Новости науки: 10 событий октября
«Более мудр во всякой науке тот, кто более точен и более способен научить выявлению причин», — говорил великий Аристотель (384–322 гг. до н.э.). А насколько точны в своих исследованиях современные мудрецы от науки? Узнаем в нашем традиционном обзоре.
Уши вянут, сердце бьется
Ученые Бирмингемского университета (Великобритания) выяснили, что тело испытывает настоящий стресс, когда человек слышит неграмотную речь.
К участию в эксперименте ученые привлекли 41 здорового взрослого англоговорящего человека. Добровольцам дали прослушать записи 40 образцов мужских и женских голосов, половина из которых говорили с ошибками. В процессе исследования на пальцах у добровольцев был закреплен специальный прибор, отслеживающий частоту сердечных сокращений. Это позволило ученым оценить вариабельность сердечного ритма (ВСР) — изменения интервала между началами двух соседних сердечных циклов. Снижение вариабельности, то есть уравнивание интервала, говорит, в частности, о стрессе. Оказалось, что при прослушивании чужой речи, изобилующей ошибками, у человека не только, что называется, уши вянут, но и ВСР снижается. Это свидетельство реакции сердечно-сосудистой системы.
«Результаты этой работы предполагают альтернативную точку зрения на то, как связаны физиология и познание. Эту взаимосвязь изучали с помощью разных методов, от технологии отслеживания взгляда до электроэнцефалографии и визуализации мозга. Но связь между языковым сознанием и автономной нервной системой при этом оставалась не такой изученной», — объясняет Дагмар Дивьяк, научный сотрудник когнитивной лингвистики и языкового познания Бирмингемского университета.
Таким образом, стало понятно, что работа автономной нервной системы зависит и от умственной деятельности. Однако специалисты пока не до конца разобрались в том, как умственные нагрузки отражаются на физиологических процессах. Тем не менее, теперь ученым будет проще изучать процессы, которые не всегда проявляются внешне или выражаются словами. В частности, новые выводы можно будет использовать при изучении здоровья мозга и оценки сознания людей, не способных говорить по тем или иным причинам.
Не бусы красят человека, а человек — бусы
Археологи из Израиля и Франции во главе с Людовиком Белло-Гурле, профессором Сорбоннского университета, обнаружили древнейшую органическую краску в изделиях из находящейся на территории современного Израиля пещеры Кебара. Еще около века тому назад в ней нашли предметы, относящиеся к неандертальцам и первым оседлым племенам охотников-собирателей, культура которых получила название «натуфийская». Ее представители вели оседлый образ жизни, но полностью к земледелию так и не перешли, хотя злаки уже возделывали.
Однако только сейчас специалисты с помощью масс-спектрометров и спектроскопов изучили предметы из этой пещеры, хранящиеся в Археологическом музее Рокфеллера в Иерусалиме с 1930-х годов. В частности, внимание исследователей привлекли окрашенные в красный цвет костяные подвески и бусы из раковин моллюсков. Выяснилось, что яркий цвет этим украшениям придавала не минеральная, а органическая краска на базе экстракта из корней мареновых трав. Травы эти в древности использовали для получения краппа — темно-красного красящего вещества. Оказалось, что ему более 15 тысяч лет, хотя до сих пор считалось, что этот краситель люди освоили лишь около 6 тысяч лет назад.
«Мы открыли пока самые древние однозначные следы использования органических красителей в быту древних людей при изучении артефактов, оставленных первыми оседлыми охотниками-собирателями на территории Леванта. Изучение химического состава окрашенных в красный цвет украшений из ракушек показало, что они были покрыты красителем на базе экстракта из корней мареновых трав», — говорится в исследовании.
Это проливает свет на ранее неизвестный поведенческий аспект натуфийских обществ, а именно на устоявшуюся традицию недиетической обработки растений в начале оседлого образа жизни.
Тает лед, тает время
Команда под руководством Питера Уошэма, океанографа и климатолога из Корнелльского университета (США), изучила крупные трещины в основаниях ледников антарктического ледового щита и призвала мировое сообщество серьезно задуматься о будущем как можно скорее.
Трещины исследовали с помощью Icefin — дистанционно управляемого робота. С его помощью ученые составили карту расселин в леднике Росса и изучили свойства морской воды внутри них. Ученые десятилетиями использовали спутники для измерения поверхности льда Антарктиды, но это примерно то же самое, что просить врача оценить здоровье пациента, просто взглянув на его кожу. Новые методы, в частности георадар и робототехника, похожи на рентгеновские лучи и МРТ, — вот те инструменты, которые позволяют исследователям ставить более точный диагноз, заглядывая под ледяной покров.
Icefin показал, что дно шельфового (плавучего) ледника — это не плоская поверхность: в ней есть волнообразные глубокие расселины и «гребешковые» образования. Чем шероховатее граница раздела, тем большая турбулентность воды создается. Эти неровности помогают льду таять быстрее, чем считалось ранее.
«Если морская вода периодически охлаждается и нагревается, то она может циркулировать у подножия ледников с большой скоростью. Мы обнаружили, что трещины в ледниках являются одним из факторов, которые запускают подобный круговорот воды. Существование этого феномена важно учитывать при подготовке оценок того, как будет расти уровень моря в ближайшем будущем», — отметил Питер Уошем.
При повышении глобальной температуры морская вода разъедает ледники, заставляя линию заземления (место, где лед теряет связь с землей и начинает плавать в море) отступать, ускоряя таяние ледников Антарктиды. Но что действительно угрожает антарктическому льду, так это относительно теплая океанская вода, разъедающая нижнюю часть этого шельфа. Если хотя бы один из ледников полностью растает, уровень моря может подняться на несколько метров.
«Эти системы еще не обречены на повышение глобального уровня моря на несколько метров. Все зависит от того, сколько CO2 мы продолжим выбрасывать в атмосферу, а также от того, как это повлияет на потепление океана. Серьезные неприятности еще не поздно предотвратить. Но, как показывают эти модели, время у нас заканчивается», — отмечают исследователи.
Не все слону дробина...
Три года назад в африканских странах Зимбабве и Ботсвана, к несчастью, массово вымерли слоны. И сейчас ученые установили причину. «Речь идет о бактерии Bisgaard taxon 45. Ранее эти бактерии встречались в пробах, взятых после укусов львов и тигров», — говорит профессор Фалько Штайнбах из Университета Суррея (Англия), ведущий автор работы. Эта бактерия вызвала у погибших слонов сепсис, общую интоксикацию и смерть.
Источник инфекции и путь передачи пока остаются неизвестными. Bisgaard taxon 45 в свое время был выделен у клинически здоровых попугаев. Бактерия может оказаться ранее неизвестной частью нормальной флоры слонов в этом регионе. Возможна передача через вдыхание или проглатывание, тем более что слоны известны своим активным социальным поведением — в частности, контактами хоботами и даже помещением хоботов в пасть друг другу. Было замечено, что слоны, когда изнывают от жары и испытывают стресс, извлекают жидкость из уникального глоточного мешка, распыляя ее на свое тело. Такой мешок может быть заселен Bisgaard taxon 45.
Бактериальная септицемия пополнила растущий список связанных с болезнями угроз здоровью и жизни слонов, включая туберкулез, сибирскую язву, эндотелиотропный герпесвирус слона, вирус энцефаломиокардита, синдром висячего хобота и злонамеренное отравление.
Кроме того, высокая плотность популяции слонов на северо-западе Зимбабве делает их более восприимчивыми к засухе и другим экологическим явлениям, ведущим к истощению ресурсов. И чтобы суметь сохранить этот вид, стоит расселить слонов.
Внимание на экран!
Ученые Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова совместно с коллегами АО «Научно-производственное объединение Специальных материалов» (Санкт-Петербург) выяснили, как защитить космические аппараты от «травм», полученных в результате столкновения с космическим мусором, и при этом не утяжелить их. Исследователи разработали специальные защитные экраны, состоящие из ячеек-контейнеров, содержащих смесь газа и жидкости.
«Использование такой защиты позволяет увеличить площадь высокоэнергетического воздействия за счет включения боковых и лицевых стенок контейнера в силу свойств газа передавать давление во всех направлениях и переводить энергию удара в тепловую энергию и энергию разрушения сотового контейнера. Чем больше энергии будет поглощено сотовым защитным экраном, тем меньше ее будет передано защищаемому объекту. В процессе взаимодействия с контейнером происходит разрушение ударника и стенки и формирование облака мелких расплавленных капель. Это облако быстро тормозится в атмосфере жидконаполненной соты и переводит свою кинетическую энергию в тепловую энергию сжатого пара, которая в свою очередь вызывает образование ударной волны, разрывающей ячейку изнутри. Таким образом, многослойная сотовая защита способна поглотить большую часть кинетической энергии удара», — пояснил принцип работы Николай Смирнов, заведующий лабораторией волновых процессов, профессор кафедры газовой и волновой динамики механико-математического факультета МГУ.
Проблема актуальная, ведь из-за столкновений с высокоскоростными фрагментами космического мусора возможно повреждение космических аппаратов, а защита толстыми стальными экранами заметно увеличивает их вес, превосходя допустимые для орбитального использования величины. Результаты предсказательного моделирования подтвердили эффективность схемы защиты и снижение веса конструкции до 20%.
Молния спускается по ступенькам
Ученые Института прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород) выяснили, почему положительно заряженная часть молнии почти всегда растет непрерывно, а отрицательная — скачкообразно. Эти теоретические знания помогут разработать более эффективные способы молниезащиты.
Молниевый разряд — это система плазменных каналов, по которым «течет» электрический заряд. Молния, которую мы видим, называется «лидерный канал». Температура до 30 000 °С позволяет молнии ярко светиться и хорошо проводить ток. В конце лидерного канала расположена головка, из которой «выливаются» струйки десятка миллионов стримеров (холодных плазменных каналов). Их совокупность образует стримерную корону перед головкой лидера. Тут-то и «зарыта» физика, которая отвечает за распространение лидерного канала.
«Наше исследование показывает, как асимметрия полярностей положительных и отрицательных ионных каналов приводит к различным способам роста положительных и отрицательных каналов молнии. Это яркий пример того, как свойства большого числа отдельных элементов сложной системы сказываются на ее поведении как целого», — пояснил Артем Сысоев, научный сотрудник Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде.
Ученые с помощью численной модели установили, почему распространение положительных и отрицательных лидеров молнии отличается. Причина заключается в разнице распределения напряженности электрического поля в объеме стримерных корон. Всплески электрического поля в два раза чаще встречаются в стримерных коронах отрицательных молний. Это позволяет им двигаться ступенчато.
В омут с головой
Группа ученых из США выяснила, как зимородкам удается защитить мозг от сотрясений при нырянии в воду. Зимородковые — семейство птиц, многие из которых ловят рыбу, падая камнем в воду на большой скорости.
«Анализ геномов трех десятков видов зимородков указал на общие изменения в структуре генов, связанных с добычей пищи и работой мозга у тех видов птиц, которые ныряют в воду для поимки рыбы и земноводных. В частности, удалось выявить мутации в генах AGT и MAPT, которые связаны с работой мозга и его реакцией на повреждения», — отмечают исследователи.
Особенно ученых заинтересовала мутация гена MAPT, кодирующего тау-белки. Этот ген участвует в стабилизации небольших структур внутри мозга, и его слишком большое количество связано с развитием повреждений мозга после сотрясений, болезнью Альцгеймера и болезнью Паркинсона. Исследователи верят, что более углубленное изучение мутаций в гене МАРТ поможет понять, как именно мутации помогают мозгу птиц, что, в свою очередь, позволит использовать полученные данные для защиты нервной системы людей.
А Луна-то скрывала свой возраст!
Ученые пришли к выводу, что Луна примерно на 40 миллионов лет старше, чем считалось ранее. Судя по лунной пыли, которая оказалась на нашей планете благодаря американской космической экспедиции «Аполлон-17» в 1972 году, спутнику Земли как минимум 4,46 миллиарда лет. В сохранившихся образцах лунной пыли исследователи нашли кристаллы минералов цирконов, которые и помогли точно определить возраст пород по числу присутствующих в них атомов урана и тория.
«Эти кристаллы — древнейшие известные образцы твердого вещества, которые возникли сразу после столкновения гигантского небесного тела с Землей. Теперь мы можем использовать их в качестве опорной точки в лунной хронологии, так как точно знаем возраст этих образцов», — заявил Филипп Хек, профессор Чикагского университета (США).
Выяснить лунный возраст помогло радиометрическое датирование. «Радиометрическое датирование работает, как песочные часы. В песочных часах песок перетекает из одной стеклянной колбы в другую, причем течение времени определяется скоплением песка в нижней колбе. Радиометрическое датирование работает аналогичным образом: подсчитывается количество родительских атомов и количество дочерних атомов, в которые они превратились. Затем можно рассчитать ход времени, поскольку известна скорость трансформации», — пояснил Хек.
По словам профессора, важно знать, когда образовалась Луна, ведь она «является важным партнером в нашей планетарной системе: стабилизирует ось вращения Земли, является причиной того, что в сутках 24 часа, и причиной, по которой у нас бывают приливы и отливы. Без Луны жизнь на Земле выглядела бы иначе. Это часть нашей естественной системы, которую мы хотим лучше понять, и наше исследование представляет собой крошечный кусочек головоломки во всей этой картине».
Кобальт побоку
Группа исследователей из Токийского университета (Япония) представила высокоэффективный и безопасный для природы материал, который может заменить кобальтовые электроды в литиевых аккумуляторах.
«Существует масса технических, экологических и социальных причин для отказа от использования кобальта в аккумуляторах. Мы рады сообщить, что нам удалось создать действенную альтернативу электродам из этого материала на базе комбинации из лития, никеля, марганца, кислорода и кремния. Все эти элементы встречаются на Земле чаще, чем кобальт, и с ними гораздо проще работать», — сказал Ацуо Ямада, профессор Токийского университета.
Новые электроды и электролит, созданные Ямадой и его командой, не только не содержат кобальт, но и улучшают химический состав нынешних аккумуляторов. Плотность энергии новых литийионных аккумуляторов (ЛИА) примерно на 60% выше, что может означать более длительный срок службы. Также они могут выдавать напряжение 4,4 В по сравнению с примерно 3,2–3,7 В у типичных ЛИА. Наконец, одним из самых удивительных технологических достижений в этой сфере стало улучшение характеристик перезарядки. Тестовые батареи с новым химическим составом смогли полностью заряжаться и разряжаться в течение более 1000 циклов (имитируя три года полного использования и зарядки), теряя при этом лишь около 20% своей емкости.
Мокрое место от преступности
Научная группа во главе с Чжу Бофэном, профессором Южного медицинского университета в Гуанчжоу (Китай), разработала тест-систему на основе РНК, позволяющую обнаруживать пять типов жидкостей организма, которые оставляют на месте преступления преступники и их жертвы.
«Разработанный нами подход на базе комбинации микроРНК и матричных РНК позволяет выявлять сразу пять разных типов биожидкостей потенциальных преступников и их жертв. В отличие от уже существующих подходов на базе одного типа РНК-молекул, наша система показала высокий уровень точности выявления следов этих материалов, и при этом она способна работать со смешанными пробами», — объясняют исследователи.
Ученые использовали свой метод для обнаружения наиболее часто встречающихся на месте преступления биологических жидкостей — периферической крови, спермы, менструальной крови, слюны и вагинального секрета. Исследователи наносили образцы жидкостей на различные поверхности — оконное стекло, пол, лезвие ножа, ватные палочки и хлопчатобумажную одежду, смешивали образцы. Комбинированный метод оказался исключительно эффективным: образец идентифицируется с точностью до 100%. Работает метод как на свежих, так и на высохших следах. Авторы работы уверены, что их система облегчит работу криминалистов.