10 экспериментов, изменивших мир

10 экспериментов, изменивших мир

Орхидеи Дарвина

Большинство людей знакомы с морским путешествием Чарльза Дарвина на борту «Бигль» к Южной Америке. Он сделал некоторые из его наиболее важных наблюдений на Галапагосских островах, где на каждом из двух десятков островов обитает собственный подвид вьюрка, идеально приспособленный для уникальной среды этого острова. Но мало кто знает о Дарвиновских экспериментах, поставленных после того, как он вернулся в Англию. Некоторые из них были направлены на изучение орхидей.

По мере выращивания и изучения Дарвином нескольких видов орхидей, он понял, что существуют сложные формы адаптации, которые позволили этим цветам привлекать насекомых, переносящих пыльцу среди них. Каждое насекомое было идеальной формы и предназначено для опыления только одного вида орхидей, так же, как клювы Галапагосских вьюрков были сформированы, чтобы заполнить определенную нишу. Например, орхидея Вифлеемская Звезда (orchid Angraecum sesquipedale), у которой нектар хранится в нижней части трубы до 30 см в длину. Дарвин увидел эту конструкцию и предсказал существование «соответствующего животного».

Бражник молочайный

В 1903 году ученые обнаружили, что бабочка бражник молочайный имел длинный хоботок, однозначно подходивший для достижения дна трубки у этой орхидеи.

Дарвин использовал данные, которые он собрал с помощью орхидей и их насекомых-опылителей, чтобы укрепить свою теорию естественного отбора. Он утверждал, что перекрестное опыление, произведенное на орхидеях, более подходит для выживания, чем у орхидей, производящих самоопыление, приводящее к сокращению генетического разнообразия и, в конечном счете, выживаемости вида. Целых три года после того, как он впервые описал естественный отбор в «Происхождении Видов», Дарвин ставил эксперименты на цветах для подтверждения механизма эволюции.

 

 Расшифровка ДНК

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик сумели раскрыть тайну дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), но их открытие в значительной степени зависело от работы других людей, таких, как Альфред Херши и Марфа Чейз, которые в 1952 году провели знаменитый эксперимент, определивший, как молекула ДНК ответственна за наследственность. Херши и Чейз работали с типом вируса, известного как бактериофаг. Такой вирус, состоящий из белковой оболочки, окружающей нить ДНК, заражает клетки бактерий, программируя клетку, чтобы создать больше вирусов, а затем убивает ее, чтобы новые вирусы освободились. Оба экспериментатора знали это, но они не знали, какой компонент — белок или ДНК, отвечали за действия вируса до тех пор, пока их гениальные эксперименты не оказались направленными на нуклеиновые кислоты.

Модель солекулы ДНК

После эксперимента Херши и Чейза, ученый Розалинд Франклин сосредоточился на ДНК и начал расшифровку ее молекулярной структуры. Франклин использовал метод рентгеновской дифракции для исследования ДНК. Она включает в себя съемки рентгеновскими лучами волокон очищенной ДНК. Во время воздействия рентгеновских лучей на молекулу, они подвергаются дифракции (отклонению), с их первоначального курса. Попадая на фотографическую пластинку, дифракции рентгеновских лучей образуют узор, уникальный для анализа молекулы. Знаменитая фотография ДНК, которую сделал Франклин, показывает, винтовую (спиральную) молекулу. Уотсон и Крик смогли также определить ширину спирали, глядя на изображения Франклина. Исходя из ширины, они предположили, что молекулы ДНК состоят из двух нитей, ведущих к форме двойной спирали, которую все мы сегодня воспринимаем как должное.

 

Первая Вакцинация

До тех пор, пока не была проведена потрясающая своими масштабами глобальная ликвидация натуральной оспы в конце 20-го века, оспа представляла серьезную проблему для здравоохранения. В 18 веке, от  заболеваний, вызванных вирусом натуральной оспы, был убит каждый десятый ребенок, родившийся в Швеции и Франции. Заразившиеся оспой и выжившие после инфекции, были единственным известным «лекарством». Это приводило многих людей к мысли привить себе жидкость и гной из язвы от натуральной оспы, в надежде поймать маловероятную удачу. К сожалению, много людей погибло от этих опасных попыток самопрививки.

Вакцинация

Эдвард Дженнер, британский врач, занялся изучением оспы и разработкой жизнеспособных методов лечения. В основу его экспериментов было положено наблюдение, что доярки, живущие в его родном городе, часто заражались вирусом оспы коров, не смертельной болезнью, похожей на оспу. Доярки, заразившиеся коровьей оспой, казалось, были защищены от заражения натуральной оспой. В 1796 году Дженнер решил посмотреть, сможет ли он привить иммунитет к оспе, заражая кто-то коровьей оспой. Эксперимент был поставлен на молодом парне по имени Джеймс Фиппс. Дженнер сделал разрезы на его теле и затем ввел жидкость из язвы от коровьей оспы, которой болела местная доярка по имени Сара Нелмс. Фиппс в результате заразился коровьей оспой и выздоровел. Сорок восемь дней спустя, Дженнер подверг мальчика заражению натуральной оспой и обнаружил, что мальчик получил иммунитет.

Сегодня ученые знают, что вирусы коровьей и натуральной оспы настолько схожи, что иммунная система не может отличить их. Иными словами, антитела, созданные, чтобы бороться с вирусами коровьей оспы, будут нападать и убивать вирусы натуральной оспы так, как будто они одинаковые.

 

Доказательство существования атомного ядра

Физик Эрнест Резерфорд уже получил Нобелевскую премию в 1908 году за его работы в области радиоактивности, когда он начал некоторые эксперименты, которые могли бы раскрыть структуру атома. Они основывались на его предыдущих исследованиях, которые показали, что радиоактивность состоит из двух типов лучей – Альфа- и Бета-лучей. Резерфордом и Хансом Гейгером, было установлено, что Альфа-лучи, это потоки положительно заряженных частиц. Когда они выстреливали Альфа-частицами по экрану, частицы создавали резкие, четкие изображения. Но если они помещали тонкий слой листовой слюды между источником Альфа-лучей и экраном, в результате изображение получилось размытым. Ясно, что слюда рассеивала некоторые Альфа-частицы, но как и почему?

Золотая фольга

В 1911 году Резерфорд позиционировал тонкий лист золотой фольги, в один или два атома толщиной, между источником Альфа-лучей и экраном. Он поставил второй экран перед источником Альфа-лучей, чтобы заметить, если любые частицы будут отражаться от фольги назад. На экране за фольгой, Резерфорд наблюдал размытый рисунок подобный тому, что он видел в эксперименте со слюдой. На экране перед фольгой, Резерфорд с удивлением заметил, что несколько Альфа-частиц отразились прямо в обратном направлении.

Резерфорд пришел к выводу, что сильный положительный заряд в центре атомов золота был причиной отклонения Альфа-частиц обратно, в направлении источника. Он назвал это сильным позитивным источником в ядре и сказал, что ядра должны быть небольшими, по сравнению с общим размером атома. Сегодня, мы все знаем модель атома такой, как ее представил Резерфорд: небольшое, положительно заряженное ядро, окруженное огромной, в основном пустой областью, с несколькими электронами.

 

 

Рентгеновидение

Дороти Ходжкин, одна из трех женщин, когда-либо получившая Нобелевскую премию  в области химии. В 1945 году, Ходжкин считалась передовым мировым практиком рентгеновских дифракционных методов, так что неудивительно, что она, в конце концов, раскрыла структуру одного из самых важных химических веществ в медицине — пенициллина. Александр Флеминг открыл убивающее бактерии вещество еще в 1928 году, но ученые боролись за то, чтобы очистить химические вещества в целях развития эффективного лечения. Путем сопоставления из 3-D расположения атомов пенициллина, Дороти Ходжкин открыла новые возможности для создания и развития полусинтетических производных пенициллина, произведших революцию в борьбе врачей с инфекциями.

Результаты рентгеновской кристаллографии

Область исследования Ходжкин была известна как рентгеновская кристаллография. Химикам впервые пришлось синтезировать соединения и они хотели проанализировать результаты. Две разные фармацевтические компании послали ей кристаллы пенициллина. Ходжкин затем пропустила рентгеновские лучи через эти кристаллы и запечатлела их на фотографической пластинке. Когда рентгеновские лучи взаимодействовали с электронами в образце, они были немного дифрагированы. Это привело к четкому рисунку из пятен на фотографической пленке. Анализируя положение и яркость этих пятен, и выполняя многочисленные расчеты, Ходжкин точно определила, как были организованы атомы в молекуле пенициллина.

Несколько лет спустя, Ходжкин использовала ту же технику, чтобы расшифровать структуру витамина В12. Ей, как  единственному достойному химику, была присуждена Нобелевская премия по химии в 1964 году, большая честь, которой не удостоилась никакая другая женщина.

 

«Первичный Бульон»

Ученые давно хотели объяснить, как химические вещества, необходимые для жизни, особенно белки и нуклеиновые кислоты – образовались на Земле в изначальной среде.

В 1929 году, биохимики Джон Холдейн и Александр Опарин независимо предположили, что вначале на Земле не хватало свободного кислорода в атмосфере. В этой суровой среде, как они думали, органические соединения могут образоваться из простых молекул, если они стимулированы сильным источником энергии, типа ультрафиолетового излучения или молнии. Холдейн добавил, что океаны были «первичным бульоном» из этих органических соединений.

Схема образования органических веществ на Земле

Американские химики Гарольд Юри и Стэнли Миллер решили проверить гипотезу Халдан-Опарина в 1953 году. Они воспроизвели раннюю атмосферу Земли путем создания тщательно контролируемой, замкнутой системы. Океан имитировался нагретой водой. Водяной пар поднимался из воды и собрался в другой камере. Юри и Миллер смешали водород, метан и аммиак для имитации бескислородной атмосферы. Затем они подавали электрические разряды, имитирующие молнии, сверкающие в смеси газов. Наконец, газы охлаждались в конденсаторе и превращались в жидкости, которые исследователи собрали для анализа.

Через неделю, Юри и Миллер был поражены: Органические соединения в охлаждающей жидкости были в изобилии, а Миллер нашел несколько аминокислот, в том числе глицин, аланин и глутаминовую кислоту. Аминокислоты — это строительные блоки белков, которые сами по себе являются ключевыми компонентами клеточных структур и клеточных ферментов, ответственных за важные химические реакции. Юри и Миллер заключили, что органические молекулы могли бы сформироваться в бескислородной атмосфере, и что появления простейших живых существ не пришлось бы слишком долго ожидать.

 

 

Скорость света

В 19 веке свет оставался загадкой, вдохновившей на несколько увлекательных экспериментов, особенно на эксперимент «двойной щели» Томаса Юнга, который показал людям, что свет ведет себя и как волна, а не только как частица. Но никто еще не знал, как быстро свет перемещается в пространстве.

В 1878 году, физик А.А. Майкельсон разработал эксперимент, чтобы вычислить скорость света и доказать, что она была конечной, измеримой величины. Вот что он сделал:

  1. Во-первых, он поместил два зеркала далеко друг от друга на дамбу возле университетского городка, сопоставив их так, что свет, попавший в одно зеркало, будет отражен обратно и попадет в это зеркало вторично. Он измерил расстояние между двумя зеркалами и обнаружил, что они были в 605,4029 метрах друг от друга.
  2. Далее, Майкельсон использовал вентилятор с паровым двигателем, чтобы вращать одно из зеркал со скоростью 256 оборотов в секунду. Другое зеркало осталось неподвижным.
  3. С помощью объектива, он сфокусировал луч света на стационарном зеркале. Когда свет коснулся стационарного зеркала, он отскочил в сторону вращающегося зеркала, где Майкельсон поставил смотровой экран. Так как второе зеркало движется, то возвращаясь, луч света немного отклоняется.
  4. Когда Майкельсон измерил отклонение, он нашел, что оно равно 133 мм.
  5. Используя эти данные, Майкельсон рассчитал скорость света 299949,53 километров в секунду.

Скорость света

Для принятого на сегодня значения скорости света 299792,458 километров в секунду измерения Майкельсона были удивительно точными. Более важно, что это послужило основой для построения теории квантовой механики, а так же специальной теории относительности и общей теории относительности.

 

 

Выявление радиоактивного излучения

1897 год был знаменательным для Марии Кюри и ее мужа Пьера. У них родился первый ребенок и, спустя несколько недель, она начала искать тему для докторской диссертации. В конце концов она решила изучить «лучи урана», впервые описанные Анри Беккерелем. Беккерель обнаружил эти лучи случайно, когда он оставил соли урана в темной комнате и вернувшись обнаружил, что они были отпечатаны на фотографической пластине. Мария Кюри выбрала для исследования эти загадочные лучи и решила определить, могут ли другие химические элементы дать подобные излучения.

 Пьер и Мария Кюри в лаборатории

Кюри быстро выяснила, что торий источал такие же лучи, как уран. Она начала обозначать эти уникальные элементы, как «радиоактивные» и сразу обнаружила, что сила излучения, испускаемого различными соединениями урана и тория, не зависят от соединения, а только от количества урана и тория. В конце концов, она доказала бы, что лучи испускались атомами радиоактивных элементов. Само по себе это стало бы революционным открытием, но Марией Кюри оно сделано не было.

Она обнаружила, что уранинит (урановая смолка), производил больше радиоактивности, чем уран, что привело ее к предсказанию о том, что доселе неизвестный элемент должен присутствовать в естественно встречающихся минералах. Пьер Кюри присоединился к ней в лаборатории, и они систематически изучали большое количество уранинита, пока, наконец, не изолировали новый элемент. Они назвали его «полонием» по имени Польши, родины Марии. Вскоре после этого, они обнаружили еще один радиоактивный элемент, который они назвали «радий» от латинского слова «луч». Кюри получила две Нобелевские премии за свои работы.

 

 

Собаки Павлова

Знаете ли вы, что Иван Павлов, родившийся в России физиолог и химик, поставивший эксперимент на процесс слюноотделения собак, не был заинтересован в их психологии и поведении? Научно-исследовательские темы, которые интересовали его больше всего, были пищеварение и  циркуляция крови. На самом деле, он изучал пищеварение собак, когда попутно обнаружил то, что мы знаем сегодня, как классический условный рефлекс.

Академик Иван Павлов в Военно-медицинской академии. 1914 год, Петроград, Россия

В частности, он пытался понять взаимодействие между слюноотделением и действием желудка. Павлов уже отметил, что желудок не начнет переваривать пищу без слюноотделения, происходящего в первую очередь. Другими словами, рефлексы в вегетативной нервной системе тесно связывают между собой эти два процесса. Далее, Павлов попытался выяснить, могут ли внешние раздражители повлиять на пищеварение подобным образом? Чтобы проверить это, он начал мигать светом, тикать метрономом или включать зуммер. В это же время он предложил пищу своим подопытным собакам. При отсутствии этих внешних раздражителей, у собак начиналось слюнотечение, только когда они видели их еду. Но через некоторое время, они начали выделять слюну при стимуляции внешних огней или звуков, даже если еда не присутствовала. Павлов также обнаружил, что этот тип условного рефлекса затухает, если стимул оказывается неправильным слишком часто. Например, если звучит зуммер неоднократно, но при этом вовсе не появляется еда, собака, в итоге, прекращает слюноотделение на звук.

Павлов опубликовал свои результаты в 1903 году. Год спустя, он получил Нобелевскую премию в области медицины, но не по своей работе об условных рефлексах, а «в знак признания его работ по физиологии пищеварения, благодаря которой знания о жизненно важных аспектах предмета были преобразованы и расширены».

 

 

Авторитетная личность

1960 эксперименты Стэнли Милгрэма на послушание стали квалифицироваться как некоторые из самых известных и противоречивых научных экспериментов. Милгрэм хотел знать, как далеко самые обычные люди будут заходить в доставлении болезненных страданий другим людям, если им командовать сделать это с помощью авторитетной личности.

Эксперимент Стэнли Милгрэма

Вот его эксперимент:

  1. Милгрэм набрал добровольцев, самых простых жителей,  для доставления страданий. Он также принял на работу актеров, чтобы изображать учащихся, над которыми, якобы, будут ставиться опыты. Еще один актер изображал авторитетную личность, ученого, который оставался в комнате во время всей продолжительности исследования.
  2. Авторитетная личность начинала каждый эксперимент, показывая ничего не подозревающему добровольцу, как использовать макет электрошоковой машины. Машина, якобы, позволяла добровольцам наносить учащимся электрошок напряжением до 450 вольт. Эта цифра была помечена как очень опасная.
  3. Далее, ученый говорил добровольцам, что они тестируют, как удары током могут улучшить запоминание ассоциаций слов. Он поручал добровольцам бить током учащихся (актеров) при неправильных ответах и поднимать напряжение по мере прогрессирования эксперимента, если учащийся давал неправильный ответ.
  4. Первоначальное напряжение составляло 75 вольт. Актеры, изображавшие учащихся, делали вид, что корчатся от боли. Когда напряжение достигало 150 вольт, они требовали, чтобы их освободили от продолжения эксперимента. Но авторитетный ученый призывал добровольцев продолжать наносить удары током, независимо от того, насколько сильными становились мучения учащихся. При этом он пояснял добровольцам, что «нельзя прерывать процесс обучения» и что «он берет всю ответственность за последствия эксперимента на себя».
  5. Некоторые добровольцы остановились на 150 вольтах, но абсолютное большинство продолжали эксперимент дальше, пока не достигли максимального уровня поражения в 450 вольт.

Многие люди брали под сомнение этику подобных экспериментов, но результаты были впечатляющими. Милгрэм показал, что средние, самые обычные люди, будут причинять много боли несчастной жертве просто потому, что власть повелевает им сделать это.

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

*


fifteen − 14 =


Поиск Google

(function() { var cx = '013762819107762716451:zn5azro-xtc'; var gcse = document.createElement('script'); gcse.type = 'text/javascript'; gcse.async = true; gcse.src = (document.location.protocol == 'https:' ? 'https:' : 'http:') + '//www.google.com/cse/cse.js?cx=' + cx; var s = document.getElementsByTagName('script')[0]; s.parentNode.insertBefore(gcse, s); })();

Мы Вконтакте

Top
Follow

Get every new post delivered to your Inbox

Join other followers