Новости науки: 10 событий апреля
«Вы видите вещи, и вы спрашиваете: «Почему?» А я мечтаю о вещах, которых никогда не было, и говорю: «Почему бы и нет?», – признавался Джордж Бернард Шоу (1856–1950), выдающийся ирландский драматург, романист и философ. О том, какие ответы на свои вопросы получают современные ученые, узнаем в апрельском обзоре новостей науки.
Эволюция от гнилого яблока до модных туфель
Ученые из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) создали самоокрашивающуюся искусственную кожу. В этом им помогли генетически модифицированные бактерии Komagataeibacter rhaeticus, которые производят бактериальную целлюлозу. К тому же этот штамм образует эумеланин – черный пигмент, который позволяет долгое время сохранять яркий цвет материала. В своем исследовании ученые отмечают, что листы и нити из бактериальной целлюлозы, окрашенные в угольно-черный цвет, сохраняли окраску на протяжении более трех лет.
Сегодня экологические проблемы стимулируют интерес ученых к синтетическому текстилю. Бактериальная целлюлоза – экологически чистая альтернатива коже. В ней нет пластика и продуктов животного происхождения. Её можно вырастить за 7–14 дней из отходов (например, сока гнилых фруктов, патоки). Еще один плюс – у бактериальной целлюлозы высокая прочность на разрыв и отличная водоудерживающая способность.
В ходе эксперимента британские ученые поменяли ДНК бактерий Komagataeibacter rhaeticus. В итоге клетки бактерий стали производить видоизмененный фермент Tyr1, отвечающий за появление пигмента эумеланина, благодаря которому волосы человека, шерсть животных и перья птиц имеют черный цвет. В ходе экспериментов ученые вырастили два листа материала, сшили их вместе и получили кошелек, а кроме того, создали образцы обуви.
«Мы уверены в том, что производство окрашенных бактериальных целлюлозных волокон и текстиля можно расширить до промышленных масштабов. Подобным образом можно окрашивать ткани не только в черный цвет, как сделали мы в нашем эксперименте, но и в другие тона, доступные для природных пигментов, в том числе – в красный, пурпурный и синий», – сказали ученые.
Теплые ванны для акул
Ученые из Университета штата Калифорния и Университета Миннесоты (США) выяснили, что молодые белые акулы любят мелководье с температурой не ниже 16 °С.
В 2020 и 2021 годах американские экологи и океанологи выловили, пометили и отпустили обратно в океан 22 особи – самцов и самок – в возрасте от одного до шести лет, плавающих у берегов Калифорнии. В ходе эксперимента удалось не только проследить за перемещениями акул, но и получить данные о температуре воды и давлении водяного столба на этом участке Тихого океана.
«Проведенные нами наблюдения показывают, что молодые белые акулы меняют свое положение в толще океана таким образом, чтобы оставаться в тех его прослойках, которые нагреты до температуры в 20–22 °С или же 16–22 °C. По всей видимости, подобные условия являются оптимумом для роста акул в этих подводных детских садах», – пояснила Эмили Сперджон, научный сотрудник Университета штата Калифорния в Лонг-Бич.
Молодые акулы утром и вечером погружались в глубины для поиска пищи, но в основном проводили время ближе к поверхности, не опускаясь глубже четырех метров, грелись в теплой воде. Для взрослых акул такое поведение нехарактерно. Ученые полагают, что температура 20–22 °С идеально подходит для роста и развития этих хищных рыб. Полученные исследователями данные пригодятся для сохранения больших белых акул, предотвращения их попадания в рыболовные сети, а также для защиты людей от встреч с ними.
Мясные «саперы»
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) предложили экологически безопасный способ определения тяжелых металлов (меди, кадмия, кобальта, хрома, железа, свинца, цинка и других) в мясе. Необходимые для этого инструменты – ультразвук и растворители на основе органических соединений, в частности, молочной, яблочной, лимонной и винной кислот. Таким образом исследователи проанализировали образцы куриного мяса и говяжьей печени.
«Мы предложили новый способ определения концентрации тяжелых металлов в мясных продуктах, при котором вместо микроволнового излучения металлы извлекаются из мяса под действием ультразвука. При этом продукт находится в экологически безопасных растворителях. Проведенные эксперименты позволили сравнить различные варианты извлечения металлов и доказали, что наш способ позволяет безопасно определять содержание металлов на уровне предельно допустимой концентрации в пищевых продуктах», – рассказал Андрей Шишов, профессор кафедры аналитической химии СПбГУ.
Проблема животрепещущая, поскольку повышенное содержание тяжелых металлов в пищевых продуктах – серьезная угроза здоровью. Тяжелые металлы накапливаются в сердце, легких и почках, ослабляя иммунитет и провоцируя различные заболевания, в том числе онкологические. Более того, даже в сверхнизких концентрациях такие металлы как свинец, кадмий, хром, ртуть могут вызывать хронические заболевания, острые отравления, а то и летальные исходы. Поэтому количественное определение, мониторинг и оценка тяжелых металлов важны не только с научной точки зрения, но и с точки зрения безопасности продуктов.
Армрестлинг на генном уровне
Ученые из университета Ювяскюля (Финляндия) выяснили, что люди с генами, делающими их сильнее, живут дольше и меньше болеют распространенными заболеваниями живут дольше и меньше болеют распространенными заболеваниями – болезнями легких, опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистыми и онкологическими заболеваниями. К тому же у таких людей реже возникает депрессия, а у женщин отмечается еще и более низкая масса тела. Лучшие результаты были выявлены в случае с полиартрозом и сосудистой деменцией: у людей с высоким показателем хвата рук риск развития этих заболеваний был ниже на 23% и 21% соответственно, чем у людей с более слабыми руками. Правда, с другой стороны, и обладателям «сильных» генов это не помогало лучше восстанавливаться в ситуациях с серьезными проблемами – ишемической болезнью сердца, инсультом и переломом бедренной кости.
«Похоже, что генетическая предрасположенность к более высокой мышечной силе больше отражает внутреннюю способность человека сопротивляться и защищать себя от патологических изменений, происходящих во время старения, чем способность восстанавливаться или полностью приходить в норму после тяжелых испытаний», – сказал Пяйви Херранен, главный автор исследования, сотрудник факультета спорта и медицинских наук университета Ювяскюля.
Ученые изучили информацию о показателях здоровья и геномах 342 443 участников эксперимента. Их данные были взяты из финских биобанков FinnGen и Data Freeze. Возраст участников – 40–108 лет, 53% исследуемых составляли женщины. Ученые использовали новую оценку – полигенный балл (PGS): он суммирует оценочные эффекты сотен тысяч генетических вариантов. В ходе эксперимента были изучены данные людей с генами, предрасполагающими к большей или меньшей силе захвата рук (HGS), затем проанализировано их влияние на риск развития 27 проблем, в том числе преждевременной смерти и самых распространенных неинфекционных заболеваний и состояний в Финляндии. Согласно результатам, более высокий полигенный показатель силы захвата рук (PGS HGS) связан с более низким риском смерти из-за сердечно-сосудистых заболеваний и других причин.
Однако не обладающим сильными руками людям не стоит отчаиваться: даже если у вас нет генетической предрасположенности к более высокой мышечной силе, на активность некоторых генов можно повлиять с помощью физических упражнений, развивая выносливость и наращивая мышцы.
Сыр без вкуса инфекции
Ученые из Египта, Польши, ОАЭ разработали в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ, Челябинск) новую технологию приготовления белого сыра, устойчивого к грибковым и бактериальным заражениям без примененияантибиотиков. Суть метода – в биоконсервации.
На помощь исследователям пришли микроорганизмы Lactobacillus, которые вырабатывают бактериоцины – вещества, отлично справляющиеся с золотистым стафилококком. И коллеги задумались, что лучше: добавить в сыр штамм лактобактерий Lb. paracasei MG847589 или ограничиться вырабатываемыми ими бактериоцинами? А, может быть, стоит объединить их и добавить вместе? В итоге ученые остановились на втором варианте. Но тут же возник вопрос по поводу правильной пропорции. Ведь необходимо было не только добиться защитных свойств, но и сохранить текстуру и пористую структуру сыра.
«Решая эту задачу, мы с коллегами разработали четыре комбинации лактобактерий и их бактериоцинов. Полученные в ходе эксперимента сыры подвергались исследованиям с помощью электронного микроскопа, а также проводился текстурный анализ по международным стандартам. В результате был получен образец сыра, который может храниться до 45 суток в холодильнике и оставаться устойчивым к золотистому стафилококку и другим опасным бактериям», – говорит, Собхи Ахмед Азаб Аль-Сухайми, профессор кафедры «Технология и организация общественного питания» Института спорта, туризма и сервиса ЮУрГУ.
Кусочек сыра специально обрабатывали патогенами, однако те не прижились. Грибок в образце тоже не развивался. При этом сыр сохранил вкус, цвет и пористость.
В сравнении с ней и удав – червяк
Группа индийских палеонтологов во главе с Сунила Баджпай, профессором Индийского технологического института в Рурки (Индия), обнаружила в буроугольной шахте Панадхаро в штате Гуджарат 27 очень крупных позвонков. Оказалось, что они принадлежат древней гигантской змее из семейства мадцоидов, последние представители которого вымерли в конце ледниковой эры. Предполагаемая длина чудовищного пресмыкающегося – 10,9–15,2 метра. Это при том, что на данный момент самой длинной из когда-либо существовавших на Земле считается вымершая Титанобоа, которая могла достигать 13 метров. Таким образом, открытие индийских ученых может привести к появлению нового «чемпиона» среди крупнейших змей эоценовой эры (56–33,9 миллиона лет назад) и в целом в истории нашей планеты.
«Обнаружение останков этой древней змеи, относившейся к семейству мадцоидов, на территории Индии говорит о том, что эти древние пресмыкающиеся возникли на территории Индийского субконтинента еще до его столкновения с Азией. После их слияния эти змеи распространились по южным регионам Евразии и проникли в северную Африку, где были впервые найдены рептилии из этого семейства змей», – говорится в исследовании.
Змея жила 47 миллионов лет назад, ученые дали ей имя Vasuki indicus в честь громадной змеи Васуки из индийских мифов. Палеонтологи уверены, что их открытие важно, поскольку наличие Vasuki indicus указывает на возможное индийское происхождение многих видов африканских и азиатских змей-мадцоидов. И они верят, что дальнейшие раскопки помогут им эту гипотезу подтвердить.
Мгновенный заряжатель
«Ученые Корейского института передовых наук и технологий (KAIST) (Республика Корея) с коллегами из США создали аккумулятор, которому для зарядки требуется всего несколько секунд. Он отлично подойдет для электромобилей, интеллектуальных электронных устройств и аэрокосмических технологий.
Новые накопители лучше привычных литийионных батарей. Хотя бы потому, что натрий (Na) по распространенности превосходит литий (Li) более чем в 500 раз. Поэтому в последние годы на натрий обратили внимание многие исследователи. Сейчас на рынке доступны два типа натриевых систем хранения энергии: натриево-ионные аккумуляторы (SIB) и натриево-ионные конденсаторы (SIC). Но у них существуют серьезные ограничения – более низкая мощность, более долгая зарядка. Поэтому исследователи сосредоточились на разработке материалов для хранения энергии нового поколения – натриево-ионных гибридных накопителей энергии (SIHES).
Ученые из KAIST под руководством профессора Чон Ку Канга с кафедры материаловедения и инженерии создали высокоэнергетический, мощный гибридный натрий-ионный аккумулятор, объединив анодные материалы, которые используются сейчас в батареях, с катодами, подходящими для суперконденсаторов. Этот дуэт позволяет достигать высокой емкости и быстрой скорости заряда-разряда. Однако были и нюансы: аноды батарейного типа медленно накапливали энергию. Поэтому исследователи применили два разных металлоорганических каркаса, чтобы оптимизировать синтез гибридных батарей. В итоге получился анодный материал с улучшенной кинетикой благодаря добавлению тонких активных материалов в пористый углерод. Кроме того, международная команда ученых синтезировала катодный материал с высокой емкостью. Получилось отличное сочетание катодного и анодного материалов. Оно позволяет сформировать систему хранения ионов натрия, оптимизировать баланс и минимизирующую разницу в скорости накопления энергии между электродами.
Профессор Канг считает разработку прорывом в преодолении существующих ограничений систем хранения энергии. «Натрий-ионные гибридные накопители энергии (SIHES) являются многообещающими электрохимическими накопителями энергии для многих применений, но их низкую энергию и плотность мощности еще предстоит преодолеть», – отметил он.
Резать к чертовой матери!
Ученые Донского государственного технического университета разработали напыление для ножей, режущих металлические листы при температуре 800 °С. Оно увеличивает срок работы изделий от 4 до 10 раз.
«Материал и технология его нанесения являются уникальными за счет того, что мы используем сложное акустическое поле, которое на сегодняшний день никто не использует. Кроме того, у нас идет комплексное взаимодействие одновременно электрической искры энергии и сложного акустического поля. И за счет воздействия сложного поля мы перемешиваем между собой аморфные вольфрамо-кобальтовые соединения, которые в обычных условиях нельзя получить. Это как в невесомости производить подобные вещи. Ну и самое главное, что покрытие недорогое, но очень износостойкое – в зависимости от материала увеличивает ресурс работы оборудования в 10 раз», – сказал Андрей Кочетов, куратор проекта, доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов».
Благодаря ультразвуку вольфрамо-кобальтовые соединения перемешиваются между собой, и на режущую кромку ножа наносится износостойкий слой, имеющий 100-процентное сцепление с подложкой в любых деталях. В итоге эксплуатационные характеристики изделий улучшаются, повышается ресурс их работы, периоды простоя стана сокращаются.
«Что касается изделий, которые работают в масляных средах, у нас были проведены ресурсные испытания по валам. Приблизительно в 40 раз увеличивается ресурс работы изделий, которые работают в масляной среде. Поэтому возможности достаточно большие, как и области применения – начиная от медицины, транспортного машиностроения, авиастроения, кораблестроения и энергетики. Мы сейчас сориентированы именно на детали машины и формообразующие инструменты. Это сверла, фрезы, оснастка штамповая. Метод универсальный, позволяет работать практически с любыми токопроводящими материалами. Плюс ко всему возможно обрабатывать внутренние поверхности изделий», – отметил Андрей Кочетков.
Пейте, деды, молоко – будете довольны!
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) предлагают людям старшего возраста употреблять в достаточном количестве пищу с мелатонином. В частности, качество жизни и эмоциональный фон, по мнению ученых, способны улучшить кислая вишня, фисташки, миндаль, жирная рыба, молоко.
В исследовании приняли участие 557 человек в возрасте 50–90 лет, 79% из них составили женщины. Методом глубинного интервью психологи изучили их личные данные, субъективный уровень удовлетворенности жизнью, уровень депрессии, оценили когнитивные функции.
«Оказалось, что люди, потребляющие больше пищи с содержанием мелатонина, имеют устойчивый положительный эмоциональный фон, более высокие когнитивные функции, у них менее выражены признаки депрессии. Таким образом, нам удалось подтвердить гипотезу о положительном действии пищевого мелатонина на психоэмоциональное состояние людей. Это особенно важно для лиц пожилого возраста», – отмечает Ольга Дорогина, старший научный сотрудник учебно-научной лаборатории нейротехнологий УрФУ.
Мелатонин вырабатывается в шишковидной железе только в полной темноте. Он как бы подготавливает организм ко сну и дает возможность расслабиться. При свете же его уровень снижается, организм начинает бодрствовать. К сожалению, в современных реалиях у многих людей возникает недостаток этого гормона, поскольку в темное время суток нас донимает искусственное освещение. Кто-то работает ночью, другие люди, к примеру, регулярно летают на самолетах, меняя часовые пояса. Все это крайне негативно сказывается на выработке «гормона сна».
«Мелатонин очень важен для человека, особенно для лиц пожилого возраста. Доказано, что он обладает антиоксидантными свойствами и защищает нейроны головного мозга. Это помогает замедлить процесс ухудшения памяти и других когнитивных функций при старении», – объясняет Ольга Дорогина.
Поэтому стоит «добирать» мелатонин с продуктами. Ученые планируют подробнее изучить оздоровительные и защитные свойства мелатонина, ведь он дешев и прост в использовании. У него нет особых ограничений для применения, а польза несомненна.
С воды снимут стружку
Группа исследователей из Школы химии и инженерного факультета Ноттингемского университета (Великобритания) обнаружила, что поверхность стружки, побочного продукта металлообрабатывающей промышленности, имеет текстуру с крошечными ступеньками и канавками на наноуровне. Эти текстуры могут закреплять атомы платины или кобальта, что приводит к созданию эффективного электрокатализатора, способного расщеплять воду на водород и кислород.
Водород – чистое топливо, которое можно использовать для выработки тепла или энергии в транспортных средствах, а единственным побочным продуктом его сгорания является водяной пар. Электролиз воды – один из наиболее многообещающих экологически чистых способов производства водорода. Расщеплять воду новым способом можно, используя лишь десятую часть количества платины по сравнению с современными коммерческими катализаторами. Распределив всего 28 микрограммов драгоценного металла на 1 см² стружки, ученым удалось создать электролизер лабораторного масштаба, который работает со 100-процентной эффективностью и производит 0,5 литра газообразного водорода в минуту только из одного куска стружки.
«Электрокатализаторы, произведенные из отработанной стружки, обладают большим потенциалом с экономической точки зрения. Разработанный нами подход одновременно позволяет производить «зеленый» водород с минимальными расходами платины, а также он дает нам возможность перерабатывать металлические отходы, связанные с аэрокосмической промышленностью», – сказал Андрей Хлобыстов, профессор Ноттингемского университета.
