Новости науки: 10 событий июля
«Когда вы заимствуете материал у одного автора, это плагиат, но когда у многих — это исследование», — говорил Уилсон Мизнер (1876–1933), американский драматург и предприниматель. Вот и ученые нередко делают важные открытия на основании проделанных до них исследований. Давайте узнаем, что интересного они открыли в июле 2023 года.
Загнать гипертонию под «планку»
Исследователи из Кентерберийского университета Крайст-Черч и Университета Лестера (Великобритания) выяснили, какие упражнения наиболее эффективно снижают давление и могут быть рекомендованы для лечения и профилактики артериальной гипертензии.
Они проанализировали результаты 270 исследований, в которых участвовало 15 827 человек в период с 1990 по 2023 год. Участники эксперимента получали различные физические нагрузки и не менее двух недель подряд. Оказалось, что лучше всего с повышенным давлением справляются «планка» (упражнение для мышц живота и спины) и приседания у стены, когда спина прижата к стене, ноги находятся на расстоянии 60 см от нее, а тело опускается вдоль стены, пока вы как бы не садитесь на стул.
«Изометрические упражнения являются наиболее действенным способом снижения как систолического, так и диастолического артериального давления. Они увеличивают напряжение в мышцах, если выполнять их в течение двух минут, а затем вызывают резкий прилив крови, когда вы расслабляетесь. Это улучшает кровообращение, но надо помнить о правильном дыхании», — отмечает Джейми О’Дрисколл, один из авторов доклада.
По результатам исследований, артериальное давление в состоянии покоя снижается после аэробных тренировок (езды на велосипеде, бега) на 4,49 мм рт. ст. (систолическое) и на 2,53 мм рт.ст. (диастолическое), после интервальных тренировок (серии интенсивных тренировок с отдыхом между подходами) на 4,55/3,04 мм рт. ст., а после изометрических упражнений — на 8,24/4 мм рт. ст.
Показатели вроде и небольшие, но даже они помогают уменьшить риск фатальных последствий повышенного давления.
О чем турбина стонет
Специалисты Омского государственного технического университета (ОмГТУ) научились в реальном времени «ловить» минимальные изменения, говорящие о механических повреждениях компонентов оборудования с помощью прибора, способного анализировать виброакустические сигналы. Сейчас прибор работает с движущимися и вращающимися элементами: центробежными и поршневыми насосами и компрессорами, электродвигателями, турбинами, редукторами.
«Вы ломали сухие ветки и слышали треск? Аналогично „трещит“ и металл при разрушении, но в неслышимом для человека диапазоне — от 20 кГц до 2 МГц. Мы проводим измерения с помощью акустических датчиков в диапазоне от 60 до 500 кГц», — рассказывает Александр Науменко, руководитель исследования, профессор кафедры радиотехнических устройств и систем диагностики ОмГТУ.
Благодаря уникальной методике вероятность пропуска дефекта составит менее 1%, что лучше показателя, которого требует ГОСТ (вероятность пропуска — 5%). И теперь ремонт оборудования можно будет запланировать, а не начинать его только после выхода оборудования из строя. Это позволит не только экономить деньги (ведь будет заранее понятно, когда нужен ремонт и что именно выходит из строя), но и увеличить срок между ремонтными работами с одного года до трех-пяти лет.
«Обычно приборы для измерения и анализа вибрации рассчитывают среднее квадратичное отклонение, пиковые значения ускорения, скорости, перемещения, строят их спектры. В данном приборе дополнительно, в отличие от всех известных, строится кривая характеристической функции (ХФ) и рассчитывается площадь под кривой ХФ. Эти два параметра и позволяют более достоверно оценить состояние объекта контроля по критериям «Допустимо», «Требует принятия мер», «Недопустимо», — поясняет Александр Науменко.
В будущем ученые планируют анализировать не только виброакустический, но и акустико-эмиссионный сигнал. Это позволит вовремя ремонтировать трубопроводы, нефтяные цистерны, контейнеры для перевозки опасных грузов.
Вулканическая урожайность
Ученые Инженерной школы природных ресурсов Томского политеха с коллегами из других научных организаций России, а также из Индии и Испании провели исследование, которое поможет более эффективно находить месторождения экологически безопасных удобрений. Исследователи установили зависимость между древними вулканическими породами (вулканитами) и потенциальными залежами глинистых минералов-удобрений. Такого результата удалось добиться благодаря проведенному специалистами минерально-геохимическому анализу образцов горных пород из Северо-Минусинской впадины в Сибири.
«Мы выяснили зависимости появления глинистых минералов на основе древних вулканитов. Так, основным продуктом изменения вулканической породы под названием трахит в морской обстановке будет минерал глауконит, для риодацита — это иллит, а смектиты и хлориты встречаются преимущественно в трахиандезите», — рассказывает Максим Рудмин, руководитель исследовательской группы, доцент отделения геологии Томского политеха.
Эти удобрения, содержащие железо, кремний и калий, помогают улучшить свойства почвы и повысить урожайность. К тому же они не наносят вред окружающей среде, что выгодно отличает их от азотных и фосфорных удобрений.
Жизнь как на сковородке
Исследование специалистов Северо-Западного университета (США) впервые связало изменение подземного климата с изменением почвы под городскими районами. Дело в том, что современные городские районы все чаще страдают от подземных «островков» тепла. Грунты, горные породы и строительные материалы деформируются под воздействием температурных колебаний, а чрезмерные деформации могут повлиять на работу объектов гражданской инфраструктуры.
«Подземное изменение климата — это тихая угроза. Почвы деформируется в результате температурных колебаний, существующие постройки и городская инфраструктура не способны переносить столь сильные колебания. Сам по себе этот феномен не несет угрозу для безопасности людей, однако он негативно влияет на прочность фундаментов и ежедневное функционирование инфраструктуры», — объяснил Алессандро Ротта Лориа, автор статьи.
К своим выводам ученые пришли, изучив почву в Чикаго-Луп — историческом деловом центре Чикаго. Для этого установили беспроводную сеть из более чем 150 датчиков температуры как над землей, так и под ней: в подвалах зданий, туннелях метро, а также в зеленой зоне, расположенной вдоль озера Мичиган, вдали от зданий и подземных транспортных систем. Температура грунта под центром города оказалась выше на 10 °С, чем под парком. А температура воздуха в некоторых подземных сооружениях превышала температуру воздуха вне зоны высотной застройки на 25 °С.
Собрав температурные данные, ученые построили трехмерную компьютерную модель, рассказывающую об изменениях температуры земли с 1951 года, когда в Чикаго завершили строительство тоннелей метро, по сегодняшний день. И предсказали, как будет меняться температура до 2051 года. Выяснилось, что почвы за эти годы стали теплее, а более высокие температуры могут привести набуханию и расширению земли на целых 12 миллиметров. В других же случаях она сожмется и просядет вниз — под тяжестью здания — на 8 миллиметров.
«Мы не хотим использовать технологии для активного охлаждения подземных сооружений, потому что это требует энергии. В настоящее время существует множество решений, которые можно реализовать. Самый эффективный и рациональный подход — изолировать подземные сооружения таким образом, чтобы количество потерянного тепла было минимальным. Если это сделать нельзя, геотермальные технологии дают возможность эффективно поглощать и повторно использовать тепло в зданиях», — отмечает Алессандро Ротта Лориа.
У бактерий будут проблемы
Ученые из Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина (ИФХЭ РАН) вместе с коллегами из Российского технологического университета МИРЭА и Института по изысканию новых антибиотиков им. Г. Ф. Гаузе выяснили, как сделать антимикробное покрытие для поверхностей долговечным.
Чтобы подавить рост бактерий и других патогенов, в лакокрасочные материалы добавляют гуанидинсодержащие составы. Но есть проблема: производные гуанидина растворяются в воде и при влажной уборке теряют свою силу. Исследователи предложили внедрять мономерные производные гуанидина в матрицу на основе эпоксидно-аминной системы. Разработка получилась вполне экологичной, потому что предусматривает отказ от токсичных и пожароопасных органических растворителей и не требует большого количества энергии, поскольку отверждение эпоксидно-аминной композиции нуждается в температуре от 20 до 80 °С.
Проверка системы прошла успешно. «Эпидермальный стафилококк, заселяя поверхности, образует на них биопленки. Благодаря им бактерия становится еще устойчивее к воздействиям окружающей среды, вызывая тяжелые и трудноизлечимые инфекции. Биомасса колоний эпидермального стафилококка на нашем эпоксидно-аминном покрытии, модифицированном гидросалицилатом гуанидина, почти в два раза меньше, чем на традиционных покрытиях», — говорит Иван Сенчихин, соавтор исследования, заведующий лабораторией физикохимии коллоидных систем ИФХЭ РАН.
Покрытие можно будет применять на медицинских, фармацевтических и пищевых предприятиях, чтобы снизить риск распространения вредоносных патогенов, устойчивых к антибиотикам.
Пять минут решают все
Ученые из Университета Сиднея (Австралия) выяснили, какие приемы концентрации внимания действительно работают. Исследование показало, что пятиминутный перерыв может повысить продуктивность человеческой деятельности при выполнении последующих задач более чем на 50%. Для этого не обязательно гулять вдоль реки или смотреть видео о качающихся на ветру бамбуковых лесах.
«Вам нужно просто заниматься каким-то другим делом в течение пяти минут. Отойдите от компьютера или устройства, немного подышите или просто посидите спокойно, чтобы дать мозгу отдохнуть от задачи. Пролистывание социальных сетей не считается отдыхом. Существенные улучшения, достигнутые благодаря „мозговой паузе“, восстанавливающей внимание, могут применяться и в офисе, и за школьной партой», — считает Пол Джиннс, доцент кафедры педагогической психологии Университета Сиднея.
В эксперименте приняли участие 72 студента. Им предложили пройти математические тесты, требующие долгих вычислений. В итоге те студенты, что иногда устраивали пятиминутки для отдыха, лучше и быстрее справлялись с задачами. Их оценки были в среднем на 57% выше, чем у тех коллег, кто сидел, «не поднимая головы». Идеальным перерывом австралийские ученые назвали пятиминутное переключение каждые 25–30 минут.
«Метод Помидора, когда люди работают 25 минут, а затем пять отдыхают, — популярный лайфхак, и мы, возможно, только что нашли первое доказательство того, что он работает. Другим лайфхакам, таким как глубокое дыхание или обретение чувства покоя, уже сотни лет. Что бы вы ни выбрали, дайте своему мозгу полный перерыв всего на пять минут и посмотрите, как улучшится ваше внимание», — сказал Пол Джиннс.
Голубая планета становится зеленой?
Команда Массачусетского технологического института (США) в сотрудничестве с Национальным океанографическим центром Великобритании проанализировала данные о цвете Мирового океана, собранные с июля 2002 года с помощью спектрорадиометра MODIS на борту спутника NASA Aqua.
Результаты показали, что за эти годы более 56% площади Мирового океана поменяли свой цвет с классического синего (а именно из-за этого Землю поэтично называют голубой планетой) на более зеленый. Наиболее активно меняют окраску тропические воды в районе экватора. Океаны зеленеют из-за роста фитопланктона — основы морской пищевой цепи, питающей криль, рыбу, морских птиц и морских млекопитающих. Но его чрезмерное разрастание в последнее время связывают с увеличением мертвых зон в океане и массовыми морскими миграциями. «Мертвые зоны» океана — это области без кислорода, в которых животные задыхаются и умирают. Из-за глобального потепления они увеличились в четыре раза за 50 лет.
«Зеленые океаны — это дополнительное свидетельство того, как человеческая активность влияет на жизнь на Земле и отражается на биосфере», — пишут ученые.
Серебряная «пуля» для инфекции
Медики, химики и биологи Белгородского госуниверситета предложили и запатентовали импортозамещающие материалы, с помощью которых можно эффективно лечить гнойные раны. Речь идет о модифицированной серебром монтмориллонитсодержащей глине.
Вопрос лечения инфицированных ран кожи крайне важен во времена серьезной невосприимчивости к антибиотикам существующих гноеродных микроорганизмов. Новый способ лечения ученые опробовали на пациентах Белгородской клинической больницы Святителя Иоасафа. Результаты порадовали. «Применение нового способа лечения гнойных ран позволило добиться выраженного клинического эффекта: после обработки рана очищалась на 20% быстрее, чем при использовании традиционных препаратов. Примерно на 30% сокращались сроки эпителизации», — рассказал Андрей Яроша, и. о. директора мединститута БелГУ.
Такой метод лечения наиболее эффективен в первой фазе раневого процесса. Благодаря абсорбирующим свойствам материала поглощается раневое отделяемое, а ионы серебра не дают инфекции «разыграться».
Тысячи лет на паузе
Международная группа исследователей разморозила древнейших нематод, которых ученые из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН обнаружили еще в 2018 году в вечной мерзлоте Сибири на глубине 40 метров. (Нематоды — это класс круглых червей.)
Выживание в экстремальных условиях в течение длительного времени — это задача, на которую способны немногие организмы. Благодаря низким температурам почвенная нематода Panagrolaimus kolymaensis поставила жизнь на паузу на 46 000 лет! Ранее же считалось, что впасть в состояние криптобиоза эти черви могут не более чем на 40 лет.
Ученые медленно разморозили почву и обеспечили обнаруженных червей пищей и водой. Нематоды, впрочем, после этого прожили недолго — не больше месяца, но потомство дать успели. Для понимания природы обнаруженных червей исследователи использовали несколько методов генетического анализа. И в итоге отнесли обнаруженные образцы к неизвестному вымершему виду, получившему название Panagrolaimus kolymaensis в честь реки Колыма, в районе которой червей и нашли. Эти нематоды оказались генетически похожи на ныне здравствующий вид — Caenorhabditis elegans.
Кроме того, ученые выяснили, что эти виды червей готовятся к длительной спячке примерно одинаково, выделяя трегалозу — определенный тип сахара. Исследователи полагают, что трегалоза может оказаться важным условиям выживания нематод при минусовых температурах и без доступа к воде на длительный срок.
«Изучение адаптации видов к столь экстремальным условиям среды с применением геномного анализа позволит нам разработать более совершенные стратегии охраны природы в свете глобального потепления», — отмечает Филипп Шиффер, соавтор работы из Ке—льнского университета (Германия).
Ну тянет ко мне кровососов!..
Биологи из Бристольского университета (Великобритания) выяснили, как маленький клещ, сидящий в траве, ловко оказывается на жертве, даже если та проходит на некотором расстоянии от него. Ведь прыгать, как блоха, он не умеет. Разгадка оказалась в статическом электричестве, которое притягивает насекомое к телу человека или животного.
«Известно, что многие животные, включая человека, способны аккумулировать на своем теле значительный электростатический заряд. Это происходит естественным образом, в процессе трения о предметы окружающей среды: например, когда мы, проходя, задеваем за траву, идем по песку. Мы решили проверить, достаточно ли такого статического заряда для того, чтобы клещи могли по воздуху „долетать“ до своих жертв», — объяснил Сэм Ингланд, сотрудник Школы биологических наук Бристольского университета.
Для начала команда ученых приблизила статически заряженный мех кролика и другие материалы к клещам. Оказалось, заряженные поверхности притягивали насекомых, даже если те были на расстоянии нескольких сантиметров от них. Причем, клещи могли взлетать вверх, преодолевая силу притяжения. Так что, возможно, антистатик — более эффективная защита от насекомых, чем репеллент.