Новости науки: 10 событий сентября

«Наука – не волшебный рог изобилия, а лишь средство преобразования мира в руках людей», – сказал Джон Десмонд Бернал, британский физик и философ XX века. О том, что интересного узнали и сделали современные ученые, – в нашем обзоре новостей науки за сентябрь.

Планета муравьев

Китайские, австралийские и немецкие исследователи задумались о том, сколько муравьев бегает по Земле. Чтобы установить более точное количество этих насекомых, ученые перелопатили 489 исследований, охватывающих все континенты, основные экосистемы и среды обитания. И сделали вывод, что на нашей планете обитают 20 квадриллионов муравьев!

«Объединив данные со всех континентов и основных экосистем, мы насчитываем 20 квадриллионов муравьев на Земле с общей биомассой 12 мегатонн», – отмечают исследователи. Это больше общей биомассы диких птиц и млекопитающих, но не дотягивает до общей человеческой биомассы, составляя лишь пятую ее часть. Добавим, что муравьи распределены по планете неравномерно, достигая своего количественного максимума в тропиках. Эти неутомимые трудяги серьезно влияют на состояние экосистемы: в частности, за год муравьи перемещают на площади в 1 гектар не менее 13 тонн почвы.

Пошли картошке правильные импульсы

Исследователи Омского государственного технического университета выяснили, как надолго сохранить продукты питания, не ухудшив при этом их вкус, цвет и питательную ценность.

«Технология с использованием импульсных электрических полей имеет преимущества перед тепловой обработкой, поскольку она не только устраняет микроорганизмы, но и лучше сохраняет питательную ценность, текстуру, вкус и цвет необработанных продуктов. Методика включает в себя кратковременную подачу импульсов высокого напряжения на полутвердый продукт, помещенный между двумя электродами», – рассказал Максим Шадрин, заведующий кафедрой «Биотехнология, технология общественного питания и товароведение» ОмГТУ.

Если сравнивать этот метод с другими нетепловыми способами консервирования, можно отметить несколько преимуществ. Во-первых, исключительная скорость импульсной обработки – от микро- до миллисекунд. Во-вторых, экономия около 90% электроэнергии. В-третьих, качество готового продукта явно выше. «Например, при обработке картофеля для производства картофеля фри данная технология помогает смягчить сырье, позволяя улучшить его нарезку. На выходе мы получаем гладкий срез с меньшим количеством повреждений поверхности, надломов, потерь крахмала: все это приводит к повышению выхода готовой продукции, снижению расхода масла», – говорит Максим Шадрин.

Теперь ученые поставили перед собой новую цель – изучить, как импульсы электрического поля влияют на состав витаминов, пищевую и биологическую ценность продукции. Ведь они хотят подобрать наилучшие технологические режимы обработки для разных продуктов питания.

Ночной кошмар в твоей тарелке

Ученые из Больницы Бригам энд Уоменс (США) выяснили, как поднять настроение людям, работающим посменно. Известно, что такая работа приводит к нарушению циркадного ритма. Американские исследователи установили: на депрессию и беспокойство у таких сотрудников влияют пищевые привычки. В частности, у тех людей, кто работает ночами или сутки через двое, подобные нарушения встречаются чаще на 25–40%.

Для участия в исследовании пригласили 12 мужчин и 7 женщин в возрасте от 26 до 31 года. И устроили им вынужденную «десинхронизацию» – 28-часовой «день» при тусклом освещении. Испытуемых разделили на две группы: одна принимала пищу и днем, и ночью, другая – только днем. Исследователи оценивали уровни настроения каждый час. Похожее на депрессию состояние выявлялось на 26% чаще, а тревожные настроения были на 16% выше в группе, которая «трудилась» в ночную смену и спала днем. У тех же, кто ел только днем, настроение в худшую сторону не изменялось.

Ученые считают, что дневное питание поможет стабилизировать психическое здоровье человека, несмотря на то, что ему приходится работать по ночам, нарушая свои циркадные ритмы. А причина депрессии тех, кто вынужден принимать пищу и по ночам, может заключаться в непереносимости организмом глюкозы в это время суток.

«Наши результаты свидетельствуют о том, что выбор времени приема пищи является новой стратегией потенциальной минимизации уязвимости настроения у людей, испытывающих нарушение циркадных ритмов: работающих посменно, страдающих от смены часовых поясов или от нарушений циркадного ритма. Необходимы будущие исследования с участием посменных рабочих и клинических групп населения, чтобы точно установить, могут ли изменения времени приема пищи предотвратить их повышенную чувствительность к настроению. А до тех пор наше исследование демонстрирует нового «игрока»: время приема пищи, которое имеет значение для нашего настроения», – говорит Франк А. Дж. Л. Шеер, директор программы медицинской хронобиологии в отделении Бригама по изучению нарушений сна и циркадианных расстройств.

Супернос в кармане

Специалисты Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) разработали газоанализатор карманного размера с двумя сенсорами. Этот прибор перспективен и в промышленности, и в быту.

«Как только информативный сигнал получен, устройство прекращает измерения и сразу выдает ответ в виде значения концентрации газа. Добиться этого помогли исследования динамики резистивного отклика, то есть изменения сопротивления сенсора при воздействии разных газов различной концентрации. Как только измерительная система фиксирует экстремумы (минимальные и максимальные значения) реакции на сенсоре, она выдает данные о наличии, насыщенности и типе летучего соединения», – рассказала Нина Плуготаренко, заведующая кафедрой техносферной безопасности и химии ЮФУ.

Скорость разработанного газоанализатора в 10 раз выше, чем у его существующих аналогов. Он прост и недорог в производстве, точен и миниатюрен: его размер всего 1 х 1,2 см. Такие габариты позволяют использовать прибор в труднодоступных местах: например, в пещерах и шахтах. В прибор заложены алгоритмы распознавания большого количества химических соединений: он четко определяет концентрацию и может выявлять несколько видов газа сразу.

Пока программное обеспечение работает с компьютера, подключенного к датчику. Ученые планируют создать корпус, в который будет впаяна микросхема, чтобы прибор мог работать автономно.

Одна из тайн пирамиды Хеопса раскрыта

Географа-эколога Хадера Шейшу и ее коллег из Университета Экс-Марсель (Франция) вдохновил обнаруженный в 2013 году папирус времен знаменитого древнеегипетского фараона Хуфу, известного как Хеопс, жившего и правившего в III тысячелетии до н. э. В папирусном тексте описывалась транспортировка известняка вверх по Нилу до Гизы. Там этот материал использовали для облицовки Великой пирамиды. Ученые решили найти доказательства существования и функционирования этого водного пути. Для этого они пробурили плато Гиза в нескольких точках – в месте древней «стройплощадки» и в точках вдоль гипотетического маршрута. В слоях отложений сохранились пыльцевые зерна. Они и «рассказали», что во времена Хеопса в районе «стройки века» росли рогоз и папирус, которые любят реки и болота. Ученые уверены, что около 4500 лет назад водный путь тут был настолько глубоким, что по нему могли плыть грузовые суда со строительными блоками. До наших дней этот рукав реки Нил не сохранился.

«Исследование проливает свет на то, как пирамиды – царские гробницы фараонов Хеопса, Хефрена и Менкаура – достигли столь монументальной высоты. Их высота была достигнута в значительной степени благодаря ныне несуществующему рукаву Нила, вода в котором оставалась на высоком уровне во время правления указанных фараонов, облегчая транспортировку строительных материалов к комплексу пирамид в Гизе», – пишут авторы работы.

И шрамы рассосутся

Ученые Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники» и Сеченовского университета разработали метод заживления разрезов внутренних и наружных органов, который позволит избежать образования рубцов после операций.

На края раны наносится специальный биоорганический состав, используемый в качестве припоя в лазерной спайке. Под воздействием лазера края соединяются. «В процессе дальнейшего заживления композит способствует прорастанию тканей в свою структуру, а затем растворяется и выводится из организма», – объясняет Александр Герасименко, руководитель исследования, доцент Института биомедицинских систем НИУ «МИЭТ».

Метод испытали на лабораторных кроликах. И получили швы, которые были в 3–4 раза тоньше тех, что были сшиты медицинскими нитками. Через десять дней место разреза практические не отличалось от неповрежденной кожи. Также не возникло микронарушений кровообращения, уменьшилось воспаление, соединительная ткань росла быстрее.

«Нам удалось доказать преимущество технологии лазерного восстановления ран мягких тканей перед традиционными хирургическими методами. Технология позволяет быстро получать герметичный шов с минимальными размерами, который в будущем не оставит после себя грубого заметного рубца», – рассказал Герасименко.

Благодаря новому методу пациенты смогут быстрее восстанавливаться после операций, а стоимость медицинских услуг и материалов снизится.

Ветошью прикинулся

Животные по-разному пытаются обезопасить себя от нападения хищников. Одни сливаются с окружающим фоном за счет покровительственной расцветки. Другие хоть и окрашены контрастно, но имеют такой контур тела, который как бы разбит на разные фрагменты, поэтому хищник сразу не видит целую картину. Есть и другая тактика защиты: изображать несъедобный предмет, в частности, веточку или листок.

Команда зоологов под руководством Жуана Витора де Алькантра Виана из Университета Кампинаса (Бразилия) изучила, какой же метод наиболее эффективен. Исследователи изучили научную литературу на сей счет, выходившую с 1900 по 2022 год, обнаружили в ней 1188 упоминаний разнообразных типов защитной окраски, выбрали 84 статьи, авторы которых проверяли эффективность защитного камуфляжа животных.

И выяснилось, что защитная окраска заставляет хищника искать потенциальную жертву на 62,57% дольше, чем это происходит в тех случаях, когда подобной защиты нет. Кроме того, защитная окраска на 27,34% снижает долю тех, кого хищник атакует. Однако лучше всего защищает имитация жертвой несъедобных объектов. Хищники в этом случае ищут добычу аж на 295,43% дольше по времени.

Но использовать эту тактику могут не все животные. На это способны только те существа, которые и по форме, и по размерам похожи на тот объект, который они имитируют. Например, под ветки растений маскируются бабочка лунка серебристая, аннамский палочник, под листья растений – призрачный богомол, бабочка-листовидка.

Инфаркту досталось на орехи

Ученые Школы общественного здравоохранения Университета Миннесоты (США) уверенно заявляют, что грецкие орехи помогают снизить риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Причин, видимо, несколько. Начнем с того, что грецкий орех – единственный среди орехов источник омега-3 альфа-линоленовой кислоты, которая поддерживает здоровье сердца, мозга. Кроме того, одна порция грецких орехов содержит много других важных питательных веществ, в числе которых – белок, клетчатка, магний и различные антиоксиданты. А еще ученые заметили, что те, кто ел этот орех в молодом возрасте, были физически активнее во взрослые годы и питались более правильно.

Специалисты проанализировали данные 3092 молодых людей в рамках исследования «Развитие риска коронарных артерий у молодых взрослых» (CARDIA). На старте исследования, через 7 и через 20 лет после его начала испытуемые отвечали на вопросы о своей диете и пищевых привычках. И, конечно, сдавали ряд анализов.

«Интересно, что у потребителей грецких орехов обнаружились более низкие индекс массы тела, окружность талии, кровяное давление, концентрация глюкозы в крови натощак и концентрация «плохого» холестерина и триглицеридов, по сравнению с теми, кто ест другие орехи. Наше исследование подтверждает, что грецкие орехи – часть здорового питания», – говорит Со-Юн И, автор исследования.

Червяк-прародитель

Международная группа исследователей не так давно обнаружила окаменелые останки древнего бронированного червя, названного Wufengella bengtsoni. Это произошло в провинции Юньнань на юго-западе Китая. Жил червь 518 миллионов лет назад и принадлежал к вымершей группе организмов томмотидов. У него были закрылки на теле, но не было никаких «приспособлений» для фильтрации воды.

В ходе эволюции этот червь стал вести сидячий образ жизни (!) и начал улавливать частицы, взвешенные в воде. Длинное тело червя меж тем постепенно уменьшалось. Специалисты сделали вывод, что именно Wufengella bengtsoni был прародителем трех групп морских обитателей, которые питаются фильтром (фильтр-питатели представляют собой подгруппу животных, питающихся суспензией: они питаются, отфильтровывая взвешенные вещества и частицы пищи из воды, обычно пропуская воду через специализированную фильтрующую структуру. – Прим. ред.): брахиоподов (плеченогих), мшанок и форонид. Надо заметить, что эти существа отличаются друг от друга: у брахиоподов есть панцирь с двумя створками, у мшанок – мягкое тело и щупальца, а фронтиды «носят» защитные трубки из хитина. Ученые давно пытались найти того, кто стал началом начал для таких разных обитателей моря, гипотетически представляя, как он мог выглядеть. Одно из предположений как раз и сводилось к тому, что подобным живым существом был сегментированный червеобразный томмотид, поскольку эмбриональное развитие групп у современных животных схоже. И вот предположение подтвердилось.

Найденные окаменелые останки отлично сохранились. «Черви передвигались по рифам в мелководных тропических водах, которые тогда существовали. В этих древних рифовых системах морская вода обычно омывала тела мертвых животных до тех пор, пока те не распадались. Мягкие ткани часто разлагались в богатых кислородом водах рифов, прежде чем могло произойти окаменение. Это конкретное животное, к счастью для нас, было смыто в глубокую воду, где оно было закопано в иле и сохранилось», – отметил Джейкоб Винтер, соавтор исследования, доцент кафедры макроэволюции Бристольского университета (Великобритания).

«Wufengella принадлежит к группе кембрийских окаменелостей, которые имеют решающее значение для понимания того, как эволюционировали щупальцевые. Они называются томмотидами. Благодаря этим окаменелостям мы смогли понять, как плеченогие моллюски эволюционировали, чтобы иметь две раковины, полученные от предков, с множеством похожих на раковины пластин, расположенных в виде конуса», – объяснили ученые.

Недра в алмазах

Физики из исследовательского центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Германия), Ростокского университета (Германия) и Политехнической школы (Франция) сымитировали условия на Уране или Нептуне, благодаря которым возникает алмазный дождь. Вернее, алмазы образуются в верхних слоях недр этих ледяных гигантов, плавно продвигаясь к ядру и формируя слои этих драгоценных минералов.

Ученые взяли для экспериментов ПЭТ-пластик. «ПЭТ (полиэтилентерефталат) имеет хороший баланс между углеродом, водородом и кислородом, что позволяет имитировать активность на ледяных планетах. Кислород ускоряет расщепление углерода и водорода. Атомы углерода могут лучше соединяться и образовывать алмазы», – отмечает физик Доминик Краус, профессор Ростокского университета. Эксперименты проводили в Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) с помощью одного из самых мощных в мире рентгеновских лазеров Linac.

Исследователи брали тонкий лист пластика и обстреливали его лазерными вспышками, в результате которых температура нагрева поднималась до 6000 °С. Создаваемая ударная волна стремительно сжимала вещество до давления, в миллионы раз превышающего атмосферное. При этом образовывались алмазные нанокристаллы.

С помощью этого метода можно задавать размер и форму алмазов, дополнять их другими атомами, что позволяет получать нужные физико-химические свойства. Такие камни пригодятся для создания высокочувствительных квантовых сенсоров, медицинских контрастных веществ и эффективных ускорителей реакций. «До сих пор такие алмазы в основном производились путем подрыва взрывчатых веществ», – объясняет Доминик Краус.