Людині-мурашки насправді не вистачило б повітря

Мініатюрні супергерої з коміксів Marvel – Людина-мураха і Оса – зіткнулися з великою проблемою, якщо б існували насправді. Адже за законами фізики вони б задихнулися, зменшившись до розміру комахи, з’ясували фізики.
Відразу два ефекту обумовлювали б нестачу кисню у супергероїв. Однак цьому можна зарадити – відповідною технікою, інтегрованої в костюм, пише American Institute of Physics.
Залізна людина, Халк і Людина-павук – супергероїв з коміксів і фільмів під силу надлюдські речі. Деяким допомагає неймовірна мутація, інші покладаються на високотехнологічні розробки. Останнє стосується і Людини-мурахи і його напарниці Оси – героїв з Всесвіту Marvel. Завдяки частці доктора Піма, інтегрованої в костюм, вони можуть зменшуватися до субмолекулярной величини, не втрачаючи типово людської сили.
Але чи може людина вижити при такому зменшенні чисто теоретично? Один з аспектів цього питання вивчили Енн Стейплс (Anne Staple) і Максвелл Мікель-Стайтс (Maxwell Mikel-Stites) з Політехнічного університету штату Вірджинія. Їх цікавило: чи будуть легкі і органи мініатюрних супергероїв отримувати достатньо кисню? Це не проблема для комах приблизно такого ж розміру, але їх дихальна система відрізняється від людської декількома суттєвими моментами, пояснили дослідники.
Так, людина вдихає повітря лише через один отвір – рот. «Зате комахи, як правило, мають від шести до одинадцяти пар дихальних отворів – зазвичай по парі на сегмент», – сказали Стейплс і Мікель-Стайтс. Інша відмінність: в організмі людини кисень не розподіляється відразу, для цього потрібна допомога еритроцитів. А у комах кисень проникає в органи безпосередньо через трахею.
Так що б сталося, якби Людина-мураха і Оса зменшилися? Вчені з’ясували: мініатюрні супергерої зіткнулися відразу з двома суттєвими проблемами. Перша – доступність молекул кисню в повітрі: «Особа нормального росту, здійснюючи глибокий вдих, вбирає певну кількість молекул кисню, – пояснив Мікель-Стайтс. – Але якщо ця особа зменшити до розміру мурашки, воно зможе вдихнути значно менше”. У випадку з Людиною-мурахою – 140 частину звичайної людської порції.
Причина: для міні-супергероя ефективна щільність газів для дихання зменшується. Враховуючи розмір тіла та об’єм вдиху, молекули кисню в середовищі рідше розсіяні, пояснили вчені: «Супергерої б почували себе, як на вершині Евересту на висоті 8 000 метрів».
Тобто з кожним вдихом Людина-мураха отримував би менше кисню, ніж з гірського повітря – з відповідними наслідками. «В таких умовах організм намагається працювати у звичному темпі при меншій кількості кисню, і людина мимоволі починає компенсувати нестачу кисню прискореним диханням», – каже Мікель-Стайтс. Однак це призводить до висотної хвороби або небезпечного легеневого набряку.
У комах немає цієї проблеми, оскільки вони мають пару дихальних отворів, тобто можуть вдихнути за раз в 20 разів більше повітря, ніж людина такого ж розміру. Це допомагає наситити організм необхідною кількістю кисню. Однак Людина-мураха і Зза мають тільки традиційні людські дихальні шляхи – і, відповідно, малий дихальний об’єм.
Але, крім того, Людину-мурашки і Оси є ще інша проблема: закон Клайбера стверджує, що обмін речовин тваринного зростає зі зменшенням їх розміру. Тобто що менше тварина, то більше енергії потребує-і то вище буде його потребу в кисні. Коли Людина-мураха зменшується до розміру комахи, обмін речовин повинен прискоритися (згідно із законом Клайбера) у 100 разів, підрахували вчені.
Однак існує рішення, здатне уберегти супергероїв від негативних наслідків зменшення, тобто удушення. Це – їхній костюм. «Людина-мураха і Оса могли б дихати за допомогою поєднання повітряної помпи, компресора і молекулярного фільтра», – пояснили Стейплс і Мікель-Стайтс. Відповідний прилад, в мініатюрному масштабі працював би ще ефективніше, вже існує в микрогидравлической техніці.
Інтегрована ззаду костюма помпа могла б всмоктувати повітря, потім він концентрувався б компресорі до потрібної густоти. Фільтр би забезпечував, щоб стиснене повітря був збагачений киснем. Через повітряний шланг цей збагачений киснем повітря поступав би до лиця супергероя. «Костюм вже має маску, тому постачання повітря там організувати було б зовсім не складно», – сказали вчені. Так, Людина-мураха і Оса принаймні теоретично могли б захиститися від нестачі повітря.