Новости науки: 10 событий августа
«Жить своим умом не значит игнорировать чужой ум, а уметь им пользоваться для понимания вещей», — говорил выдающийся русский историк Василий Ключевский (1841–1911). О том, что светлые умы современной науки смогли понять в августе 2023 года, узнаем в нашем традиционном обзоре.
Прихлопни комара листком алоэ!
Американские ученые выяснили, что кожура алоэ может отпугивать насекомых, действуя как естественный инсектицид. Исследователи обнаружили в экстрактах кожуры стебля и листьев растения несколько биологически активных соединений, которые не позволяют насекомым-вредителям поедать сельскохозяйственные культуры. Несмотря на то что алоэ давно используется, в частности, в косметической промышленности, кожуру стебля и листьев обычно выбрасывают.
«Создание инсектицидов на базе алоэ без применения опасных и токсичных синтетических химикатов принесет большую пользу для сельского хозяйства. Вместе с тем если экстракт алоэ будет столь же эффективно воздействовать на клещей и комаров, то тогда он окажется интересным и для широких слоев населения», — говорит Дебашиш Бандиопадхиай, ведущий автор работы из Техасского университета долины Рио-Гранде (США).
Оказалось, что насекомые избегают садиться на листья алоэ. Анализ химического состава выявил в стеблях и листьях шесть веществ, обладающих инсектицидными свойствами: октакозан, нонадеканон, арджугенин, динотерб, 2-гексил-1-деканол и квилаевую кислоту. Несомненным плюсом этих веществ является то, что они не токсичны, а значит, могут использоваться человеком без страха за свои жизнь и здоровье.
Ухватить секрет за хвост
Ученые из Медицинской школы Кека Университета Южной Калифорнии (США) выяснили, что наращивать хрящи вместо костей в поврежденном хвосте ящерицы умеют с помощью двух типов клеток. Это открытие может помочь в лечении остеоартрита.
«Ящерицы обладают удивительной способностью по регенерации хрящевой ткани. Наша мечта заключается в воспроизведении этого процесса в человеческом организме, неспособном самостоятельно регенерировать хрящи. Наше открытие стало большим шагом к этой цели, так как необходимо понять, как запускается и протекает этот процесс среди рептилий, прежде чем мы попытаемся запустить его в теле млекопитающих», — рассказал Томас Лозито, ведущий автор работы, доцент кафедры ортопедической хирургии, биологии стволовых клеток и регенеративной медицины Медицинской школы Кека.
Исследователи взяли североамериканских красногорлых анолисов (игуаноообразные ящерицы), в научных целях повредили им хвост и добыли из регенерировавшей части хвоста клетки, которые затем внимательно изучили. Получилось 14 клеток, две из которых относятся к фибробластам (клетки соединительной ткани) и септокластам (вариация клеток иммунной системы). Они способствуют строительству хряща, подавляют фиброз и рубцевание. «Эти два типа клеток, работая вместе, заложили основу для начала регенеративного процесса», — комментирует Лозито, отмечая, что основное различие между людьми и ящерицами заключается в том, что человеческая ткань склонна к рубцеванию, а рубцевание предотвращает регенерацию тканей.
Ученые планируют использовать секвенирование (определение последовательности нуклеотидов) в составе одноклеточной РНК, чтобы лучше описать молекулярные механизмы, останавливающие образование рубцов у ящериц, и попытаться воссоздать этот процесс у млекопитающих.
Нет воды — самолет целее
В Самарском университете им. Королева разработали систему, обнаруживающую в авиационном топливе капли воды, которые могут привести к катастрофе. «При заправке авиатехники в аэропортах необходим тщательный мониторинг наличия капель воды в топливе. Некоторое количество воды попадает в керосин прямо из окружающей атмосферы, также в топливо может попасть конденсат со стенок топливного резервуара. Во время полета, когда температура за бортом ниже нуля, в керосине из капелек воды могут образовываться кристаллы льда, что приводит к возникновению ледяных «засоров» в системе топливоподачи. Это чревато перебоями в работе двигателей и может стать причиной авиакатастрофы», — рассказал автор проекта, студент Андрей Пономарев.
Система контроля похожа на лазерные установки, используемые для защиты от воров в музеях, которые мы часто видим в фильмах. В системе есть диодный лазер определенной длины волны: если луч «нащупает» воду, интенсивность сигнала на приемном фотодиоде изменится. Систему планируется устанавливать на авиационные топливозаправщики.
Вообще топливо контролируют различными способами, но оптический метод — точен, непрерывен и быстр. Согласно проекту, система сможет «увидеть» воду в концентрации одной массовой доли на миллион: это предельно допустимый параметр в авиации. Срабатывать прибор будет за доли секунды.
«К сожалению, отечественных датчиков подобного типа в России пока не производят, а зарубежные оптические датчики очень дорогие — порядка 20 тысяч евро. Наша же система в случае ее серийного производства будет стоить на порядок дешевле, при этом все комплектующие в ней будут отечественными», — подчеркивает Андрей Пономарев.
Пока студент собрал лабораторную экспериментальную установку. В течение двух лет он планирует создать рабочий макет и запатентовать систему.
Грязный воздух против антибиотиков
Группа ученых из Великобритании и Китая на основе анализа данных из 166 стран, собранных в период с 2000 по 2018 год, выяснила, что на устойчивость к антибиотикам влияет не только их бесконтрольное употребление, но и рост содержания мелких твердых частиц (PM2.5): их размер меньше толщины человеческого волоса в 30 раз. Появляются они в результате сгорания топлива в двигателях, сжигания угля.
В Северной Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Азии были зафиксированы высокие уровни содержания этих частиц, равно как и высокий уровень резистентности человеческого организма к антибиотикам. Ученые выяснили, что на каждые 10% роста загрязнения воздуха устойчивость к антибиотикам увеличивается на 1,1%.
«Резистентность к антибиотикам и загрязнение воздуха сами по себе являются одними из самых серьезных угроз для здоровья населения планеты. До сих пор мы не имели четкого представления о возможной взаимосвязи между ними. Однако наша работа позволяет предположить, что контроль над загрязнением воздуха может принести двойную пользу: он не только уменьшит вредные последствия низкого качества воздуха, но и сыграет важную роль в борьбе с ростом и распространением резистентных бактерий», — говорит Хонг Чен из Чжэцзянского университета (Китай), один из авторов исследования.
Пепел поведал многое
Ученые из Австрии, Чехии, Словакии и Бельгии узнали, как прощались с умершими в бронзовом веке в Центральной Европе. Они изучили содержимое двух погребальных урн, найденных в центре австрийского города Санкт-Пельтен, используя различные методы исследования — из археологии, остеологии (исследования костей), археоботаники, зооархеологии, геохимии и химии.
В итоге специалисты выяснили, что в урнах находились останки женщины 23–35 лет и ребенка 10–12 лет. Захоронили их около 3300 лет назад. Согласно данным анализа останков, умершие страдали анемией, цингой, респираторными заболеваниями и, возможно, рахитом. Ученые предположили, что виной тому были недоедание и заразные болезни, которые стали распространяться в период позднего бронзового века. Судя по захороненным с женщиной и ребенком бронзовым украшениям и керамике, умершие были из состоятельной семьи. Вероятно, останки сожгли в одном месте, но по очереди, в одежде и украшениях. В качестве хвороста для огня использовали травы, а в качестве жертвенного подношения — мясо овец и коз. После чего пепел засыпали в урны и закопали в яме, наполненной углем и землей.
Ученые отметили, что такой широкий круг методов исследования помог погрузиться в полный контекст захоронений.
Между ними тает лед
Студенты Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП) открыли способ борьбы с обледенением на линиях электропередачи. Это предлагается делать с помощью системы, состоящей из двух элементов — роботизированной части и математической модели. Первая передвигается по проводам и очищает их от снега и льда, а также собирает информацию о техническом состоянии опор, изоляторов и токоведущих частей, погодных условиях, токах и напряжениях в проводе, частоте тока и температуре проводников. А математическая модель на основе полученных данных делает выводы о техническом состоянии электрооборудования и помогает прогнозировать аварийные отключения.
«Проект LAPstick представляет мобильное устройство, которое устанавливает специалист электросетевой службы на линиях электропередачи. Изобретение позволяет бороться с обледенением на проводах без постоянного присутствия специалиста бригадной службы. Прибор работает без отключения электросетей, это конкурентоспособный фактор проекта», — отмечают специалисты.
Весной 2023 года в сотрудничестве с ПАО «Россети Ленэнерго» первую версию устройства протестировали под городом Тосно Ленинградской области. Были обнаружены некоторые недочеты, которые в ближайшее время планируют устранить.
«Готовых действующих массовых решений на данный момент в стране нет. В США, Китае, Канаде, Нидерландах проводятся исследования на эту тему, но полученные образцы тяжелые и неповоротливые, предназначены для передвижения от опоры до опоры. В России есть похожие разработки с использованием летающих дронов, но методы измерения показателей по точности не сравнятся с контактными методами разработанного в ГУАП робота», — рассказал Александр Рысин, заведующий лабораторией робототехники инженерной школы ГУАП.
Ржавчина на страже чистоты
Немецкие ученые научились очищать воду от загрязнений с помощью… ржавчины. А точнее с помощью структурно модифицированных наночастиц из оксида железа, покрытых слоем из фосфористой кислоты и присоединенных к ней молекул. Наночастицы способны взаимодействовать с определенными «загрязнителями» (химикатами, микрочастицами пластика, гормонами). Исследователи назвали их «умной ржавчиной». Данные наночастицы магнитны, поэтому их можно легко удалить из воды вместе с загрязняющими веществами посредством магнита.
До сих пор команда исследовала загрязнители, присутствующие в воде в основном в больших количествах. Но потом появилась идея модифицировать наночастицы ржавчины, чтобы они притягивали следовые примеси, такие как гормоны. Некоторые гормоны выводятся из организма, попадая в сточные воды. Природные и синтетические эстрогены — одна из таких групп гормонов, а основными источниками подобных загрязнителей являются отходы человека и домашнего скота. Их количество в окружающей среде очень низкое, поэтому их трудно удалить. Тем не менее даже эти незначительные количества влияют на метаболизм и размножение некоторых растений и животных. Ученые начали с самого распространенного эстрогена — эстрадиола.
«Наша «умная ржавчина» отличается низкой стоимостью производства, она не токсична и ее легко перерабатывать. Мы показали, что ее можно использовать для очистки сред от большого числа загрязнителей, что говорит о перспективности применения данной технологии для значительного улучшения качества очистки воды», — заявил Маркус Халик, профессор Эрлангенского университета.
Очень к ней тянет
Астроном Томер Шенар из Амстердамского университета, а также его коллеги из Европы, Израиля и США разгадали тайну звезды HD 45166. Располагается она на расстоянии 3000 световых лет от Земли в созвездии Единорога. Ученые наблюдали за ней больше 100 лет, но никак не могли объяснить ее природу с помощью традиционных моделей. И только сейчас поняли, что это новый класс светил: класс синих звезд, богатых гелием и при этом обладающих мощнейшим магнитным полем. Предположительно такие светила становятся магнетарами — нейтронными звездами с магнитным полем.
«Мы впервые обнаружили мощное магнитное поле у гелиевой звезды. Проведенные нами исследования говорят о том, что ее жизнь закончится превращением в магнетар. Раньше мы думали, что только самые крупные звезды порождают магнетары, тогда как наше открытие говорит о том, что в них могут превращаться и небольшие светила», — заявил Андре-Николя Шене, научный сотрудник Национальной радиооптической обсерватории США в Хило (Гавайи).
Новые наблюдения показали, что у данной звезды, действительно, мощное магнитное поле: его индукция достигает 40 тысяч гауссов. Для сравнения: индукция магнитосферы Земли — не больше одного гаусса, а индукция обычного сувенирного магнита на холодильнике — около 50 гауссов. Шенар с коллегами полагают, что нашли первый пример звезды — предшественницы магнетара.
Космическая «наивность»
Как выяснили ученые из Каролинского института (Швеция) совместно с коллегами из России, Т-клетки человека, долгое время находящегося в состоянии невесомости, забывают о своей «работе» — регуляции активности элементов иммунитета, умении распознавать угрозы. «При длительной жизни в космосе Т-клетки начинают постепенно все больше напоминать так называемые наивные Т-клетки, которые еще ни разу не встречались с патогенами. В результате этого значительно снижается скорость их активации, в результате чего они менее эффективно уничтожают раковые клетки и инфекции. Мы надеемся, что наши опыты помогут создать терапию, предотвращающую эти изменения», — заявил Карлос Додд, научный сотрудник Каролинского института.
Знать это важно, ведь следующими шагами освоения человечеством дальнего космоса станут пилотируемые полеты на Луну и Марс. Для обеспечения безопасности космических полетов важно понимать влияние космического полета на иммунную систему.
Исследование проводили в российском Институте медико-биологических проблем РАН в Москве. Ученые привлекли к участию в эксперименте восемь здоровых добровольцев в возрасте 24–32 лет и поместили их на 21 день в иммерсионные ванны, заполненные жидкостью и покрытые гибкой пленкой. Если в такую ванну опустить человека, жидкость начинает поддерживать его тело как в невесомости.
Образцы крови участников эксперимента собирали за 7 дней до погружения в ванны, а также на 7, 14 и 21-й день погружения и через 7 дней после окончания процедуры. Выяснилось, что большинство изменений произошло через 14 дней после начала исследования. Вывод: космические полеты создают более экстремальные, чем раньше предполагалось, проблемы для человеческого организма и ослабляют иммунную систему. Причем изменения сохраняются еще долгое время после возвращения к нормальной гравитации.
Прачка с фреоном
Специалисты АО «Радиевый институт им. В. Г. Хлопина» (входит в научный дивизион Госкорпорации «Росатом») создали технологию и установку безводной дезактивации спецодежды. Конечно, существуют спецпрачечные, но новая установка мобильна, а значит, может использоваться при возникновении нештатных ситуаций. Она минимизирует радиоактивные отходы, при этом объем образующихся во время стирки вторичных жидких радиоактивных отходов сокращается в 350 раз. Вместо воды в установке используется жидкий фреон.
«По данной технологии радиоактивные вещества (РВ) растворяют во фреоне по специально разработанной рецептуре. После проведения необходимого количества циклов дезактивации, за счет изменения давления и температуры фреон переводится в газообразное состояние и отделяется от реагентов и загрязнений. Таким образом, РВ оказываются сконцентрированными в небольшом объеме, а очищенный фреон возвращается в цикл для повторного использования. Эта технология является уникальной среди альтернативных методов дезактивации и не имеет аналогов во всем мире», — прокомментировал Артем Николаев, научный сотрудник лаборатории технологий обращения с отработанным ядерным топливом (ОЯТ), руководитель проекта АО «Радиевый институт им. В. Г. Хлопина».