Евгений Бурмистров.

Помимо 27-дневного ритма, на облака влияет и 11-летний цикл солнечной активности – периодическое изменение числа пятен и общего уровня излучения звезды: чем спокойнее Солнце и меньше активных зон, тем обильнее и ярче становятся серебристые облака.

В сто миллионов раз суше, чем воздух в Сахаре

Мезосфера, где парят серебристые облака, почти полностью лишена водяного пара. Это одно из самых обезвоженных мест на планете. Если взять одинаковые объемы, то влаги здесь примерно в 100 миллионов раз меньше, чем в приземном слое – тропосфере. Для сравнения: воздух над Сахарой содержит в десятки тысяч раз больше воды, чем этот слой на пике летнего сезона.

– Именно в этой сверхсухой среде возникают гигантские ледяные поля. Секрет кроется в том, что летом мезосфера промерзает до –120 °C: на этой высоте воздух разрежен настолько, что почти не задерживает тепло. При таком морозе даже малое количество водяного пара, которое еще есть в мезосфере, оказывается избыточным – удержать его в газообразном состоянии больше нечему, и он вынужденно начинает превращаться в лед. Так в практически безводном и очень сухом пространстве рождаются облака, которые протягиваются на тысячи километров и светятся в сумеречном небе, – комментирует ученый Пермского Политеха.

Один градус решает все

При экстремально низких температурах, которые держатся в летней мезосфере, способность воздуха удерживать невидимую влагу меняется очень резко. Достаточно охлаждения всего на один градус, чтобы предельное количество пара, которое еще может оставаться газом, снизилось на десятки процентов. Для сравнения: при привычном комнатном тепле такой же скачок потребовал бы похолодания на 10 и более градусов.

– Даже незначительное остывание, например, вызванное проходящей атмосферной волной, мгновенно переполняет воздух влагой, и ее избыток стремительно превращается в ледяные кристаллы. На глазах у наблюдателя буквально за несколько минут разворачивается обширное поле серебристых облаков. Так же быстро они способны исчезнуть, если температура несущественно повысится. Именно эта аномальная чувствительность к тепловым колебаниям делает серебристые облака столь изменчивыми, – делится эксперт ПНИПУ.

Серебристые облака представляют собой сложный природный индикатор, в котором сошлись земные и космические процессы. Биосферный метан, солнечное излучение, вращение звезды, экстремальный холод и микроскопические размеры ледяных кристаллов – все это работает как единый механизм, рождающий свечение на границе атмосферы и космоса. Именно поэтому наблюдение за этим явлением сегодня интересно всем, а не только ученым.

– Первые их представители были совершенно не похожи на тех ярких и крупных Махаонов или Аполлонов, которых мы вспоминаем, слыша слово «бабочка». Это были мелкие, невзрачные насекомые. Их гусеницы питались листьями или корнями растений, а взрослые особи либо тоже поедали зелень, либо жили столь недолго, что совсем не питались и потому имели недоразвитый ротовой аппарат. Такие примитивные бабочки сохранились до наших дней — это так называемые первичные зубатые моли с размахом крыльев всего от четырех миллиметров до полутора сантиметров, – делится ученый секретарь кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, ведущий инженер Мария Комбарова.

Настоящий расцвет бабочек начался в меловом периоде, когда появились цветковые растения.

– Вместо зеленых частей у культур возникли более питательные пыльцевые зерна, и насекомые переключились на них. Чтобы перенос пыльцы был эффективнее, цветы и бабочки стали приспосабливаться друг к другу: у растений развились нектарники с питательным сладким нектаром и ароматические железы, выделяющие запах для привлечения опылителей. У бабочек сформировались хоботки разной длины — одни могли достать нектар из глубоких нектарников, другие с коротким хоботком специализировались на небольших цветах, – рассказывает Мария Комбарова.

В итоге такого взаимного приспособления сейчас насчитывается до 175 тысяч видов бабочек, которых можно встретить практически в любой географической точке земного шара. И все это огромное разнообразие произошло от тех маленьких невзрачных предков.

Рисунок крыльев бабочки зависит от погоды и места жительства

Крылья одного и того же вида бабочки могут выглядеть совершенно по-разному в начале и в конце лета: такую зависимость от температур и осадков называют сезонным диморфизмом.

– В основе изменений окраски лежит выработка пигмента меланина. У человека он отвечает за цвет кожи, волос, радужки глаз, а у бабочки – за цвет рисунка. При низких температурах его синтез усиливается, что делает крылья более темными для лучшего прогрева на солнце, ведь черные оттенки притягивают его лучи. А при теплой погоде образование меланина, наоборот, снижается, и окраска светлеет, – объясняет Мария Комбарова.

Например, у бабочки Траурницы, распространенной почти во всех регионах России, в холодное дождливое лето крылья становятся почти черными с интенсивным темным рисунком, тогда как в жаркую солнечную погоду черный цвет может смениться на шоколадно-бурый, хотя вид остается тем же самым.

– Особого внимания заслуживает так называемый индустриальный меланизм, при котором бабочки приспосабливаются к жизни в городе. Например, Березовая пяденица– это светлая бабочка, которая маскируются от птиц набелой березе, но в промышленных городах их стволы темнеют из-за выхлопных газов и сажи. На таком фоне насекомое становятся легкой добычей, поэтому естественный отбор заставляет популяцию быстро темнеть: появляются особи, накапливающие много меланина и сливающиеся с загрязненным стволом дерева, – рассказывает Мария Комбарова.

Бабочка видит ультрафиолет – это помогает ей находить нектар

Зрение бабочки устроено иначе, чем у человека, и обладает уникальными особенностями.

– Ее огромные фасеточные глаза охватывают панорамный обзор почти на 360 градусов, позволяя видеть одновременно вперед, назад и в стороны, при этом бабочка хорошо воспринимает движущиеся объекты с расстояния до пяти метров. Если бы у нас были такие органы зрения, то они начинались бы от макушки и заканчивались бы на нижней челюсти. Но самое главное — бабочка видит в ультрафиолетовом спектре, что недоступно человеческому глазу. Именно эта способность помогает ей находить нектар: цветковые растения в ходе эволюции создали на лепестках невидимые для нас ультрафиолетовые «дорожки», указывающие, где расположены нектарники. Бабочка замечает эти ориентиры с достаточно большого расстояния – 2–3 метров, и точно садится туда, где ее ждет питательное вознаграждение, – говорит Мария Комбарова.

Прикосновение к крылу бабочки пережимает его сосуды

Прикосновение человека к крыльям бабочки может нанести ей серьезный вред.Обычно это объясняют тем, что таким образом человек стирает микроскопические чешуйки, которые нужны насекомому, чтобы обеспечивать стабильный полет, – без них легкое тело бабочки беспорядочно бросало бы из стороны в сторону. Однако здесь кроется лишь половина проблемы.

– Дело в том, что крыло пронизано тонкими сосудами, по которым течет гемолимфа — аналог крови у насекомых. Когда мы берем бабочку пальцами, эти хрупкие сосуды пережимаются, а то и рвутся, что приводит к нарушению циркуляции жидкости. Представьте, что вам очень сильно перетянули руку жгутом, так что туда перестала поступать кровь – именно это происходит с бабочкой, когда ее крылья задевает человек. Они перестают получать питание и не могут нормально функционировать. Кроме того, жилки выполняют роль ребер жесткости — при раздавливании этого каркаса крыло деформируется, и бабочка теряет способность полноценно летать. Особенно уязвимы свежевылупившиеся особи: их крылья сложены как скомканная бумага, и только после поступления в них гемолимфы они расправляются — любое вмешательство в этот момент может привести к необратимому повреждению и гибели, – предупреждает Мария Комбарова.

У бабочек есть вкусовые рецепторы на лапках

Вкусовые рецепторы у бабочек расположены на лапках, и это замечательное приспособление природы.

– Такая конструкция нужна вовсе не для того, чтобы пробовать нектар — источник сладкой пищи бабочка и так находит по ультрафиолетовым ориентирам на цветках. Главная функция этих рецепторов — мгновенная оценка листьев, на которые насекомое садится, чтобы отложить яйца. Ей важно за долю секунды определить, пригоден ли лист для гусениц: того ли он вида, достаточно ли молодой и сочный, не старый и не грубый, не поражен ли болезнями, – объясняет Мария Комбарова.

Ошибка здесь фатальна — потомство погибнет на неподходящем корме, поэтому природа сделала механизм предельно быстрым и точным.

– На лапках бабочки есть специальные микроскопические ямки с огромным количеством нервных окончаний. Как только насекомое касается поверхности, эти рецепторы мгновенно анализируют ее химический состав и отправляют сигнал в нервные узлы в головной части. Время реакции исчисляется миллисекундами — это связано с тем, что бабочка живет мало – в среднем от нескольких дней до четырех недель, у нее нет времени на раздумья, ей нужно быстро найти партнера, отложить яйца и завершить жизненный цикл, – рассказывает ученая ПНИПУ.

Человек даже самыми современными приборами не способен так молниеносно и точно провести химический анализ листа, как это делает бабочка одним лишь прикосновением лапки.

Бабочки не могут летать при температуре ниже 15°C

Если температура воздуха опускается ниже 15–20°C, бабочки действительно перестают летать, поэтому в прохладную погоду они сидят неподвижно, стараясь попасть под солнечные лучи.

– Причина такого поведения кроется в том, что бабочки — это холоднокровные насекомые, их обмен веществ напрямую зависит от температуры окружающей среды. При снижении тепла все биохимические процессы в организме замедляются, необходимые гормоны и активные вещества перестают выделяться в нужном количестве, мышцы теряют способность к эффективным сокращениям, и полет становится невозможным. Некоторые ночные виды могут разогревать себя за счет трепетания грудных мышц, что позволяет им летать даже в прохладе, но для большинства дневных бабочек единственный способ поднять температуру тела — это погреться в лучах солнца, расправив крылья. Оптимальный диапазон для активности обычно составляет около 23–24°C, тогда как при 14°C насекомые впадают в оцепенение, – объясняет Мария Комбарова.

Этот температурный порог напрямую влияет на выживаемость вида. В холодное, дождливое или пасмурное лето бабочки не могут летать, а значит, не способны искать нектар для пополнения энергии и влаги, находить половых партнеров для размножения и, самое главное, откладывать яйца на подходящие кормовые растения для гусениц. Таким образом, продолжительные периоды прохладной погоды резко снижают репродуктивный успех популяции и могут приводить к ее локальному сокращению или даже исчезновению в неблагоприятных климатических условиях.

В Индии ежегодно съедают около 20000 тонн бабочек

В культурах многих стран, особенно в Азии, Африке, Индии и даже Австралии, бабочки и их гусеницы являются обычным пищевым продуктом, признанным на государственном уровне.

– Только в Индии ежегодно употребляют около 20 000 тонн этих насекомых, а в Африке объемы, по оценкам, в несколько раз выше. Они считаются высокобелковой, легкоусвояемой пищей: в Таиланде жареных гусениц и их размолотый порошок добавляют в детские смеси и лечебное питание как обязательный компонент для прикорма с раннего возраста; в Китае гусениц, освобожденных от шелка после размотки коконов, в промышленных масштабах используют для приготовления омлетов, соусов и других блюд — это такой же привычный ингредиент, как для нас яйца или хлеб, – поделилась Мария Комбарова.

Такое использование насекомых — устойчивая традиция, обеспечивающая население доступным и питательным белком, особенно в регионах, где традиционное животноводство менее развито или дорого.

Когда вы резко поворачиваете голову, ваш внутренний орган равновесия (вестибулярный аппарат) сам заставляет глаза двигаться так, чтобы картинка перед вами оставалась чёткой — это как встроенный стабилизатор, а сам механизм называется вестибулоокулярный рефлекс. Но при некоторых болезнях он ломается: глаза не успевают подстроиться под поворот головы, изображение начинает «плыть», и человек чувствует головокружение. К таким патологиям относятся, например, вестибулярный неврит — это воспаление нерва, которое часто случается после гриппа или простуды, а ещё двусторонняя вестибулопатия, когда плохо работают оба вестибулярных аппарата сразу и болезнь Меньера, дающая приступы сильного головокружения вместе с шумом в ушах и снижением слуха.

Чтобы понять, насколько сильно нарушен тот самый рефлекс, который держит картинку чёткой при поворотах головы, врачи делают простой тест, который называется видео-импульсный тест поворота головы (ИТПГ). Пациента просят смотреть в одну точку, а доктор резко поворачивает его голову в стороны, проверяя, успевают ли глаза подстроиться. Специальная камера и датчики движения замеряют, не «плывёт» ли взгляд относительно поворота головы. Чем больше глаза отстают, тем серьёзнее проблема с вестибулярным аппаратом.

Важно, что этот же тест помогает врачам заподозрить и гораздо более опасное состояние — инсульт. Дело в том, что при нем вестибулоокулярный рефлекс часто остаётся нормальным, хотя у человека сильное головокружение. Если тест показывает, что рефлекс в порядке, а пациент жалуется на резкое головокружение, то возможно, дело не в вестибулярном аппарате, а в нарушении кровообращения в мозге, то есть в инсульте.

Проблема в том, что профессиональное оборудование для такого теста стоит от полутора миллионов рублей, оно зарубежного производства и доступно далеко не каждой поликлинике. К тому же разные марки этих приборов дают заметно различающиеся результаты. В одном исследовании одних и тех же пациентов проверили на нескольких системах, и оказалось, что показатели отличались в четыре раза. Получается, один и тот же пациент получает разные диагнозы — от лёгкого до тяжёлого, в зависимости от того, на каком аппарате его проверяют.  

Исследователи Пермского Политеха создали программу для обычного смартфона — без каких-либо дополнительных датчиков или навесного оборудования. Достаточно самого телефона, штатива, чтобы закрепить его перед пациентом, и приложения, которое разработали ученые. Оно обрабатывает видеопоток с камеры и с помощью специальных алгоритмов вычисляет положение головы с точностью, достаточной для медицинского применения.

— Прежде чем внедрять программу в реальную практику, нужно было убедиться, что алгоритмы работают правильно. На первом этапе мы провели испытания с участием добровольцев. Человек садился на стул, перед ним на штативе закрепляли смартфон, и он поворачивал голову влево и вправо, а телефон записывал видео — каждая запись длилась около минуты.  Чтобы оценить точность определения положения головы, нужно было с чем-то сравнить результат, поэтому на затылок участника крепили специальные эталонные датчики — небольшие устройства, которые очень точно измеряют повороты и резкие движения, и их данные использовали как образец, — объясняет Геннадий Мамыкин, аспирант кафедры «Прикладная математика» ПНИПУ.

Далее к видеозаписи применили несколько нейросетевых моделей, которые определяют положение головы, а затем очистили полученные данные от мелких помех — примерно так же, как в фоторедакторе убирают зернистость с фото.

— Всё это нужно, чтобы из видео получить точные числовые значения углов поворота головы в каждый момент времени. Поскольку модели уже обучили на больших массивах данных, на новых добровольцах они показали стабильно высокую точность. Результат превзошёл ожидания: лучшая комбинация алгоритмов дала ошибку измерений почти в семь раз точнее, чем требуется для постановки диагноза. Это значит, что результаты работы программы и алгоритмов на смартфоне очень близки к показаниям высокоточных эталонных датчиков, — рассказывает Владимир Первадчук, заведующий кафедрой «Прикладная математика» ПНИПУ, доктор технических наук.

Программа с высокой точностью отслеживает и положение головы, и движение зрачков. Погрешность для них составляет около трёх градусов — этого достаточно для уверенной диагностики. А значит, тест может стать доступным для районных поликлиник, небольших больниц и даже для выездной диагностики.

Уже сейчас разработку тестируют в одной из поликлиник Перми. Специалисты используют приложение в реальной практике, параллельно собирая базу данных — обезличенные результаты тестов пациентов с разными формами головокружений. Это в будущем позволит обучать и совершенствовать алгоритмы программы, делая диагностику ещё точнее.