Новости науки: 10 событий марта

«В любой науке столько истины, сколько в ней математики», — сказал великий немецкий философ Иммануил Кант. В нашем обзоре новостей науки за март тоже немало впечатляющих цифр и других удивительных фактов.

Математическая плотина защитит от наводнений

Ученые Лаборатории городских технологий и пространственного развития Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК) научились прогнозировать затопление территорий и давать оценку ущерба от паводков. Это стало возможным благодаря разработанной ими модели, в основе которой лежит анализ данных о рельефе, климатических условиях, топографии и гидрологии территории, среднемесячном количестве осадков, движении льда, близости к рекам или другим водоемам. Как отмечают ученые, рассчитать зону затопления теперь можно с точностью до конкретной постройки.

Пилотным регионом проекта стал город Сыктывкар в Республике Коми. Специалисты составили для него подробную 3D-карту сезонных подтоплений. Эта математическая модель будет полезной для регионов России с преобладанием низменностей или риском повышения уровня рек из-за таяния снегов или льдов. Данные позволят понять, где надо создавать инфраструктуру защиты от наводнений, заранее продумать пути эвакуации населения и разработать системы оповещения. Возможно, в каких-то случаях хватит трансформации водоотвода, а где-то придется эвакуировать жителей до начала паводков.

«Пространственные данные помогают не только оценивать текущее состояние территорий, но и прогнозировать возможные риски в будущем. Мы в лаборатории активно отслеживаем явления, которые угрожают здоровью и имуществу граждан, и в соответствии с этим разрабатываем решения на основе научно выверенных данных. О проблеме паводков мы узнали от специалистов отрасли и подкрепили это анализом статистики МЧС. Нашей задачей при разработке алгоритма был точный прогноз затопляемой площади и оценка материального ущерба. Это особенно важно, так как помогает принимать взвешенные решения по предотвращению подобных ситуаций в будущем», — рассказал Алексей Курлов, заведующий лабораторией.

Чем болел Бетховен

Международная группа ученых впервые секвенировала геном композитора Людвига ван Бетховена (секвенирование — определение аминокислотной или нуклеотидной последовательности биополимеров. — Прим. ред.). Специалисты из Кембриджского университета (Великобритания), Боннского университета (Германия), Института эволюционной антропологии Макса Планка (Германия) и других научных организаций выяснили важные детали здоровья музыкального гения и интересные факты о его происхождении.

ДНК «изъяли» из пяти прядей волос Бетховена, сохранившихся до наших дней. Целью исследования стало изучение проблем со здоровьем музыканта в годы его жизни: Бетховен, как известно, страдал от прогрессирующей потери слуха, приведшей, в конце концов, к глухоте, а также хронических желудочно-кишечных болей и тяжелого заболевания печени, что и привело к его смерти в 1827 году. Еще в 1802 году Бетховен в своем завещании потребовал, чтобы после смерти данные о его болезни описали и обнародовали. Медицинские биографы с тех пор предложили множество гипотез на сей счет.

Однако современные ученые признаков предрасположенности Бетховена к глухоте и заболеваниям желудочно-кишечного тракта не нашли, зато подтвердили факторы риска развития заболеваний печени и пришли к заключению, что Бетховен был инфицирован гепатитом В по крайней мере за несколько месяцев до смерти.

«Из «разговорных книг» Бетховена, которыми он пользовался в последнее десятилетие своей жизни, мы можем сделать вывод, что он регулярно употреблял алкоголь, хотя объемы потребления оценить трудно. Большинство его современников утверждали, что потребление было умеренным по венским стандартам начала XIX века. Вероятно, на сегодняшний день такое количество алкоголя считалось бы вредным для печени. В сочетании с генетическими факторами риска это способно объяснить цирроз печени», — отметил Тристан Бегг, ведущий автор, доктор Кембриджского университета.

Обнаружился и еще один интересный момент: у ныне живущих представителей рода ван Бетховенов в Бельгии не было совпадений с ДНК композитора. Ученые сделали вывод, что это стало результатом как минимум одного «события внепарного отцовства», когда ребенок появляется на свет в результате внебрачных отношений. И событие это, судя по всему, произошло по прямой отцовской линии между зачатием Хендрика ван Бетховена в Кампенхауте (Бельгия) в 1572 году и зачатием Людвига ван Бетховена семью поколениями позже, в 1770 году, в Бонне (Германия).

Пижма поможет сердцу?

Ученые Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Россия) обнаружили массу новых полезных свойств пижмы обыкновенной, латинское название которой Tanacetum vulgare L. Происходит, по одной из версий, от греческого слова athanasia — «бессмертие».

Специалисты собрали растение в Калининградской области, высушили пижму в естественных условиях и провели экстракцию (извлекли конкретные компоненты). В ходе исследований ученые использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии для определения полезных свойств растения.

«Нами выделены биологически активные вещества (БАВ) из пижмы обыкновенной, произрастающей в Балтийском регионе. В рамках исследования удалось подтвердить уже описанные в литературе свойства пижмы, а также обнаружить новые», — рассказал Станислав Сухих, заведующий лабораторией микробиологии и биотехнологий БФУ.

Среди новых свойств — влияние пижмы на мутагенные клетки, уменьшение гипоксии клеток, общее антиокислительное, противомикробное и кардиопротекторное воздействие. Ученые уверены, что растение можно использовать для производства средств, помогающих поддерживать активность и способствовать долголетию человека.

Однако для дальнейших исследований в этом направлении необходимо задействовать пижму, произрастающую и в других регионах страны, ведь в зависимости от географии меняется и состав микроэлементов в растении. Например, в балтийском эфирном масле пижмы — 15 различных компонентов. Это более разнообразный по сравнению с растениями других регионов состав.

Здравствуйте, это доставка водорода!

Химики Самарского государственного технического университета совместно с коллегами из Германии разрабатывают технологию хранения и транспортировки водорода. Водород хорош тем, что в единице его массы примерно в три раза больше энергии, чем в бензине или дизеле, и при сгорании он образует безопасную воду. Однако его хранение и транспортировка пока слишком дороги, поэтому использование водорода нерентабельно. Но специалисты решают этот вопрос: в своей статье они проанализировали термохимические свойства бензинтолоулов. Это класс веществ — накопителей водорода. В будущем станет возможным перевозить водород не в сжиженном или сжатом виде под большим давлением либо при очень низкой температуре, как сегодня, а использовать технологию химического связывания: в этом случае водород связывается с бензинтолуолами и другими органическими молекулами, получаемыми из нефти. Получается негорючая жидкость с токсичностью не выше, чем у дизеля или другого вида топлива. Выделить водород из полученной смеси, похожей на моторное масло, можно будет и на распределительных станциях, и внутри специальных перспективных двигателей.

«Наши результаты позволят развивать технологии безопасного хранения водорода и его транспортировки на очень большие расстояния. Использовать для этого можно существующие трубопроводы и другую инфраструктуру для ископаемых энергоносителей, отказавшись от чрезвычайно дорогостоящей инфраструктуры для работы со сжатым или сжиженным газом», — отметил Сергей Востриков, заведующий кафедрой газопереработки, водородных и специальных технологий СамГТУ.

Где так вольно дышит человек?

Исследователи из Китая и Австралии выяснили, остался ли на нашей планете чистый воздух. Для этого они изучили метеорологическую информацию за 2000–2020 годы, полученную из 65 стран. Ученые оценивали уровень взвешенных частиц PM2.5, которые в больших дозах вредны для сердечно-сосудистой системы. Самый высокий уровень этих частиц обнаружили в Восточной Азии, Южной Азии, Северной Африке. А вот Австралия, Новая Зеландия, другие регионы Океании и Южная Америка смогли похвастаться наиболее низким среднегодовым содержанием PM2.5.

«В Южной и Восточной Азии более 90% дней в 2000, 2010 и 2019 годах имели суточные концентрации PM2.5 выше 15 мкг/м3. В Океании, особенно в Австралии и Новой Зеландии, в 2019 году наблюдалось заметное увеличение числа дней с высокими концентрациями [частиц]», — отмечают ученые. На основании результатов исследования они сделали вывод, что безопасным можно считать воздух лишь на 1% территории Земли. Впрочем, в некоторых регионах Земли явно не хватает станций мониторинга, поэтому эти данные, возможно, не вполне точно отражают ситуацию.

А мы недооценивали мозг!

Ученые из Медицинского центра при Университете Утрехта (Нидерланды) уточнили возраст, когда у людей начинает снижаться эффективность работы мозга. Клинический технолог Дориен ван Блуйс и невролог Франс Лейтен вместе с коллегами проанализировали скорость обработки данных мозгом и ее изменений с возрастом. Для этого они провели измерения с помощью внутричерепной электрокортикографии, состоящей из 60–100 электродов и фиксирующей активность мозга. Участниками эксперимента стали 74 человека в возрасте от 4 до 51 года, которым были установлены электроды из-за операции по поводу эпилепсии.

Развитие быстрой связи между областями человеческого мозга важно в плане когнитивной функции. Скорость нейронной передачи является основным компонентом многих вычислительных моделей человеческого мозга. Выяснилось, что эта скорость увеличивается с годами — от двух метров в секунду у детей четырех лет до четырех метров в секунду в 30–40 лет. Только после этого возраста он замедляется. «Наш мозг продолжает развиваться намного дольше, чем мы думали», — говорит ван Блуйс. Раньше считалось, что мозг начинает угасать после 25 лет, сейчас же стало понятно, что процесс начинается в возрасте от 30 до 40 лет.

К тому же, ученые уже давно пытаются составить карту связей в мозге. «Используя наши данные, исследователи могут создавать новые и более совершенные компьютерные модели, расширяющие наше понимание мозга. Мы ожидаем, что наша работа будет способствовать развитию не только исследований эпилепсии, но и других заболеваний головного мозга», — отметил Франс Лейтен.

Невероятный алмаз из России

Ученые Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) обнаружили самый древний на сегодняшний день алмаз в образцах из кимберлитовой трубки Удачная (Якутия). Возраст его — около 3,6 млрд лет, а размер — 0,3 миллиметра. Алмаз включен в 1,5-сантиметровое зерно оливина (оливин — породообразующий минерал. — Прим. ред.). Фото алмаза попало на обложку журнала Minerals.

Найденный кристалл, как предполагается, образовался либо из силикатного либо из сульфидного расплава, затем его захватил растущий кристалл оливина из тугоплавких ультраосновных пород, которые формировали литосферную мантию.

Фото: Институт геологии и минералогии СО РАН

«В целом эта находка и ее изучение подтвердили ранее умозрительные предположения о времени и параметрах формирования нижних горизонтов литосферы, достигающих значений давлений и температур области стабильности алмаза и, соответственно, периоде появления в них самых первых на планете алмазов. Кристалл из Удачной на сегодня, видимо, древнейший на Земле: по крайней мере, среди тех, что держал в руках и изучил человек. Мы также показали, что условия образования алмазов в ту эпоху значительно отличались от характеристик более поздних процессов формирования основной массы добываемых кристаллов. Изменились как среда, так и диапазон температур и давлений, а соответственно, глубин образования более поздних алмазов в более мощной и остывшей литосфере», — подытожил Николай Похиленко, академик, научный руководитель Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН.

Глобальное потепление подогревает рынок кофе

Специалисты австралийского Государственного объединения научных и прикладных исследований (CSIRO), а также Национального научного агентства Австралии и Университета Южного Квинсленда выяснили, что изменение климата губительным образом сказывается на… кофе. Они изучили температуру, осадки и влажность в 12 крупнейших странах — производителях кофе в период с 1980 по 2020 год. В числе этих стран, в частности, Бразилия, Перу и Мексика в Южной и Центральной Америке, Уганда и Эфиопия в Африке, Вьетнам и Индонезия в Юго-Восточной Азии. Именно на эти страны приходится 90% мирового производства кофе. За последние 40 лет в каждом из перечисленных регионов выросла частота климатических неприятностей и изменилась их суть: например, если раньше неурожай случался из-за похолоданий, то теперь его причиной становится экстремальная жара и засуха.

«Учитывая, что прогнозы изменения климата показывают дальнейшее повышение температуры в тропиках, мы предполагаем, что производство кофе может столкнуться с продолжением системных потрясений. Как и в случае с другими культурами, для мировой торговли кофе системный риск связан с глобальным неурожаем», — отметил Дуг Ричардсон, ведущий автор исследования. А значит, не исключены перебои в поставках кофе и рост цен.

Рулоны проблем

Ученые из Университета Флориды (США) выяснили, что туалетная бумага по всему миру содержит соединения PFAS: это класс из примерно 14 000 химических веществ, которые используются для защиты товаров от воды, пятен и тепла. Их еще называют «вечными химикатами», потому что они способны сохранять устойчивость тысячелетиями, накапливаясь при этом в окружающей среде и в организме человека, вызывая онкологические заболевания, осложнения внутриутробного развития, болезни печени, почек, аутоиммунные расстройства и другие серьезные проблемы со здоровьем. С бумагой эти пер- и полифторалкильные вещества попадают в сточные воды, после чего возвращаются к людям с дождем, рыбой и морепродуктами.

Специалисты изучили бумагу 21 крупного бренда из Северной Америки, Западной Европы, Африки, Центральной Америки и Южной Америки и обнаружили шесть соединений PFAS. Самым популярным оказался фтортеломер фосфат диэстер (diPAP) в соотношении 6:2. При попадании в окружающую среду он может преобразовываться в высокотоксичное соединение PFOA. Также исследователи изучили сточные воды на восьми очистных сооружениях. И тоже нашли там PFAS.

Ученые уверены, что обнаруженные низкие уровни PFAS говорят, скорее, о том, что попадают они в бумагу из-за используемых смазочных материалов, необходимых для производственного процесса.

Лучше недосып, чем гиподинамия

Китайские ученые выяснили, что нивелировать отрицательное влияние на продолжительность жизни недостатка или переизбытка сна можно с помощью физической активности.

Исследование базировалось на данных Британского биобанка. Специалисты изучили информацию о 92 221 взрослом в возрасте от 40 до 73 лет. Коротким сном они назвали шестичасовой сон, длинным сном — тот, что длился более 8 часов. Физическая активность, в соответствии с рекомендациями ВОЗ, в норме для взрослого человека должна составлять от 150 до 300 минут в неделю. Поэтому участники эксперимента в течение недели носили браслет с акселерометром, данные которого и позволили определить активность людей. Что касается данных смертности, то за семь лет наблюдения умерло 3080 участников: 1074 от сердечно-сосудистых заболеваний и 1871 — от онкологических заболеваний.

Ученые проанализировали результаты эксперимента, скорректировав их с учетом возраста, пола, этнической принадлежности, уровня образования, индекса массы тела, диеты, курения, употребления алкоголя и других факторов, способных повлиять на смертность. В итоге, у тех людей, кто мало занимался физкультурой и спортом, короткий сон увеличивал риск смерти от всех возможных причин на 16%, а продолжительный сон — на 37%. Для тех, кто придерживался золотой середины, вредным оказался только короткий сон, увеличивая вероятность смерти на 41%. У тех же, кто тренировался много, продолжительность сна в принципе не влияла на смертность. Риск смерти от сердечно-сосудистых заболеваний у спящих шесть часов и почти не занимающихся спортом увеличивался на 69%. Но он исчезал, стоило увеличить количество упражнений хотя бы до умеренного объема. Риск смерти от онкологических заболеваний у тех, кто спал долго и мало тренировался, повышался на 21% и исчезал при умеренном или большом объеме упражнений.

«Наши результаты показывают, что усилия по укреплению здоровья, направленные как на физическую активность, так и на продолжительность сна, могут быть более эффективными в предотвращении или отсрочке преждевременной смерти у людей среднего и пожилого возраста, чем сосредоточение внимания только на одном факторе. Наше исследование показывает, что достаточное количество упражнений может частично компенсировать пагубные последствия отсутствия хорошего ночного сна», — отметил доктор Джихуэй Чжан из Медицинского университета Гуанчжоу.