Новости науки: 10 событий июня

«Наука — это организованное знание», — сказал Герберт Спенсер (1820–1903), английский философ и социолог. О ярких и перспективных достижениях мировой науки в июне 2023 года расскажем в нашем традиционном ежемесячном обзоре.

Не расстанусь с таурином — буду вечно молодым

Международная группа ученых под руководством Виджая Ядава из Колумбийского университета (США) решила проверить, можно ли повернуть старение вспять, восстановив концентрацию таурина в крови до юношеского уровня. Таурин — это серосодержащая аминокислота, играющая важную роль в нашем организме. Ученые изучили более ранние исследования, которые показывали, что концентрация таурина в крови коррелирует со здоровьем, но было непонятно, оказывает ли она влияние на старение. «Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, мы измерили концентрацию таурина в крови во время старения и исследовали влияние добавок таурина на продолжительность здоровья и жизни у нескольких видов животных», — комментируют исследователи.

Выяснилось, что с возрастом содержание таурина в организме уменьшается. Например, у пожилых 15-летних обезьян его концентрация в сыворотке крови была примерно на 85% ниже, чем у их 5-летних сородичей. Аналогичные показатели наблюдались и у мышей, правда, у них уровень таурина с возрастом снижается чуть меньше — на 80%.

«Добавки таурина увеличили продолжительность жизни у мышей и обезьян. Механически таурин уменьшал клеточное старение, защищал от дефицита теломеразы, подавлял митохондриальную дисфункцию, уменьшал повреждение ДНК и ослаблял воспаление. У людей более низкие концентрации таурина коррелировали с некоторыми возрастными заболеваниями, но его уровень увеличивался после интенсивных упражнений на выносливость. Таким образом, дефицит таурина может быть движущей силой старения, поскольку его устранение увеличивает продолжительность жизни червей, грызунов и приматов. Клинические испытания на людях кажутся оправданными, чтобы проверить, может ли дефицит таурина вызывать старение у людей», — отметили ученые.

Спирт уносит в космос

Специалисты Омского государственного технического университета (ОмГТУ) нашли способ улучшить характеристики малых космических аппаратов (МКА). По мнению ученых, добиться этого можно с помощью спроектированной ими конструкции двигателя, которая работает на безопасной для человека спирто-водяной смеси.

МКА весят от 1 до 500 килограммов и выполняют различные научные и прикладные задачи, в том числе дистанционное зондирование Земли и космический мониторинг. Аппараты работают на электротермических (электронагревных) импульсных двигателях, в которых в качестве топлива используют фреоны, изобутан и другие вредные для человека газы. Конструкция же омских исследователей в этом смысле полностью безопасна. «Спирто-водяная смесь поступает из топливного бака в элементы автоматики и попадает в микродвигатель. Он состоит из большого числа газовых каналов и нагревателя. При подаче напряжения микродвигатель разогревается, топливо испаряется, образованный пар перегревается и создает силу тяги», — сообщил старший преподаватель кафедры «авиа- и ракетостроение» ОмГТУ Антон Лукьянчик.

В зависимости от задачи можно не менять автоматику, электроклапаны, микродвигатель, но топливную систему в виде бака и трубопроводов сформировать под конкретные цели. «С использованием многоцелевого метода структурного проектирования нам удалось разработать конструкцию двигательной установки с рядом преимуществ. При этом саму конструкцию можно легко изменять в зависимости от задач спутника», — добавляет Антон Лукьянчик. Среди других плюсов конструкции — обеспечение большего запаса характеристической скорости для орбитального маневрирования, возросшая надежность, сниженные масса и скорость создания двигательных установок.

Что тебе напечатать на ужин, дорогой?

Ученые Вятского государственного университета разработали новый подход к 3D-печати пищи и пополнили арсенал рецептов пищевых чернил чернилами на основе искусственно выращенных клеток каллусных тканей растений (каллус — растительные клетки, которые могут создать полноценное растение. — Прим. ред.).

«Продукты, полученные при помощи нашего метода пищевой 3D-печати, прошли испытания и полностью пригодны для питания. Мы подобрали оптимальные температуру и скорость печати, толщину слоев и другие параметры процесса», — рассказал Сергей Литвинец, проректор по науке и инновациям ВятГУ.

В данном случае ученые предлагают применять только материал, выращенный биотехнологическим путем, в отличие от других технологий пищевой 3D-печати, которые используют белки бобовых, клетки животных, модифицированный крахмал. Это позволяет создавать продукты с нужной пользователю текстурой, питательностью, внешним видом и вкусом. «Вероятно, пищевая 3D-печать может стать альтернативным способом доставки в организм биологически активных веществ. При помощи нашей технологии можно управлять не только составом продукта, но и, например, временем нахождения пищи в ротовой полости, что фактически является способом управления насыщением», — объяснил Сергей Литвинец.

Очень горячая акула

Ученые-экологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Калифорнийского университета Мерсед и Университета Уильяма Патерсона (США) выяснили, что самая большая из всех существовавших рыб — мегалодон — была теплокровной. Что, не исключено, и способствовало ее вымиранию около 3,6 млн лет тому назад.

Авторы сделали вывод о теплокровности гигантской акулы, изучив изотопный состав ее зубной эмали. Выяснилось, что рыба-монстр контролировала температуру тела, поддерживая ее примерно на семь градусов выше окружающей среды. Более высокая температура тела позволяла двигаться быстрее, жить в холодных регионах. Но это преимущество могло и погубить мегалодона, ведь нагрев требует дополнительной энергии. В отличие от истинно теплокровных млекопитающих, у которых терморегуляцию регулирует гипоталамус, акулы способны лишь сохранять тепло, произведенное мышцами. Моря же в те давние времена становились все холоднее. «Поддержание такого уровня энергии, который позволял бы удерживать нужную высокую температуру тела мегалодона, потребовало бы ненасытного аппетита», — сказал Рэнди Флорес, один из авторов исследования.

Чистая работа

Ученые из Лундского университета (Швеция) в новом исследовании рассказали, что происходит с водой, если из системы очистки убрать хлор. Выяснилось, что общее количество клеток увеличивается, но при этом появляются хищные бактерии Bdellovibrio, которые отлично справляются с вредными для людей бактериями.

«Хлор эффективно сдерживает рост бактерий, но существует риск негативного воздействия на здоровье его побочных продуктов. Хлор связан с раком и повреждением плода при беременности, поэтому исследование возможности заменить его другими способами актуально», — заявила Кэтрин Пол, соавтор научной работы.

Совместно со шведской водопроводной компанией из города Варберга ученые провели следующий эксперимент. В 2020 году в Варберге установили систему ультрафильтрации, которая не пропускает микроорганизмы из озер и грунтовых вод в воду потребителей. Хлор решили больше не использовать, но последствия такого шага для бактериальной флоры при этом были неизвестны. Так что исследователи брали пробы воды в течение шести месяцев из разных точек города при использовании хлора и после прекращения очистки воды с его помощью. Специалисты идентифицировали последовательности ДНК, обозначающие все бактерии в воде, и узнали, кто «живет» внутри труб до и после изменения технологии очистки воды.

Сразу после исключения хлора одни бактерии пустились в рост, другие голодали, но на третий месяц количество некоторых бактерий резко сократилось. А вот хищные бактерии Bdellovibrio разрослись. Кстати, ранее они никак о себе не заявляли, вероятно, скрываясь в биопленке, покрывавшей трубы изнутри. Эти бактерии прекрасно справлялись с остальными бактериями, вредными для человека, но сохраняли полезные.

Ученые полагают, что с помощью этих бактерий можно эффективно очищать воду. На сегодняшний день воду из шведского водопровода сочли безопасной и чистой. Но еще стоит оценить ее с точки зрения влияния на организм человека. Так что исследования будут продолжаться.

Чуешь, чем пахнет?

Ученые из Института биологии пищевых систем имени Лейбница при Мюнхенском техническом университете (Германия) разгадали уникальный аромат грецких орехов. Стоит заметить, что попытки выяснить, чем именно пахнет орех, уже предпринимались ранее. Впервые этим запахом заинтересовались ученые Ричард Кларк и Гарри Нурстен в 1976 году. Они даже выделили несколько летучих соединений из экстрагированного масла, но среди них не было ни одного, имеющего специфический ореховый аромат. Кларк и Нурстен пришли к выводу, что «запах грецких орехов, по-видимому, обусловлен коллективным действием ряда компонентов».

Их современные последователи довели эту работу до логического завершения. «Все ядра орехов, использованные в этом исследовании, были приобретены на местном розничном рынке во Фрайзинге, Германия. Во всех случаях ядра были высушены, но не обжарены, и на этикетке указывалось, что они были упакованы в атмосфере инертного газа. Образец грецкого ореха был выбран из множества марок на основании его характерного и ярко выраженного аромата грецкого ореха и отсутствия прогорклого и других посторонних привкусов, которые легко развиваются при хранении ядер грецких орехов в присутствии кислорода. Все анализы проводились сразу после открытия упаковки, в большинстве случаев в течение двух дней после покупки или, по крайней мере, до истечения срока годности», — отметили исследователи.

Ученые выделили из ядер грецких орехов около 50 подходящих активных пахучих соединений, среди которых присутствуют такие запахи, как маслянистый, травянистый, жареный, лист герани, вареный картофель, мед, кокос, карамель и другие. Но в ходе проведения следующих экспериментов стало ясно, что лишь 17 из обнаруженных веществ были доступны для обоняния человека.

Ученые выяснили, что одна из основных молекул, ответственных за аромат, — сотолон, напоминающая запах пажитника или карри. Второе соединение со сложным названием (2E, 4E, 6Z)-нона-2,4,6-триенал — это запах овсяных хлопьев. И вот когда пропорция этих молекул была один к одному, появлялся характерный запах грецкого ореха.

Сверхбыстрый синтез

Ученые Инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета придумали нечто новенькое в синтезе люминофорной керамики. Такая керамика необходима для производства диодов, лазеров и других фотонных приборов. Новый метод помогает точно управлять свойствами продукта, позволяет добиться высокой скорости и производительности.

«Особенность метода состоит в применении высокоэнергетического электронного пучка, под действием которого идет спекание порошков исходных оксидов. Разработка прежде всего ориентирована на создание в России импортонезависимого производства люминофоров для светодиодов, но в перспективе она позволит создавать широкий спектр материалов для современной фотоники», — рассказала Елена Полисадова, профессор отделения материаловедения Томского политеха.

Методы, которые ранее применялись для синтеза, неидеальны. Проблема — в дефектах структуры материала и ухудшении качества керамики из-за низкой управляемости процессов в ходе твердофазных реакций и вспомогательных веществ, которые, разлагаясь, остаются в керамике.

«Наша технология получения люминофорной керамики — самая быстрая из существующих, за одну секунду синтезируется сразу 10–20 граммов вещества. Смесь порошков подвергается мощному воздействию потока электронов, что приводит к радиолизу, то есть распаду оксидов на ионы с последующим соединением», — объяснила Елена Полисадова.

Радиация не пройдет

Исследователи Уральского федерального университета имени первого президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), Малайского технологического университета (Малайзия) и Университета Исра (Иордания) создали образцы материала, который может быть использован в ядерной энергетике и способен защитить людей от радиации. Это композит из эпоксидной смолы с наполнителем из наночастиц оксида цинка (ZnO).

«Вольфрам, уран и некоторые другие металлы с высокой экранирующей способностью нельзя использовать для защиты от излучения по экологическим и экономическим соображениям. Чистые полимеры плохо ослабляют рентгеновское и гамма-излучение, однако, добавляя в них химические элементы с более высокими атомными номерами, можно значительно повысить их экранирующую способность», — объяснил Олег Ташлыков, соавтор работы, профессор кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ.

Новый экранирующий материал может заменить свинец, который защищает от гамма-излучения, но сам по себе очень токсичен. Новый же материал устойчив к нагреву и химическому воздействию, может принимать требуемую прочность и жесткость, способен экранировать трудноступные пространства сложной формы. Кроме того, у него низкая себестоимость, он прост в производстве и экологически безопасен. Минус один — способность экранировать ниже, чем у свинца, но и этот показатель можно улучшить, сделав конструкцию толще.

Шаловливые пальчики неандертальцев

Ученые Турского университета (Франция) обнаружили старейшие из известных наскальных рисунков неандертальцев. Это узоры под названием «пальчиковые желобки» в виде сотни тонких полос, точек и волнистых линий. «Рисунки были нарочно нанесены, структурированы и не были сделаны быстро или без предварительного обдумывания», — уверен Жан-Клод Марке, археолог из Университета Тура.

Рисунки обнаружили в пещере Ла-Рош-Котар в регионе Валь-де-Луар на севере центральной части Франции. На стены пещеры нанесены нефигуративные отметины, которые можно интерпретировать как отпечатки пальцев и следы, оставленные человеческими руками. Исследователи провели фотограмметрию для создания 3D-моделей этих отметин, сравнивая их с известными и сделанными для эксперимента отметинами. Основываясь на форме, интервалах и расположении деталей рисунков, команда пришла к выводу, что рисунки представляют собой формы, созданные руками человека.

Пещера Ла-Рош-Котар была заблокирована из-за накопления осадочного материала около 57 тысяч лет назад. Значит, современные люди прежде там не появлялись. А вот то, что некогда в этом месте жили неандертальцы, подтверждают найденные в пещере каменные орудия и кости животных.

Однако разгадать, что именно изображено на рисунках, ученые не смогли. «Важно знать об этих древних следах неандертальцев, потому что они являются частью прошлого нашей территории и частью нашей истории. Мы никогда не узнаем, что они означают. Мы не неандертальцы, даже если у нас есть от 2 до 4% их генов», — отметил Жан-Клод Марке.

Суперлекарство на книжной полке

Ученые из Уорикского и Кембриджского университетов (Великобритания) совместно с коллегами из исследовательского центра Китая выяснили, что чтение в раннем возрасте способствует более стабильному психическому здоровью в будущем и развитию когнитивных способностей. Кроме того, это важное условие для получения удовольствия. «Чтение для удовольствия — одна из важных и приятных инициатив в области обучения детей. По сути, чтение — это когнитивно обогащающая деятельность по усвоению языка и информации в письменной форме, которая закладывает основу и в целом способствует приобретению знаний», — отмечают специалисты.

В исследовании приняли участие более 10 000 подростков из США. 48% начали читать книги в достаточно позднем для детей возрасте, остальные увлеклись чтением в период с 3 до 10 лет. Исследователи провели клинические интервью, когнитивные тесты, сканирование мозга, оценили психическое состояние и поведение участников эксперимента.

Те, кто в раннем детстве любил сидеть с книгой в руках, демонстрировали лучшие показатели в вербальном обучении, развитии памяти и речи, успеваемости в школе, психическом самочувствии. Также у них наблюдалось меньше признаков депрессии и стресса, они лучше концентрировали внимание, хорошо себя вели. Несомненным плюсом было и то, что эти дети меньше смотрели телевизор, использовали смартфоны или планшеты. Да и спали в среднем дольше.

Исследование методом сканирования выявило и плюсы раннего чтения для мозга. У читавших еще в раннем детстве подростков общая площадь мозга, включая регионы, ответственные за когнитивные функции, психическое здоровье, поведение и внимание, оказалась умеренно увеличенной.

Но сколько же надо читать, чтобы достичь таких отличных результатов? Ученые говорят, что в раннем возрасте достаточно 12 часов в неделю.