Новости науки: 10 событий декабря
«Истинная наука не знает ни симпатий, ни антипатий: единственная ее цель — истина», — сказал Уильям Роберт Грове, английский физик и химик XIX века. Современные ученые c равным энтузиазмом исследуют и микрозелень, и червей, и космические галактики, и многое другое. Ведь главное — докопаться до истины. О некоторых важных научных открытиях декабря расскажем в нашем традиционном обзоре.
Контроль по самые помидоры
Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) усовершенствовали технологию, позволяющую выращивать отборную микрозелень, ароматические травы, салат и овощи на гидропонных вертикальных фермах (гидропоника — способ выращивания растений на искусственных средах без почвы). Гидропонные установки, которые имеют невысокую стоимость, в России можно производить своими силами, из оборудования отечественного производства.
«Наша нейросеть способна контролировать качество растений — отслеживать и выбраковывать слабые и болезненные ростки, чтобы свести к минимуму брак готовой продукции. Аппаратная реализация нейросети сделана на кристалле, это ускоряет все вычисления в несколько раз. Те же вычисления на компьютере заняли бы больше времени», — рассказал Антон Хантимиров, автор-разработчик программного обеспечения, старший преподаватель кафедры вычислительной техники СФУ, сотрудник междисциплинарной лаборатории сити-фарминга гастрономического R&D-парка СФУ.
С помощью разработанного программного обеспечения можно измерять электропроводимость питательного раствора, при необходимости добавлять соли калия, азота. Теперь аграриям не обязательно следить за всем на ферме лично. Это можно сделать с помощью установленного на телефон приложения. Оно каждое утро предоставляет отчет с графиками базовых показателей влажности, кислотности, освещенности растений. Правда, в ныне существующей демоверсии приложения за всем этим можно лишь наблюдать. Но вскоре ученые планируют наделить приложение возможностью дистанционного управления показателями.
«Мы успешно выращиваем микрозелень, ароматические травы (различные сорта базилика), несколько разновидностей салата. На очереди овощи, в первую очередь томаты. Прелесть городских вертикальных ферм заключается в том, что продукция, свежая и с нужным балансом питательных веществ и витаминов, практически сразу же, без длительной транспортировки и сопутствующих логистических расходов, поступает в рестораны и магазины или напрямую к потребителям», — отметил Антон Хантимиров.
Чем дальше в лес, тем крепче нервы
Исследователи из Университета Помпеу Фабра, Глобального института здоровья и Института биомедицинских исследований (Испания) выяснили, сколько деревьев должен видеть человек из окон своего дома, чтобы быть психически здоровым.
Для начала они вывели формулу 3/30/300. То есть человек должен видеть из окна минимум три дерева в пределах 15-метровой буферной зоны, в зоне его проживания должно быть не меньше 30% зеленых насаждений, а расстояние до «зеленой зоны» (парка, леса, сквера) не должно превышать 300 метров.
Затем исследователи решили проверить, как на практике «работает» их формула. Для этого биомедики изучили результаты популяционной выборки из 3145 человек в возрасте от 15 до 97 лет из Барселоны. Данные свидетельствовали о том, что 18% респондентов были недовольны своим психическим здоровьем, 9% употребляли антидепрессанты в последние два дня, 8% принимали разнообразные успокоительные препараты и еще 8% в течение года посещали психолога. Исследователи также внимательно рассмотрели карты зеленых насаждений в местах проживания опрошенных барселонцев. Оказалось, что более 43% участников исследования имели возможность наслаждаться зеленым видом из окна, у 62,1% была зеленая зона в пределах 300 метров, а 8,7% жили в районе с достаточным количеством зелени. Почти 23% респондентов не имели ничего из «зеленой» тройки. И лишь 4,7% могли похвастаться полным соответствием условий жизни формуле 3/30/300. Соответствие формуле гарантировало более крепкое психическое здоровье, более редкое использование лекарств и меньшее количество посещений психолога или психиатра.
«Существует острая необходимость обеспечить больше зеленых насаждений для горожан. Возможно, нам придется выкопать асфальт и посадить больше деревьев, что не только улучшит здоровье, но и уменьшит эффект теплового острова и будет способствовать секвестрации CO₂», — говорит ведущий автор исследования Марк Ньювенхейсен.
Полимер — всем пример
Специалисты Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН разработали полимерный материал с высокой молекулярной массой. Он прозрачен, прочен и имеет низкое газовыделение.
«Испытания подтвердили предположение о том, что сверхдлинные молекулы материала не могут оторваться от основной матрицы полимера. Другими словами, полимер не «пылит» в сверхвысоком вакууме. Это открывает блестящие перспективы по его использованию для конструирования вакуумных элементов разрабатываемых ускорителей элементарных частиц», — сообщили в пресс-службе Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ) СО РАН.
Чистота получается за счет использования электронного пучка современных ускорителей, а не химических инициаторов при полимеризации, которые обычно остаются в полученном материале. Поэтому новый материал можно использовать при производстве лекарств и медицинского оборудования, деталей практически любой формы и больших размеров, так что пластик можно будет применять для изготовления корпусов и палубных надстроек катеров, батискафов, иллюминаторов кораблей и летательных аппаратов. Также полимер пригодится при создании вакуумных элементов современных ускорителей.
Тело шьют
Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Томского политехнического университета модифицировали скаффолды (каркасы) из комбинации полилактида и поликапролактона для тканевой инженерии. Они добавили в состав частицы восстановленного оксида графена. Эти каркасы являются основой для клеток и нужны для реконструктивной хирургии. Они должны быть биологически совместимы с организмом человека и должны помогать ткани регенерироваться. Поэтому данные исследования и разработка новых материалов крайне важны.
«В этой работе были изучены структура, тепловые и механические свойства, а также эффект памяти формы гибридных каркасов из полилактида и поликапролактона (PLA-PCL) с различным содержанием электропроводящих частиц восстановленного оксида графена (rGO). Пористые волокнистые материалы создавались методом электроспиннинга. В результате испытаний выяснилось, что наполнитель rGO способствует повышению степени кристалличности полимерной матрицы. Так, по мере увеличения содержания rGO механические свойства каркасов также улучшались, например, при содержании 1,5 масс. % rGO предел прочности при растяжении увеличился в два раза относительно скаффолдов без частиц. Кроме того, при активации эффекта памяти формы (ЭПФ) теплопроводные частицы способствовали размягчению полимерной матрицы, что приводило к процессам релаксации перед восстановлением формы», — рассказала Полина Ковалева, соавтор работы, сотрудник научно-образовательного центра биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС.
Ученые планируют использовать полученный биополимер для нервной ткани или кожных покровов. Для этого требуется провести еще ряд исследований и испытаний.
Человек и кошка: история любви
Генетики из Университета штата Миссури (США) выяснили, что первые одомашненные кошки появились в Месопотамии около 10 000 лет назад. В те далекие времена наши предки начали вести более оседлый образ жизни и увлеклись сельским хозяйством. А кошки помогали им в борьбе с крысами и мышами. Произошло это знаменательное событие в регионе Ближнего Востока, известном как Плодородный полумесяц. Сейчас здесь расположены Ливан, Израиль, Сирия, Ирак, юго-восток Турции, юго-запад Ирана и северо-запад Иордании.
Ученые сделали данный вывод, исследовав около 200 различных генетических маркеров. «Одним из основных маркеров ДНК, которые мы изучали, были микросателлиты, которые очень быстро мутируют и дают нам представление о недавних популяциях кошек и развитии пород за последние несколько сотен лет. Другим ключевым ДНК-маркером, который мы исследовали, были однонуклеотидные полиморфизмы, которые представляют собой единичные изменения во всем геноме и дают нам ключ к разгадке их древней истории. Изучая и сравнивая оба маркера, мы можем собрать воедино эволюционную историю кошек», — сказала Лесли Лайонс, профессор в Ветеринарном колледже Миссурийского университета.
Полученная информация будет полезна не только с исторической, но и с зоологической точки зрения. Авторы исследования надеются защитить кошек от генетических заболеваний, в том числе от поликистоза почек, слепоты и карликовости. Более того, изучение причин генетических заболеваний у кошек и способов лечения их недугов может пригодиться в лечении людей с теми же заболеваниями.
Пиявки под стать моржам
В регионах российской Арктики и в высокогорном озере, расположенном в регионе Полярного Урала, специалисты обнаружили пять новых видов и один род кольчатых червей — пиявок. Ученые собирали и изучали образцы 10 лет и в итоге описали 14 видов плоских арктических пиявок, принадлежащих к пяти родам. Некоторые из них оказались доселе неизвестными. Исследователи назвали новые виды так: гипербореомизон полярный (Hyperboreomyzon polaris) и глоссифония арктическая (Glossphonia arctica). Открыли их ученые Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН и Санкт-Петербургского государственного университета. Зоологи предложили внести данных червей в Красную книгу России.
«Считалось, что пиявки в России хорошо изучены, и потому находки новых для науки видов маловероятны. Но, изучая арктическую фауну, мы добирались до таких труднодоступных районов, как плато Путорана, полуостров Таймыр, остров Колгуев, где никто ранее не собирал пиявок. Совершенно неожиданной находкой был новый род и вид. По генетическим данным это очень обособленная линия, она обладает особенным геномом. Это древняя реликтовая пиявка. Для фауны пиявок — это все равно что найти какого-то нового медведя или кита», — отметил Иван Болотов, директор ФИЦКИА.
Плащ-невидимка
Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с коллегами из Турции, Южной Кореи и Киргизии разработали формулу для создания многонаправленного эффекта оптической невидимости. Эффект заключается в том, что электромагнитная волна не меняет свои свойства (амплитуду и фазу) при прохождении через объект. Чтобы объект стал «невидимым», нужно добиться того, чтобы поле за его теневой частью совпадало с падающей волной.
«В исследовании, начатом под руководством профессора Хамзы Курта (Республика Корея) и его ученика Мирбека Турдыева (Киргизия), мы исследовали подход на основе дизайна специальной, окружающей объект полностью диэлектрической структуры из набора элементарных «ячеек» размером существенно меньше длины волны. Эффективные параметры этой структуры были подобраны так, что поле в ее теневой части практически совпадает с падающим полем, то есть электромагнитная волна «не видит» скрытый металлический объект», — рассказал Игорь Минин, профессор отделения электронной инженерии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ.
Специалисты создали «плащ» из полилактида — биоразлагаемого термопластичного полимера с низкими потерями и низким значением диэлектрической проницаемости. «Преимущество и новизна предложенной схемы состоит в том, что в отличие от методов трансформационной оптики, требующей использования искусственных материалов, отсутствующих в природе, наш подход основан на использовании широко распространенных диэлектрических материалов. На основе этого подхода была разработана структура для создания эффекта невидимости, которая обеспечивает его электромагнитное «скрытие» с разных направлений», — отметил Игорь Минин.
Выведет на чистую воду
Специалисты МИРЭА — Российского технологического университета с коллегами из Тульского государственного университета создали устройство, быстро оценивающее экологическое состояние водоемов. «Мы разработали специальный композитный материал с применением модифицированных наноалмазов, который позволил буквально в течение полутора часов формировать устойчивый биосенсор. Метод определения дыхательной активности созданного рецептора может значительно влиять на точность экспрессной оценки биохимических процессов», — отметил кандидат физико-математических наук, доцент РТУ МИРЭА Павел Мельников.
Биосенсоры широко используются в качестве экономичных, быстрых аналитических методов в режиме реального времени. В последнее десятилетие конкурируют два метода определения концентрации растворенного кислорода: амерометрический (электрод Кларка) и оптический (тушение фосфоресценции металлопорфиринового комплекса). Российские ученые впервые их сравнили. Они провели серию экспериментов, продемонстрировавших преимущество оптического датчика по времени отклика на изменение концентрации кислорода. «Оценка одного из главных параметров состояния воды — параметра биохимического потребления кислорода за пять суток — с помощью созданного модельного биорецептора позволила выявить занижение значений, измеряемых электрохимическим датчиком по сравнению с аттестованной методикой, тогда как оптический датчик показал соотношение почти 1:1. При этом время единичного анализа составило не более 10 минут вместо пяти суток», — рассказали в Минобрнауки, при поддержке которого и проводилось исследование.
Грядет антарктическое вымирание
Международная группа ученых опубликовала исследование с выводами о том, сколько видов животных останется в Антарктиде к 2100 году. Наземное биоразнообразие Антарктики сталкивается с многочисленными угрозами: изменение климата, деятельность человека (наука и туризм), загрязнение, рыбный промысел и закисление океана. «При текущем сценарии, предусматривающем повышение средней температуры на 2 градуса по Цельсию, в среднем 65% (в лучшем случае — 37%, в худшем — 97%) видов, скорее всего, исчезнет к 2100 году. Наиболее уязвимыми видами являются императорские пингвины, затем идут другие морские птицы и нематоды (они же — круглые черви, тип первичноротых беспозвоночных животных. — Прим. ред.)», — говорится в статье.
Ученые делают вывод, что на данный момент мер, предусмотренных действующим Протоколом по охране окружающей среды к Договору об Антарктике, не хватит для сохранения биоразнообразия континента. И закономерно просят увеличить финансирование эффективной программы по спасению животных.
Галактики вопреки основам физики
Ученые кафедры астрономии и космической геодезии Института физики Казанского федерального университета (КФУ) вместе с коллегами из Института космических исследований РАН обнаружили новый класс галактик. Коллеги проанализировали каталог космических объектов, излучающих в рентгене. Каталог, включающий в себя 173 тысячи звезд, был создан на основе данных рентгеновского телескопа еROSITA.
«Визуальная инспекция этих космических объектов (по оптическим снимкам, имеющимся в открытом доступе в электронных астрономических базах данных проекта PANSTARRS) указала на их протяженную морфологию, характерную для внегалактических источников», — рассказал Ильфан Бикмаев, профессор кафедры астрономии и космической геодезии института физики КФУ.
У «новичков» активные ядра с неожиданными свойствами — большими собственными движениями, хотя у галактик и квазаров значения этих движений равняются нулю из-за того, что они сильно удалены от нашей галактики. В данном же случае движение вещества в десятки-сотни раз превышает скорость света, что не соответствует основам физики. Ученые планируют продолжить изучение космических объектов на высокоточном наблюдательном комплексе телескопа РТТ-150.