Новости науки: 10 событий января
«Наука – это громадная сокровищница знаний, накопленных человечеством», – говорила Надежда Крупская, революционерка и общественный деятель. Ученые не перестают пополнять эту копилку все новыми и новыми знаниями. Об их январских исследованиях и открытиях читайте в нашем традиционном обзоре.
У жуков размер не имеет значения
Алексей Полилов, биолог из МГУ им. Ломоносова, совместно с коллегами из Вьетнама, Японии и Германии изучил полет жуков-перокрылок, которых поймали во Вьетнаме и в России (в нашей стране – в окрестностях Звенигородской биологической станции МГУ). Оказалось, что жучок вида Paratuposa placentis длиной не больше 0,4 мм с крыльями, напоминающими распущенные перья птиц, летает так же быстро, как и насекомые, которые в три раза больше его по размерам. А все благодаря исключительной манере полета. Надо заметить, что долгое время считалось, будто эти крошки перемещались в основном благодаря силе ветра, то есть плыли по ветру, как планктон по воде.
Чтобы наблюдать за полетом, насекомых поместили в специальные боксы. Полет был записан с помощью двух высокоскоростных камер с высоким разрешением.
«Задние крылья перокрылок движутся по траектории в виде широкой восьмерки и совершают гребные движения, которые чередуются с хлопками как над телом жука, так и под ним. Жесткие надкрылья совершают взмахи с необычайно большой амплитудой и выполняют роль инерционного тормоза, который компенсирует вращение тела, возникающее в результате движения крыльев», – рассказал Сергей Фарисенков, один из авторов исследования, младший научный сотрудник МГУ.
Ученые хотят изучить этих жуков подробнее, чтобы потом специалисты смогли использовать полученные знания в работе над созданием миниатюрных роботов.
Свет из маски
Из-за пандемии коронавируса количество использованных медицинских масок значительно возросло. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (Москва) говорят о 130 млрд масок, которые превратились в сотни тонн полимерных отходов. Их переработка – вопрос более чем актуальный, ведь при сжигании в атмосферу попадают токсичные газы. Ученые НИТУ «МИСиС» вместе с коллегами из США и Мексики придумали отличный выход из ситуации. Они предложили использовать отработавшие маски и упаковки от лекарств для производства аккумуляторов. Дополнительно нужно лишь закупить графен.
«Для создания аккумулятора типа суперконденсатора используется следующий алгоритм: сначала маски дезинфицируют с помощью ультразвука, затем окунают в «чернила» из графена, которые пропитывают маску. Потом материал прессуют под давлением, нагревают до 140 °С (при создании обычных аккумуляторов-суперконденсаторов требуется очень высокая температура для пиролиза-карбонизации, до 1000–1300 °С, а новая технология снижает расход энергии в 10 раз). Затем между двумя электродами из нового материала размещают прокладку (тоже из материала масок) с изолирующими свойствами. Ее пропитывают особым электролитом, а затем создают защитную оболочку из материала упаковок от лекарств», – объяснил Анвар Захидов, научный руководитель инфраструктурного проекта «Высокопроизводительная полимерная тандемная фотовольтаика на основе гибридных перовскитов» НИТУ «МИСиС».
В итоге получаются аккумуляторы с высокой плотностью запасенной энергии и электрической емкости. С их помощью ученым удалось получить 98 ватт-часов на килограмм. При этом батареи вышли весьма дешевыми, гибкими и легкими. Использовать их можно будет в любых бытовых устройствах. А в будущем, как надеются специалисты, эти батареи подойдут и для электромобилей и солнечных электростанций.
О чем думают младенцы
Нейробиологи из Массачусетского технологического института (США) выяснили, как младенцы и маленькие дети понимают, что людей связывают близкие отношения. Специфическим сигналом, говорящим об этом, стала слюна, вернее, процессы, с ней связанные: поцелуи, возможность делиться друг с другом едой – например, дать лизнуть свое мороженое.
«Младенцы не знают заранее, какие отношения являются близкими и морально обязывающими, поэтому они должны каким-то образом узнать это, наблюдая за тем, что происходит вокруг них», – говорит Ребекка Сакс, профессор когнитивной нейробиологии и младший руководитель отдела департамента мозга и когнитивных наук МТИ, старший автор исследования.
Исследователи наблюдали за малышами (от 16,5 до 18,5 месяца) и младенцами (от 8,5 до 10 месяцев), когда те смотрели, как взаимодействует человек с куклой-марионеткой. Сначала кукла делилась апельсином с одним человеком, а затем подбрасывала мяч туда-сюда с другим. И когда кукла «проявляла беспокойство», сидя между двумя людьми, дети смотрели на человека, который делил с марионеткой апельсин, а не на того, который с ней играл.
Во второй серии экспериментов один человек либо клал палец себе в рот, а затем в рот марионетке, либо прикладывал палец ко лбу, а затем ко лбу марионетки. Позже, когда человек выражал беспокойство, стоя между двумя марионетками, дети, смотрящие видео, с надеждой смотрели на марионетку, с которой до этого происходил обмен слюной. По мнению ученых, младенцы ожидали, что люди, которые делятся слюной, придут друг другу на помощь. Полученные данные говорят о том, что младенцы могут использовать эти сигналы, чтобы выяснить, кто из окружающих, скорее всего, предложит помощь, уверены исследователи.
Чудо-лошадь
Ученые узнали, как жителям древней Месопотамии удалось на полвека раньше появления одомашненных лошадей впрячь кого-то в боевые колесницы. Оказалось, что запрягали они помесь домашних ослиц с сирийскими куланами. В клинописных глиняных табличках этих животных назвали «кунга», причем шумеры их очень ценили, ведь стоили животные в шесть раз дороже обычных ослов. Они не только писали о них, но и рисовали, например, на двух декоративных панелях, известных под названием «Штандарт войны и мира», созданных 4,5 тысячи лет назад.
Палеогенетики из Института Жака Моно (Франция) расшифровали геном этих «темных лошадок». Они исследовали останки самцов семейства лошадиных, обнаруженных в погребальном комплексе раннего бронзового века Телль-Умм-эль-Марра (Сирия) несколько лет назад. Сравнили их с геномом других непарнокопытных и с геномом останков последних сирийских куланов и костей животного из храма Гебекли-Тепе (Турция) возрастом 11 тысяч лет. Выяснилось, что найденные останки принадлежали животным, полученным от спаривания самок домашних африканских ослов и самцов сирийских куланов. Сегодня этих животных встретить в природе уже нельзя.
Надо заметить, что изначально куланы были не слишком приспособлены для езды, потому что славились своей агрессивностью. Поэтому ученые считали, что шумеры охотились за ними только ради мяса и шкур. Однако древние селекционеры в итоге очень умело скрестили куланов с ослами и получили быструю и сильную, но при этом обучаемую лошадку. Увы, к размножению эти гибриды были не способны, поэтому позже их сменили привычные нам лошади.
«Жители Месопотамии, действительно, создали эти гибриды с помощью биоинженерии. Насколько нам известно, каждого из представителей древнейших гибридов необходимо было производить заново. Это объясняет, почему они были такими ценными», – отметила Ева-Мария Гейл, соавтор исследования из Института Жака Моно в Париже.
Без паники, мужчины!
Мужчинам стоит успокоиться, перестать переживать и накручивать себя. Ведь американские ученые уверены, что повышенная тревожность приводит к неприятным последствиям – проблемам с сердцем и диабету.
«Наши результаты показывают, что более высокий уровень беспокойства среди мужчин связан с биологическими процессами, которые могут привести к сердечным заболеваниям и метаболическим нарушениям. И эта связь могла возникнуть намного раньше, чем принято считать: потенциально еще в детстве или юности», – отметил ведущий автор исследования Левина Ли, доцент кафедры психиатрии Медицинской школы Бостонского университета и клинический психолог в Национальном центре посттравматического стрессового расстройства Департамента по делам ветеранов США.
Для анализа ученые взяли данные участников исследования процессов старения у мужчин Normative Aging Study, которое было начато в далеком 1961 году в амбулаторной клинике ветеранов США в Бостоне. Тогда исследованиям подвергся 1561 мужчина. Участникам эксперимента в среднем было 53 года, при этом на момент начала исследования у них не выявили сосудистые заболевания или рак. Исследуемые проходили тесты, определяющие уровень их невротизма. Плюс каждые 3–5 лет участников осматривали и брали анализы: измеряли индекс массы тела, уровень сахара в крови, артериальное давление, уровень общего холестерина, триглицериды, скорость оседания эритроцитов.
Оказалось, что тревожные мужчины зарабатывают проблемы с сердечно-сосудистой системой и диабет на 10–13% активнее, чем людей с низкой тревожностью.
Губительный пластик
Экотоксикологи из Норвежского научно-технологического университета проанализировали самые распространенные пластиковые емкости и предметы быта – бутылки для питьевой воды, баночки для йогурта, бутылки для шампуня, губки для мытья посуды, пол из ПВХ. Оказалось, в них содержится более 55 тысяч химических соединений. Но ученые сосредоточились на 629 из них. Мартин Вагнер из Норвежского научно-технологического университета и его коллеги выявили 11 молекул, которые губительным образом сказываются на организме человека и животных, вызывая нарушение обмена веществ и ожирение. Причем лабораторные эксперименты показали, что аж треть изделий, попавших в руки исследователей, содержит эти вредные вещества. Причем данные соединения могут проникать в организм не только с напитками из бутылок, но и с пылью (когда тот же пол начинает распадаться).
Получается, чтобы не заработать ожирение, нужно не просто правильно питаться, вести активный образ жизни, но еще и отказаться от пластика. Кстати, многие страны это уже сделали. Но, увы, не все производители продукции отказались от вредных пластификаторов.
Такое не забудешь
Шарон Гиле-Дотан и его коллеги из Школы оптометрии и науки о зрении Университета Бар-Илан (Израиль) выяснили, что величина картинки, на которую мы смотрим, важна для ее запоминания.
Чтобы это узнать, ученые провели серию из семи экспериментов с 182 добровольцами в возрасте 18–40 лет. Им показывали иллюстрации разных размеров, но не говорили о том, что смотреть мало, надо еще и запомнить изображение. Рисунок большого размера участники эксперимента запоминали в среднем в полтора раза лучше. Причем запоминание не зависело ни от изображенного объекта, ни от качества картинки или каких-либо других факторов. Если показывали одну и ту же картинку в разных размерах, лучше запоминалась большая, даже если она оказывалась более размытой, чем ее четкая маленькая копия.
Ученые тем самым подтвердили свою догадку, что зрительная память зависит от размера изображения на сетчатке. «В областях мозга, которые отвечают за обработку изображений на сетчатке, потребляется больше ресурсов в случае крупных, а не маленьких изображений, поскольку все это определяется размерами области сетчатки, которую то или иное изображение может стимулировать», – объясняет Гиле-Дотан. – Возможно, что даже в динамических изображениях больше ресурсов зрения будет направлено на обработку видео на больших экранах, а не на маленьких, и, следовательно, видео на большом экране будут лучше запоминаться».
Дыра-созидатель
Оказывается, не каждая черная дыра во Вселенной поглощает все, что попадает в ее поле зрения. Космический телескоп «Хаббл» сделал серию снимков черной дыры в центре карликовой галактики Henize 2-10, которая звезды, напротив, создает.
На эту галактику астрономы обратили внимание еще в 2011 году. И поспорили. Одни ученые были уверены, что в центре галактики есть черная дыра, другие утверждали, что там остаток сверхновой, поскольку такие маленькие галактики могут быть домом для черных дыр. Правы были первые.
Но удивительно другое. Ученые из Государственного университета Монтаны (США) заметили на снимках поток горячего газа, который соединяет черную дыру галактики с ближайшей областью звездообразования, расположенной в 230 световых годах. Обычно вещество, выбрасываемое из черной дыры, сильно нагрето, и газовые облака, которые встречаются на пути этого горячего потока, тоже нагреваются, что в свою очередь подавляет звездообразование, ведь звезды любят рождаться из облаков холодного межзвездного газа. Специалисты предположили, что вещество, исходящее из черной дыры галактики Henize 2-10, встретило плотное газовое облако, растеклось по нему, «как вода из шланга, ударившаяся о насыпь грязи». И в результате стали появляться звезды. Теперь молодые звезды выстраиваются перпендикулярно потоку, по пути его распространения. Сам поток оказался более мягким из-за относительно небольшого размера дыры.
«К сожалению, мы не застали процесс образования первых черных дыр, а ответить на главный вопрос – откуда они взялись – очень хочется! И вот тут на помощь нам должны прийти карликовые галактики, которые могли сохранить какую-то память о тех событиях, затерявшихся в пространстве и времени», – говорит астрофизик Эми Рейнс.
Опровергая Дарвина
Великий Дарвин был уверен, что мутации происходят случайным образом, а закрепляются те, что дают преимущества. Ученые из США и Германии опровергли эту теорию. Они доказали неслучайность мутаций ДНК, благодаря которым организмы эволюционируют.
Исследование длилось три года в Институте биологии развития Макса Планка (Германия). Ученые провели секвенирование ДНК сотен растений Arabidopsis thaliana (секвенирование – определение порядка элементарных единиц мономеров в полимере. – Прим. ред.). Растение это маленькое, сорное и считается среди генетиков отличным образцом благодаря относительно небольшому геному, включающему около 120 млн пар оснований. Например, в геноме человека таких пар около 3 млрд. В защищенной лабораторной среде исследователи вырастили образцы растений. В итоге растения с дефектами, которые вряд ли бы выжили в природе, отлично себя чувствовали.
Участники эксперимента обнаружили более 1 млн мутаций, что позволило выявить неслучайную закономерность: в участках генома, отвечающих за рост клеток и экспрессию генов, мутации происходят очень редко.
«Наиболее биологически важные области генома защищены от мутаций. В этих регионах особенно эффективно происходит восстановление повреждений ДНК. Растение разработало способ защитить свои самые важные места от мутаций. Это захватывающе, потому что мы могли бы использовать это открытие, чтобы подумать, как защитить человеческие гены от мутаций», – объясняет руководитель исследования, научный директор Института Макса Планка Детлеф Фейгель.
Скорая медицинская нейросеть
Системы безопасности смогут не только предотвращать правонарушения, но и способствовать оперативному оказанию экстренной медицинской помощи. К такому выводу пришли ученые из Самарского университета имени С. П. Королева. Главная сложность – в сборе обучающих данных с камер наблюдения.
«Мы разработали универсальное средство моделирования сцен падения человека, позволяющее варьировать рост, вес, параметры одежды и окружения. На основе сгенерированных таким образом данных мы обучили сверхточную нейросеть на базе Mask-RCNN распознавать ситуации, требующие вызова экстренных служб. Сеть обладает возможностью сегментации пикселей по классам, что обеспечивает высокое качество распознавания», – объяснил Денис Жердев, старший преподаватель кафедры суперкомпьютеров и общей информатики Самарского университета имени С. П. Королева.
Испытания показали, что система отличается эффективностью: она правильно определила 97,6% инцидентов при работе с синтезированными данными и 95% – с записями с камер наблюдения. Оно и понятно, ведь ученые учли физику конечностей при движении и падении, сгенерировали случайное «поведение» цифрового человека. Это позволило повысить реалистичность моделирования.