Наукові експерименти, які змінили світ
квіти Дарвіна
Більшість людей знайомі з діяльністю Чарльза Дарвіна і з його знаменитим подорожжю в Південну Америку. Він зробив свої найбільш важливі відкриття на Галапагоських островах, де кожен з 20 островів володів своїм унікальним набором видів, ідеально пристосованих для проживання в тих умовах. Але мало хто знає про експерименти Дарвіна після того, як він повернувся в Англію. Деякі з них були зосереджені на орхідеї.
В процесі вирощування та вивчення кількох видів орхідей, він зрозумів, що складні квітки орхідей - це адаптація, що дозволяє квітам залучати комах, які потім переносять пилок на сусідні рослини. Кожне комаха спеціально призначене для запилення одного типу орхідеї. Взяти, наприклад, орхідею Віфлеємська зірка (Angraecum sesquipedale), нектар в якій зберігається на глибині 30 сантиметрів. Дарвін передбачив, що обов`язково повинно бути комаха, яке запилює цей вид орхідеї. Звичайно, в 1903 році, вчені відкрили вид під назвою сутінкова метелик, що володіє довгим хоботком, який може дотягнутися до нектару цього виду орхідеї.
Дарвін використовував дані, які він зібрав про орхідеї і їх комах запильниках для зміцнення своєї теорії природного відбору. Він стверджував, що перехресно запилюється орхідеї більш життєздатні, ніж самозапильних, оскільки самозапилення знижує генетичну різноманітність, що, в кінцевому підсумку, робить прямий вплив на виживаність виду. Так, три роки потому, після того, як він вперше описав природний відбір в "Про походження видів", Дарвін провів ще кілька експериментів на квітах і зміцнив свої твердження про рамках еволюції.
розшифровка ДНК
Джеймс Уотсон (James Watson) і Френсіс Крік (Francis Crick) підійшли дуже близько до розшифровки ДНК, але їх відкриття в значній мірі залежать від робіт Альфреда Херші (Alfred Hershey) і Марти Чейз (Martha Chase), вони в 1952 році провели відомий по донині експеримент, який допоміг їм визначити як молекули ДНК пов`язані зі спадковістю. Херші і Чейз працювали з типом вірусу, відомого як бактеріофаг. Цей вірус, що складається з білкової оболонки, оточує нитка ДНК, заражає бактеріальну клітину, що програмує її на виробництво нових заражених клітин. Потім вірус вбиває клітину і на світ з`являються нові віруси. Херші і Чейз знали про це, але, при цьому, вони не знали, який компонент - білок або ДНК - був відповідальний за те, що відбувається. Вони не знали це до проведення свого геніального "блендер" експерименту, який вивів їх на ДНК РНК.
Після експерименту Херші і Чейз багато вчених, такі як Розалінд Франклін (Rosalind Franklin) зосередилися на вивченні ДНК і його молекулярну структуру. Франклін використовував техніку, звану рентгенівської дифракцией для вивчення ДНК. Вона має на увазі "вторгнення" Х-променів в волокна очищеної ДНК. При взаємодії променів з молекулою, вони "збиваються" з початкового курсу і стають дифрагованим. Далі дифраговані промені утворюють картинку унікальною молекули, готової для аналізу. Знаменита фотографія Франкліна показує Х-подібну криву, яку Уотсон і Крик позначили як "підпис молекули ДНК". Вони змогли також визначити ширину спіралі, дивлячись на зображення Франкліна.
перша вакцинація
До повної глобальної ліквідації віспи в кінці 20 століття, це захворювання представляло собою серйозну проблему. У 18 столітті, захворювання викликане вірусом віспи, вбивало кожної десятої дитини, яка народилася в Швеції і Франції. "Арешт" вірусу було єдиною можливістю «лікування». Це призвело до того, що люди самі намагалися зловити вірус з гнійних виразок. На жаль, багато хто з них померли при небезпечної спробі самостійної щеплення.
Едвард Дженнер (Edward Jenner), британський лікар, почав вивчати вірус і розробляти ефективні методи лікування. Генезисом його експериментів стало спостереження того, що доярки, які проживають в його рідному місті, часто заражалися вірусом коров`ячої віспи, несмертельним захворюванням, схожим на звичайну віспу. Доярки, які інфікувалися коров`ячої віспою, здавалося, були захищені від інфекції віспи, тому в 1796 році Дженнер вирішив перевірити, чи може людина розвинути імунітет до звичайної віспі, якщо його заразити вірусом коров`ячої віспи. Хлопчика, над яким Дженнер вирішив провести свій експеримент, звали Джеймс Фіппс (James Phipps). Дженнер зробив надріз на руці Фиппса і заразив його коров`ячої віспою. Через деякий час хлопчик одужав. 48 днів по тому доктор ввів в його організм вірус звичайної віспи і виявив у хлопчика імунітет.
Сьогодні вчені знають, що віруси коров`ячої і звичайної віспи настільки схожі, що імунна система людини не в змозі їх відрізнити.
Доказ існування атомного ядра
Фізик Ернест Резерфорд (Ernest Rutherford) вже виграв Нобелівську премію в 1908 році за свої радіоактивні роботи, при цьому в той період часу він також почав проводити експерименти по виявленні структури атома. Експерименти були засновані на його попередніх дослідженнях, які показали, що радіоактивність складається з двох типів променів - альфа і бета. Резерфорд і Ганс Гейгер (Hans Geiger) встановили, що альфа-промені - це потоки позитивно заряджених частинок. Коли він випускав альфа-частинки на екран, вони створювали чітке і різке зображення. Але якщо між джерелом альфа-випромінювання і екраном розташовувався тонкий лист з слюди, то отримане зображення було розмитим. Було ясно, що слюда розсіювала деякі альфа-частинки, але як і чому це відбувалося, на той момент не було зрозуміло.
У 1911 році, фізик розташував тонкий лист золотої фольги між джерелом альфа-випромінювання і екраном, товщиною 1-2 атома. Також він розмістив ще один екран перед джерелом альфа-випромінювання для того, щоб зрозуміти які з частинок відхиляються назад. На екрані позаду фольги, Резерфорд спостерігав диффузную картину, аналогічну тій, яку він бачив при використанні листа з слюди. Побачене на екрані перед фольгою дуже здивувало Резерфорда, оскільки кілька альфа-частинок відскочили прямо назад.Резерфорд зробив висновок, що сильний позитивний заряд, що знаходиться в серці атомів золота, відправив альфа-частинки назад до джерела. Він назвав цей сильний позитивний заряд "ядром", і заявив, що в порівнянні із загальним розміром атома, його ядро має бути дуже мало, в іншому випадку назад б повернулося набагато більшу кількість частинок. Сьогодні вчені аналогічно Резерфорда візуалізують атоми: маленькі, позитивно заряджені ядра в оточенні великого, в основному порожнього простору, в якому мешкає кілька електронів.
Рентген
Ми вже говорили вище про рентгенівської дифракції досліджень Франкліна, але виконаною роботою він багато чим зобов`язаний Дороті Кроуфут Ходжкин (Dorothy Crowfoot Hodgkin), однієї з трьох жінок, яким вдалося виграти Нобелівську премію з хімії. У 1945 році Ходжкин вважалася однією з провідних фахівців світу, які практикують методи рентгенівської дифракції, тому не дивно, що саме вона, врешті-решт, показала структуру одного з найважливіших на сьогоднішній день хімічних речовин в медицині - пеніциліну. Олександр Флемінг виявив вбиває бактерії речовина ще в 1928 році, але вченим знадобилося ще деякий період часу для того, щоб очистити речовина з метою розробки ефективного лікування. Таким чином, за допомогою атомів пеніциліну Ходжкин вдалося створити напівсинтетичні похідні пеніциліну, що виявилося революцією в боротьбі з інфекціями.
Дослідження Ходжкин стали відомими як рентгенівська кристалографія. Хіміки вперше кристалізуватися сполуки, які вони хотіли проаналізувати. Це був виклик. Після того, як випробування кристалів пеніциліну провели дві різні компанії, Ходжкин пустила рентгенівські хвилі через кристали і дозволила радіації «проникнути в досліджуваний об`єкт». При взаємодії Х-променів з електронами досліджуваного об`єкта, промені ставали трохи дифрагованим. Це призвело до появи чіткого малюнка з точок на фотоплівці. Проаналізувавши положення і яскравість цих точок і виконавши безліч розрахунків, Ходжкин точно визначила, як розташовуються атоми в молекулі пеніциліну.
Кілька років по тому вона використовувала цю ж технологію при виявленні структури вітаміну В12. Вона отримала Нобелівську премію з хімії в 1964 році, честь, якої не удостоїлася більше жодна інша жінка.
Відео: 5 ДОСЛІДІВ ЯКІ ВАМ НЕ ВАРТО ПОВТОРЮВАТИ!
виникнення життя
У 1929 році біохіміки Джон Холдейн (John Haldane) і Олександр Опарін незалежно один від одного припустили, що в ранній атмосфері Землі був відсутній вільний кисень. У тих суворих умовах, вони припустили, органічні сполуки могли формуватися з простих молекул, отримуючи потужний заряд енергії, будь то ультрафіолетове випромінювання або яскраве світло. Холдейн також додав, що океани, ймовірно, були першими джерелами цих органічних сполук.
Американські хіміки Гарольд Юрі (Harold Urey) і Стенлі Міллер (Stanley Miller) вирішили перевірити гіпотези Опаріна і Холдейна в 1953 році. Їм вдалося відтворити ранню атмосферу Землі шляхом ретельної роботи над контрольованою, закритою системою. Роль океану грала колба з нагрітою водою. Після того, як водяна пара піднімався і збирався в іншій ємності, Юрія і Міллер додавали водень, метан і аміак для того, щоб зімітувати безкисневому атмосферу. Потім в колбі утворювалися іскри, що представляють світ в суміші газів. Нарешті, конденсатор охолоджував гази в рідини, яку вони потім брали на аналіз.
Через тиждень, Юрія і Міллер отримали дивовижні результати: в охолодженої рідини в достатку присутні органічні сполуки. Зокрема, Міллер виявив кілька амінокислот, в тому числі гліцин, аланін і глутамінової кислоти. Амінокислоти - це будівельні елементи білків, які самі є ключовими компонентами і клітинних структур і клітинних ферментів, відповідальних за функціонування важливих хімічексіх реакцій. Юрі і Міллер прийшли до висновку, що органічні молекули цілком могли вижити в безкисневому середовищі, що, в свою чергу, не змусило чекати появу найпростіших організмів.
створення світу
Коли в 19 столітті з`явилося світло, він так і залишився загадкою, яка надихала на проведення багатьох захоплюючих експериментів. Наприклад, "двохщілистими експеримент" Томаса Юнга (Thomas Young), який показав, як поводяться світлові хвилі, але не частки. Але тоді ще не знали, як швидко світло подорожує.
У 1878 році фізик А.А.Майкельсон (A.A. Michelson) провів експеримент для того, щоб розрахувати швидкість світла і довести, що це кінцева, яка вимірюється величина. Ось що він зробив:
1. По-перше, він розмістив два дзеркала далеко один від одного на різних сторонах дамби біля університетського містечка, розташувавши їх так, що падає світло відбивалося від одного дзеркала і повертався назад. Він виміряв відстань між дзеркалами і виявив, що воно дорівнювало 605, 4029 метрів.
2. Далі Майкельсон використав парової вентилятор для того, щоб сторона одного з дзеркал оберталася зі швидкістю 256 оборотів в секунду. Друге дзеркало залишалося нерухомим.
3. За допомогою лінз він сфокусував промінь світла на нерухомому дзеркалі. Коли промінь світла стосувався нерухомого дзеркала, він відскакував і відбивався в обертовому дзеркалі, біля якого Майкельсон розмістив спеціальний екран. У зв`язку з тим, що друге дзеркало оберталося, траєкторія повернення світлового пучка незначно змінилася. Коли Майкельсон виміряв ці відхилення, він отримав цифру 133 мм.
4. Використовуючи отримані дані, йому вдалося виміряти швидкість світла, яка дорівнює 186 380 миль в секунду (299 949 530 кілометри) .Допустімое значення для швидкості світла на сьогоднішній день складає 299 792 458 км в секунду. Вимірювання Майкельсона показали на диво точний результат. Більш того, в розпорядженні вчених зараз знаходяться більш точні уявлення про світло і основ, на яких будуються теорія квантової механіки і теорія відносності.
відкриття радіації
Відео: 11 Наукових Експериментів, які вас Здивують
1897 рік був дуже важливим для Марії Кюрі. Народився її перша дитина, а вже через кілька тижнів після його народження вона вирушила шукати тему для докторської дисертації. Зрештою, вона вирішила вивчати "уранові промені", вперше описані Анрі Беккерелем (Henri Becquerel). Беккерель відкрив ці промені випадково, коли він залишив солі урану, загорнувши їх в непрозорий матеріал разом з фотопластинками в темній кімнаті, а повернувшись, виявив, що фотопластинки повністю засвічені. Марі Кюрі вибрала для вивчення ці таємничі промені для того, щоб виявити і інші елементи, що діють так само.
Вже на ранньому етапі вивчення Кюрі зрозуміла, що торій виробляє такі ж промені, як і уран. Вона почала маркувати ці унікальні елементи, як "радіоактивні" і швидко усвідомила, що сила радіації, що виробляється ураном і торієм, залежить від кількості торію і урану. Зрештою, їй вдасться довести, що промені - це властивості атомів радіоактивного елемента. Само по собі це було революційне відкриття, але Кюрі це зупинило.
Вона виявила, що настуран (уранініт) більш радіоактивний, ніж уран, це наштовхнуло її на думку, що напевно в природних мінералах існує невідомий їй елемент. Її чоловік П`єр приєднався до досліджень, і вони систематично зменшували кількості настуран до тих пір, поки не виявили новий ізольований елемент. Вони назвали його полонієм, на честь батьківщини Марії Польщі. Незабаром після цього, вони виявили інший радіоактивний елемент, який вони назвали радієм, від латинського "промінь". Кюрі завоювала дві Нобелівські премії за свою роботу.
собачі дні
Відео: 9 неймовірні трюки з водою, які вас здивують !!! Експеріменти
Чи знаєте ви, що Іван Павлов, російський фізіолог і хімік, а також автор експерименту з вироблення у собак слиновиділення і прищеплення їм умовного рефлексу, зовсім не був зацікавлений в психології чи поведінці? Його цікавили теми травлення і кровообігу. Насправді, він вивчав систему травлення собак, коли відкрив те, що сьогодні нам відомо, як "умовні рефлекси".
Зокрема, він намагався зрозуміти наявність взаємозв`язку між слиновиділення і роботою шлунка. Незадовго до цього, Павлов уже зазначив, що шлунок не починає перетравлювати їжу без слиновиділення, яке відбувається в першу чергу. Іншими словами, рефлекси в вегетативної нервової системи тісно пов`язують один з одним ці два процеси. Далі Павлов вирішив дізнатися, чи зможуть зовнішні подразники вплинути на травлення аналогічним чином. Щоб це перевірити, він почав під час прийому їжі собакою включати і вимикати світло, цокати метрономом і зробив чутним звучання зумера. У відсутності цих подразників, у собак відбувалося слиновиділення тільки тоді, коли вони бачили і їли їжу. Але через деякий час, у них починалося слиновиділення при стимуляції звуком і світлом, навіть якщо їм в цей час не давали їжі. Павлов також виявив, що цей тип умовного рефлексу вмирає, якщо стимул занадто часто "неправильно" використовувати. Наприклад, якщо звуковий сигнал собака чує часто, але при цьому не отримує їжі, то через якийсь час, вона перестає реагувати на звук слиновиділення.
Павлов опублікував отримані результати в 1903 році. Рік по тому він отримав Нобелівську премію в галузі медицини, причому не за свою роботу по умовних рефлексах, а "в знак визнання його робіт з фізіології травлення, завдяки яким знання про життєво-важливих аспектах були перетворені і розширені".
підпорядкування авторитету
Експерименти Стенлі Мілграма (Stanley Milgram), які він проводив в 1960-х роках, і до цього дня кваліфікуються як одні з найвідоміших і суперечливих наукових експериментів. Милграм хотів з`ясувати, як далеко зможе зайти звичайна людина в заподіянні болю іншій людині під тиском авторитету. Ось що він зробив:
1. Милграм набрав добровольців, звичайних людей, які повинні були за наказом заподіяти іншим добровольцям-акторам певний біль. Експериментатор грав роль авторитету, який на час дослідження постійно присутній в приміщенні.
2. Авторитет перед початком кожного випробування продемонстрував нічого не підозрював добровольцям, як користуватися шок - апаратом, який міг вражати людини розрядом в 15-450 вольт (підвищений рівень небезпеки).
3. Далі вчений зазначив, що вони повинні протестувати, як шоковий потрясіння може поліпшити запам`ятовування слів за допомогою асоціацій. Він доручив добровольцям в процесі експерименту "нагороджувати" добровольців-акторів шоковими ударами за неправильні відповіді. Чим більше було неправильних відповідей, тим вище рівень напруги на апараті. Причому, варто відзначити, що апарат був зроблений на вищому рівні: над кожним вимикачем було написано відповідне йому напругу, від "слабкого удару" до "нестерпною удару", прилад був оснащений безліччю панелей зі стрілочними вольтметром. Тобто засумніватися в достовірності експерименту у випробовуваних не було можливості, причому дослідження було побудовано так, що на кожну правильну відповідь було три помилкових і авторитет говорив добровольцю яким "ударом" покарати "нездатного учня".
4. "Учні" кричали, коли отримували шокові удари. Після того, як сила удару перевищувала 150 вольт, вони вимагали звільнення. При цьому, авторитет закликав добровольців продовжувати експеримент, не звертаючи уваги на вимоги "учнів".
5. Деякі учасники експерименту виявили бажання його покинути після досягнення покарання в 150 вольт, але більшість продовжували, поки не досягли максимального шокового рівня в 450 вольт.
По закінченню експериментів, багато хто висловлювався щодо неетичність даного дослідження, але отримані результати були вражаючими. Мільграм довів, що звичайні люди можуть заподіяти біль невинній людині просто тому, що отримали таку команду від владного авторитету.
