Новости науки: 10 событий ноября

«Иной ученый похож на кассира какого-нибудь банка: у него ключи от больших богатств, но богатства эти ему не принадлежат», – заметил немецкий писатель Людвиг Берне. И правда, ученые не оставляют свои знания при себе, они щедро делятся ими с человечеством. Посмотрим, чем они поделились с нами в ноябре.

Рождение континентов

«До недавнего времени мы не могли сказать, когда появились первые континенты Земли и когда они начали возвышаться над поверхностью первичного океана. Изучение пород Сингбумского кратона (кратоны – стабильные участки древних тектонических плит, возраст которых достигает нескольких миллиардов лет. – Прим. ред.) показало, что этот участок суши начал контактировать с атмосферой около 3,3–3,2 млрд лет назад», – пишут геологи под руководством Субама Мукерджи из Университета Дели (Индия).

В Сингбумском кратоне на территории современной Индии обнаружены морские и сухопутные горные породы. Ученые, изучив образцы пород, выяснили возраст последних слоев и пришли к выводу, что это древнейшие породы данного типа на Земле. В этом случае можно предположить, что как минимум 3,3 млрд лет назад из океанских глубин начали подниматься первые континенты.

Киты против глобального потепления

Оказывается, помочь в борьбе с глобальным потеплением могут усатые киты. «В работе экосистем Земли и в процессе изъятия углерода из биосферы киты играют столь же важную роль, как и лесные массивы на континентах. Благодаря восстановлению их популяции мы сможем одновременно поддержать океанические экосистемы и замедлить глобальное потепление», – рассказал Николас Пьенсон, куратор Смитсоновского национального музея естественной истории (США), один из соавторов статьи на данную тему. Ведь именно киты, перерабатывая планктон, производят удобрения, необходимые для фитопланктона. А фитопланктон в гораздо большей степени, нежели деревья, можно назвать легкими нашей планеты, ведь морские растения и бактерии производят до 80% атмосферного кислорода.

Исследователи собрали данные, полученные в ходе экспедиций в Тихом и Атлантическом океанах. Они измерили массу и размеры около трех сотен китов, прикрепили к ним маячки и камеры. Во время наблюдений выяснилось, что киты более прожорливы, чем считалось ранее. Например, тихоокеанские синие киты ежедневно употребляют в пищу около 16 тонн криля – мелких морских планктонных ракообразных. В океанических экосистемах киты очень важны. Важны для круговорота питательных веществ, железа и углерода. Следовательно, можно предположить, что увеличение численности китов поможет росту популяций фито- и зоопланктона и в конечном счете внесет свой положительный вклад в сохранение благоприятного климата на планете. На сегодняшний день многие киты находятся под угрозой исчезновения из-за глобального потепления и охоты на них.

Шедевр древнейших ювелиров

Еще недавно считалось, что человеческая культура, в том числе и искусство, зародилась примерно во времена, когда люди начали вести оседлый образ жизни, то есть около 10 тысяч лет назад. Но вот новое открытие грозит перечеркнуть эту версию. В пещере Стайня в Польше обнаружили ювелирное украшение из слоновьей кости, возраст которой специалисты определяют в более чем 41,5 тысячи лет.

В пещере нашли отложения времен позднего палеолита, а в них – подвеску из слоновой кости и костяное шило. Судя по находке, самое древнее на сегодняшний день ювелирное украшение сделали первые кроманьонцы на территории современной Европы.

Выполнена подвеска весьма искусно: это тонкая костяная пластинка длиной и шириной в несколько сантиметров, покрытая узором.

«Это украшение говорит о необычайных творческих способностях живших здесь людей, а также об их умении обращаться с орудиями труда. Толщина подвески составляет всего 3,7 мм, что говорит о невероятной ловкости, с которой в ней были проделаны отверстия и начерчены узоры», – отметила Виолетта Новачевска, один из авторов статьи, научный сотрудник Вроцлавского университета (Польша).

Видеть сквозь стены

Ученые из Северо-Западного университета (США) создали новую технологию голографической камеры. С ее помощью можно «заглянуть за угол», и сделать это достаточно быстро, что поможет, например, обнаруживать быстро движущиеся объекты – автомобили, пешеходов, животных на дорогах.

Новая технология называется визуализацией без прямой видимости (NLoS). Системы NLoS излучают синтетические световые волны, которые отражаются от поверхности или тумана, за которым «прячется» объект, и возвращаются обратно. Затем алгоритмы создают изображение объекта. «Новая техника превращает стены в зеркала. И она становится еще лучше, поскольку также может работать ночью и в условиях тумана», – заявил Флориан Вилломитцер, один из создателей камеры, доцент Северо-Западного университета в Эванстоне (США). Опробовали изобретение на логотипе университета, который скрывали с помощью непрозрачной ширмы или руки одного из участников эксперимента. В итоге камера сделала снимок логотипа, при этом воспроизведя положение его элементов, букв N и U, в трехмерном пространстве.

«Устройство воспринимает видимый свет или инфракрасное излучение, но этот же принцип можно использовать и при работе с другими видами волн. К примеру, подобным же образом мы можем работать со звуком или радиоволнами, что позволит создать новые типы телескопов и сонаров», – заметил Вилломитцер. Ученые предполагают, что их изобретение можно будет использовать для съемки человеческих внутренних органов, компонентов промышленных и авиационных турбин, чьи дефекты непросто разглядеть, пока турбины отключены.

Лучшее время для сна

Ученые из Университета Эксетера (Великобритания) определили «золотой час», в который стоит ложиться спать. Выяснилось, что делать это надо с 22:00 до 22:59.

Исследователи проанализировали данные 88 026 человек из Биобанка Великобритании в возрасте 43–79 лет, 58% которых составили женщины. Данные о начале сна и времени пробуждения собирались в течение семи дней с помощью наручного акселерометра. Участники заполнили анкеты об образе жизни, состоянии здоровья, физической активности. В течение примерно шести лет у 3172 участников (3,6%) развились сердечно-сосудистые заболевания. Заболеваемость была самой высокой у тех, кто ложился спать в полночь или позже, и самой низкой у тех, кто засыпал с 22:00 до 22:59.

Если быть точными, то риск развития сердечно-сосудистых заболеваний был на 24% выше у тех, кто засыпал до 22:00, на 12% выше у засыпающих с 23:00 до полуночи, на 25% выше у ложащихся в полночь или позже. Надо заметить, что у женщин эта зависимость проявлялась сильнее. У мужчин наиболее опасным оказалось время до 22:00.

«Хотя мы не можем сделать вывод о причинно-следственной связи из нашего исследования, время сна стало потенциальным фактором сердечного риска – независимо от других факторов риска и характеристик сна. Если наши выводы подтвердятся в других исследованиях, время сна и базовая гигиена сна могут стать недорогой целью общественного здравоохранения для снижения риска сердечных заболеваний», – отметил доктор Дэвид Плэнс, ведущий автор исследования из Университета Эксетера (Великобритания).

Синхронное влечение

Голландские ученые под руководством Элиска Прохазкова из Лейденского университета (Нидерланды) обнаружили признаки, которые гарантированно говорят о взаимной симпатии людей.

В эксперименте приняли участие 140 мужчин и женщин в возрасте от 18 до 37 лет, ранее друг с другом не знакомых. Они надели специальные очки, которые дали возможность проследить за движениями глаз, а также датчики, измерявшие частоту сердечных сокращений и потоотделение.

Свидания проводили в особых комнатах. Участники сидели за столом, отделенные друг от друга барьером. Он опускался лишь на три секунды, что позволяло более полно оценить партнера. Первая встреча длилась всего 4 минуты. Каждый участник получал от другого оценку и вывод: хотел бы он встретиться с оцениваемым вне эксперимента или нет. А ученые изучали физиологические реакции участников исследования.

Выяснилось, что испытуемые, которых примерно одинаково бросало в пот, сердца которых начинали ускоренно биться практически в унисон, чувствовали друг к другу влечение. Ученые отмечают, что «когда людям кто-то нравится, они бессознательно обращают внимание, например, на расширение зрачков или румянец, и организм реагирует, повторяя эти особенности. В поддержку этой гипотезы наши данные показывают, что в парах, в которых возникало взаимное притяжение, партнеры часто улыбались и подражали друг другу».

Авторы уверены в ценности своего исследования, ведь «физиологическая синхронизация может частично объяснять социальные контексты и, таким образом, обеспечивать лучшее понимание взаимодействий между людьми».

Сбросила лягушка шкуру и обернулась… роботом

Ученые из Вермонтского, Тафтского и Гарвардского университетов (США) открыли совершенно новую форму биологического воспроизводства и создали первых в мире самовоспроизводящихся живых роботов!

«Большинство людей думают о роботах как о созданиях из металлов и керамики, но дело не столько в том, из чего сделан робот, сколько в том, что он делает – действует самостоятельно на пользу человеку. В этом смысле это робот, но это также и организм, созданный из генетически немодифицированной клетки лягушки», – объясняет суть открытия Джош Бонгард, профессор информатики и эксперт по робототехнике, ведущий автор исследования.

Команда биологов в 2020 году создала живых роботов – ксеноботов. Их собрали из плюрипотентных стволовых клеток из кожи эмбрионов африканской когтистой лягушки. Оказалось, что спроектированные компьютером и собранные вручную организмы могут плавать в чашке Петри, находить отдельные клетки и собирать из них маленьких ксеноботов внутри своего «рта». И через несколько дней появляются новые ксеноботы, идентичные «родителям». Кстати, ученые с помощью искусственного интеллекта провели моделирование, которое показало, что ксеноботам можно придать разную форму – например, персонажа игры Pac-Man. И они потом будут «рождать» репликации этого персонажа. Его «рот» очень эффективно собирал клетки для воспроизведения.

Этот способ называется «кинематическая саморепликация», ранее она не наблюдалась у организмов, так способны были размножаться только молекулы. Ученые планируют задействовать ксеноботов для сбора пластика в океане, нахождения радиоактивного загрязнения, регенеративной медицины.

Мягкий, но твердый

Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) создали уникальный гидрогель. Он исключительно прочен, но при этом мягок и эластичен. Для его создания использовали кукурбитурил: молекулы этого вещества похожи по форме на бочку. Они стали агентом, который удерживает две молекулы-гостя внутри полости, выступая в роли молекулярных наручников.

«При 80-процентном содержании воды можно подумать, что материал при давлении разорвется на части, но это не так: он остается неповрежденным и выдерживает огромное сжатие. Свойства гидрогеля кажутся противоположными друг другу, и то, как он выдерживает сжатие, не похоже ни на что известное ранее. Мы обнаружили, что прочностью на сжатие можно управлять, изменяя химическую структуру гостевой молекулы внутри наручников», – рассказывают авторы исследования.

Ученые испытали небольшой кусочек гидрогеля: положили его на землю, накрыли металлическим листом, а потом переехали конструкцию автомобилем. После испытаний гидрогель выглядел как новенький.

Исследователи уверены, что этот мягкий нетоксичный материал можно использовать для электроники, носимой на теле, для мягких датчиков высокого давления – например, в умной обуви, которая измеряет параметры ходьбы и бега. Пригодится гидрогель и для производства роботов с чувствительной кожей.

«Насколько нам известно, это первый случай получения стеклоподобных гидрогелей. Мы не просто пишем что-то новое в учебники, что действительно интересно, мы открываем новую главу в области высококачественных мягких материалов», – подчеркивает Зехуан Хуанг, доктор химического факультета Юсуфа Хамиеда Кембриджского университета, один из авторов исследования.

Солнечный ветер как первоисточник

Ученые умы уже давно пытаются понять, откуда на Земле появилась вода. Исследователи из Университета Кертина (Австралия) полагают, что они наконец нашли первоисточник. «Похоже, что некоторое количество воды на нашей планете могло быть создано рекой заряженных частиц, выброшенных из верхних слоев атмосферы Солнца миллиарды лет назад», – говорится в тексте исследования. Да, это Солнце. Вернее, солнечный ветер.

«Согласно существующей теории, вода была занесена на Землю на последних этапах формирования астероидов класса C, однако проведенные ранее исследования изотопного состава воды на этих астероидах показали, что в среднем он не соответствует изотопному составу воды, обнаруживаемой на Земле, а следовательно, существует, по крайней мере, еще один крупный источник воды, находящейся на нашей планете», – говорит Филипп Бланд, профессор из Университета Кертина, соавтор статьи.

Солнечный ветер состоит в основном из ионов водорода, которые могут сформировать воду после взаимодействия с небольшими частицами пыли. Специалисты изучили образцы астероида класса С Итокава, которые были собраны японским космическим зондом «Хаябуса». Выяснилось, что пылинки на астероиде содержат молекулы воды, в каждом кубометре породы верхнего слоя оказалось около 20 л воды.

Это знание важно, ведь оно поможет бесстрашным покорителям космоса добывать воду.

Топливо из воздуха

Исследователи под руководством Альдо Стейнфельда из Швейцарской высшей технической школы Цюриха создали пилотную установку на солнечной энергии, способную производить топливо из воздуха. «Установка представляет собой систему из трех блоков. Первый блок улавливает атмосферный воздух, второй нужен для улавливания солнечной энергии, а третий блок отвечает за получение жидкого топлива. Первый блок всасывает воздух, используя адсорбцию, чтобы получить из него воду и CO₂. Вещества поступают во второй блок, где под действием энергии солнечных лучей запускается каскад химических реакций», – пишут авторы проекта. Саму систему ученые поставили на крыше учебного заведения.

Концентрированный свет от солнца доставляется в реактор, вода и углекислый газ из воздуха преобразуются в смесь и далее в жидкие углеводороды (керосин или метанол) – это экологически чистое топливо, которое можно использовать для кораблей и самолетов.

Ученые рассчитали, что завод по производству солнечного топлива общей площадью 45 тысяч км² поможет покрыть мировой спрос на авиационный керосин. Правда, пока топливо, полученное таким образом, оказывается очень дорогим и потому пока не может считаться эффективной альтернативой керосину.