Новости науки: 10 событий ноября

«Искусство — это «я»; наука — это «мы»», — сказал Клод Бернар (1813–1878), знаменитый французский медик, основоположник эндокринологии. Действительно, научные открытия — это зачастую результат труда большого количества людей. Подтверждают этот факт и открытия, которые вошли в наш обзор новостей науки за ноябрь.

Разрушить «нитку», но оставить «бусины»

Благодаря изобретению ученых из Северо-Западного университета (США), прочный пластиковый мусор из нейлона-6, загрязняющий воды мирового океана, сможет разлагаться легко и безвредно для окружающей среды. На помощь придет новый катализатор на базе иттрия и других редкоземельных металлов-лантаноидов.

По данным Всемирного фонда дикой природы, каждый год в океан выбрасывается до 1 млн тонн рыболовных снастей. Рыболовные сети из нейлона-6 составляют не менее 46% Большого Тихоокеанского мусорного пятна. Этот мусор может разлагаться тысячи лет, разрушая кораллы, убивая птиц и морских обитателей.

Сегодня нейлон-6 утилизируют, просто закапывая его на свалках. Если материал сжигать, выделяются токсичные загрязнители, такие как, например, оксид азота или углекислый газ. Методы решения проблемы, которые предлагают различные лаборатории, требуют либо экстремально высоких температур, либо пара высокого давления, либо токсичных растворителей. Но команда Тобина Маркса, профессора Северо-Западного университета, предложила использовать для этих целей «зеленый» катализатор из нескольких ароматических углеводородных молекул, соединенных с атомами иттрия, а также лантана и других похожих на него редкоземельных металлов. Нейлон-6 нагревается до температуры плавления, на него наносится катализатор. После этого пластик за несколько часов распадется на кольцеобразные молекулы капролактама — вещества, из которого он производится.

«Можно представить себе молекулу полимера как своеобразное ожерелье или нитку, на которую нанизано множество бусин. Каждая из них является мономером, простейшим составляющим звеном полимерной молекулы. Мы разработали подход, который позволяет разрушить нитку, но при этом оставить бусины целыми», — объяснил Маркс.

Полученные мономеры затем можно использовать для повторного создания полимеров. «Инновационный подход устраняет критический пробел в существующих технологиях переработки, предлагая практичное и эффективное решение проблемы нейлоновых отходов. Мы считаем, что это важно для сокращения воздействия пластика на окружающую среду и содействия развитию экономики замкнутого цикла», — отмечают ученые.

Грибковый кворум отменяется

Ученые Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова выяснили, как разрушить у грибков чувство кворума, то есть их способность общаться друг с другом в рамках одной популяции. Это открытие, как ожидается, поможет в борьбе с грибковыми заболеваниями у людей, животных и растений. Ведь грибки, как и бактерии, могут приобретать устойчивость к лекарственным препаратам, поэтому ученые ищут новые пути борьбы с инфекцией .

«Чтобы понять, в каком направлении двигаться, мы провели масштабное аналитическое исследование и пришли к выводу, что наиболее перспективными оказались сочетания гидролитических ферментов с наночастицами серебра или содержащими цинк металлоорганическими каркасами», — рассказала Ольга Маслова, автор исследования и исполнитель проекта, научный сотрудник химического факультета МГУ. Специалисты создали комбинацию двух типов противогрибковых средств для комплексной борьбы с патогенными грибками: сочетание кератиназы, глюконазы или хитиназы с наночастицами серебра, а также лактоферина с цинксодержащими металлоорганическими каркасами. Металлы и ферменты воздействуют на грибки с помощью разных механизмов: первые снижают устойчивость грибков, а вторые воздействуют на сами грибные клетки и молекулы, которые отвечают за чувство кворума. Это позволяет действовать максимально эффективно.

Так вот почему жужжит в обоих ушах

Группа американских нейрофизиологов под руководством Стефана Мэзона, доцента Гарвардской медицинской школы (США), изучила звуковые нервы пациентов, страдающих тиннитусом, — так в медицине называется шум или звон в ушах без внешнего акустического стимула. Исследователи пришли к выводу, что его наличие у людей с нормальным слухом объясняется дегенерацией слухового нерва.

Многие люди с потерей слуха жалуются на жужжание, гудение, звон или даже рев в ушах. Прежде бытовало мнение, что эти симптомы возникают в результате неадаптивной пластичности мозга: мозг пытается компенсировать потерю слуха за счет повышения своей активности, и в результате возникает фантомный звук — шум в ушах. Но до недавнего времени эта идея оспаривалась, поскольку у некоторых людей с тиннитусом тесты на слух оказывались в норме.

«Мы изучили повреждения звуковых нервов у множества пациентов, у которых ранее не выявлялись нарушения слуха. Эти замеры указали на то, что жалобы на тиннитус были статистически связаны с определенными типами повреждений этих нервов и сбоями в их работе. К примеру, многие наши пациенты значительно хуже слышали в шумной обстановке и хуже воспринимали очень слабые звуки с частотой выше 3 кГц, чем здоровые добровольцы», — отмечают исследователи.

Специалисты наблюдали за 294 здоровыми добровольцами в возрасте 18–72 лет, у которых ранее не было проблем со слухом. Около 200 из них не слышали шум в ушах, остальные говорили, что слышат его периодически или постоянно. Исследователи подтвердили, что тиннитус развивается вследствие того, что у центральной нервной системы снижается способность подавлять излишнюю активность при потере части периферийных звуковых нервов, передающих сигналы из органов слуха в ткани мозга. Поэтому они верят, что регенерация этих нервов может подавить или избавить страдальцев от звона в ушах.

10–15% взрослого населения во всем мире страдают от шума, а у 2–4% населения тиннитус вызывает бессонницу, социальную изоляцию, тревогу и депрессию. На сегодняшний день лекарства от этой проблемы не существует. «Мы не сможем вылечить шум в ушах, пока полностью не поймем механизмы его возникновения. Эта работа является первым шагом на пути к нашей конечной цели – заставить замолчать шум в ушах», — отмечают авторы исследования. Теперь ученые планируют выяснить, может ли восстановление функции слухового нерва помочь с этой проблемой.

Ваше плодородие!

Группа исследователей под руководством Сунь Чжэньцая, профессора Китайского сельскохозяйственного университета, выяснила, что почва Луны может стать плодородной. На помощь придут земные бактерии.

Специалисты провели опыты на аналогах реголита — пылеобразного лунного грунта, состоящего из измельченных фрагментов астероидов, метеоритов и пород коры, которые были доставлены на Землю американской космической миссией «Аполлон-14» в 1971 году. Выяснилось, что в реголите мало растворимых соединений фосфора, которые крайне важны для роста растений.

«Мы проверили, можно ли использовать микробы для преобразования лунного грунта в субстрат для выращивания растений. Проведенные нами опыты показали, что три из пяти изученных нами бактерий, способных извлекать фосфор из неорганической среды, могут жить в лунном грунте, повышать биодоступность соединений фосфора и тем самым ускорять рост растений», — пишут ученые.

Исследователи взяли саженцы вида Nicotiana benthamiana, австралийского табака, и высадили в образцы лунной почвы, которую удобрили смесью бактерий. Благодаря бактериям табак рос в лунном грунте примерно так же быстро, как и в земной почве. А значит, такую удобренную лунную почву можно будет использовать когда-нибудь в будущем на лунных базах и в колониях.

Мозозавр мозозавру не конкурент

А все потому, что они придерживались разных диет. Это обстоятельство ученые из Утрехтского университета (Нидерланды) выяснили по зубам. Несмотря на то, что пять видов мозазавров (семейство морских ящеров, вымерших порядка 66 млн лет назад) жили примерно в одно время и на одной территории, пищевые предпочтения у них отличались. Кстати, этим они похожи на современных крокодилов, кайманов и гавиалов.

Ученые исследовали структуры микротрещин на поверхности зубов крупных и мелких морских рептилий, останки которых были обнаружены в отложениях конца мелового периода, сформированных 70–66 млн лет назад. Найдены они были в южном Лимбурге (Нидерланды) и в окрестностях Эбен-Эмаэля (провинция Льеж, Бельгия). Чтобы досконально все изучить, специалисты изготовили силиконовые слепки зубов и провели трехмерный анализ текстуры микроизноса зубов.

«Мы обнаружили, что диеты более мелких и наиболее крупных видов мозазавров заметно отличались друг от друга, так же как и диеты разных крупных видов. В частности, мозазавры вида Prognathodon с большими коническими зубами должны были поедать на удивление много моллюсков, а мозозавры другого вида, Plioplatecarpus, с узкими, острыми и сильно потертыми зубами, возможно, предпочитали рыбу с особо прочной чешуей», — рассказала Фемке Холверда, научный сотрудник Утрехтского университета.

Благодаря этому исследованию найдены некоторые недостающие части головоломки давно исчезнувшего мира последнего мелового периода.

Пыльная работа

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета совместно с коллегами из Федерального научного центра управления рисками (ФНЦ) с математической точностью рассчитали, как промышленная пыль влияет на здоровье людей. Для этого они создали математическую модель, позволяющую изучить турбулентное течение воздуха с твердыми частицами пыли разных форм и размеров в верхних дыхательных путях. Трехмерная модель правой части носовой полости человека была создана на основе томографических снимков 30 взрослых здоровых людей. С ее помощью специалисты смогли понаблюдать за процессом нагревания воздуха в носу при внешней температуре от –25 до +25°С и изучить течение воздуха с пылинками различных размеров, понаблюдать, как они оседают в носовой полости.

«Мы рассматривали конкретный состав пыли, образованной в результате работы отрезного станка на машиностроительном производстве. При данной технологической операции образуется большое количество частиц, 67% которых имеет размер от 10 до 800 микрометров, что можно сравнить с размером микроорганизмов или толщиной волоса», — объяснила Нина Зайцева, научный руководитель ФНЦ, академик РАН.

Оказалось, что практически 99% частиц размером более 10 мкм не продвигаются дальше носовой полости, так же как и 68% частиц размером 5–7 мкм и 47% диаметром 4–5 мкм. А вот частицы менее 2,5 мкм могут достигать легких. Они-то и провоцируют развитие заболеваний нижних дыхательных путей.

Ученые советуют для лечения заболеваний носовой полости создавать аэрозоли с дисперсной фазой более 8 мкм: тогда препарат останется в носу, а дальше не пройдет. Кроме того, разработка ученых в будущем поможет изучить течение воздуха в легких человека, моделировать возникновение и развитие различных заболеваний дыхательных путей и легких.

Нервный убийца

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) в научных целях подвергли стрессу лабораторных мышей и выяснили, что достаточно двух часов, чтобы повредить ДНК. А повреждение ДНК, в свою очередь, может способствовать мутациям.

До сих считалось, что столь непродолжительные стрессы, коих в нашей жизни больше всего, на нас сильно не влияют. Мол, организм быстро адаптируется, и ничего плохого не происходит. Ученые СПбГУ уже более 60 лет изучают влияние стресса на возникновение мутаций. До недавних пор подопытными живыми существами для них были мухи и дрожжи, и вот сейчас эксперименты продолжились на мышах.

«В работе мы использовали феромон, ассоциированный со стрессом перенаселения у самок мышей, 2,5-диметилпиразин. И обнаружили, что помимо физиологической стресс-реакции и поведенческого избегания, данное воздействие приводит к дестабилизации генома мышей уже через два часа после начала запахового воздействия. При этом стресс полностью неинвазивный, и эффект пропадает, если заблокировать мышам обонятельные рецепторы», — сказал Тимофей Глинин, сотрудник кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ.

Специалисты сделали неутешительные выводы, впервые продемонстрировав, что даже не слишком продолжительный стресс может приводить к повреждениям в ДНК костного мозга. А это явление необратимое, влекущее за собой разрушительные последствия, в частности, приводящее к тяжелым заболеваниям.

«Также в ходе исследования были обнаружены механизмы, связывающие активацию отделов мозга, выделение стресс-гормонов и дестабилизацию генома. Это открывает возможности для разработки новых терапий, блокирующих стрессорную компоненту патологических процессов», — отмечают ученые.

Пилоты под защитой

Ученые Обнинского научно-производственного предприятия «Технология» им. А. Г. Ромашина создали исключительно тонкое покрытие для стекол самолета. Оно тоньше человеческого волоса в 500 раз. Но не это его главное достоинство. Важно то, что благодаря этому покрытию в 250 раз снижается электромагнитное излучение.

«Во время полета экипаж самолета через стекло — самую тонкую часть планера — подвергается мощному воздействию внешних факторов: это излучение как от бортового оборудования, так и излучение извне, например от солнца. Перед учеными ОНПП «Технология» поставили задачу разработать защиту для экипажа. И наши ученые создали уникальное оптическое покрытие и технологию его нанесения на остекление кабин пилотов. Разработке специалистов по-прежнему нет равных в нашей стране. Все дело в ее функциональном совершенстве: покрытие защищает пилотов от агрессивных факторов при сохранении прозрачности стекла», — пишут представители предприятия.

Его уникальность обеспечена наноразмерной металлооптической композицией, состоящей из тонких пленок диэлектриков и металлов. Наносить его надо на идеально чистую поверхность, поэтому работа происходит в стерильных помещениях с фильтрацией, задерживающей пыль извне. Сотрудники, наносящие покрытие, одеты в специальную форму. Пленка напыляется слой за слоем в вакуумной установке.

Вторая жизнь окурка

Химики из Каунасского технологического университета и Литовского энергетического института придумали, как использовать сигаретные окурки весьма экологичным образом. Они предложили извлекать из них триацетин. Если добавить триацетин в биодизель, можно сократить количество вредных выбросов и повысить горючесть топлива, при этом снизив стоимость его использования.

В серии экспериментов ученые использовали пиролиз для термического разложения сигаретных окурков при температурах 650, 700 и 750 °C. И извлекли из отходов различное количество богатой триацетином нефти, угля и газа. Самое большое количество соединения триацетина (43%) было изъято при температуре 750 °C, а полученный обугленный продукт отлично подошел для использования в качестве адсорбента.

«Все продукты переработки имеют реальное применение. Угли, которые в нашем случае пористые и очень богаты кальцием, можно использовать для удобрений или очистки сточных вод в качестве абсорбента и накопителя энергии. Газ можно использовать в энергетических целях. И последнее, но не менее важное: масло, богатое триацетином, можно использовать в качестве добавки к биодизельному топливу для снижения его стоимости», — поделился результатами Сами Юсеф, соавтор исследования.

Таким образом можно не просто экологично переработать мусор, но и использовать его в случае с биотопливом. Сейчас триацетин для него чаще всего производится химическим путем с использованием большого количества химикатов и образованием отходов и токсичных остатков.

Принесенные ветром

Команда ученых Нью-Йоркского университета (США) выяснила, что Большой Сфинкс в Гизе – скульптура не полностью рукотворная. Исследователи проверили теорию, предложенную геологом и пустыневедом Фаруком Эль-Базом в 1981 году, который предположил, что фигура Сфинкса изначально имела форму с плоской вершиной, постепенно разрушаемую ветром. Эль-Баз, знаменитый египетско-американский ученый, бывший участник программы НАСА, утверждал, что пирамидостроители знали об этих природных процессах и строили свои заостренные каменные конструкции так, чтобы они стояли долго, как холмы.

Современные ученые продемонстрировали, как ветер, воздействуя на скальные образования, помогал создавать узнаваемую форму статуи. Лейф Ристроф, сотрудник Нью-Йоркского университета и соавтор исследования, и его коллеги сформировали насыпи из мягкой глины с более твердым материалом внутри, который не так сильно поддается эрозии. После этого они промыли насыпи быстрым потоком воды, имитирующим ветер. И получили похожее на Сфинкса изваяние! Великий Сфинкс мог быть ярдангом — скальным образованием, возникающим в пустынях в результате переноса ветром пыли и песка, который позже был доведен до ума людьми.

«На самом деле, сегодня существуют ярданги, которые выглядят как сидящие или лежащие животные, что подтверждает наши выводы. Неожиданные формы возникают из-за того, что потоки отклоняются вокруг более твердых или менее разрушаемых частей», — объяснил Лейф Ристроф, соавтор исследования.