Новости науки: 10 событий апреля
«Нехитрое дело попасть ногою в проложенный след. Гораздо труднее, но зато и почетнее, прокладывать путь самому», — сказал Якуб Колас (1882–1956), один из классиков и основоположников белорусской литературы. Открытия ученых, сделанные в апреле 2023 года, также имеют все шансы оставить заметный след в истории.
Чудо из бездны
Ученые из Университета Западной Австралии и Токийского океанографического университета (Япония) обнаружили, как считается, самую глубоководную рыбу, запечатлев ее на камеру. В начале апреля новость об этом была опубликована на странице Книги рекордов Гиннесса: «15 августа 2022 года молодая особь из семейства морского слизня Pseudoliparis (вид еще не определен) была заснята на камеру на глубине 8336 метров в желобе Идзу-Огасавара у берегов Японии. Беспрецедентная глубина, более чем вдвое превышающая высоту горы Фудзи (3776 метров. — Прим. ред.), близка к тому, что считается биологическим нижним пределом для рыб».
Исследовательское судно совершило двухмесячную экспедицию в августе прошлого года в глубокие впадины вокруг Японии в северной части Тихого океана для исследования желобов Рюкю и Идзу-Огасавара на глубинах 7300, 8000 и 9300 метров. До того, как команда обнаружила неизвестный ранее вид морского слизня рода Pseudoliparis в желобе Идзу-Огасавара, самым глубоководным обитателем считался морской слизень, которого засняли на глубине 8178 метров в Марианской впадине.
«Мы используем стандартные ловушки для рыбы из местного рыболовного магазина, добавляем в них немного наживки и привязываем к глубоководной камере стоимостью 200 000 долларов. Прекрасное сочетание высоких технологий и простоты», — рассказал профессор Алан Джеймисон, ихтиолог из Университета Западной Австралии и главный научный сотрудник экспедиции. Он уверен, что нынешний рекорд морским обитателям побить будет непросто, максимум — на несколько метров. Поскольку на еще более солидных глубинах рыбам невозможно поддерживать внутри клеток необходимую концентрацию осмолитов, позволяющих противостоять чудовищному внешнему давлению.
Растет как на железных дрожжах
Ученые из Национального исследовательского технологического университета «Московский институт стали и сплавов» (НИТУ МИСИС) придумали удобрение из сплава кобальта, меди, железа и никеля, которое активизирует рост сельскохозяйственных растений.
«Суспензия с наночастицами CoCuFeNi способствовала увеличению высоты растений до 12% у кресс-салата и до 50% у масличной редьки, также заметно удлинились стебли. Этот результат указывает на то, что синтезированные наночастицы отлично подойдут в качестве микроудобрения. Комплексный характер воздействия наночастиц на растения является результатом их способности проникать в клетки и далее в субклеточные органеллы. Питательная взвесь показала положительные результаты в биостимуляции растений, прирост массы по сравнению с поливом обычной водой составил 20%. Это объясняется влиянием на внутренние структуры клеток, а также изменениями в синтезе и активности некоторых ферментов», — рассказал Валентин Романовский, соавтор исследования, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
У суспензии сплошные плюсы: она не только стимулирует метаболизм растений, отлично подходит для проращивания семян, но и не дает распространяться ненужным бактериям без применения антибиотиков. В частности, она лучше классического тетрациклина справилась с синегнойной палочкой, которая в последние годы вообще плохо поддается воздействию препаратов.
«Нанопорошок CoCuFeNi мы получили энергосберегающим методом горения реакционного золь-гель прекурсора. Поэтапно процесс выглядит так: нитраты соответствующих металлов растворили в дистиллированной воде, затем к раствору добавили органическое топливо, выполняющее роль восстановителя. Полученную реакционную смесь высушили до полного испарения воды и образования гелеобразной массы. Воздействуя на гель локальным источником нагрева, запустили реакцию самоподдерживающегося горения. В результате такой реакции образовался твердый полиметаллический нанопорошок», — раскрыл секрет производства чудо-средства соавтор проекта Сергей Росляков, старший научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Это экологичный и технологичный синтез, позволяющий производить весьма доступный по стоимости материал.
Лебедь прятал гиганта
Международная исследовательская группа в составе ученых Токийского университета (Япония), Техасского университета в Сан-Антонио (США) и Японского центра астробиологии разработала новый метод поиска экзопланет (экзопланеты — планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы. — Прим. ред.). И не только разработала, но и обнаружила газового гиганта, расположенного на расстоянии 132,8 светового года в созвездии Лебедя массой в 14–16 раз тяжелее крупнейшей планеты Солнечной системы — Юпитера. Обнаруженной экзопланете дали имя HIP 99770 b. Кстати, обнаружить ее было непросто: она тусклая и терялась в сиянии своей яркой звезды-хозяина. Но новый метод решил проблему, и HIP 99770 b стала первой за пределами нашей Солнечной системы планетой, обнаруженной с помощью мощной комбинации астрометрии и прямых наблюдений.
«Наш подход кардинальным образом меняет то, как мы ищем и изучаем экзопланеты. Прямые наблюдения за ними очень интересны, однако их вести очень тяжело и долго, так как чаще всего они заканчиваются безрезультатно. Комбинация из прямых наблюдений и астрометрии позволяет нам четко определять те звездные системы и те регионы в них, где нужно искать экзомиры», — сказал Тейн Карри, доцент Техасского университета в Сан-Антонио.
Гибридный метод поисков экзопланет содержит в себе плюсы косвенных наблюдений, объединенных с прямыми наблюдениями за планетами при помощи наземных и орбитальных оптических телескопов. То есть ученые не только наблюдают за изменяющейся силой свечения звезд при прохождении экзомиров по их диску, но и смотрят на сдвиги в спектре, порождаемые гравитационными взаимодействиями светил и экзопланет.
Этот метод открывает перспективу по изучению менее крупных экзопланет, похожих по размерам и свойствам на нашу Землю.
Тепло ль тебе, девица?
Ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ) разработали модель умной куртки, которая начинает греть нужные зоны тела еще до того, как человек осознает, что замерзает.
«Человек интуитивно пытается не замерзнуть целиком, часто создает избыточную теплоизоляцию там, где это биологически не требуется. Другие части тела могут быть защищены недостаточно. Одежда с подогревом подает тепло во все пододежное пространство. Это нарушает систему терморегуляции», — рассказала аспирант кафедры конструирования, технологии и дизайна Института сферы обслуживания и предпринимательства (ИСОиП), филиала ДГТУ в городе Шахты Ростовской области Мария Стенькина. А именно по такому принципу работает современная одежда с подогревом — если человек начинает мерзнуть, включается обогрев и работает на все тело, покрытое одеждой.
Ученые ДГТУ предложили новый подход: «умная» одежда постоянно отслеживает воздух вокруг и под одеждой, активность человека. И специальная математическая модель анализирует данные, что дает возможность спрогнозировать, как изменится температурный режим. Причем до появления ощущений, что человек мерзнет.
«Наш главный результат в том, что теплозащита человека приобрела «мобильность» — способность выбирать нужное место и эффективность теплоснабжения изделия в зависимости от ситуации. А также экономить при этом биологические и искусственные энергетические ресурсы», — отметила Ирина Черунова, профессор кафедры конструирования, технологий и дизайна ИСОиП ДГТУ.
В такой куртке, которая при необходимости трансформируется в спальный мешок, можно находиться на холоде на 20% дольше, чем предписано в нормах режима работы в условиях холодного климата.
Лед тронулся
Группа палеонтологов во главе с Сяо Шухаем, профессором Политехнического университета Виргинии в Блэксбурге (США), изучила породы неопротерозойской эры, залегающие на территории провинции Хубэй на юге Китая. «Проведенные нами раскопки в отложениях пород формации Наньто на юге Китая стали первым свидетельством того, что потенциально обитаемые участки океана, свободные ото льда, присутствовали в эру «Земли-снежка» не только у экватора, но и в средних широтах. Эти теплые регионы планеты могли служить прибежищем для первых многоклеточных организмов в конце данной ледниковой эпохи», — пишут исследователи. («Земля-снежок», «Земля — снежный ком» — гипотеза, предполагающая, что наша планета была полностью покрыта льдом в части криогенового и эдиакарского периодов неопротерозойской эры, а также, возможно, в другие геологические эпохи. — Прим. ред.)
Китайские и британские палеонтологи и геологи выяснили, что юг Китая, который находился в умеренных широтах, не был, как считалось ранее, покрыт толстой коркой льда. Они обнаружили, что в местных протерозойских породах сохранилось немало отпечатков водорослей, отложений органики и химических следов присутствия кислорода в верхних слоях морской воды. А значит, многоклеточная жизнь существовала, и лед не покрывал Землю полностью или на планете были крупные точки с теплой водой.
«Наше исследование показывает, что обитаемые зоны простирались до океанов средних широт намного дальше, чем считалось ранее. Предыдущие исследования утверждали, что они в лучшем случае существовали лишь в тропических океанах. Более обширные обитаемые районы океанов объясняют, где и как выживали сложные организмы, в частности, многоклеточные водоросли», — отметил Хуюэ Сун, геолог из Китайского университета наук о Земле, ведущий автор исследования.
Спокойный значит молодой
Ученые из Гарвардского университета (США) выяснили, что биологический возраст не связан неразрывно с хронологическим возрастом: люди могут быть биологически старше или моложе своего хронологического возраста. На биологический возраст могут влиять болезни, медикаментозное лечение, изменения образа жизни, воздействие окружающей среды и другие факторы. Он увеличивается в ответ на различные формы стресса. Но есть и хорошая новость: старение можно замедлить, если после стресса дать себе восстановиться.
«Результаты наших опытов указывают на то, что тяжелые формы стресса повышают вероятность смерти в том числе из-за того, что они резко повышают биологический возраст человека. Это говорит о том, что способность быстро восстанавливаться после стресса играет важную роль в старении и долголетии людей. Кроме того, теперь мы можем использовать биовозраст для оценки глубины физиологического стресса и качества постстрессового восстановления», — сказал Вадим Гладышев, профессор Гарвардского университета.
Чтобы это выяснить, ученые провели опыты на мышах, искусственно вызвав у них стресс и изменив биологический возраст зверьков. Для этого провели серию тяжелых полостных операций в одном случае и соединили друг с другом кровеносные системы нескольких пар молодых и пожилых мышей в другом. В результате концентрация молекул и меток на поверхности ДНК, связанных с биовозрастом, претерпела изменения. Но после восстановления от хирургического вмешательства показатели быстро вернулись к норме.
Также были исследованы образцы крови пожилых пациентов, перенесших экстренную операцию, собранные непосредственно перед операцией, через несколько дней после нее и перед выпиской из больницы. Изучили и образцы крови беременных мышей и беременных женщин на ранних и поздних стадиях беременности и после родов. Оказалось, что биологический возраст возрастал из-за операции, но возвращался к исходному уровню через четыре-семь дней после нее. Также он рос во время беременности, но снижался после родов.
Ни одна кость не пострадала
Химики из Болонского университета и Университета Генуи (Италия) представили научному миру метод, позволяющий бесконтактно анализировать кости для определения возраста останков и изучения жизни людей и животных былых эпох.
«Разработанный нами подход позволяет не только отбирать оптимальные образцы костей для датировки, но и определять внутри них зоны, где содержится максимальное количество белка. Это позволит значительно сократить минимальную массу и число проб костей, необходимых для проведения радиоуглеродного анализа», — рассказал Паоло Оливери, профессор Университета Генуи.
Используемый сейчас метод радиоуглеродного датирования хорошо себя зарекомендовал, он позволяет оценивать возраст костей путем анализа присутствующего в них коллагена. Однако данный метод деструктивен. А ведь многие редчайшие доисторические кости, найденные археологами, чрезвычайно ценны и считаются частью нашего культурного и исторического наследия. К тому же не каждая кость содержит достаточное количество обрывков белков, необходимых для анализа. Получается, что разрушение исторических находок даже пользы не приносит.
Предложенный итальянцами алгоритм позволяет проводить анализ снимков, которые делает система инфракрасной гиперспектральной визуализации на двух разных длинах волн, а затем определять точки сосредоточения наибольшего скопления фрагментов белковых молекул внутри изучаемого материала. И все это в течение нескольких минут.
«Наши результаты обеспечат значительный прогресс в изучении эволюции человека. Поскольку мы сможем свести к минимуму разрушение ценного костного материала, который находится под защитой и приумножением европейского культурного наследия, и, таким образом, позволит нам контекстуализировать ценный объект, указав точный календарный возраст», — подытожила Сара Таламо, соавтор исследования и директор лаборатории радиоуглеродного датирования BRAVHO в Болонском университете.
Лучшая смазка
Ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта (Россия) совместно с коллегами из Национального исследовательского ядерного университета «Московский инженерно-физический институт» (НИЯУ МИФИ) разработали смазку, подходящую для высокоточной техники. Это уникальный твердый смазочный материал, который можно использовать даже в узлах космических аппаратов или внутри вакуумных манипуляторов и микроэлектромеханических устройств. Ведь для такой техники не подходят традиционные для машиностроения жидкие смазочные материалы.
Материал на основе сульфоселенида вольфрама с равномерно распределенными сферическими наночастицами чистого вольфрама в 3–7 раз лучше по коэффициенту трения, чем существующие твердые смазки.
«При оптимальном сочетании основы и наночастиц нам удалось добиться значительной твердости материала, не снизив при этом его пластичность. При трении поверхностей в присутствии нашего состава возникает трибопленка толщиной 20 нанометров, которая и обеспечивает крайне низкий коэффициент трения», — объяснил Максим Демин, один из авторов разработки, проректор по научной работе БФУ им. И. Канта.
Истребители нефти
Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) нашли в Японском море бактерии, которые способны помочь человечеству в борьбе с нефтяными загрязнениями. Причем занимается этим далеко не одна бактерия: исследователи обнаружили склонность к нефти у 12 видов этих микроорганизмов, в частности, у бактерий Idiomarina maritima, Gracilibacillus massiliensis, Lechevaleria flava и других. Бактерии-деструкторы поглощают нефть, разлагая ее.
«Наше исследование оценивает метаболический потенциал бактерий Японского моря. Мы выявляем гены, ответственные за деградацию различных углеводородов, и проверяем, какие нефтепродукты бактерии способны использовать в качестве питания. На данном этапе исследования мы не ставим целью редактирование генома, наша задача — выявить самых активных естественных нефтедеструкторов и в дальнейшем разработать биопрепарат для очистки вод Японского моря от нефтезагрязнений», — рассказала Ангелина Медведева, магистрантка Института Мирового океана ДВФУ.
Да плюнь ты!
Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) предложили спортивному миру перспективный метод оценки состояния организма спортсмена во время тренировки — биотестирование слюны.
Часто используемые методы контроля реакции спортсмена на тренировочные нагрузки обычно основаны на взятии образцов крови. Это точные методы, но назвать их быстрыми и неинвазивными нельзя. Для контроля используется анализ на уровень лактата в крови — производной молочной кислоты, вырабатываемой в мышцах во время физических нагрузок, а это главный маркер выносливости спортсмена.
«Для диагностики состояния организма спортсмена во время тренировочного процесса можно использовать слюну. Ранее было показано, что содержание лактата в крови и слюне имеет хорошую корреляцию. Поэтому мы поставили задачу разработать аналитические системы, способные легко и быстро определять содержание лактата в слюне», — рассказала Галина Жукова, научный сотрудник лаборатории биолюминесценции СФУ.
В частности, такую систему можно создать на основе измерения биолюминесценции. Для этого до и во время спортивных занятий изучается уровень свечения ферментов бактерий в образцах слюны. Анализ занимает около двух минут, что в пять раз быстрее, чем стандартные анализы крови. Эксперименты со спортсменами-лыжниками подтвердили жизнеспособность метода.