Новости науки: 10 событий января
«Науки юношей питают, Отраду старцам подают, В счастливой жизни украшают, В несчастный случай берегут», — писал выдающийся русский ученый Михаил Ломоносов в своей «Оде на день восшествия на Всероссийский престол Императрицы Елисаветы Петровны 1747 года». О том, на что сподвигли ученых научные изыскания в январе 2024 года, читайте в нашем традиционном обзоре.
Прямо в яблочко
Ученые Новосибирского государственного технического университета (НГТУ НЭТИ) выяснили, как дольше сохранить фрукты при комнатной температуре. В этом, как ожидается, поможет созданный сибиряками гель из двух биополимеров и связывающего агента.
«Мы уже протестировали гели на яблоках и мандаринах. Тонкий слой биогеля защищает плоды от быстрого высыхания: сохранность яблок при комнатной температуре увеличилась в три раза, они хранятся в течение трех недель», — рассказала Екатерина Литвинова, преподаватель кафедры электрофизических установок и ускорителей НГТУ НЭТИ.
Наносить гель можно как на плоды, еще висящие на дереве, так и на сорванные, непосредственно на упаковочной линии. В отличие от воска, которым сейчас обрабатывают яблоки, гель полностью разлагается и пропускает фруктовый аромат. И что, конечно, особенно важно, его состав полностью органический и смывается водой. Но даже если его частицы попадут в организм, то вреда никакого не причинят, утверждают исследователи.
На фруктах специалисты НГТУ НЭТИ останавливаться не планируют: весной и летом аналогичные эксперименты ожидают морковь и ягоды.
Дыра Вселенская
Международная группа астрономов во главе с Роберто Маолино, профессором Кембриджского университета (Великобритания), наблюдая за одной из самых далеких и древних галактик GN-z11 с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружила свидетельства существования сверхактивной черной дыры
«Существование этой черной дыры нельзя объяснить при помощи уже существующих теорий: для достижения массы в несколько миллионов Солнц она должна была расти на протяжении более миллиарда лет. Соответственно, она или изначально обладала большой массой, или же поглощала очень долгое время материю в пять раз быстрее, чем это считалось возможным в прошлом», — пишут ученые.
На черную дыру указало наличие в центральных регионах ядра галактики GN-z11, появившейся практически сразу после Большого взрыва, ионов углерода и неона, разогретых до высоких температур. Считается, что сверхмассивные черные дыры формируются из остатков мертвых звезд. В этом случае на создание данной дыры должно было уйти около миллиарда лет. Но все произошло быстрее. Возможно, случился прямой коллапс массивного газового облака или сверхбыстрая аккреция вещества, то есть приращение массы путем гравитационного притяжения. А значит, стоит предположить, что черные дыры способны образовываться не так, как считалось до сих пор: например, они могут «рождаться большими» или стремительно поедать материю.
Ученые уверены, что благодаря чувствительности JWST в ближайшие месяцы и годы могут быть обнаружены еще более старые черные дыры. И очень надеются найти более мелкие «зародыши» черных дыр, ведь это поможет разобраться в различных способах их формирования.
Так вот кто мутит воду
Климатологи из Европы под руководством Ван Менжу, доцента Вагенингенского университета (Нидерланды), изучили более 10 000 водоносных бассейнов на нашей планете и выяснили, что к 2050 году треть из них нельзя будет использовать для питья. Как следствие, три миллиарда человек могут столкнуться с нехваткой воды.
«Мы впервые проанализировали то, как загрязнение воды будет влиять на ее доступность на глобальном уровне к середине текущего столетия. Наши расчеты показывают, что учет этого фактора утраивает число проблемных водоносных бассейнов, в результате чего проблемы с доступом к чистой воде будут испытывать около 48% водоносных бассейнов, где будет проживать свыше 91% населения планеты», пишут исследователи. Эти 48% водоносных бассейнов расположены в странах Ближнего Востока, Южной и Восточной Азии, в Северной Африке и Европе.
До сих пор большинство исследователей, изучающих данный вопрос, обращали первоочередное внимание на объемы водных ресурсов на Земле. А вот команда Ван Менжу проанализировала не только количество, но и качество, в том числе уровень загрязнения азотом, из-за которого большое количество рек и грунтовых вод становится непригодным для питья. На основе уже имеющихся данных и оценки загрязнения из-за азотных удобрений ученые рассчитали, что проблемы с доступом к чистой воде уже актуальны примерно для четверти (2517) водоносных бассейнов, а к 2050 году их число вырастет до трети (3061).
Проблема контроля азотного загрязнения в основном возникает из-за нынешних тенденций урбанизации и увеличения спроса на продовольствие, а также увеличения количества отходов, которые дополнительно способствуют попаданию азота в воду. Даже по самому оптимистичному сценарию, нехватка чистой воды остро ощущается во многих регионах. В целях сокращения дефицита воды ученые настоятельно рекомендуют ужесточить контроль за производством продуктов питания, а также за подключением и очисткой сточных вод.
В исследовании ученых под руководством Ван Менжу показателем качества воды выступила, повторим, степень загрязнения азотом. Но многие другие индикаторы (соленость, растворенный кислород, биологическая потребность, pH, температура и тяжелые металлы) и новые загрязняющие вещества (патогены, антибиотики, пластик и пестициды) с большой долей вероятности также сильно повлияют на качество воды на Земле. .
Синяя птица ожирения
Ученые Тюменского медицинского университета (ТМУ) и их коллеги доказали, что синий свет поздним вечером повышает вероятность набора веса. Ведь он не дает вырабатываться гормону мелатонину, который крайне важен для регулирования циркадного ритма любого живого существа. Многие думают, что при этом страдает только сон. Но мелатонин влияет и на метаболизм. Особое внимание уделяется гену рецептора мелатонина MTNR1B, особенно его варианту MTNR1B rs10830963. Именно метаболизм его носителей, количество которых, согласно статистике, составляет примерно половину жителей Земли, особо чувствителен к синему свету.
Даже небольшое воздействие в окошке с 21:30 до 01:00 тесно связано с повышенным индексом массы тела. Ведь именно в эти часы наиболее активно производится мелатонин.
Результаты получены в ходе исследования с участием жителей Арктической зоны — Салехарда, Аксарки и Нового Уренгоя на Ямале. В течение недели ученые с помощью специальных приборов — актиметров — отслеживали качество сна волонтеров, их уровень активности, другие параметры жизнедеятельности организма, а также регистрировали полученные участниками эксперимента дозы света.
«На основании итоговых данных мы рекомендуем после 21 часа включать фильтр синего света на смартфонах, компьютерах и любых других электронных приборах, а также избегать света, поступающего с улицы. Исследования показали, что даже малое его количество может приводить к метаболическим нарушениям, включая набор веса», — рассказал Денис Губин, заведующий лабораторией хронобиологии и хрономедицины Университетского НИИ биомедицинских технологий, профессор кафедры биологии ТМУ.
Концерт для мозга с оркестром
Ученые из Университета Эксетера (Великобритания) выяснили, что занятие музыкой на протяжении всей жизни связано с улучшением здоровья мозга в пожилом возрасте.
Исследователи сделали такие выводы в ходе онлайн-исследования Protect, которое проводится уже более 10 лет. В этот раз согласие на участие в нем подписали более 25 000 человек старше 40 лет. Среди адресованных им вопросов были и те, что помогали выяснить, есть ли у добровольцев музыкальное образование, на каких инструментах они умеют играть и продолжают ли они сейчас заниматься музыкой.
«Большое число коллег сейчас изучает то, как музыка влияет на состояние здоровья мозга. Нам в рамках проекта Protect удалось впервые изучить то, как музыка влияет на работу центральной нервной системы большого числа людей в возрасте. Эти наблюдения показали, что занятия музыкой улучшают когнитивные резервы пожилых людей», — заявила Энн Корбетт, профессор университета Эксетера.
Проанализировав полученные результаты, ученые пришли к выводу, что пожилые люди, увлекающиеся музыкой, имеют более крепкую память, лучше находят нужные объекты на фото и рисунках. Особенно хорошо справлялись с этими задачами любители клавишных инструментов. В целом, если судить по результатам теста, острота ума и памяти у любителей музыки была выше на 15–24%, чем у тех, кто музыкой не занимается.
«Продвижение музыкального образования будет ценной частью инициатив общественного здравоохранения по пропаганде образа жизни, помогающего здоровью мозга, по поощрению пожилых людей к возвращению к музыке. Существует немало доказательств пользы занятий в музыкальных группах для людей с деменцией, и этот подход можно расширить как часть пакета мер по здоровому старению, дающих им возможность активно снижать риск и укреплять здоровье мозга», — подытожила Корбетт.
Получила зараза по самые помидоры
Американские ученые нашли борца с опасной сальмонеллой, вызывающей брюшной тиф и отравления. «Главной целью этого исследования было желание выяснить, могут ли томаты и томатный сок убивать возбудителей кишечных инфекций, включая сальмонеллы, и если да, то какие качества позволяют им это сделать», — говорит автор исследования Чон Мин Сонг, доцент кафедры микробиологии и иммунологии Корнельского университета (США).
Первым шагом стало исследование, которое доказало, что сок томата действительно убивает Salmonella Typhi. Выращенная в лабораторных условиях бактерия погибла в течение 24 часов после воздействия. Затем ученые копнули глубже — изучили геном томата в поисках генов, кодирующих небольшие белки — пептиды, которые могли бы «работать» противомикробными агентами. И обнаружили два антимикробных пептида tdAMP-1 и tdAMP-2, способных подавить рост сальмонеллы и даже уничтожающих устойчивый к антибиотику штамм. Принцип их «работы» заключается в разрушении бактериальной мембраны, приводящей к гибели клеток. Это буквально свет в конце тоннеля для антимикробной терапии.
Исследователи выразили надежду, что дети и подростки, узнав о результатах исследования, захотят есть больше помидоров, а также других фруктов и овощей, поскольку они обладают естественными антибактериальными свойствами.
Ты улавливаешь нить?
Как сократить количество некачественной продукции в текстильной промышленности и повысить производительность оборудования? Ученые Ивановского государственного политехнического университета нашли решение. Они предложили делать это с помощью их разработки — программно-аппаратного комплекса для исправления перекоса уточной нити в текстильных материалах.
«Комплекс предназначен для автоматического определения положения уточной нити и оперативной подачи сигналов управления на механизмы исправления перекоса. Система технического зрения контролирует, нет ли перекоса на ткани, для этого ее поверхность постоянно сканирует одна или несколько камер. Если система обнаруживает отклонение, то она передает сигнал на подвижные валы, которые его устраняют. Данный комплекс может использоваться для производств, выпускающих различные текстильные материалы», — рассказала Ирина Барабанщикова, руководитель проекта.
Алгоритмы поиска уточной нити обнаружат, где именно в материале она находится, причем даже поверхность его роли не играет: система найдет и на гладком крашении, и на печати, и на уникальном переплетении. Держать под контролем технологический процесс работы машины можно в режиме реального времени с любого компьютера, если комплекс подключить к общей компьютерной сети фабрики.
На чем стоим? На микроорганизмах!
Исследователи Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «КИ» — ПИЯФ) сделали более совершенной технологию , позволяющую с помощью минерализации карбоната кальция микроорганизмами укрепить почву. Также они уменьшили стоимость культивирования применяющихся для этого уреолитических бактерий.
Укреплять грунт, в частности для строительства разнообразных объектов, традиционно приходилось с помощью бентонита, силикатов или акриламида, то есть химических реагентов. Но в последние годы ученые обратили внимание на технологию биоцементации, в которой с помощью специальных уреолитических бактерий осаждаются кристаллы карбоната кальция. Они-то и связывают между собой частицы грунта.
Ученые НИЦ «КИ» — ПИЯФ предложили улучшенный способ биоцементизации. В почву вместе с суспензией из бактерий добавляется наполнитель из измельченной макулатуры, а потом все это перемешивается с помощью специальной техники. «Это способствует более равномерному распределению осаждаемого карбоната кальция и улучшению механических свойств грунта. Прочность экспериментальных образцов по сравнению с образцами без наполнителя повысилась почти в два раза», — поделилась деталями Дарья Головкина, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологий института.
Кроме этого, исследователям удалось снизить затраты на культивирование уреолитических микроорганизмов, заменив дрожжевой экстракт и пептон (белковый субстрат животного происхождения) в питательной среде на экстракт из отработанных пивных дрожжей
Не королевской крови ящер
Научная группа из Великобритании, США и Канады под руководством Николаса Лонгрича, доцента Университета Бата (Великобритания), изучила найденный несколько лет назад в американском штате Нью-Мексико частично сохранившийся череп гигантского хищного динозавра. Палеонтологи-первооткрыватели решили, что это ранние королевские тираннозавры (Tyrannosaurus rex), но научная группа засомневалась
Команда Лонгрича сделала вывод, что устройство черепа обнаруженных тираннозавров отличалось от образцов, принадлежавших особям Tyrannosaurus rex: над глазами у «найденышей» из Нью-Мексико были рогообразные выступы. Они встречались у азиатских тарбозавров, далеких родственников Tyrannosaurus rex, но вот у тирексов их не было. Кроме того, динозавров, чьи останки были обнаружены, с тарбозаврами роднило крепление зубов к верхней челюсти. Да и возраст черепа оказался более внушительным, чем считали первооткрыватели окаменелостей — около 73 миллионов лет назад, за 6–7 миллионов лет до массового распространения королевских тираннозавров по будущей Северной Америке.
«Место и время появления тираннозавров до сих пор остается неясным: существуют предположения, что они могли возникнуть как в Азии, так и в Ларамидии, западной части современной Северной Америки. Мы открыли ранее неизвестный вид тираннозавров Tyrannosaurus mcraeensis, которые обитали на территории Ларамидии за 6–7 миллионов лет до появления королевских тираннозавров и при этом были сопоставимы с ними по размерам», — пишут исследователи.
Новый вид тираннозавров назвали Tyrannosaurus mcraeensis. Он был примерно такого же размера, как тираннозавр Рекс, — 12 метров в длину и 3,6 метра в высоту. Как и его знаменитый родственник, он ел мясо. Ученые уверены, что в ближайшем будущем первоочередной задачей палеонтологов станет поиск их останков и выяснение причин, по которым Tyrannosaurus rex приобрел гигантские размеры.
Ах ты ж штучка крашеная!
Физики и материаловеды Университета Кобе (Япония) под руководством профессора Минору Фуджии разработали сверхлегкую и яркую краску на основе кремниевых наночастиц. Она не выцветает с годами, отлично смотрится под любым углом, безопасна для экологии и человека и наносится очень тонким слоем.
Японские ученые уже не первый год исследуют наночастицы. Они первыми достигли точного контроля их размера и разработали коллоидные суспензии сферических и кристаллических наночастиц кремния. «Эти одиночные кремниевые наночастицы рассеивают свет в яркие цвета за счет явления «резонанс Ми», что позволяет нам разрабатывать структурные цветные чернила. При резонансе Ми сферические частицы, размер которых сравним с длиной волны света, особенно сильно отражают волны определенной длины. Это означает, что цвет, который в основном исходит от суспензии, можно контролировать, просто изменяя размер частиц», — отмечают ученые. В итоге человеку кажется, что бесцветные структуры окрашены в тот или иной цвет.
«Одиночный слой из наночастиц толщиной в 100–200 нанометров придает поверхностям очень яркую окраску, при этом расходуется очень небольшая масса красителя, меньше половины грамма на квадратный метр. Это делает наши кремниевые наносферы одним из самых легчайших красителей на Земле», — пояснил Хироси Сугимото, доцент Университета Кобе.
Такие качества новой краски пригодятся в покраске самолетов, ведь нанокраска сделает авиалайнеры легче на несколько сотен килограммов, что улучшит их летные характеристики и снизит расход топлива.