Самые захватывающие тайны науки — не те, которые мы уже знаем, а те, до которых ещё не дошли. Да и потом, если бы наука уже дала ответы на все существующие вопросы, то прогресс бы давно остановился.
Некоторые вопросы остаются без ответа дольше других — для того, чтобы их найти, нужны правильные технологии, гении или просто удача. Но рано или поздно эти ответы появятся, поскольку мы почти каждый день открываем новые тайны.
И пока учёные в разных странах ломают головы над самыми таинственными и загадочными явлениями, наука уже нашла ответы на некоторые из них.
11. Как совы летают, не издавая ни звука
Учёные всегда были очарованы способностью сов летать, не издавая ни звука. Чтобы понять, как это у них получается, недавно они изучили перья сов под микроскопами высокого разрешения.
Оказалось, перья сов обладают, как минимум, тремя различными характерными особенностями, которые в сочетании производят бесшумный полёт: жёсткий гребень на передней кромке, эластичная бахрома на задней кромке и мягкий материал, который равномерно распределяется по верхней части перьев.
Ни у одной другой птицы нет настолько сложного строения крыльев. Это открытие уже вдохновило на разработку материала, который однажды может помочь в производстве бесшумных самолётов.
10. Как птицы ориентируются в полёте
Птицы совершают одни из самых ошеломляющих своей масштабностью перелётов и никогда не сбиваются с нужного пути. Ответ на вопрос, как они это делают, всегда был одной из самых трудных загадок, будораживших умы учёных и орнитологов на протяжении долгого времени.
Команде учёных из Пекинского университета (Китай), кажется, удалось это выяснить. Как оказалось, ответ кроится в протеинах.
Мы всегда считали, что птицы летают, ориентируясь по магнитному полю Земли, но найти орган магнитного чувства до сих пор не удавалось. Поэтому китайские учёные, основываясь на этой теории, провели исследования белков птиц на предмет ориентирования. Они выяснили, что белковый комплекс голубей и бабочек-монархов действительно совпадает с магнитным полем Земли, изменяясь каждый раз, когда они поворачивают не туда или движутся в неправильном направлении.
Впервые в истории исследования выявили анатомические структуры, которые позволяют птицам находить дорогу домой. Это огромный шаг к пониманию навигации птиц и других животных.
9. Откуда берётся пенис
Хотя многие виды размножаются половым путём, и это, кажется, является одним из самых любимых занятий человечества, эволюция пениса была загадкой для науки в течение долгого времени.
Эволюционный путь развития у всех животных разный, в зависимости от строения скелета и тканей, характеризующих разные виды. Однако команда биологов изучила ранние эмбриональные стадии различных животных, у которых есть пенис, и, наконец, пришла к некоторым выводам.
У всех животных особая полость, называемая клоакой (полость, из которой образуется задняя часть кишечника), позже становится местом формирования пениса. Положение клоаки, очевидно, определяет расположение полового члена, который у человека находится в тазовой области. Чтобы подтвердить это, учёные пересадили клетки клоаки в область эмбриона цыплёнка, в которой пенис обычно не растёт, и обнаружили, что он начал образовываться именно там.
Хотя это открытие решает давнишний вопрос, мучивший эволюционных биологов, оно, тем не менее, порождает ещё более озадачивающий вопрос: откуда берётся клитор у женщин? Та же мышца, которая формирует пенис, на более поздней стадии расходится в клитор, так что прежде чем понять это, нам понадобится немного времени.
8. Как птицы потеряли свои зубы
Птицы, прямые потомки динозавров, прошли через несколько путей эволюции, чтобы достичь своего нынешнего строения. Однако существует немало того, чего мы не знаем о пернатых. Например, почему у них нет зубов?
Хотя когда-то у птиц и были зубы, в какой-то момент они пожертвовали ими ради клюва. Мы не имели ни малейшего представления, как или когда это произошло, до тех пор, пока учёные не начали изучать геном птиц.
Учёные изучили гены, участвующие в формировании зубов, у представителей 48 различных видов птиц и определили их общего предка, жившего почти 116 миллионов лет назад. Частично динозавр частично птица, он ел как клювом, так и зубами, потому что одного только полусформировавшегося клюва было недостаточно для выживания. Со временем этот предок эволюционировал почти во всех птиц, которых мы видим сегодня.
7. Что избавляет океаны от вредного аммиака
Океан — это прекрасная часть нашей планеты, полная различных растений и животных, для которых является домом. Тем не менее, эти живые существа тоже умирают. Учитывая огромные размеры Мирового океана, это должно быть огромное нагромождение трупов. Если предположить, что уровень смертности среди водных обитателей сравним с нашим, то океаны на Земле должны выглядеть, как огромные лужи с гниющими трупами рыб.
В течение длительного времени учёные не были уверены в том, что происходило. Они предположили, что какой-то вид организмов питается вредным аммиаком из мёртвых тел, превращая его в закись азота, которым изобилует Мировой океан.
Эти микробы называются археями и отличаются от всех известных нам организмов. Мы не можем их изучить, потому что их нельзя вырастить в лабораторных условиях для научных исследований.
Затем учёные случайно оставили в холодильнике на 1,5 года 4 бутылки с морской водой. Холод убил в воде все организмы, кроме архей.
Когда учёные сравнили состав закиси азота, образованный археями в воде из бутылок и в воде в океане, оказалось, что он в значительной степени был аналогичным. Кстати, это был первый случай, когда архей изучали в наблюдаемой среде.
6. Как водные млекопитающие удерживают кислород под водой
Давным-давно некоторые водные животные, обитавшие на Земле, решили перебраться на сушу. По мере развития у них конечностей и других особенностей для приспособления к выживанию в новых условиях, они эволюционировали в млекопитающих, которых мы видим сегодня.
Однако некоторые млекопитающие вернулись обратно в воду, став подводными млекопитающими, такими как киты и дельфины. Правда, почему они вернулись обратно в воду, неизвестно. Но ещё большей загадкой является то, как они дышат. Например, киты могут оставаться под водой в течение продолжительного времени, но для того чтобы выжить, они должны выплывать на поверхность и вдыхать кислород из воздуха.
Учёные из Ливерпульского университета изучили действие миоглобина, белка, присутствующего в организме плавающих млекопитающих и отвечающего за насыщение мышц кислородом. Исследователи обнаружили, что миоглобин имеет особенное свойство, помогающее этим животным оставаться под водой в течение более продолжительных периодов времени.
Миоглобин является положительно заряженным белком. Это отпугивает другие белки, тем самым предотвращая их от слипания вместе, что позволяет миоглобину наполняться значительным количеством кислорода. Эти запасы кислорода позволяют плавающим млекопитающим оставаться под водой до одного часа, чего не могут делать наземные млекопитающие.
5. Глубоководное существо, похожее на носок
В 1950-ых годах у шведского побережья учёные наткнулись на загадочное глубоководное животное, которое ставило их в тупик вплоть до начала 2016 года. Существо своей формой буквально напоминало пурпурный носок. Учёные не имели никакого представления о том, что это такое и какому месту в эволюционном цикле оно принадлежит. Это существо не было похоже ни на что другое, что они когда-либо видели.
Однако недавно исследователи из Института океанографии Скриппс (Scripps Institution of Oceanography) обнаружили новые виды, принадлежащие роду Xenoturbella, представителем которого является пурпурное «носкообразное» существо. В ходе исследований они определили, что этот род играл главнейшую роль в эволюции всех животных.
Учёные отнесли этот род к основе эволюционного развития животных. Эти особи не имеют мозгов или других органов, которые есть у других животных. Есть только отверстие, которое функционирует как рот и прямая кишка. И хотя учёным предстоит ещё многое узнать об этом существе, похожем на пурпурный носок, оно может помочь нам ответить на главный вопрос: как появились люди?
4. Откуда на Земле появилась вода
Вода — это ключ к жизни на Земле, но её происхождение на нашей планете до сих пор оставалось загадкой. До недавнего времени мы не имели представления о том, попала ли вода на Землю вместе с метеоритом или образовалась на планете самостоятельно. Наконец, некоторые новейшие исследования разрешили этот спор. Вода была здесь всегда и способствовала зарождению первых организмов.
В ходе одного исследования учёные изучили некоторые метеориты и обнаружили, что вода на Земле возникла тогда, когда Солнечная система находилась на ранней стадии формирования планет. Это гораздо раньше, чем предполагалось ранее, и позволяет предположить, что вода возникла вместе с планетой.
Другое исследование, проведённое на лаве в Канаде, дало такие же результаты. Эти исследования привели к выводу, что вода на Земле имеет ещё более древнее происхождение, чем Солнце. Хотя учёные всё ещё спорят на тему новых заключений, у нас, кажется, появился рабочий ответ на этот вопрос.
3. Как у жирафов появилась длинная шея
Жирафы со своей длинной шеей всегда были излюбленной темой споров среди эволюционных биологов. У Чарльза Дарвина, безусловно, было много чего рассказать про это. Однако давнишняя теория о том, что жирафы прошли естественный отбор благодаря тому, что могли достать более высоко расположенные листья, кажется, не верна.
Шея жирафов — уникальная особенность в природе, тем не менее, мы и понятия не имели о том, как она эволюционировала на протяжении длительного периода времени.
Всё изменилось тогда, когда учёные обратили более пристальное внимание на окаменелые останки жирафов. Они выяснили то, чего никто не ожидал: у жирафов шея не эволюционировала вдруг, как мы полагали раньше. Наоборот, это происходило поэтапно и на самом деле происходило ещё до того, как появились жирафы.
Новое исследование ископаемых шейных позвонков показывает, что эволюция происходила в несколько этапов: один из позвонков шеи жирафа сначала растянулся в сторону головы, а затем, спустя несколько миллионов лет, в сторону хвоста.
По словам учёных, исследование впервые демонстрирует специфику эволюционной трансформации у вымерших видов семейства жирафовых.
Позвонки эволюционировали в разное время, в результате шея у жирафов стала такой, какой мы её видим сегодня. И пока мы всё ещё не знаем, зачем у жирафов сформировалась такая длинная шея, теперь мы знаем — как.
2. Как эволюционировали нелетающие птицы
С эволюционной точки зрения нелетающие птицы являются одной из крупнейших загадок природы.
Даже если игнорировать вопрос, почему они когда-то отказались от полёта, тайна того, как они пересекли континенты без возможности летать, занимает умы учёных на протяжении более 150 лет. Отделение континентов друг от друга уже началось тогда, когда птицы эволюционировали, поэтому пересечь океан, не перелетев его, было невозможно.
Однако согласно недавнему докладу, все нелетающие птицы (т.е. бескилевые) эволюционировали от одной птицы, которая летала почти 60 миллионов лет назад. Раньше считалось, что птицы эволюционировали раздельно после того, как континенты начали отдаляться друг от друга, но до того, как развились крупные млекопитающие.
Затем учёные доказали, что существовала тесная связь между двумя, казалось бы, отдельными видами бескилевых — киви и эпиорнисовыми, вымершим семейством нелетающих птиц, обитавших на Мадагаскаре.
Учёные не впервые обнаруживают генетическое родство среди различных семейств бескилевых. Исследования, проведённые в 1990-ых годах, показали, что эму также были близкими родственниками птиц киви.
1. Как на Земле возникла жизнь
То, как первые организмы появились на Земле, всегда было под большим знаком вопроса. В первой половине прошлого века советский биолог Александр Иванович Опарин выдвинул теорию о «первичном бульоне» — возникновении жизни на Земле через превращение содержащих водород молекул в результате постепенной химической эволюции в первичный бульон, который, как предполагается, существовал в мелких водоёмах и, вероятно, служил инкубационным центром для первых живых молекул, пишет Бугага.
Однако с этой теорией всегда были проблемы. Например, широко известно, что молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) была первой формой жизни на Земле. Но РНК может воспроизводиться только со сложными молекулами белка, которые она образует позже. Так как же она появилась сперва?
После изучения условий, существовавших на Земле во время зарождения жизни, британские исследователи доказали, что в то время в окружающей среде уже присутствовало всё необходимое для образования РНК.
Учёные искусственно создали 50 нуклеиновых кислот — строительных блоков РНК — из сероводорода, ультрафиолетового света и водорода. Все три компонента присутствовали на Земле, когда зарождалась жизнь. Хотя учёные ранее предположили, что РНК образовалось до белков, впервые было доказано, что РНК может существовать без них.