Новости науки: 10 событий декабря
«Наука – это ничто иное, как развитое восприятие, объясненное намерением, полный и по минутам расчлененный здравый смысл», – сказал Джордж Сантаяна, американский философ и писатель (1863-1952). Что здравый смысл подсказал современным ученым в заключительном месяце 2023 года, узнаем из декабрьского обзора новостей науки.
Молчание – золото, картошка – серебро
Ученые Тюменского медицинского университета (ТМУ) вместе с коллегами из Азербайджана, Китая и Турции выяснили, как с помощью кожуры белого картофеля (Solanum tuberosum) получить наночастицы серебра.
«В рамках исследования мы предложили метод синтеза наночастиц серебра из отходов картофелеводства и протестировали продукт на обладание необходимыми механическими, структурными и терапевтическими свойствами», – рассказал Аферин Таги кызы Бейлерли, один из авторов работы, ассистент кафедры акушерства и гинекологии ТМУ.
Ученые провели ряд экспериментов с полученными наночастицами и доказали их антимикробные и цитотоксические свойства против некоторых патогенных микроорганизмов. Частицы отлично боролись с устойчивыми к антибиотикам штаммами золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), кишечной палочки (Escherichia coli) и грибками Candida albicans.
Сегодня наночастицы серебра синтезируют с помощью химических, физических и биологических методов. Первые два требуют немалых затрат энергии и денег, а кроме того наносят вред окружающей среде. Биологический же синтез не только экономит средства и экологически безопасен, но и позволяет получить частицы, которые отлично совмещаются с живыми организмами.
Чтобы получить наночастицы с помощью биосинтеза, потребуется много растительной массы, с помощью которой выделяют вещества, восстанавливающие катионы серебра из растворов его солей. Использовать полученные наночастицы серебра можно не только в медицине, но и в сельском хозяйстве для защиты растения от бактериальных и грибковых заболеваний.
Иногда лучше жевать, чем спать
Ученые из Норвегии и Швейцарии выяснили, что процесс руминации (пережевывания полупереваренной пищи) у северных оленей похож на фазу медленного сна. Благодаря этой суперспособности они меньше спят летом, но при этом весьма бодро себя чувствуют.«Мы обнаружили, что чем дольше северные олени жуют жвачку, тем меньше медленного сна им нужно для восстановления сил. По всей видимости, эта способность играет важную роль в их жизни, так как она позволяет им одновременно переваривать пищу и спать, что экономит им время, что особенно важно в летние месяцы года», – объяснила Мелания Фуррер, научный сотрудник Цюрихского университета (Швейцария).
Ученые с помощью электроэнцефалографов изучали циклы сна и бодрствования северных оленей, проживающих в питомнике Арктического университета Норвегии в Тромсе. Исследователей интересовало, как животные переносят длинные полярные ночи и дни, как на них влияет резкое изменение продолжительности светлой и темной части суток. За активностью мозга наблюдали зимой, летом и в день осеннего равноденствия.
Выяснилось, что, несмотря на большую активность летом, олени тратили на сон не больше времени, чем зимой. Ученые заметили, что при пережевывании жвачки олени впадали как бы в «медленный сон», при котором меньше реагировали на события, происходящие вокруг них, и демонстрировали сниженную электрическую активность мозга. Получается, они «экономили» время, отдыхая даже во время еды. Так что летом эти прекрасные животные активны практически круглосуточно благодаря постоянному пережевыванию травянистых растений и их корней, что очень важно для набора веса и подготовки организма к суровой арктической зиме.
«Ночной дозор» накрыло свинцом
Группа европейских искусствоведов, химиков и физиков во главе с Флорианом Мейрером, доцентом Утрехтского университета (Нидерланды) изучила состояние знаменитой картины Рембрандта «Ночной дозор».
«Примененные подходы позволили нам выявить ранее неизвестный слой в картине Рембрандта «Ночной дозор», который предположительно защищал холст от влаги перед тем, как на него был нанесен слой из кварцевого грунтовочного материала. Наличие этой прослойки объясняет то, почему на некоторых участках полотна присутствуют скопления свинцового «мыла», несмотря на предположительное отсутствие в них соединений свинца», – говорится в исследовании.
При подготовке к реставрации картины в июле 2019 года ее серьезно изучили с помощью рентгеновского нанотомографа и специализированного микроскопа. Это позволило внимательно рассмотреть небольшие зерна краски и грунта из стыка между частями холста в нижней части картины и обнаружить, что внутри них был неизвестный ранее слой, в котором содержалось немало свинца.
А поскольку этот свинцовый слой был максимально далек от поверхности картины, вероятно, наносили его первым, а лишь потом – слой из кварцевого грунтовочного материала. Ученые предполагают, что это было нововведением Рембрандта, который вместо пропитки холста клеевым составом, используемым в те времена для защиты от влаги, использовал масло, содержащее соединения свинца. Это помогло сделать процедуру подготовки холста проще и дешевле.
Тепло ль тебе, девица, с вентилятором?
Ученые Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина создали устройство для вентиляции помещений, благодаря которому затраты на отопление можно значительно сократить или вовсе исключить.
«С целью уменьшения затрат энергии на отопление помещений в зимнее время года важно теплоту, содержащуюся в вытяжном воздухе, передавать потоку приточного воздуха. Поэтому мы разработали специальное устройство для обмена теплотой и влагой между двумя потоками воздуха, которое позволяет свести к минимуму затраты энергии на температурную доводку потока приточного воздуха, подаваемого в помещение», – прокомментировал профессор Юрий Печенегов, разработчик.
Устройство включает в себя отсеки с теплообменными секциями и влагопередатчики. На работу вентилятора не влияет температура воздуха снаружи, ведь влага не копится и не мерзнет, потому что собирается из потока удаляемого воздуха и передается в поток приточного воздуха после каждой теплообменной секции. Происходит не только обмен теплом, но и обмен влагой между вытяжным и приточным потоками воздуха за счет использования капиллярно-пористых влагопроводов. Воздух не высушивается, влажность остается комфортной.
Если в помещении, в котором будет использоваться устройство, есть теплоизолированные стены, достаточное количество светильников или других источников тепла, то жильцам, возможно, придется оплачивать только электроэнергию, без отопления.
Меня просто трясет от них
Ученые Массачусетского технологического университета (США) под руководством Джованни Траверсо создали капсулы, которые при приеме создают ощущение сытости. Все дело в их волшебной вибрации.
«Желающие похудеть люди могут принимать наши капсулы перед каждым приемом пищи. Они могут стать действенной альтернативой для уже существующих средств для похудения, многие из которых обладают серьезными или неприятными побочными эффектами», – заявила Шрия Сринивасан, доцент МТУ.
Существующие средства похудения, в частности, внутрижелудочные баллоны, доставляют дискомфорт, а через 10–12 недель после имплантации из-за хронического растяжения желудка и вовсе теряют свой эффект из-за физиологической адаптации. Поэтому исследователи создали трехсекционную полимерную капсулу стандартного размера 000 (как у многих биодобавок и мультивитаминов) со специальным вибромотором и источником питания. Капсула получила название VIBES (Vibrating Ingestible BioElectronic Stimulator, вибрирующий проглатываемый биоэлектронный стимулятор). Попадая в желудок и касаясь его стенок, капсула начинает вибрировать. Эти вибрации воздействуют на определенные рецепторы, которые передают нервной системе информацию о том, что желудок уже растянут и наполнен едой.
Испытание VIBES провели на свиньях йоркширской породы, желудок которых близок к человеческому по разным показателям. В итоге свиньи съедали на 40% меньше, и никаких побочных действий замечено не было.
Тайны Долины обезьян
Европейские археологи и биологи под руководством профессора Вима ван Нера из Католического университета Левена (Бельгия) изучили останки бабуинов, найденные в так называемой Долине обезьян. Место в западной части Долины Царей в окрестностях современного Луксора (Египет) получило такое название из-за обнаруженных там в 1830-х годах, а также в начале XX века большого количества мумий бабуинов.
С додинастических времен бабуины играли важную роль в Древнем Египте: их использовали для ритуальных и религиозных целей. Но мало что было известно об условиях, в которых приматы содержались на протяжении долгого времени. Ученые проанализировали скелетные останки 36 мумий бабуинов из Фив и сравнили их с костями диких сородичей. Метаболические нарушения костей, наблюдаемые у древнеегипетской популяции бабуинов, указывают на сочетание дисбаланса питательных веществ, хронического недоедания и неблагоприятных условий жизни в неволе, предполагающих редкие случаи пребывания на солнце.
«За исключением крайне небольшого числа особей, фактически все священные бабуины из Долины обезьян в Луксоре страдали от хронического недоедания и недостатка солнечного света. При этом мы не обнаружили никаких повреждений костей, связанных с травмами, что говорит о том, что данные животные вряд ли подвергались физическому насилию», – говорится в исследовании.
Великая микробная стена
Китайские ученые под руководством профессора Сяо Бо из Китайского сельскохозяйственного университета в Пекине узнали, что делает Великую Китайскую стену такой защищенной. Для этого они изучили ее 600-километровый участок на территории четырех регионов КНР – провинций Шаньси и Шэньси, а также Внутренней Монголии и Нинся-Хуэйского автономного района, взяв образцы материи стены в восьми разных точках.
«Мы обнаружили, что цианобактерии и мхи покрывают около 67% изученных нами участков Великой стены. Последующий анализ этих участков показал, что данная корка из микробов и мхов повышает механическую стабильность стены и снижает скорость ее разрушения под действием различных форм эрозии», – отмечают ученые.
Исследователи считают, что эти наросты благотворным образом сказывались на структуре землебита – спрессованного грунта, из которого состоит стена. Наросты уменьшали поры в стене, благодаря чему воде и различным частицам, ускоряющим эрозию, было сложнее проникнуть внутрь.
«Великая стена очень уязвима для ветровой эрозии, размыва дождем, засоления и циклов замерзания-оттаивания, что приводит к серьезным проблемам – таким как растрескивание, распад и даже возможное разрушение. Учитывая последствия глобального изменения климата, Великая стена находится под угрозой. На данный момент только 5,8% ее общей длины хорошо сохранились, а 52,4% либо исчезли, либо сильно пострадали. Поэтому стратегии сохранения должны быть реализованы в срочном порядке для сохранения этого бесценного культурного наследия для будущих поколений», – пишут в исследовании.
Использование биокорок – многообещающая и инновационная стратегия сохранения наследия, у нее есть превосходные преимущества по сравнению с традиционными мерами защиты, такими как «жесткое покрытие» с искусственным цементным покрывающим слоем поверх структуры культурного наследия.
Солнечная раскладушка
Ученые Национального исследовательского технологического университета Московского государственного института стали и сплавов (НИТУ МИСИС) создали первую в России портативную раскладываемую солнечную батарею на основе гибридных перовскитов. Основное отличие от аналогов: батарея отлично показала себя даже при низкой освещенности.
«Мы провели натурные испытания в неблагоприятных условиях пасмурной погоды и сумрачного освещения, подтвердившие повышение генерационной мощности наших перовскитных фотомодулей в сравнении с существующими аналогами. При естественном затенении и облачных условиях КПД нашей батареи более 25%, в то время как у кремниевых устройств КПД 10-15%», – сказал Данила Саранин, руководитель исследования, к. т. н., и. о. заведующего лабораторией перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС.
Но это не единственный плюс. У существующих аналогов в качестве солнечных элементов используются кремниевые батареи, производить которые довольно дорого и энергоемко. А на галогенидный перовскит ученые обратили внимание сравнительно недавно – около 10 лет назад. И вот специалисты создали набор из нескольких перовскитных фотомодулей размерами 100 на 100 мм. Они нанесены на подложки из стекла при помощи технологии жидкофазного нанесения и обработаны при помощи лазеров. Фотомодули размещены на гибком текстиле.
«Последняя разработка лаборатории перспективной солнечной энергетики – портативная раскладываемая солнечная батарея – уникальна, открывает широкие перспективы для применения солнечных батарей в экстремальных условиях Арктики», — отметила Алевтина Черникова, ректор Университета МИСИС.
Новинку уже адаптируют для использования в качестве автономного питания узлов связи и удаленных объектов на Крайнем Севере и пробуют их интегрировать в системы питания микроспутников на низких орбитах.
Щас спою!
Орнитологи из Европы и США поняли, почему самцы певчих птиц не могут не петь. Дело в том, что ежедневные тренировки нужны им для поддержания формы голосовых мышц. Неделю не попел – 50% силы мышц потерял. Но это-то ладно, главное другое: привлекательность таких полуголосых самцов в глазах самок может рухнуть.
«Пение имеет решающее значение для певчих птиц. Они поют, чтобы произвести впечатление на будущих партнеров, защитить свою территорию и поддержать социальные связи. Давно известно, что пение птиц контролируется быстрыми вокальными мышцами, но до сих пор мы почти ничего не знали о том, реагируют ли эти мышцы на физические нагрузки, как это делают мышцы ног, и если да, то как», – говорит Айрис Адам, ведущий автор исследования из Университета Южной Дании.
Ученые проводили опыты на певчих птицах, которые живут в природе большими группами – зебровых амадинах. Взяли несколько самцов, «отключили» им одну из голосовых мышц от нервной системы. Затем три недели следили за тем, как изменилось пение, измеряли силу сокращений мышц и другие параметры. А дополнительно еще и записывали песни самцов, после чего проигрывали их самкам и следили за их реакцией. «Самки зебровых амадин, участвовавшие в эксперименте по воспроизведению, могли напрямую услышать разницу, и 75% предпочли песни хорошо тренированного самца», – говорит доцент Катарина Рибель из Лейденского университета (Нидерланды), соавтор исследования и эксперт по поведению животных.
«Певчие птицы могут быть нашими лучшими союзниками в изучении физиологии голосовых мышц с целью дальнейшего улучшения голосовой тренировки и реабилитации у людей», –подвели итог исследователи.
Суперкрысы унюхают все
Ученые Научно-исследовательского технологического центра нейротехнологий Южного федерального университета (ЮФО) создали «нос». Не простой, а биогибридный «компьютерный нос», известный также как биогибридная обонятельная система.
«Мы создали сверхчувствительную систему, состоящую из животного, в обонятельную луковицу которого вживлена матрица микроэлектродов. Также система включает в себя усилитель биологических сигналов, аналого-цифровой преобразователь и специальное программное обеспечение на основе большого набора нейросетей», – рассказал Петр Косенко, ведущий научный сотрудник НИТЦ нейротехнологий ЮФУ.
Биогибридная система может внимательно «изучить» любое вещество за полчаса. Пригодится она для поиска запрещенных веществ и проверки грузов, ведь такой «нос» не обманешь, замаскировав запрещенное вещество с помощью резких запахов. У разработки высокая скорость анализа и низкая себестоимость. «Живым сенсором» выступают крысы. Их вводят в медикаментозный сон и помещают в переносной бокс. «Спят» крысы не больше двух часов, при этом их здоровье не страдает.
«С помощью компьютерной программы происходит считывание активности мозга, из нее извлекаются паттерны электрических сигналов, отвечающие конкретному веществу или набору веществ. Мы добились повышения чувствительности распознавания примерно на девять порядков по сравнению с большинством технических аналогов», – отметил Петр Косенко.