SciAdv: Секрет меха белого медведя может спасти от наледи лопасти и крылья

Природная способность меха белого медведя противостоять образованию льда может проложить путь к более безопасным и устойчивым решениям для предотвращения образования льда в таких отраслях, как авиация и возобновляемая энергетика, считают ученые из Университета Суррея.

Международное исследование, опубликованное в журнале Science Advances, изучило антиобледенительные свойства меха белого медведя в экстремальных арктических условиях и выявило уникальную смесь липидов в кожном сале — маслянистом веществе, вырабатываемом кожей, — которая резко снижает адгезию льда. В условиях изменения климата эта природная разработка может помочь предотвратить образование льда на таких объектах инфраструктуры, как замерзшие лопасти ветряных турбин или крылья самолетов.

Ключевую роль в этом открытии сыграло передовое квантово-химическое моделирование, проведенное группой вычислительной химии Университета Суррея, которая изучила молекулярные взаимодействия между кожным салом меха и льдом.

Доктор Марко Сакки, доцент Школы химии и химического машиностроения Суррея, является соавтором исследования и руководит группой:

Мы обнаружили, что специфические липиды в кожном сале, такие как холестерин и диацилглицерины, обладают очень низкой энергией адсорбции на льду. Именно это слабое взаимодействие не позволяет льду прилипать к меху.

Эксперименты подтвердили эти теоретические выводы, измерив прочность сцепления льда до и после удаления натуральных масел из меха. Исследователи обнаружили, что необработанный мех белого медведя работает наравне с высокоэффективными фторуглеродными покрытиями, используемыми в спорте и промышленности. Однако, когда мех промыли, чтобы удалить кожное сало, адгезия ко льду оказалась в четыре раза выше, чем у немытых образцов.

В исследовании также изучалась гидрофобность меха — его водоотталкивающие свойства — и то, как он задерживает наступление заморозков в суровых арктических условиях, где температура опускается ниже -40°C. Однако сами по себе эти свойства не могли объяснить превосходные антиобледенительные свойства.

Используя такие методы, как газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ-МС), жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС/МС) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР), команда обнаружила, что за эту способность отвечает уникальная смесь липидов — в частности, обилие холестерина и диацилглицеринов.

Комментируя это открытие, доктор Сакки сказал:

Удивительно видеть, как эволюция оптимизировала состав кожного сала, чтобы избежать прилипания льда. Мы обнаружили, что сквален, обычный липид для других морских млекопитающих, почти полностью отсутствует в мехе белого медведя. Наше вычислительное моделирование показало, что сквален сильно прилипает ко льду, и его отсутствие значительно повышает ледоотталкивающие свойства меха.

Исследование, проведенное под руководством Норвежского полярного института и Университета Бергена при участии Тринити-колледжа в Дублине, Университетского колледжа в Лондоне и Национального музея Дании, также подчеркивает важность знаний коренных народов об Арктике и опирается на них. Инуитские общины давно признали уникальные свойства меха белого медведя, используя его для изготовления инструментов и одежды.

Доктор Сакки добавила:

Наши результаты свидетельствуют о силе междисциплинарного сотрудничества. Мы объединили экспериментальные данные, вычислительную химию и знания коренных жителей Арктики, чтобы раскрыть удивительный природный защитный механизм, который может изменить наши методы борьбы со льдом во всех областях — от авиации до возобновляемых источников энергии.

Ранее ученые выяснили, что иммунитет белых медведей не приспособлен к теплому климату.

Фото: белый медведь в казанском зоопарке. Источник: личный архив Игоря Анфиногентова.

31.01.2025