Новости науки: 10 событий марта
«Человек с ясной целью будет продвигаться даже по самой тяжкой дороге. Человек безо всякой цели не продвинется и по самой гладкой дороге», — считал Томас Карлейль (1795–1881), британский писатель, историк и философ. О том, что нового встретили на своем пути современные ученые, читайте в нашем обзоре новостей науки за март.
Сердце, тебе не хочется послаще
Ученые из Шанхайского университета Цзяотун (Китай) и Уппсальского университета (Швеция) оценили степень влияния напитков с сахаром и сахарозаменителем, а также натуральных соков на риск развития фибрилляции предсердий (мерцательной аритмии) — нарушения ритма сердца, при котором оно бьется хаотично с частотой более 300 ударов в минуту.
«Проведенные нами расчеты показали, что добровольцы, употреблявшие за неделю более двух литров сладких напитков с натуральным сахаром или подсластителями, в среднем на 20% чаще страдали от мерцательной аритмии, чем не пьющие их участники наблюдений. Этот риск был выше нормы в 3,5 раза для людей, генетически предрасположенных к развитию данной болезни», — отмечают исследователи в своей работе.
Ученые проанализировали данные 201 856 участников исследования UK Biobank, у которых на старте наблюдения не было зафиксировано фибрилляции предсердий. Эти данные включали в себя диетические предпочтения и генетические предрасположенности добровольцев, что помогло понять, чем эти люди питались, что пили и были ли у них наследственные проблемы с сердцем. За средний период наблюдения 9,9 года было зафиксировано 9362 случая фибрилляции предсердий.
Сахаросодержащие напитки и их аналоги с бескалорийными подсластителями ученые считают причиной значительного увеличения риска развития мерцательной аритмии. Причем перебои в работе сердца чаще возникали у тех, кто употреблял напитки с заменителями сахара. А для носителей генов, «помогающих» развитию аритмии, риск возникновения мерцательной аритмии был еще выше. Но и те, чьи гены оказывались в полном порядке, все равно увеличивали вероятность развития этого заболевания с такими вредными пищевыми привычками.
Окрыленные водородом
Ученые Московского авиационного института (МАИ) придумали, как уменьшить массу самолета на водородном топливе и увеличить продолжительность его полета. Они полагают, что сделать это можно с помощью охлаждения силовых электронных преобразователей сжиженным водородом. Разработанная исследователями технология поможет увеличить КПД преобразователя по сравнению с классическими типами охлаждения.
«Установленный на борту самолета преобразователь нуждается в постоянном охлаждении. Классические системы охлаждения, использующие воздух, воду или другие жидкости, повышают общую массу компонентов воздушного судна. Гораздо более эффективным способом для перспективного самолета может стать подача в охлаждающий контур водородного топлива, которое и так находится на борту и хранится при криогенных температурах. Таким образом мы экономим массу и в перспективе сможем взять на борт больше полезной нагрузки. Кроме того, эксперименты показали, что сверхнизкая температура дает эффект повышения электрической проводимости и снижения пульсаций: тем самым мы увеличиваем КПД и, как следствие, уменьшаем расход топлива», — говорит Михаил Остапчук, аспирант кафедры 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы».
Использовать это охлаждение можно не только в самолетах, но и других системах с криогенными температурами — сверхпроводниковых МРТ и тепловых электростанциях на сжиженном природном газе.
Пивной металлоискатель
Как перерабатывать непригодные электронные устройства с максимальным эффектом для людей? Задача не из легких, так как электронные отходы неоднородны. Однако биотехнологи из Австрии нашли многообещающий способ решения проблемы. Они предложили использовать для этих целей отработанные пивные дрожжи, которые избирательно улавливают из массы отходов нужные металлы.
Ученые впервые предложили ступенчатый процесс биосорбции, при котором нужные металлы выборочно извлекаются из полиметаллических растворов на поверхность отработанных пивных дрожжей с изменением pH раствора. После десорбции ионов металлов биомассу дрожжей можно перерабатывать и использовать до пяти раз, что делает процесс еще более экономически выгодным.
«Мы показали, что дешевые и безопасные для природы дрожжи способны очень эффективно извлекать ценные металлы из сложно устроенных растворов. Более того, продемонстрированная нами возможность повторного использования этих организмов для извлечения металлов делает данный подход экономически рентабельным методом переработки отходов», — подчеркивает Анна Зибер, научный сотрудник Центра металлургических компетенций K1-MET в Линце.
Дело в том, что в клеточных стенках дрожжей есть молекулы, способные связываться с атомами меди, цинка, никеля и другими веществами. Исследователи решили выяснить, как высушенная и обработанная щелочами дрожжевая биомасса будет взаимодействовать с несколькими типами сложно устроенных растворов, получаемых при переработке электроники и промышленных отходов. В ходе эксперимента они извлекли более 20% никеля, 40% меди, 50% алюминия и 90% цинка. Причем довольно быстро: процесс занял 40–60 минут.
Извлечение этих компонентов из различных электронных отходов, как ожидается, снизит остроту проблемы захоронения отработанной техники и решит вопросы с поставками определенных материалов.
Тепло ль тебе, девица, с «Топазом» автономным?
Российские инженеры при помощи Фонда Национальной технологической инициативы (НТИ) создали электроустановку, которая имеет компактные размеры, работает на основе твердооксидных топливных элементов и не зависит от погодных условий. Энергия генерируется с помощью электрохимического окисления углеводородного топлива — пропана, бутана, метана и даже водорода. Такие генераторы способны вырабатывать энергию из топлива автономно, что позволит использовать их даже на удаленных объектах нефтегазовых компаний, при этом снизив затраты на энергоснабжение живущих вдали от развитой инфраструктуры потребителей электроэнергии. Ученые говорят, что электроустановка будет отлично функционировать в любых климатических условиях бесперебойно и надежно. В данный момент уже созданы установки мощностью до 100 Вт. Но их можно скомпоновать и смонтировать систему мощностью до 1 кВт. В дальнейшем планируется еще увеличить мощность.
«В конструкции электроустановки «Топаз» отсутствуют токсичные компоненты. При этом ее КПД значительно выше, чем у любых генераторов на основе двигателей внутреннего сгорания, а удельная массовая энергоемкость (вместе с топливным картриджем) до 10 раз превышает этот параметр у литийионных батарей. В процессе работы установки дополнительно вырабатывается также и тепло, которое может быть использовано для обогрева людей и аппаратуры», — объяснил Вадим Медведев, генеральный директор фонда НТИ.
Так вот откуда «лампочки» у светлячков
Китайские молекулярные биологи под руководством Фу Синьхуа, доцента Хуачжунского сельскохозяйственного университета, выяснили, какие именно гены делают брюшко светлячков светящимся. Оказалось, что процесс формирования светоизлучающих клеток фотоцитов и связанных с ними тканей тела насекомых запускают два гена — AlAbd-B и AlUnc-4.
«Светоизлучающие органы светлячков представляют собой уникальные структуры, даже далекие аналоги которых отсутствуют у всех остальных насекомых. Проведенные нами опыты указывают на то, что формированием этих органов у жуков управляют гены AlAbd-B и AlUnc-4. Подавление их работы приводит или к полному предотвращению формирования светоизлучающих органов, или к их дисфункции», — говорится в исследовании.
Ученые изучали довольно редкую разновидность светлячков — Aquatica leii. Их личинки живут все время в воде, а сами жуки питаются другими мелкими беспозвоночными. Специалисты расшифровали структуру их генома и обнаружили участки ДНК, участвующие в формировании фотоцитов и выработке люцифераз — ферментов, ускоряющих реакции между кислородом и короткими органическими цепочками и излучающих часть вырабатываемой энергии в виде света.
На этом ученые останавливаться не планируют: они также хотят выяснить, почему эти жучки начали свой светлый путь более 100 миллионов лет назад.
Европейская жилплощадь доисторических времен
Международный коллектив палеонтологов и геологов под руководством Джона Янсена, ведущего научного сотрудника Геофизического института Академии наук Чехии, выяснил, что обнаруженные еще советскими археологами в 1974 году артефакты на стоянке Королево в Закарпатье были изготовлены не 900 тысяч лет назад, как считалось ранее, а 1,4 миллиона лет назад. А это значит, что стоянка людей в этом месте была древнейшей «отметкой» Homo в Западной и Восточной Европе.
«Данное открытие закрывает гигантский временной разрыв между заселением людьми Кавказа, что произошло примерно 1,78–1,85 миллиона лет назад, и проникновением людей на юго-запад современной Европы, что случилось 1,1–1,2 миллиона лет назад. Уточненный нами возраст артефактов из Королево — 1,4 миллиона лет — не только делает стоянку самой древней в Европе, но и свидетельствует о том, что высокие широты Европы были заселены мигрантами с востока, а не юга», — пишут исследователи.
Сначала археологи датировали обнаруженные рубила, чопперы, ядрища и осколки орудий труда иначе, поскольку опирались на магнитные характеристики прослоек грунта. Но сейчас исследователи перепроверили дату, измерив концентрацию атомов двух нестабильных изотопов — бериллия-10 и алюминия-26. С их помощью можно более точно определить, когда артефакты попали в грунт.
Чернее, чем «Квадрат» Малевича
Ученые из Шанхайского института керамики Китайской академии наук создали покрытие, которое отлично защищает космические и наземные астрономические приборы от постороннего света. Это ультрачерное покрытие, поглощающее 99,3% света, создано на базе карбида титана и нитрида кремния. Причем оно поглощает свет в широком диапазоне волны — от ультрафиолета до инфракрасного излучения.
По сравнению с другими существующими ультрачерными покрытиями, например, на базе нанотрубок или черного кремния, новое покрытие гораздо прочнее. К тому же существующими не так-то просто обрабатывать сложные поверхности с внутренними кривыми или углублениями. А для оптических устройств эта возможность крайне необходима.
Исследователи использовали технологию атомно-солевого осаждения, с помощью которой нанести покрытие на сложные поверхности легко и просто. Объект помещается в вакуумную камеру, и тонкие слои формируются за счет последовательной обработки газами. Слои из карбида титана и нитрида кремния чередуются, что помогает создать структуру не только поглощающую свет, но и отражающую его.
«Созданный нами материал очень хорошо переносит механические нагрузки, нагрев, влажность и резкие перепады температур, что позволяет применять его при создании космических телескопов и оптики, работающей в экстремальных условиях среды», — подытожил профессор Цао Юньчжэнь из Шанхайского института керамики.
Куркума, от тебя мы без ума!
Ученые Национального университета естественной медицины (США) выяснили, что поддерживает здоровье кишечника. В качестве его помощников выступают специи, содержащие особые растительные соединения под названием «полифенолы». Они в большом количестве присутствуют в черном перце, корице, имбире, измельченном луке и чесноке, куркуме.
Исследование заключалось в анализе здоровья и пищевых привычек 96 участников эксперимента. Они перечислили специи, которые обычно используют при приготовлении блюд, и рассказали, как часто это делают. Кроме того, ученые сделали анализ кала добровольцев с целью изучения микробного разнообразия кишечника.
Выяснилось, что вышеуказанные специи способствуют росту одних бактерий — Lactobacillus и Sutterella, снижая при этом популяцию Eubacterium ventriosum, Ruminococcus torques, Bacteroides и Enterococcus, что в итоге улучшало работу кишечника.
«Наши результаты показывают, что более высокие количества обычного потребления полифенолов могут поддерживать кишечную среду, в которой условно патогенные и патогенные бактерии представлены в более низкой относительной численности по сравнению с бактериями с менее потенциально вирулентными качествами.
В будущем мы хотим провести более масштабные исследования для разных регионов и получить более широкую справочную базу для микробных биомаркеров воздействия полифенолов у здоровых взрослых в США. Ее можно будет использовать для изучения взаимосвязей между привычным потреблением полифенолов и микробиотой кишечника в конкретных группах заболеваний, чтобы изучить, как эти микробные биомаркеры воздействия полифенолов могут различаться у людей, уже страдающих определенными патологиями или дисбиозом», — отмечают ученые в своем исследовании.
Сто бед одиночества
Социологи из Королевского колледжа Лондона и Гринвичского университета выяснили, что одиночество в подростковом возрасте влияет на социально-экономическое положение человека в будущем. Одинокие подростки с большей долей вероятности оказываются без хорошего образования, нормальной работы и высокой профессиональной подготовки, находятся ниже на ступеньках социальной лестницы по сравнению со своими более общительными сверстниками.
Ученые проанализировали, насколько успешными стали 2232 человека, родившиеся в Англии и Уэльсе в 1994–1995 годах. Одиночество и социальный статус измерялся в 12, 18 и 26 лет. Выяснилось, что более высокий уровень одиночества в 12 лет предшествует более низкому социальному статусу в 18 лет.
«Хотя существует явное влияние одиночества на психическое здоровье с раннего возраста, наше исследование показывает, что одиночество также отрицательно влияет на перспективы трудоустройства человека. Возраст и одиночество могут иметь косвенные последствия для способности человека конкурировать на рынке труда. Это не только снижает шансы человека в жизни, но и имеет прямые издержки для экономики», — отметила доктор философии Бриджит Брайан, ведущий автор исследования.
Дельфинарий вслепую
Международная группа исследователей под руководством представителей Цюрихского университета (Швейцария) изучила останки крупнейшего из древних речных дельфинов. Череп животного был найден еще в 2018 году в перуанском регионе Лорето. Дельфин обитал тут около 16,5 миллиона лет назад. Обнаруженный вид получил название Pebanista yacuruna: родовое имя означает вымерший род платанистид, речных дельфинов, живших в период от раннего до среднего миоцена в Перу, а видовое имя отсылает к мифическому водному народу якуруна из перуанской Амазонии.
Речные дельфины — полифилетическая группа зубатых китов, обитающих в основном в пресной воде. К речным дельфинам относятся представители современных надсемейств Platanistoidea и Inioidea, а также вероятно вымершего семейства озерных дельфинов. Сегодня речные дельфины — одни из самых редких китообразных. Большинство современных видов находится под угрозой исчезновения.
Древний дельфин, чьи останки были обнаружены в Перу, мог достигать 3,47 метра в длину. Для сравнения: крупнейшие современные речные дельфины не превышают длины 2,5 метра. Вероятно, причиной размеров древнего дельфина стала богатая пищей экосистема Пебаса, где обитало животное. Эта пресноводно-солоноватая экосистема состояла из огромного озера или серии озер, населенной рыбами, черепахами и крокодилами. Древний дельфин отличался также вытянутой мордой и крошечными, практически незрячими глазами. В водах Амазонки дельфины ориентировались с помощью своей природной «геолокации».
Древний дельфин, чьи останки были обнаружены в Перу, мог достигать 3,47 метра в длину. Для сравнения: крупнейшие современные речные дельфины не превышают длины 2,5 метра. Вероятно, причиной размеров древнего дельфина стала богатая пищей экосистема Пебаса, где обитало животное. Эта пресноводно-солоноватая экосистема состояла из огромного озера или серии озер, населенной рыбами, черепахами и крокодилами. Древний дельфин отличался также вытянутой мордой и крошечными, практически незрячими глазами. В водах Амазонки дельфины ориентировались с помощью своей природной «геолокации».
Таким образом, обнаружение этого дельфина заполнило один из пробелов в эволюционной истории пресноводных китообразных.