Новости науки: 10 событий апреля
«Горячая вера в науку – качество не только положительное, но драгоценное; без него решительно невозможен научный прогресс», – говорил советский хирург и ученый Сергей Юдин. Давайте узнаем, что открыли в апреле верящие в науку исследователи.
Стрекоза поможет самолету
Исследовательская группа под руководством Хуай-Ти Линя, доктора наук кафедры биоинженерии Имперского колледжа Лондона, решила изучить, как летающие насекомые контролируют состояние своих крыльев в режиме реального времени и реагируют на изменения воздушного потока. Их работа стала наиболее полным на сегодняшний день исследованием механосенсоров – «датчиков» на крыльях стрекоз, преобразующих внешние воздействия в нервный импульс. Ученые изучили 15 видов этих насекомых. Оказалось, что у восточного янтарнокрыла на четырех крыльях более 3000 сенсорных клеток.
Крылья животных деформируются, изгибаясь и скручиваясь во время полета, что позволяет увеличить подъемную силу, облегчить управление полетом и уменьшить повреждения. Для этого и нужны механосенсоры, реагирующие на локальный поток воздуха и нагрузку на крыло.
Без полной карты сенсорной сети прошлые попытки проанализировать механику крыла и смоделировать стратегии управления с обратной связью были в основном гипотетическими. Теперь ученые записали нейронные сигналы, которые передаются от крыльев в полете.
«Пример того, как мы могли бы использовать наши знания, – это датчики потока на крыльях самолета, которые могут предсказывать, когда и где произойдет падение в воздушную яму. Крыло обычно может обнаружить изменения до того, как основной корпус самолета начнет вибрировать. Размещая датчики прямо на крыле, вы можете обнаруживать такие события намного раньше, особенно в нестационарном воздушном потоке, который трудно смоделировать», – говорит Хуай-Ти Линь.
Смажь землю гелем, агроном
Ученые Вятского государственного университета (ВятГУ) в ходе испытаний выяснили еще одно полезное свойство торфогеля, который применяется в сельском хозяйстве для улучшения почвы и повышения плодородности. Оказалось, он отлично снижает токсичность почвы при ее возможном загрязнении, в частности при разливе нефтепродуктов.
Ученые провели эксперимент: взяли дерново-подзолистую почву, характерную для средней полосы России, и внесли бензин в количестве 1, 5 и 10% от массы почвы.
«К одной части опытных образцов добавляли торф – 50% от сухой массы. В другие образцы вносили 5% торфогеля в расчете на сухую массу почвы. Далее контрольную почву и почву с добавками культивировали в течение 30 дней, затем определяли остаточное содержание нефтепродуктов и токсичность почвы по ответным реакциям живых организмов (дафний Daphnia magna Straus, инфузорий Раramecium caudatumEhrenberg, бактерий Escherichia coli)», – рассказала профессор кафедры экологии и природопользования ВятГУ Анна Олькова.
Оказалось, что 5% торфогеля настолько же эффективны, как и 50% чистого торфа: они повышают барьерные свойства почвы и снижают возможность распространения загрязнения. При этом гель равномернее вносится в почву, без рыхления и других ухищрений, и не требует дальнейшего изъятия его из почвы.
Торфогель поможет усовершенствовать технологии защиты в местах добычи и потенциальных разливов нефти, например на автозаправках.
Запахи ванили нас к себе манили
Международная группа исследователей из Великобритании, Швеции, Эквадора, США и Австралии разобралась, какие запахи нравятся большинству жителей планеты. «Мы хотели выяснить, имеют ли люди во всем мире одинаковое восприятие запахов и любят ли они одни и те же типы запахов. Или же на это восприятие влияет культурная среда», – говорит Артин Аршамян, научный сотрудник отдела клинической неврологии Каролинского института (Швеция).
В качестве испытуемых выбрали 235 представителей девяти групп коренного населения разных стран с отличным друг от друга образом жизни и культурой. Среди них были жители городов Северной и Центральной Америки, Юго-Восточной Азии, фермеры, охотники и рыбаки из отдаленных районов этих частей планеты. Им представили 10 ароматов и предложили оценить их по шкале «приятные – неприятные».
На самом «дне» оказался запах изовалериановой кислоты: в частности, он встречается в сыре, соевом молоке, яблочном соке и, извините, в поте ног. А самым приятным, по мнению участников исследования, стал запах ванили. Получилось, что любовь к запахам не зависит от культурной принадлежности участников. Причина привлекательности крылась в основном в молекулярной структуре запаха (41%) и личных предпочтениях (54%), связанных с обучением или генетическими особенностями.
«Теперь мы знаем, что существует универсальное восприятие запаха, обусловленное молекулярной структурой. И это объясняет, почему нам нравится или не нравится определенный запах», – подвел итог доктор Аршамян.
Супертопливо для суперморозов
Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) разработали дизельное топливо, способное работать даже при –70 °С. Поэтому использовать его можно даже в Арктике. Топливо получилось простым и недорогим в производстве.
Поскольку дизельное топливо содержит н-парафины, которые кристаллизуются на морозе, горючее может застывать. Чтобы избежать этой проблемы, специалисты ТПУ преобразовали тяжелые н-парафины в изопарафины и легкие н-парафины, применив при переработке топлива цеолитный катализатор.
«Наша технология не требует применения водородосодержащего газа. Это делает ее более простой, экономически выгодной и универсальной в применении. Технологию можно использовать на крупных нефтеперерабатывающих заводах, малотоннажных установках, а также непосредственно на нефтяных месторождениях. Для отдаленных северных территорий это особенно актуально, поскольку доставка туда топлива – мероприятие дорогостоящее, а иногда и вовсе невозможное», – рассказала доцент отделения химической инженерии ТПУ Мария Киргина.
Свет чистит воду
Команда ученых во главе с Ласло Форро из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) создали работающий от солнца фильтр для воды. «В тесном сотрудничестве химиков, физиков и биологов мы разработали очень эффективное устройство для очистки воды, которому не нужен никакой источник энергии, кроме солнечного света. Наш прототип может снабжать чистой питьевой водой небольшое население даже в отдаленных районах, и его можно легко масштабировать», – говорит Форро.
Исследователи взяли нанопроволоки из диоксида титана, которые отлично справляются с очисткой воды при помощи солнечного света, и переплели их с углеродными нанотрубками, добавив таким образом еще один очищающий слой. Под воздействием ультрафиолета, попадающего на фильтр, производятся активные формулы кислорода: перекись водорода (H2O2), гидроксид (OH) и кислород (O2). Это настоящие борцы с патогенами. Они легко «расправились» с кишечной палочкой E. Coli, а также с «вредителями», вызывающими диарею, кишечную инфекцию (лямблиоз), с сальмонеллой, вирусом гепатита А и легионеллой. Справляется фильтр и с более крупными загрязнителями – пестицидами, остатками лекарств, косметикой.
Разработка фильтра – тема актуальная, ведь Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) утверждает, что к 2040 году большая часть мира будет ощущать нехватку ресурса питьевой воды.
Первая во Вселенной
Коллектив астрономов из разных стран, вероятно, обнаружил самую древнюю и далекую на сегодняшний момент галактику. Находится она в созвездии Секстанта, на расстоянии более 13 миллионов световых лет от Земли. Сейчас мы видим ее в состоянии, в котором она находилась примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Галактика эта относительно небольшая, но очень яркая.
«Галактику HD1 можно назвать своеобразным первенцем ранней Вселенной, который еще не покинул стен родильного дома. Ее открытие позволило нам побить рекорд по максимальному красному смещению для квазаров сразу на два порядка, что стало большим достижением для нас», – говорит Абрахам Лоеб, профессор Гарвардского университета (США).
Ученые начали размышлять о том, что именно представляет собой галактика, и предположили, что HD1 может формировать звезды с поразительной скоростью и, возможно, даже является домом для самых первых звезд во Вселенной. Также HD1 может содержать сверхмассивную черную дыру, масса которой примерно в 100 миллионов раз превышает массу нашего Солнца.
HD1 была обнаружена после более чем 1200 часов наблюдений с помощью телескопов Subaru, VISTA, UK Infrared Telescope и космического телескопа Spitzer. «Было очень тяжело найти HD1 среди более чем 700 000 объектов. Когда я нашел ее, у меня пошли мурашки по коже», – сообщил Юити Харикане, астроном из Токийского университета (Япония), открывший галактику.
«Не я злой – гены злые»
Ученые Донского государственного технического университета выяснили, что в агрессивном поведении людей в Сети виноваты, в частности, гены.
«Мы установили, что люди с сочетанием определенных групп генов токсично ведут себя в Интернете. Кроме того, установлено, что пользователи с высокими показателями поленезависимости, агрессивности и враждебности предпочитают более активные формы информационного поведения», – поделилась наблюдениями Ирина Абакумова, декан факультета «психология, педагогика и дефектология», профессор Донского государственного технического университета.
Особое внимание ученые уделили генам, которые отвечают за формирование навыков, регуляцию поведения, эмоциональные реакции и уровень выраженности интернет-зависимости, в частности генам COMT и DRD2, ответственным за психофизиологическое состояние человека. А еще рассмотрели стратегии поведения в Интернете и выделили три компоненты: RC1, RC2 и RC3. Компонента RC1 – у пользователей, которые предпочитают развлекательный или пользовательский контент, в Интернете они ищут информацию и покупают необходимое. Компонента RC2 – у агрессивных пользователей, которые любят обсуждать острые темы. Все потому, что у них есть определенное сочетание генов. Компонента RC3 – у пассивных пользователей, использующих Интернет для поиска информации, контент они не производят, в основном только поглощают. Первые две группы – более агрессивны.
Ученые думают, что эта информация поможет психологам эффективнее предотвращать негативные последствия информатизации общества.
«Что ж я, человека от собаки не отличу?!»
Анна Балинт, нейробиолог из Университета Этвеша Лоранда (Венгрия), вместе с коллегами выяснила, что мозг собаки обрабатывает звуки человеческой речи и лай других собак по-разному. Чтобы в этом убедиться, взяли 17 собак, живших в семьях. Среди них были несколько бордер-колли, золотистых ретриверов и немецкая овчарка. Их важной особенностью была способность несколько минут лежать неподвижно. Ведь в течение определенного времени животным делали электроэнцефалограмму, которая измеряла мозговые волны. Кстати, в отличие от человека у собак на голове много мышц, что затрудняет считывание информации. Но с этой непростой задачей ученые справились. Они воспроизводили разные звуки: смех человека, кашель, бормотание, сопение, лай и пыхтение собаки. И следили за реакцией. Человек обрабатывает характер звука – высоту, тон – в первые 250 миллисекунд. Собаки же активизировали мозговые волны в промежутке от 250 до 650 миллисекунд. Так вот, разница между волнами, появившимися после прослушивания человеческой речи и собачьими была резкой. То есть мозг собак обрабатывает два типа звука по-разному.
Знание того, как собаки воспринимают звук, может среди прочего помочь кинологам лучше обучать служебных или рабочих собак.
Заживет не до свадьбы, а еще быстрее
Ученые государственного университета «Дубна» разработали систему умного заживления ранений. Речь идет об универсальных покрытиях на основе биополимеров. Использоваться они могут во всех фазах процесса, эффективно заживляя раны, возникшие по различным причинам. При этом скорость заживления в два раза выше по сравнению с существующими аналогами. При нанесении образуется пленка, которая отлично защищает от проникновения вредных микроорганизмов, не перекрывая доступ кислорода. Из плюсов – не требует ежедневного нанесения и не вызывает аллергических реакций.
«Созданы и апробированы универсальные материалы с пролонгированным действием, которые обладают умным откликом. Эти материалы содержат многослойные микро- и нанокапсулы и, в зависимости от происхождения, состояния и фазы заживления раны, высвобождают то или иное активное вещество – антимикробное, противовоспалительное или регенеративное», – рассказала Раиса Горшкова, профессор, директор НОЦ «Физхимбиофарм» Государственного университета «Дубна».
Доисторическая анимация, или Каменное телевидение
Ученые Университета Йорка и Даремского университета (Великобритания) изучили 50 известняковых древних плакеток, найденных в конце XIX века в скальном убежище Монтаструк на берегу реки Аверон во Франции и хранящихся в Британском музее. Среди них – камни с фигурами людей, животных и другими объектами, высеченные более 14 тысяч лет назад. Специалистов заинтересовало, почему на них были следы термического повреждения, несмотря на то что камни не были обожжены. Возникло предположение, что их зачем-то специально размещали рядом с очагом.
Чтобы это понять, исследователи изучили пластины с помощью программы микроскопии, 3D-моделирования, улучшения цвета, моделирования виртуальной реальности (VR) и экспериментальной археологии. Они стремились понять, использовались ли плакетки в качестве камней для приготовления пищи, мебели для очага, источника тепла или для нагрева воды.
«Ранее предполагалось, что тепловые повреждения, обнаруженные на некоторых табличках, вероятно, были вызваны несчастным случаем, но эксперименты с копиями табличек показали, что повреждения больше соответствуют намеренному размещению вблизи огня. Это почти как телевидение эпохи палеолита», – пояснил Энди Нидхэм, археолог, ведущий автор работы. Из-за дрожания огня фигурки на табличках как бы двигались, получалась своеобразная анимация. Получается, что костры не только согревали охотников-собирателей, живших в эпоху мадленской культуры в довольно суровых условиях, но и были центром собраний и зарождения древнего искусства.