Новости науки: 10 событий октября

«Наука – сила, она раскрывает отношения вещей, их законы и взаимодействия», – сказал писатель, философ и педагог Александр Герцен. Давайте посмотрим, какие законы и взаимодействия открыли ученые в октябре.

Выбросы забетонировали

Японские ученые придумали, как сократить мировые выбросы углекислого газа примерно на 7%. Именно столько приходится на изготовление и использование цемента, который является основным компонентом бетона. Чтобы получить необходимый для производства цемента кальций, приходится сжигать известняк. Отсюда и выбросы в атмосферу.

Исследователи из Высшей школы инженерии Токийского университета предложили получать кальций из уже использованного бетона. «Мы комбинируем его с углекислым газом из промышленных выхлопных газов или даже из воздуха и делаем это при гораздо более низких температурах, чем те, которые используются в настоящее время для извлечения кальция из известняка», – отмечает Иппеи Маруяма, руководитель исследования, профессор кафедры архитектуры.

Новая технология позволяет получить менее прочный материал, чем привычный бетон, но он отлично подходит для строительства небольших зданий. А главное, процесс его изготовления прост и не столь опасен для атмосферы.

«Еще предстоит преодолеть множество проблем. Помимо увеличения пределов прочности и размеров бетонных блоков из карбоната кальция, важно снизить потребление энергии в производственном процессе. Мы надеемся, что в ближайшие десятилетия углеродно-нейтральный карбонатный бетон станет основным типом бетона и поможет решить проблему изменения климата», – отмечает Такафуми Ногучи, автор статьи, профессор архитектуры Токийского университета.

Новый древний предок

Международный коллектив антропологов из Китая, США и Сербии под руководством Мирьяны Роксандич из Виннипегского университета (Канада) и Предрага Радовича из Белградского университета (Сербия) обнаружил прямого предка человека, упущенное звено цепи – Homo bodoensis. Ведь эволюция человеческого вида, которая происходила, как принято считать, в интервале 774 000–129 000 лет назад, не слишком хорошо изучена. Ее даже называют «путаница середины» (англ. – muddle in the middle). Одна из причин – слишком мало ископаемых останков.

Восстановить звено помог так называемый череп Бодо-I, который был найден еще в 1976 году в местечке Бодо д Ар (Эфиопия). Его отличительной чертой были толстые кости свода и выраженный надбровный рельеф, а объем мозга был немного больше, чем у представителей Homo erectus (человека прямоходящего). Но палеоантропологи отнесли тогда находку к виду Homo heidelbergensis («гейдельбергский человек», останки найдены близ города Гейдельберг в Германии). Как оказалось, ошибочно. Сейчас эту ошибку исправили. И название Homo bodoensis добавили в Международную комиссию по зоологической номенклатуре.

Ученые полагают, что появились Homo bodoensis в Африке около 700 000–500 000 лет назад. Рост мужчин составлял около 177 см, вес – 63,5 кг, женщины вырастали в среднем до 157 см и весили около 50 кг. Вымерли они примерно 200 000 лет назад.

Лысая правда

Ученые из Северо-Западного университета в Чикаго (США) выдвинули новую гипотезу о том, почему люди лысеют. Для этого провели эксперимент на мышах, пометив их волосяные фолликулы флуоресцентным веществом, которое светилось в ультрафиолете. Ежедневно авторы эксперимента наблюдали за тем, как стареющие волосяные стволовые клетки становятся менее липкими и покидают свои места в фолликуле, перемещаясь в дерму, то есть в кожу, где выжить было сложно.

«В результате остается все меньше и меньше стволовых клеток, которые нужны для роста волос. Это приводит к истончению волос и постепенному облысению», – говорят исследователи.

Раньше ученые знали лишь о том, что фолликулы уменьшаются с годами, но считали, что причиной тому смерть клеток или их невозможность делиться. А об открытом механизме облысения заговорили впервые. Ученые верят, что открытие поможет победить эту напасть.

Россия – родина лошадей

162 ученых со всего мира, в том числе и из России, собрались вместе, чтобы узнать, когда и где появились современные лошади. Группа исследователей во главе с профессором Людовиком Орландо из Центра антропологии и геномики Университета Поля Сабатье в Тулузе (Франция) наконец-то сделала это.

Ученые взяли геномы 273 животных, живших в Евразии между 50 000 и 200 годами до нашей эры, расшифровали их и сравнили с ДНК современных непарнокопытных. Оказалось, что современные лошадки появились около 2200 лет до нашей эры на территории современной России, в Волго-Донском регионе. Они-то и заменили популяции диких лошадей от Атлантики до Монголии.

«Исследование охватило всю Евразию, потому что были изучены разные территории – претенденты на право считаться первичным очагом одомашнивания. Однако все они оказались ложными. Например, в поселении Ботай в Северном Казахстане обнаружены многочисленные археологические свидетельства знакомства человека с этим животным. Однако по результатам анализа ДНК эти 5500-летние лошади не были предками современных домашних лошадей. Уральские материалы, которым около 4000 лет, напротив, не оставляют сомнений в эксплуатации лошадей, в том числе при колесничной запряжке», – рассказал Андрей Епимахов, один из авторов статьи из Южно-Уральского государственного университета.

У предков современных лошадей было два ключевых гена, связанных с послушным поведением и сильным позвоночником. Популяция лошадей, от которых пошли современные скакуны, предназначалась для верховой езды, стала ценным и статусным товаром, поэтому их стали активно разводить.

Кристальная прочность

В скором времени может появиться композитное стекло нового поколения, которое отлично подойдет для экранов светодиодных светильников, смартфонов, телевизоров и компьютеров. Его отличительная черта – кристально чистое изображение и прочность, да такая, что экран вашего смартфона точно не разобьется при падении.

Ученые из Австралии, Великобритании, США и Китая создали этот материал на основе нанокристаллов перовскита галогенида свинца. До сих пор с ним возникали трудности: нанокристаллы были очень чувствительны к свету, теплу и влажности и быстро разрушались.

«Наша команда инженеров-химиков и ученых-материаловедов разработала процесс связывания нанокристаллов в пористом стекле. Этот процесс является ключевым для стабилизации материала, повышения его эффективности и предотвращения вымывания из него токсичных ионов свинца», – объясняет доктор Цзинвэй Хоу из Университета Квинсленда (Австралия).

Ученые разработали технологию жидкофазного спекания, в результате получился композитный материал из металлоорганических каркасных стекол с встроенными в него перовскитами галогенидов свинца. Новый материал и в воду можно погружать, и воздействие тепла и света ему не страшно.

Ученые надеются, что теперь появится новое поколение нанокристаллического композитного стекла, которое будет востребовано в сфере энергетики и химической промышленности.

Не видишь панду? А она есть!

Черно-белая окраска панд – отличный способ затеряться среди деревьев. Несмотря на то, что такая расцветка кажется очень заметной, если смотреть на зверя вблизи. «Когда наши китайские коллеги прислали нам фотографии из дикой природы, я не увидел на снимке гигантскую панду. Если мы со своим развитым зрением приматов не увидели их, это означает, что потенциальные плотоядные хищники, у которых зрение хуже, также их не видят. Мы сразу поняли это, но нужно было продемонстрировать это объективно», – говорит профессор Тим Каро, руководитель исследования из Школы биологических наук Бристольского университета (США).

И специалисты взялись за дело. Чтобы оценка была объективной, ученые изучили фотографии 15 гигантских панд, сделанные в дикой природе, с помощью набора инструментов для калибровки и анализа мультиспектрального изображения и системы количественного анализа цвета и паттернов, которые позволили понять, за счет чего пандам удается так удачно замаскироваться.

Они выяснили, что черные пятна отлично сливаются с темными стволами деревьев и тенями, а белые теряются на фоне ярко освещенной листвы или на снегу. Эта деструктивная окраска как бы нарушает очертания животного, и охотник издалека не совсем понимает, что за зверь такой ходит где-то там. Причем этот камуфляжный эффект помогает пандам спрятаться не только от глаз человека, но и от взора хищников – врагов панд в дикой природе.

В помощь пешеходам

Международная команда ученых из России, Саудовской Аравии и Индии разработала метод, который, как они считают, поможет сделать передвижение пешеходов более безопасным.

«Для выделения важных деталей и обнаружения на изображениях, полученных с камер видеонаблюдения, аномалий или нежелательных объектов в пешеходных зонах, например велосипедистов, разработана модель CNN. Но прежде чем применить ее в анализе изображений, необходимо провести их предварительную обработку, чтобы повысить качество изображения и убрать ненужную информацию, что позволяет ускорить анализ данных и точность выявления объектов», – объяснил Сачин Кумар, один из авторов работы и старший научный сотрудник отдела интеллектуального анализа данных и виртуализации Южно-Уральского государственного университета (Челябинск).

Новый метод помогает прогнозировать столкновения пешеходов с другими участниками движения. В основе метода – анализ с камер наблюдения с помощью сверхточной нейронной сети Mask-RCNN, интегрированной с сетью DenseNet, которая классифицирует появляющиеся на дороге объекты. Целью модели являются обнаружение и классификация различных аномалий, которые бывают на пешеходных дорожках (автомобили, скейтбордисты, велосипедисты).

Существующие на сегодняшний день модели анализируют движения пешеходов, но не слишком надежны из-за проблем с масштабированием изображения. Новый метод дал превосходные результаты за счет достижения максимальной точности обнаружения.

Жили-поживали, табак жевали

Оказалось, табак вошел в жизнь человека раньше, чем считалось до этого. Ученые из Группы антропологических исследований Дальнего Запада США) занялись раскопками позднеплейстоценовой стоянки в штате Юта. И обнаружили там очаг, возраст которого, согласно данным радиоуглеродной датировки, составляет около 12 060–12 480 лет. Нашли обугленные семена табака, а также кости водоплавающих птиц и наконечники копий для охоты. Считается, что табак использовали в ритуальных, медицинских и социальных целях задолго до того, как начался период культурного земледелия. Но ранее следы табака находили лишь в курительных трубках возрастом 3300 лет на юго-востоке США. А возделывать эту культуру начали около 6000–8000 лет назад.

Ученые предположили, что на стоянке, обнаруженной на территории штата Юта, останавливались древние охотники, которые жевали табак, как это до сих пор делают и представители некоторых индийских племен. Причем обнаруженные зерна принадлежали диким растениям. Получается, что люди обзавелись вредной привычкой (а жевание табака – это тоже вредная привычка) еще до того, как начали культивировать растение. Причем в месте, где была стоянка, табак расти не мог. Очевидно, охотники принесли его из более высокогорных районов.

Тайна любовной переписки

В конце XIX века были обнародованы письма, которые тайно писала Мария-Антуанетта, королева Франции и жена короля Людовика XVI, шведскому графу Акселю фон Ферзену. Некоторые строки в них были подвергнуты цензуре. Долгие годы ученые гадали, кто же зачеркнул текст и что там было скрыто. Надо заметить, что цензор очень старался: он не просто рисовал в письме принятые тогда петли плотными рядами, но еще и добавлял к ним буквы, что совсем затрудняло расшифровку столь сильно изуродованного текста.

Анн Мишлен с коллегами из университета Сорбонны (Франция) для расшифровки опробовали разные физико-химические методы. Узнать, что было в письме, и определить, кто текст зачеркнул, удалось с помощью метода рентгенофлуоресцентной спектроскопии в режиме макросканирования. «Хотя в прошлом это делали при помощи химического анализа, сегодня предпочтение отдается методам, в которых сочетается взаимодействие света и вещества в различных диапазонах электромагнитного спектра. Так можно отображать многочисленные физико-химические свойства исследуемых поверхностей в макроскопическом масштабе», – говорят авторы.

Специалисты выяснили, что и Мария-Антуанетта, и цензор пользовались одним типом чернил – металло-галловыми. Добавки были одинаковые (сера, калий, марганец, железо, медь и цинк), но в разных пропорциях. Это и помогло в расшифровке.

Удалось, правда, прочесть полностью не все 15 писем, а лишь восемь. У остальных чернила цензора и автора по составу оказались слишком похожи. Очевидно, это были копии, сделанные самим графом и им же подредактированные (в те времена было принято копировать рукописным способом важные письма). «Я не закончу, не сказав тебе, мой дорогой и любящий друг, что безумно люблю тебя», – говорилось в одном из них. «Я устал шифровать, <…> всегда боюсь ошибиться», – это строки из другого письма. Поэтому специалисты решили, что редактировал именно граф. А не его внучатый племянник, как считалось ранее.

Ученые уверены, что использованный ими метод поможет разгадать еще немало подобных исторических тайн.

Кислота и здоровье

Ученые из Тегеранского медицинского университета (Иран), Канады и Норвегии провели 41 научное исследование за последние 30 с лишним лет, которое объясняет, как влияет на здоровье альфа-линоленовая кислота (АЛК) – полиненасыщенная жирная кислота группы Омега-3. Она содержится в сое, орехах, рапсовом масле и льняном семени. В исследованиях приняли участие 1 197 564 человека в возрасте 18–98 лет, продолжительность наблюдения – 2–32 года. Учитывались возраст, вес, вредные привычки и физическая активность. В процессе исследования умерло по разным причинам 198 113 человека.

Участники этих исследований употребляли от 0,70 г/сутки до 1,35 г/сутки АЛК, что эквивалентно 0,7 и 1,35 столовой ложки рапсового масла соответственно. Выяснилось, что высокое потребление АЛК связано со снижением риска смертности от всех причин на 10%, от сердечно-сосудистых заболеваний – на 8% и от ишемической болезни сердца – на 11%. Была даже выявлена зависимость «доза – эффект»: увеличение дневного приема АЛК на 1 грамм было связано с уменьшение риска смерти на 5%.

В итоге специалисты рекомендуют употреблять 1,1 г/день АЛК женщинам и 1,6 г/день – мужчинам. А если увеличить дозу до 1,9 г/сутки, можно снизить «вредный» холестерин у людей с диабетом и метаболическим синдромом.

Но ученые предупреждают, что излишне высокое потребление АЛК связано с несколько более высоким риском смертности от рака. Впрочем, эту зависимость еще планируют изучить более тщательно.