Новости науки: 10 событий сентября
«Сложная цивилизация предполагает, что индивид должен приспосабливаться к переменам, причины и природа которых ему неизвестны», – говорил Фридрих Август фон Хайек, австро-британский экономист и политический философ. Но ученые просто так приспосабливаться не хотят, они упорно изучают окружающий нас мир, ищут причины и объяснения, делают открытия. Что им удалось сделать в сентябре, читайте в нашем очередном обзоре новостей науки.
7000 шагов к здоровью
«Для укрепления здоровья надо проходить 10 000 шагов в день», – этот совет, наверное, не слышал только ленивый. Однако группа ученых во главе с Амандой Палуч из Университета штата Массачусетс в Амхерсте (США) выяснила, что эта цифра завышена.
Ученые собрали данные из исследования по развитию риска заболеваний сердечно-сосудистой системы у молодых людей (CARDIA). 2110 участников в возрасте от 38 до 50 лет использовали акселерометр в 2005 или 2006 годах. Прибор позволял измерить, в частности, количество пройденных шагов и то, насколько активно двигался его владелец. После этого за участниками наблюдали в течение почти 11 лет, а полученные данные проанализировали в 2020–2021 годах.
«Мы не ориентировались на традиционную цифру в 10 000 шагов, а исходили из набора данных, которые получили сами. По итогам мониторинга разделили наших участников на три большие группы: с низкой физической активностью (менее 7000 шагов в день), умеренной активностью (от 7000 до 9999 шагов в день) и высокой активностью (более 10 000 шагов)», – пояснила Аманда Палуч, специалист по кинезиологии из Университета штата Массачусетса в Амхерсте.
Выяснилось, что у тех, кто проходил не менее 7000 шагов, риск ранней смерти был ниже на 50–70% по сравнению с более ленивыми людьми. У тех, кто ходить не любил, в среднем было больше проблем со здоровьем: лишний вес, гипертония, диабет. А у тех, кто усердствовал, проходя от 10000 шагов и более, эффекта в снижении смертности, по сравнению с группой, набирающей 7000–10 000 шагов, не наблюдалось.
Кстати, оказалось, что и скорость ходьбы не важна, поэтому необязательно в высоком темпе наматывать круги: для здоровья достаточно спокойно прогуливаться по парку и наслаждаться природой.
Почему? По кочану
Некоторые люди на дух не переносят капусту. И ученые из Государственного объединения научных и прикладных исследований Австралии выяснили, в чем причина. Оказалось, что растения семейства капустных, в том числе брокколи, цветная и брюссельская капусты, содержат сульфоксид S-метил-L-цистеин. Именно на него воздействуют два фермента – содержащиеся в самой капусте и вырабатываемые в полости рта. В результате образуются сернистые запахи, в частности диметилтрисульфиды, которые удовольствия не доставляют. Но надо заметить, что фермент вырабатывается в полости рта не у каждого человека.
Исследователи взяли 98 пар по принципу «родитель – ребенок шести-восьми лет», ведь уровень фермента в слюне чаще всего передается по наследству. Изъяли у них немного слюны и смешали ее с сырым порошком цветной капусты. Оказалось, что люди, слюна которых содержит тот самый фермент, капусту и не любят. При этом дети чувствуют неприятный аромат особо остро, а вот взрослые могут со временем к нему привыкнуть.
«Горячие полосы» гениев
Дашунь Ван, профессор менеджмента и промышленной инженерии из Северо-Западного университета США как-то посетил музей Ван Гога в Амстердаме и заметил, что самые известные картины великий голландец написал в короткий период – с 1888 по 1890 год. В 2018 году Ван с коллегами выяснили с помощью статистических методов, что в жизни многих творческих людей существует период, в который они создают самые значимые свои произведения. Это золотое время назвали «горячими полосами».
И вот в 2021 году ученые выявили закономерности возникновения таких полос. С помощью вычислительных методов с использованием алгоритмов глубокого обучения и сетевой науки исследователи проанализировали более 800 тысяч изображений изобразительного искусства 2128 художников, 79 тысяч фильмов 4337 режиссеров и публикации 20 040 ученых, а также индексы их цитирования из Web of Science и Google Scholar.
«Горячая полоса» возникает лишь по прошествии многих лет исследований, работы над стилем, изучением разнообразных тем и техник. Затем следует период эксплуатации, когда специалист сосредотачивается на узкой области и в итоге выдает великолепный результат. Длится полоса в среднем пять лет, после чего наступает стабильность, которая может сопровождаться в том числе творческим застоем.
«Ни изучение, ни эксплуатация в отдельности не проявляются в виде «горячей полосы». Нужна их последовательность. Хотя изучение связано с риском, потому что оно может ни к чему не привести, именно в этот период велика вероятность наткнуться на отличную идею»,– уверен Ван.
Нормально спать, а не отсыпаться
Исследователи из Ягеллонского университета в Кракове (Польша) решили узнать, возможно ли человеку восстановиться после длительного недосыпа. Проблема эта актуальна не только для офисных работников, но и для тех, кто работает дома. Они, с одной стороны, наслаждаются гибкостью рабочего графика, но с другой, у «надомников» стираются границы между работой и личной жизнью, что приводит к проблемам с тайм-менеджментом и самодисциплиной. Нарушение ритма отдыха и активности – один из частых побочных эффектов удаленной работы.
Ученые взяли 18 здоровых людей в возрасте 46–55 лет. Наблюдали за ними 21 день: четыре дня испытуемые спали как обычно, 10 дней ограничивали себя, сократив на 30% свой стандартный сон, и семь дней спали без будильников, сколько влезет. На протяжении эксперимента непрерывно измерялась спонтанная двигательная активность, каждый день проводились электроэнцефалография для мониторинга активности мозга и тесты на время реакции и точность.
После недели неограниченного сна добровольцам удалось восстановить лишь скорость реакции, но когнитивные навыки, внимание и память так и остались далекими от нормы. Получается, что восстановиться практически нереально, поэтому надо строго соблюдать график сна и бодрствования. А не «отсыпаться на выходных».
«Современное общество рассматривает ограничение сна как норму, но результаты показывают, что последствия регулярного недосыпания, возможно, будет нелегко преодолеть», – отмечают ученые.
Приручили «велоцираптора»
Исследователи из Пенсильванского университета (США) под руководством Кристины Дуглас, доцента кафедры антропологии и африканистики, выяснили, какую птицу первой одомашнил человек.
Ученые изучили яичную скорлупу, найденную в археологических раскопках на стоянках древнего человека на Новой Гвинее. Это была скорлупа крупной нелетающей птицы под названием казуар. Ученые уже не первый раз находят кости этой птицы на стоянках древних людей, но раньше считалось, что их поймали на охоте. А теперь же специалисты склоняются к мнению, что этих птиц человек вырастил сам.
Чтобы прийти к такому выводу, ученые изучили более тысячи фрагментов яиц возрастом от шести до 18 тысяч лет. С помощью комбинации морфологических описаний, построения трехмерных изображений и сравнения их с компьютерными моделями удалось определить возраст эмбрионов на момент разрушения яйца. Стало понятно, что яйца собирали на поздних стадиях развития эмбриона, а значит, люди либо ели балют – блюдо восточной кухни, либо выводили птенцов.
«И такое поведение мы наблюдаем за тысячи лет до приручения курицы. Казуар – это не какая-то мелкая птица, это огромная, злобная нелетающая птица, которая может вас выпотрошить. На самом деле они больше похожи на велоцирапторов (хищный двуногий динозавр. – Ред.), чем на большинство домашних птиц», – отметила Кристина Дуглас. Однако приручить их можно. Кстати, на Новой Гвинее и по сей день птенцов казуаров продают, а их мясо употребляют в пищу.
Вот и осень, и улетают чипы…
Ученые из Северо-Западного университета США совместно с коллегами из Китая, Кореи и Великобритании создали переносимый воздухом летающий микрочип. Мотора у него нет, но есть микропропеллер, способный максимально долго держать чип в воздухе и обеспечивать контроль перемещения на большой территории. Источником вдохновения для ученых стали звездообразные семена цветущей лианы Tristellateia, которую можно встретить на Мадагаскаре.
«Наша цель состояла в том, чтобы добавить малым электронным системам свойство полета, с идеей, что эта новая возможность позволит нам распространять высокофункциональные миниатюрные электронные устройства для измерения параметров окружающей среды, мониторинга загрязнений, наблюдения за населением или отслеживания заболеваний. Мы смогли сделать это, вдохновленные биологическим миром. За миллиарды лет природа создала семена с очень сложной аэродинамикой. Мы позаимствовали эти концепции дизайна, адаптировали их и применили к платформам электронных схем», – рассказал Джон Роджерс, ведущий автор статьи, профессор в области материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии в Школе инженерии Маккормика и Медицинской школе имени Файнберга.
Исследователи уже протестировали устройство для обнаружения твердых частиц в воздухе, для определения рН водяного пара и для измерения солнечного света на разных длинах волн.
Сухой, потому что маленький
О том, что на Марсе раньше было много воды, говорят, в частности, котловины крупных озер, сухие речные долины и паводковые каналы, изображения которых передавали марсоходы Curiosity и Perseverance. Ученые предложили немало версий причин исчезновения воды с поверхности планеты. Ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) и их коллеги из Великобритании и Швейцарии полагают, что они нашли реальную причину.
«Судьба Марса была решена с самого начала. Вероятно, существует порог требований к размеру каменистых планет, чтобы удерживать достаточно воды для поддержания жизни и тектоники плит, а массы Марса недостаточно», – объяснил Кун Ван, руководитель исследования, доцент кафедры наук о Земле и планетах факультета искусств и наук Вашингтонского университета.
Специалисты изучили образцы марсианских метеоритов. Оказалось, что Марс потерял гораздо больше калия и других летучих веществ, чем Земля, во время своего формирования.
«Существует ограниченный диапазон размеров планет, позволяющий иметь достаточно воды для развития обитаемой поверхностной среды. Наши результаты помогут астрономам в поисках пригодных для жизни экзопланет в других планетных системах», – уверен Клаус Мезгер, один из соавторов статьи из Инстиута геологии Бернского университета (Швейцария).
Яд будет обнаружен
Токсичное для человека вещество тиабендазол используют в сельском хозяйстве для защиты растений от вредителей, гниения и плесени. Его добавляют в почву, а оттуда оно попадает во фрукты и овощи. Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» в сотрудничестве с коллегами из Турции, Саудовской Аравии и Ирана разработали метод, который помогает выявить даже незначительное количество яда.
«Предельно допустимое количество тиабендазола во фруктах и овощах устанавливают соответствующие органы различных государств. Нормы немного отличаются в странах и для разных фруктов и составляют примерно 5 миллиграммов на литр. Предложенная нами технология способна определить концентрации тиабендазола в 50 раз меньше предельно допустимой нормы», – объясняет Константин Катин, доцент НИЯУ МИФИ (ИНТЭЛ).
Это стало возможным благодаря созданному учеными специальному раствору. Он обнаруживает тиабендазол, даже если его концентрация мала и если в продукте есть другие загрязнители. «Подсветить» токсичное вещество способен молекулярный комплекс на основе бетаина и пирослизевой кислоты. Эта технология проста и экономична. Состав комплекса подобрали с помощью DFT-расчетов (density functional theory – теория функционала плотности), которые позволили сравнить электронное строение молекул тиабендазола и других веществ, подобрав раствор, подошедший к тиабендазолу как ключ к замку.
Птичку жалко
Тысячи истощенных тел морских птиц каждую зиму моря и океаны выбрасывают на европейские и североамериканские побережья. Ученые-экологи из Французского национального центра научных исследований вместе с коллегами из Норвегии и США решили выяснить, что является причиной массовой гибели перелетных птиц.
Для этого они летом поехали в Восточную Гренландию. 1500 птиц пяти самых уязвимых в этой ситуации видов – атлантических тупиков, маленьких гагарок, черноногих моевок и двух видов кайр – обзавелись миниатюрными датчиками, с помощью которых ученые следили за траекторией перемещения пернатых.
Выяснилось, что гибнут они не из-за того, что тратят много энергии, а потому, что не могут нырнуть за рыбой в море из-за сильного ветра. Чтобы сделать такой вывод, специалисты создали компьютерную модель, совместив в ней линии движения птиц и траектории циклонов, которые птицы встречали на пути. Циклоны эти весьма интенсивные и могут длиться несколько дней. А птицы вынуждены продолжать полет, голодные и уставшие.
К сожалению, решить проблему ученые пока не могут. Особенно печально, что из-за изменений климата мощь и продолжительность сезонных циклонов в Северной Атлантике будет лишь увеличиваться.
Движущая сила Великой кислородной революции
Ученые Массачусетского технологического института (США) узнали, когда на Земле появились цианобактерии, которые отвечают за появления в атмосфере кислорода, позволяющего, в свою очередь, развиться сложным формам жизни.
Кислородная революция, или Великое кислородное событие, произошла в самом начале протерозоя, около 2,45 миллиарда лет назад. Но ученым этого знания было мало. Они захотели выяснить, сколько времени цианобактерии вырабатывали кислород до того, как произошел резкий скачок его объема. «В эволюции все всегда начинается с малого. Несмотря на то что есть свидетельства раннего кислородного фотосинтеза, который является самым важным и действительно удивительным эволюционным нововведением на Земле, потребовались сотни миллионов лет, чтобы он по-настоящему заработал», – отметил Грег Фурнье, ведущий автор статьи, доцент геобиологии Департамента Земли, атмосферы и планет МТИ.
Для этого авторы статьи разработали специальную технику генного анализа. Эта техника «рассказала», что все современные виды цианобактерий имеют общего предка, появившегося около 2,9 миллиарда лет назад, а его предок отделился от других бактерий около 3,4 миллиарда лет назад. Похоже, именно тогда и возник процесс оксигенного фотосинтеза. Ученые уверены, что огромный промежуток между появлением цианобактерий и кислородной революцией получился из-за того, что предки цианобактерий были лишь каплей в биосистеме ранней Земли и производили очень мало кислорода, оказывая незначительное влияние на атмосферу.