Новости науки: 10 событий августа

«Совершенствуя дилижанс, можно создать совершенный дилижанс; но первоклассный автомобиль — едва ли», — говорил Эдвард Де Боно (1933–2021), британский психолог и писатель. О том, что усовершенствовали и каких идеалов достигли современные ученые, узнаем в августовском обзоре новостей науки.

Бахом по депрессии

Специалисты из Шанхайского университета Цзяотун (Китай) и Кембриджского университета (Великобритания) выяснили, что прослушивание классической музыки — не только доступное, но и весьма многообещающее средство облегчения симптомов клинической депрессии. Классика, по мнению ученых, облегчает состояние благодаря синхронизации областей мозга, ответственных за обработку звука и эмоций, — прилежащего тела и краевой полоски.

«Оба этих региона мозга часто называют частью «расширенного» миндалевидного тела — ключевого региона мозга, который отвечает за обработку эмоций. Проведенные нами опыты показали, что классическая музыка особым образом синхронизирует активность цепочек мозга внутри коры мозга, прилежащего тела и краевой полоски», — рассказал Сан Бомин, директор и профессор Центра функциональной нейрохирургии в Шанхайском университете Цзяотун.

Участниками исследования стали 23 добровольца с тяжелой клинической депрессией, резистентной к лечению. Им в мозг был имплантирован набор электродов с целью терапии глубокой стимуляцией мозга, используемой для лечения некоторых видов депрессии. В ходе исследования с помощью электродов и обычной скальповой электроэнцефалографии (ЭЭГ) удалось синхронно собирать корково-подкорковые сигналы ЭЭГ.

Волонтеры прослушивали два типа классической музыки — Симфонию № 6 Чайковского, вызывающую грустные эмоции, и третью часть Симфонии № 7 Бетховена, вызывающую, напротив, радость и волнение. Эмоциональные реакции добровольцев измеряли с помощью визуальной аналоговой шкалы, позволяющей оценивать уровень депрессии, тревожности и удовольствия от музыки. Выяснилось, что музыка — инструмент действенный, особенно та, что нравится слушателю. Причем независимо от настроения конкретного произведения музыка снижала симптомы депрессии, если участники испытывали удовольствие от прослушивания.

«Сотрудничая с врачами, музыкальными терапевтами, компьютерными учеными и инженерами, мы планируем разработать серию цифровых медицинских продуктов на основе музыкальной терапии, таких как приложения для смартфонов и носимые устройства. Эти продукты будут интегрировать персонализированные музыкальные рекомендации, эмоциональный мониторинг и обратную связь в реальном времени, а также мультисенсорные ощущения виртуальной реальности, чтобы предоставить удобные и эффективные инструменты самопомощи для управления эмоциями и улучшения симптомов в повседневной жизни», — отметил Сан Бомин.

Девятый вал старости

Биологи из Наньянского технологического университета (Сингапур) и Стэнфордского медицинского университета (США) выяснили, что стареет организм резкими скачками. Вы почувствовали, что за ночь у вас прибавилось морщин? Появилось ощущение, что наутро «разваливаетесь»? Теперь этому есть научное объяснение.

Ученые проанализировали 135 тысяч различных молекул (РНК, белки и метаболиты) и микробов (бактерии, вирусы и грибки, живущие в кишечнике и на коже) 108 добровольцев в возрасте от 25 до 75 лет. Волонтеры сдавали образцы крови и кала, мазки с кожи, полости рта и носа каждые несколько месяцев в течение нескольких лет.

В итоге специалисты отметили, что большинство молекул и микробов менялось медленно, но верно. Основные скачки изменений в организме людей происходили, как правило, в 44 года и 60 лет. Линейно преобразовывались лишь 6,6% молекул. До сих пор увядание организма в 44 года приписывали лишь женщинам, полагая, что это результат перименопаузальных изменений, но оказалось, что подобные сдвиги происходят и у мужчин.

В первой волне изменения затрагивают молекулы, связанные с сердечно-сосудистыми заболеваниями и способностью метаболизировать кофеин, алкоголь и липиды. Во второй волне меняются механизмы регуляции иммунитета, метаболизм углеводов и функции почек. «Я убежден, что мы должны попытаться скорректировать свой образ жизни, пока мы еще здоровы», — сказал Майкл Снайдер, генетик и директор Центра геномики и персонализированной медицины Стэнфордского университета, старший автор исследования.

Не слышны в эфире даже шорохи

Исследователи Уральского федерального университета (УрФУ) совместно с учеными лаборатории структурно-химической модификации полимеров Института технической химии УрО РАН и коллегами из Румынии разработали материал, который снижает влияние электромагнитного излучения на технику.

Наверное, вы периодически слышите характерные шумы, которые появляются в музыкальных колонках за несколько секунд до звонка мобильного телефона. Вот с подобными электромагнитными помехами, которые появляются не только из-за работы сотовых сетей, но и из-за молний, действия магнитных полей Земли или космических шумов, и решили побороться ученые. Чтобы все это не мешало работе электрических устройств.

Обычно функцию защиты выполняют тяжелые металлические листы. Но проблема не только в их тяжести, неспособности противостоять коррозии и сложности изготовления необходимых форм, но и в том, что такие листы не поглощают электромагнитное излучение, а лишь отражают его. А вот альтернативный композитный, то есть состоящий из нескольких слоев, материал в этом плане выглядит гораздо более эффективным. В качестве наполнителя берут материал, проводящий ток, а значит, поглощающий излучение, в качестве оболочки — диэлектрики, позволяющие «запаковать» излучение внутри композита. Ученые в данном случае использовали обычный промышленный пластик, наполнив его углеродными и магнитными материалами.

«В качестве наполнителя нами был выбран магнетит (один из видов оксида железа) и углеродные волокна длиной 3–5 мм. Введение обоих компонентов в АБС-пластик многократно увеличивает электропроводность материала, однако ухудшает термическую стабильность», — рассказал Виктор Чечеткин, ведущий инженер и старший преподаватель УрФУ.

В итоге специалисты получили материал, снижающий мощность помехового электромагнитного излучения до 10 тысяч раз.

В метеорите, генерал, есть уникальный минерал!

Российские ученые вместе с зарубежными коллегами открыли новый минерал. Казалось бы, ничего необычного: геологи регулярно открывают новые минералы. Земные. Минерал же, о котором идет речь в данном случае, обнаружили в метеорите. В России — в углистом хондрите типа CV3 под названием «Ефремовка», который хранится в Главной метеоритной коллекции РАН, за границей — в метеоритах подобного типа Allende и Vigarano. Новый минерал назвали рубинитом в честь Алана Рубина, 71-летнего космохимика Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, в благодарность за его вклад в исследования космохимии и минералогии метеоритов. Химическая формула рубинита довольно замысловата: Ca3Ti3+2Si3O12. То есть это гранат с преобладанием в составе трехвалентного титана (Ti3+). Он принадлежит к группе минералов, образованных в первичной солнечной туманности. Открытие очень важное, оно поможет в изучении химического и изотопного поведения элементов молодой Солнечной системы.

«Рубинит — невероятно тугоплавкий и химически устойчивый минерал. Если бы мы нашли такой минерал на Земле не в микроскопических количествах, а побольше, из него можно было бы изготовить жаропрочные приспособления для техники и промышленности, лабораторных экспериментов. Но в целом обнаружение рубинита имеет научное фундаментальное значение», — отметила Марина Иванова, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории метеоритики и космохимии ГЕОХИ РАН.

Обезьяна Чи-чи-чи продавала кирпичи

Как оказалось, обезьяны-игрунки зовут друг друга по имени. Этот удивительный факт выяснили сотрудники Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль) под руководством доцента Давида Омера.

Они исследовали обыкновенных игрунков — приматов Нового Света семейства игрунковые (Callithrix jacchus). Когда обезьянки общаются друг с другом в условиях недостаточной видимости, то издают «фи-крики» — высокие, свистящие звуки. До сих пор ученые полагали, что так они заявляют о себе, сообщая о том, где сейчас находятся, или предупреждают об опасности. Но оказалось, что дело не только в этом: уникальными звуковыми сигналами игрунки обозначают конкретных участников их группы, когда общаются с другими обезьянами.

В открытии помог анализ записи обезьяньего общения. Исследователи изучили 10 игрунков из трех разных семей: Адониса (самец, 7 лет), Кето (самка, 6 лет), Эллу (самка, 2 года), семейство Бхуми (самка, 6 лет) и Брахма (самец, 7 лет) с их тремя детенышами, Диа (самка, 7 лет) и Диониса (самец, 6 лет).

Во время испытаний игрунков рассаживали в клетках по парам. Обезьяны не видели соседей в других клетках, но могли слышать. Первыми «словами», обращенными к невидимым соседям, были «фи-крики». Они менялись в зависимости от того, с кем примат пытался наладить контакт. А обезьяны из одних семей издавали звуки с похожей структурой. «У мартышек есть поведенческая стратегия. При первых 20 «фи-криках» в каждом эксперименте вариативность звуков была высокой: это означает, что они пытались позвать разных сородичей. Затем, как только они выясняли, кто скрывается за барьером, определялись с набором звуков и в дальнейшем использовали только его», — рассказал Дэвид Омер.

Исследователи провели в общей сложности 281 эксперимент и записали более 50 000 «фи-криков». Нейросети помогли ученым провести анализ и изучить все тонкости вокализации. Нюансы зависели от того, к какому конкретно животному обращались игрунки. Этот уникальный набор звуков служит аналогом человеческого имени. Ученые проверили данную версию с помощью компьютера, который воспроизводил записанные ранее звуки. Теория подтвердилась: определенные особи реагировали на звуки их «имени».

«Игрунки живут в небольших моногамных группах и ухаживают за своим потомством примерно так же, как и мы. Это сходство указывает на то, что предки этих обезьян сталкивались с примерно теми же социальными проблемами, что и древние люди до обретения ими дара речи. Это привело к тому, что они выработали схожие методы коммуникации», — отмечает Давид Омер.

Электронному носу насморк не страшен

Группа ученых из Сколтеха, Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН и других мировых ведущих научных организаций предложили использовать для определения свежести мяса электронный нос. Это набор высокочувствительных сенсоров на базе наночастиц и других новейших материалов, которые распознают летучие молекулы, точно идентифицируя запах. Проблема актуальная, ведь испорченные продукты являются причиной развития около 250 патологий — отравлений, аллергий и даже онкологии. А на бактериологический анализ уходит слишком много времени.

«Запах является первым индикатором свежести либо несвежести продукта. В этой работе мы исследовали «точку перехода», пытаясь понять, когда продукт становится несвежим, некачественным, и увидели, что электронный нос позволяет выявить изменения на более ранних стадиях, в отличие от компьютерного зрения. Когда мы начали проводить тесты с мясом из супермаркета, динамика изменений была минимальной: оно почти не портилось. Но когда мы взяли мясо на рынке, оно начало портиться. Оказалось, что на нем уже были бактерии, и довольно-таки разнообразные. В какой-то момент большинство бактерий начинает погибать, но остаются и размножаются самые стойкие — гнилостные. С помощью электронного носа мы наблюдали, как меняется запах образца мяса, на котором живут такие бактерии. С помощью математических протоколов мы определили, когда наступает та самая точка перехода мяса из свежего состояния в несвежее», — рассказал Федор Федоров, старший преподаватель Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха.

Ученые также проанализировали с помощью ПЦР-исследования изменение относительного количества основных видов бактерий классов Brochotrix, Psychrobacter и Mycoplasma. Нос уловил запах, а ПЦР указал на причину его появления.

«Точное определение точки изменения состояния мяса, достигаемое путем оцифровки летучих маркеров порчи с помощью устройства «электронный нос», открывает перспективы для применения интеллектуальных миниатюрных устройств в пищевой промышленности», — отметили авторы в своей работе.

Суперудобрение XXI века

Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского (СГУ) предложили новый способ получения наночастиц хитозана — особого полимера, активно используемого в медицине и пищевой промышленности благодаря его натуральности и биоразлагаемости. Хитозан, как ожидается, также поможет увеличить урожайность сельхозкультур на 25%, а то и больше!

«Ученые СГУ разработали упрощенный способ получения наночастиц хитозана, который позволит улучшить биопрепараты для агропромышленного комплекса. Использование таких препаратов позволит повысить урожайность и улучшить плодородие. По предварительным расчетам ученых, повышение урожайности должно составить не менее 25%. Новый одностадийный способ получения бионаночастиц намного проще и быстрее в выполнении, требует меньшего количества химических реагентов и, следовательно, дешевле по сравнению с известным многостадийным способом», — рассказала Анна Шиповская, заведующая кафедрой полимеров на базе ООО «Акрипол» СГУ.

Данные частицы появляются в процессе противоионной конденсации — получения новых структур с помощью связывания положительно и отрицательно заряженных частиц. Преимущество технологии, разработанной специалистами СГУ, заключается в том, что она состоит из одной стадии. В результате получается нетоксичный, биосовместимый препарат с биоцидным действием на микроорганизмы, то есть препарат, подавляющий развитие патогенных микроорганизмов. В перспективе это позволит создавать агронанобиохимикаты нового поколения, отказавшись от токсичных стимуляторов роста, пестицидов, гербицидов.

«Актуальность разработки, изучения и применения биологически активных препаратов, повышающих урожайность и питательную ценность сельскохозяйственных культур, устойчивость растений к болезням, засухе и другим неблагоприятным факторам, а также улучшающих состояние плодородия почв в соответствии с потребностями устойчивого развития сельского хозяйства, сохранит свою актуальность как минимум на протяжении ближайших 20 лет. Новизна проекта определяется разработкой многофункциональных агронанобиохимикатов, сочетающих функции регулятора роста растений, иммуномодулирующего элиситора, фунгицида, а также способствующих улучшению биологических свойств почвы. Практическая значимость определяется одностадийностью способа получения бионаночастиц (известные сегодня способы как минимум двухстадийны) и перспективой их внедрения в агротехнологии современного растениеводства и, соответственно, модернизацией стратегии агрономических и фитосанитарных технологий в сторону усиления экологической направленности при одновременном повышении адаптивных возможностей растений», — отмечают ученые.

Я тебя насквозь вижу

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) смогли улучшить прозрачность стекла в два раза.

Из силикатного стекла сегодня делают лабораторное оборудование, стекловолокно, защитные покрытия и другие необходимые вещи. Исследователи ПНИПУ поставили цель повысить прозрачность и достичь однородности стекломассы. И у них получилось. Смесь солей (NH4)2 SO4 и Li2СО3 выступила в качестве непрерывного ускорителя варки в широком диапазоне температур стеклообразования и стала отличным осветляющим и гомогенизирующим материалом. Кроме того, впервые был использован осадок от очистки кислых шахтных вод.

«Полученный нами готовый продукт имеет эффект синергии, то есть повышает как минимум в два раза явление осветления и гомогенизации стекломассы при совместном воздействии на процесс варки. В результате смесь — применяемый материал, который влияет на состав, изменяет вязкость и повышает перемешиваемость стекломассы за счет химических реакций. Он в целом значительно ускоряет процесс варки, а также снижает температуру на 20–50 °С, при которой завершается процесс осветления и гомогенизация стекла», — рассказала Ольга Ручкинова, доктор технических наук, заведующая кафедрой «Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоотведение» ПНИПУ.

В итоге у нового продукта повысилась проницаемость для ультрафиолетовых лучей, стойкость к щелочам, кислотам и растрескиванию и в 1,5–2 раза увеличилась прочность. Несомненным плюсом разработки является и то, что полученный материал для стекловарения можно использовать в виде готового продукта, герметично упакованного и расфасованного, круглый год в любом регионе страны.

Океан задал Земле жару

Сюнь-Мин Ху, научный сотрудник кафедры наук о Земле Национального Тайваньского университета, совместно с международной группой ученых выяснил, почему около 400 000 лет назад случился самый жаркий период за последний миллион лет. Этот удивительный период известен под названием «Межледниковье морского изотопного этапа (МИС) 11c». Ученые долго не могли разобраться в достаточно активной реакции климата на относительно слабое воздействие солнечной радиации, при том что и уровень парниковых газов тогда был ниже, чем сейчас.

Но загадку разгадали. «Мы связываем эту удивительно интенсивную реакцию климата с исключительно длительным (около 15 тысяч лет) эпизодом интенсивного переноса теплового потока в сторону полюса до оптимума МИС 11c», — пишут авторы. Тепло, с точки зрения ученых, переносили океанские течения, прежде всего Североатлантическое. Ученые изучили данные спелеотем (натечные образования пещер) в Северной Италии и палеоклиматические записи из Северной Атлантики.

Решение задачи крылось в реакции ледяных щитов, океанов и атмосферы на изменения солнечного излучения. Около 426 тысяч лет назад уровень летней солнечной радиации в Северном полушарии вырос, что вызвало потепление в средних и низких широтах Атлантики. Океан теплел, наклон Земли становился все больше, лето стало жарким. «Этого [небольшого] максимума инсоляции могло быть достаточно, чтобы растопить южные окраины обширных ледниковых щитов. В течение последующих 15 тысяч лет ранние межледниковые условия, установившиеся в субтропических и средних широтах Северной Атлантики, возможно, вызвали сильный поток тепла в сторону полюса через усиленную циркуляцию Атлантического океана, что подготовило климатическую систему к полному освобождению ото льдов при следующем максимуме инсоляции», — полагают авторы исследования. Тогда уровень моря поднялся на 6–13 метров выше современного, и это при том, что изначально он был ниже нынешнего уровня на 40 метров.

МИС 11c поможет современникам оценить глобальное потепление и его последствия. Сегодня солнечное излучение тоже не слишком сильное, но длительное потепление океана может и без него привести к разрушению шельфового ледника и росту уровня моря.

Марс внутри мокрый?

Вашан Райт, геофизик из Института океанографии имени Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего (США), и его коллеги проанализировали данные о планетарной коре Марса, полученные с помощью аппарата Mars InSight в 2018–2022 годах. Аппарат фиксировал сейсмическую активность на планете. Эта информация позволила ученым предположить, что на Красной планете действительно есть жидкая вода. Правда, спрятана она очень глубоко. «Понимание марсианского круговорота воды имеет решающее значение для изучения эволюции климата и поверхности планеты. Полезная отправная точка — определить, где находится вода и сколько ее там», — говорит Райт.

По версии ученых, марсианская вода располагается на глубине 11,5–20 км под поверхностью, прячась в трещинах и порах горных пород. Предположительно она просочилась туда миллиарды лет назад. Исследователи полагают, что если бы была возможность вывести ее на поверхность, то она покрыла бы Красную планету слоем в 1,6 км. И теоретически на Марсе есть среда, которая могла бы поддерживать жизнь.