Новости науки: 10 событий мая

«Наука не является и никогда не будет являться законченной книгой. Каждый важный успех приносит новые вопросы, всякое развитие обнаруживает со временем все новые и более глубокие трудности», — говорил Альберт Эйнштейн. Давайте посмотрим, с чем столкнулись и что выяснили современные ученые в минувшем мае.

Сами мы не местные

Еще в начале прошлого века археологи раскопали в древнем городе Помпеи (да-да, том самом) здание, которое назвали «Дом кузнеца». Там были обнаружены кости двух человек. И лишь сейчас группа палеогенетиков во главе с Фабио Маччарди, профессором университета Калифорнии в Ирвине (США), смогла исследовать фрагменты ДНК, которые помогли установить происхождение и болезни людей античной эпохи.

«Нам впервые удалось извлечь значительную часть сегментов генома из останков двух древних жителей Помпей, пожилой женщины в возрасте старше 50 лет и 35–40-летнего мужчины. Геном мужчины удалось полностью восстановить. Его изучение раскрыло глубокие связи между жителями Рима и других регионов античного Средиземноморья», — отмечают исследователи.

Выяснилось, что мужчина не был коренным жителем этих мест. Его ДНК сравнили с данными 1030 жителей Древнего мира и 471 современного человека из Западной Евразии. Получилось, что заваленная пеплом жертва вулкана по происхождению была ближе к населению Апеннинского полуострова времен Римской империи и жителям современной центральной Италии. А если быть точнее, ученые обнаружили одну группу генов, которая в те годы была лишь у островитян с Сардинии или Мальты. Выходит, что обитатели регионов западного Средиземноморья активно друг с другом общались и мигрировали в другие регионы.

Также в обнаруженных останках мужчины были найдены фрагменты ДНК палочки Коха — микобактерии, вызывающей туберкулез. В те времена туберкулез был весьма «популярным» заболеванием, его следы встречались и в позвонках древнеегипетских мумий.

Тоже кит, только маленький

В рядах морских млекопитающих акватории Южных Курил пополнение! Новый вид китообразных — малый плавун, или плавун Сато (Berardius minimus), был обнаружен в 2021 году в Кунаширском проливе. Его заметили участники научной экспедиции Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, проекта FEROP и национального парка «Берингия».

«Об уникальной находке не сообщалось в прошлом году, так как важно было провести генетический анализ полученного с помощью биопсии материала, чтобы подтвердить видовую принадлежность встреченных китов», — объясняют специалисты.

Плавун входит в не очень изученное семейство — семейство клюворылых. Двух первых его представителей обнаружили относительно недавно. Найти их не так-то просто, поскольку много времени они проводят под водой и не выпускают сильные фонтаны, как это принято у китов. Но японские китобои уже достаточно давно сообщали о новом виде этих морских животных. В 2019 году японские ученые его официально описали и дали название — плавун Сато. В 2020 году группа Far East Russia Orca Project (FEROP, Дальневосточный проект по исследованию косаток) подготовила статью о трех обнаруженных экземплярах этого вида. Мертвых китов выбросило на побережье Сахалина и Южных Курил. Но подтвержденные встречи с живыми малыми плавунами до сих пор не были описаны.

И вот в 2021 году участники экспедиции увидели животных и даже взяли генетическую пробу у одного из них. Благодаря этому, ученые получили подтверждение тому, что имеют дело с тем самым новым видом. Фонтан у малого плавуна практически незаметен, да и сам кит почти не виден над водой. Название «малый плавун» связано с небольшими габаритами кита: представители этого вида достигают всего 6–7 метров в длину. Ученым повезло, что стая малых плавунов проплыла непосредственно рядом с их судном. Исследования планируется продолжить. Ученые уверены, что в ближайшее время они откроют много новых интересных фактов о жизни малых плавунов.

Точное расписание за пять секунд

Специалисты Центра компетенций НТИ по направлению «Искусственный интеллект» при МФТИ решили оптимизировать движение железнодорожного транспорта. И создали опытный образец многофункциональной интеллектуальной системы прогнозирования, моделирования и оптимизации движения железнодорожного транспорта ИСУДП «Прогноз». Она поможет диспетчерам контролировать нормативные графики движения поездов, вовремя замечать конфликтные ситуации, способные нарушить график, прогнозировать эти ситуации и искать пути решения по исправлению графика. Нейросеть учитывает примерно 30 дополнительных параметров, в том числе изменение скорости транспорта из-за изменения ландшафта.

«Это позволит создавать более точные расписания без участия человека максимум за пять секунд. Разработка будет полезна железнодорожным и логистическим компаниям, она рассчитана в первую очередь на диспетчеров», — рассказали специалисты центра.

Образец уже опробовали на расписании однопутного диспетчерского участка Монгольской (Улан-Баторской) железной дороги протяженностью 125 км. В результате на формирование корректного нормативного графика движения поездов на участке с интенсивностью 50 пар поездов в сутки ушло 20 секунд вместо 7 дней.

«На данный момент в системе используются три независимых модуля искусственного интеллекта, каждый из которых имеет свои методы обработки данных. По итогам опытной эксплуатации будет выбран лучший метод или на базе всех трех будет создан модуль синергетической обработки», — добавили в центре.

Черная невидимка

Астрономы глобальной исследовательской группы Event Horizon Telescope (EHT) представили первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашей с вами галактики Млечный Путь. Чтобы получить изображение, ученым пришлось объединить восемь радиообсерваторий в единый виртуальный телескоп. Несколько ночей он собирал данные, как бы делая снимок на длинной выдержке.

Ранее ученые обнаружили звезды, вращающиеся вокруг чего-то невидимого, компактного и очень массивного в центре Млечного Пути. Фото же свидетельствует о том, что этот объект, известный как Стрелец A*, — действительно, черная дыра.

Конечно, саму по себе черную дыру увидеть невозможно, настолько она черна. Но на помощь пришел светящийся вокруг нее газ, в центре которого — область, которую называют тенью. «Мы были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. Это наблюдение позволило нам понять, что происходит в самом центре нашей Галактики, и дало новое понимание того, как гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением», — говорит Джеффри Бауэр, ученый проекта EHT из Института астрономии и астрофизики Академии Синика (Тайвань).

Команда исследователей уже попыталась записать видео с черной дырой. Прогресса добились, но цели пока не достигли. Поэтому в будущем исследователи хотят включить в процесс еще больше телескопов по всему миру для сбора большего количества данных.

Суперанализ крови

Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского (СГУ) создали прототип «in vivo цитометра», который может рассмотреть практически весь объем крови человека и обнаружить в нем посторонние объекты — патогены, раковые клетки, тромбы. Эта современная технология называется проточной цитометрией.

«Основное отличие созданного нами «in vivo цитометра» от обычного заключается в том, что, поскольку исследуется протекающая кровь, он может рассмотреть практически весь объем крови в организме, что позволяет находить очень редкие популяции объектов», — сказал Даниил Браташов, доцент Института физики СГУ.

Исследования проводили на крысах. Их подключили к установке, похожей на машину для гемодиализа. Часть артериальной крови животных с помощью катетера выводилась во внешнюю стерильную ячейку, а затем возвращалась в вену.

Среди возможных вариантов применения новой технологии ученые называют использование для научных исследований процессов в крови, в том числе распространения раковых клеток, зародышей тромбов из клеток, которые склеиваются между собой, и поиска патогенов при остром заражении крови.

«Мы дорабатываем оптическую систему, чтобы получить возможность исследовать не только количественные признаки объектов, но и наблюдать их непосредственно невооруженным глазом (как в микроскопе). Кроме того, мы продолжаем развивать программное обеспечение, чтобы сделать его максимально удобным для пользователя (биолога или медика-исследователя), который смог бы, не разбираясь глубоко в технологии, просто получать изображения посторонних объектов в кровотоке, подсчитывать их статистику и группировать эти объекты при их большом количестве», — отметил Браташов.

Это «жжж» неспроста

Европейские и южноамериканские биологи выяснили, что летучие мыши, живущие в лесах Италии, отпугивают хищных сов, издавая звуки, похожие на жужжание шершней. Причем раздраженных шершней!

«Представьте себе, что сова поймала, но еще не убила летучую мышь. Жужжание шершня может отвлечь ее внимание на мгновение, что позволит рукокрылой жертве птицы сбежать. Наши опыты с совами показали, что эти птицы часто пугаются подобных звуков», — отметил Данило Руссо, научный сотрудник Неаполитанского университета имени Фридриха II (Италия).

Это отличный пример звуковой мимикрии среди рукокрылых млекопитающих, а именно больших ночниц (Myotis myotis). Ученые обратили внимание на этот не характерный для мышей звук, когда извлекали их из ловчих сетей. Звук записали и сравнили с реальным жужжанием медоносных пчел и обыкновенных шершней в момент нападения на человека или животного. (Помните, как говорил Винни Пух при встрече с пчелами: «Это «жжж» неспроста»?) Затем проверили, как на этот звук реагируют совы-сипухи и неясыти, которые любят полакомиться летучими мышами. Оказалось, они стремятся покинуть место, если слышат жужжание.

Кстати, чаще в природе встречается мимикрия визуальная, когда изначально безобидные виды животных преображаются в псевдоопасные: например, молочная змея приобретает окраску с красно-черно-желтыми полосками, как и ядовитые коралловые аспиды рода Micrurus. Акустические мимикрии встречались и у насекомых, но теперь ученые обнаружили первый и весьма любопытный пример акустической мимикрии среди млекопитающих.

Вода из воздуха

Ученые из Техасского университета (США) предложили способ получения воды из сухого воздуха пустыни. Помочь в этом должны сверхгигроскопичные полимерные пленки.

Несомненный плюс этой технологии — низкая стоимость необходимых материалов: всего два доллара за килограмм. При этом один килограмм пленки может собрать до 5,8 литра воды в день в районах с относительной влажностью менее 15% и до 13,3 литра — в районах с относительной влажностью до 30%.

«Эта новая работа посвящена практическим решениям, которые люди могут использовать для получения воды в самых жарких и засушливых местах на Земле. Это могло бы позволить миллионам людей, не располагающих постоянным доступом к питьевой воде, иметь дома простые водогенерирующие устройства, которыми они могли бы легко управлять», — говорит Гуйхуа Ю, соавтор статьи, профессор Кокреллской инженерной школы Техасского университета.

Кстати, полимерную пленку можно сделать буквально «на коленке». Для ее «скелета» нужно взять две пищевые добавки (гидроксипропилцеллюлозу и конжаковую камедь) и смешать их, получив пористую структуру, которая помогает лучше захватывать влагу из атмосферы. В порах — гигроскопичная соль. В итоге эффективность водосбора в среднем достигает 87%. Пленка собирает влагу из воздуха, накапливает ее, после чего пленку надо нагреть до 60 °С и получить конденсат. Сделать это можно даже дома при наличии необходимых материалов.

Унюхать опасность

Ученые Токийского университета (Япония) разобрались в восприятии и обработке информации нашим мозгом разнообразных запахов. Для этого они разработали устройство, которое передает ароматы точно в нос человека. Испытуемые вдыхали 10 различных ароматов, а пока они это делали, сигналы мозга записывались с помощью электроэнцефалографии. Полученные данные обработали посредством методов машинного обучения, что дало возможность увидеть, когда и где мозг обрабатывает запахи.

Оказалось, что информация передается довольно быстро — уже через 100 миллисекунд после поступления аромата. Сознательное же восприятие наступало позже. Неприятные запахи, например гнили или тухлого мяса, мозг через 300 миллисекунд отличал от нейтральных и приятных. На приятные запахи требовалось больше времени — около 500 миллисекунд. Память и области мозга, участвующие в эмоциональной и семантической обработке, подключаются через 600–850 миллисекунд. Возможно, мозг получил возможность опознавать неприятные запахи в первую очередь в ходе эволюции: ведь такие запахи могли сигнализировать об опасности.

Изучение реакции мозга на запахи крайне важно. В частности, ученые уверены, что эти знания помогут в ранней диагностике болезней Альцгеймера и Паркинсона, ведь нарушение восприятия запахов является одним из первых их симптомов.

Склеит, но не навредит

В производстве фанеры сегодня используются весьма опасные для здоровья клейкие материалы на базе фенолов и формальдегида. Химики под руководством Лэя Хуна, научного сотрудника Юго-Западного университета лесного хозяйства в Куньмине (Китай), создали безопасный клей.

Надо заметить, что ученые уже пытались создать подобную экологичную альтернативу. Но масса на базе крахмала и обычной сахарозы не обладала повышенной прочностью и растворялась в воде. К тому же в производстве в качестве присадки использовались соединения металлов, а это делало производство более дорогим и менее безопасным.

Китайские химики решили эту проблему: они разбили длинные молекулы крахмала и сложных сахаров на маленькие звенья, соединили их с органической кислотой, мешающей их повторному соединению. Пришлось поэкспериментировать. Но решение пришло! Выяснилось, что для получения эффективного клея нужно смешать глюкозу и кислоту в соотношении три к пяти, после чего прокипятить раствор около часа. Получился безопасный клей, который отлично сшивает листы шпона, не растворяется в воде и выдерживает механические нагрузки.

Комбайны как динозавры нашего времени

Механизация сельского хозяйства значительно облегчила нам жизнь. Но при этом тракторы, комбайны и прочая сельхозтехника значительно «подросла» с середины прошлого столетия. Исследователи отметили, что по тяжести современные аграрные машины приближаются к весу самых больших динозавров — зауроподов. Так, знаменитый диплодок, по разным оценкам, весил от 20 до 80 тонн. Между тем общий вес груженых зерноуборочных комбайнов увеличился почти в 10 раз, с примерно 4000 кг в 1958 году до примерно 36 000 кг в 2020 году, при этом колесные нагрузки на переднюю ось увеличились с 1500 до 12 500 кг.

В итоге, появилась реальная проблема уплотнения грунта, когда воздух из земли вытесняется, вследствие чего снижается урожайность. Кроме того, уплотнение почвы может вызывать наводнения. Об этом сообщили ученые из Шведского университета сельскохозяйственных наук в Уппсале и Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе.

«Мы обнаружили, что 20% мировой площади пахотных земель подвержены риску хронического уплотнения недр, особенно в регионах, которые играют главную роль в мировом производстве продуктов питания. Возникают вопросы о потенциальном воздействии современных сельскохозяйственных машин на продуктивность земли. Мы предполагаем, что неограниченное «бродяжничество» зауроподов имело бы такие же неблагоприятные последствия для пашни, как и сегодняшняя сельхозтехника», — пишут авторы работы.

Больше всего страдают земли Северной Америки и Европы, поскольку техника там работает мощная, а грунт довольно влажный, а меньше всего — засушливые регионы запада США, юго-запада Австралии, Саудовской Аравии, юга России, а также отдельных регионов Африки и Азии. Ученые отметили, что пострадала уже пятая часть всех пахотных земель в мире и восстановить их, к сожалению, практически невозможно.