Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #83

Новости одной строкой

• Исследователи из Северо-Западного университета утверждают, что сон продолжительностью всего 90 минут способен улучшить моторику и память. Если есть возможность, лучше вздремнуть перед важной встречей или игрой на турнире.
• Большое Магелланово Облако в прошлом поглотило карликовую галактику, от которой на данный момент осталось лишь шаровое скопление.
• "Хаббл" подтвердил наличие водяного пара в атмосфере Европы.
• Китайцы испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель с тягой 500 тонн.
• Метаанализ 24 работ, показал, что от 10 до 72 процентов различий в ответе на физические упражнения у разных людей определяется генетическими особенностями.

Научная среда

Ученым удалось увидеть, как наш организм "зашивает" микротравмы в мышцах после занятий спортом

Хорошая тренировка, особенно после перерыва, чаще всего приводит к возникновению боли в мышцах на следующий день. Это связано с тем, что интенсивные физические упражнения вызывают микроскопические разрывы мышечных волокон. В новом исследовании американские ученые выяснили, как наш организм "зашивает" эти микротравмы.

В своей новой работе ученые Медицинского факультета Северо-Западного университета имени Файнберга (США) обнаружили ранее неизвестный механизм восстановления мышц, который запускается после интенсивной тренировки. Оказалось, что в течение пяти часов после завершения упражнения ядра саркомеров устремляются к разрывам в мышечных волокнах и «отдают команды» для создания новых белков, чтобы запечатать раны. Им хватает 24 часов, чтобы почти полностью восстановить мышцы.

Чтобы проследить за процессом регенерации ученые взяли образцы мышечных волокон у лабораторных мышей, которые бегали на беговой дорожке под наклоном, и у людей после тренировки. В этих тканях были обнаружены «шрамы», которые образовались на месте травм. Однако ученых интересовал не только результат работы ядер саркомеров, но и сам процесс. Поэтому они вырастили мышиные мышечные клетки в лаборатории и повредили их с помощью лазера, чтобы имитировать травму. 

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики впервые наблюдали новую фазу материи – электронные квадруплеты

Ученые «заглянули внутрь» сверхпроводящего материала на основе железа и бария, и обнаружили, что в нем электроны объединяются в структуры по 4 частицы. До сих пор считалось, что в сверхпроводниках они могут объединяться только в пары.

Образование так называемых "куперовских пар" из двух электронов обуславливает сверхпроводимость – состояние, при котором материал теряет сопротивление и может проводить электрический ток без потерь. Это происходит внутри материала в результате соединения двух электронов, обычно отталкивающихся друг от друга, в пары. При низких температурах в кристалле электроны становятся слабо связанными парами, что приводит к формированию прочного дальнего порядка. 

Ключевым среди сделанных наблюдений стало то, что образовавшиеся конденсаты спонтанно нарушают симметрию обращения времени. То есть, при замене параметра времени на его отрицательную величину в уравнениях, описывающих состояние этой системы, она будет вести себя совершенно по-другому, чем если бы время текло в "положительном направлении".

Если изменить направление времени, фундаментальные законы физики останутся в силе. Это справедливо и для типичных сверхпроводников: если повернуть стрелку времени вспять, типичный сверхпроводник все равно будет находиться в том же сверхпроводящем состоянии.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Хирурги провели первую пересадку свиной почки человеку

Первую успешную трансплантацию свиной почки человеку провели американские хирурги. Чтобы снизить риск отторжения, они использовали генетически модифицированное животное, а также пересадили реципиенту свиную вилочковую железу. Врачи надеются, что эта операция откроет новые перспективы для пациентов, годами ожидающих пересадки почки и других органов.

Сначала ученые из компании Revivicor создали генетически модифицированную свинью, чтобы минимизировать риски отторжения. Для этого они отключили в организме животного молекулу, кодирующую сахар, который вызывает агрессивную реакцию человеческого организма на чужеродный орган.

Сперва хирурги пересадили ему свиную вилочковую железу. Она участвует в работе иммунной системы и должна была предотвратить реакцию иммунитета реципиента на новый орган. Затем врачи прикрепили почку к кровеносным сосудам в верхней части ноги реципиента.

Почка сразу же заработала и скоро начала вырабатывать мочу и креатинин. Операция прошла даже лучше, чем мы ожидали. Это было похоже на любую трансплантацию, которую я когда-либо проводил. Многие почки работают не сразу, им требуется несколько дней или недель, чтобы начать функционировать. Эта заработала сразу.

Роберт Монтгомери

Полную версию материала читайте по ссылке.

Электронный микроскоп превратили в 3D-сканер с атомарным разрешением

Американские физики применили электронную томографию атомарной структуры к аморфным моноатомным образцам, благодаря чему построили их полную 3D-модель и изучили в них ближний порядок. Ученые выяснили, что в таких телах неправильные бипирамиды оказываются более предпочтительной формой упаковки соседних атомов, нежели икосаэдры, как считалось ранее.

Физики нашли альтернативу электромагнитным волнам в лице волн электронной плотности. Дебройлевская длина волны электрона зависит от его импульса, следовательно, надлежащим образом разогнав электроны, мы можем сфокусировать их в пятно, меньшее по размеру, чем атом. Этот принцип реализован в просвечивающем электронном микроскопе, разрешение которого с каждым годом увеличивается.

Группа физиков использовали просвечивающий электронный микроскоп, чтобы реализовать электронную томографию атомарной структуры тонкой танталовой пленки и двух палладиевых наночастиц и разобраться в том, какой именно порядок демонстрируют моноатомные аморфные тела. Суть томографии заключалась в съемке изображений объектов под различными углами. Исследователи прогоняли полученные изображения через многоступенчатый алгоритм, который восстанавливал координаты всех атомов по зависимости их смещений от угла съемки, убирал шум и задний фон и улучшал результат реконструкции методом градиентного спуска. На выходе авторы получали полную трехмерную модель всех атомов в заданном участке образцов.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Без иглы: создано носимое неинвазивное устройство для мониторинга уровня глюкозы по ее концентрации в поту человека

Людям с диабетом необходимо либо собирать образцы крови, либо вживлять датчики в кожу для контроля уровня глюкозы. Оба способа крайне неудобны и болезненны. Теперь ученые штата Пенсильвания разработали новое носимое устройство для измерения уровня сахара в крови. Оно неинвазивное и недорогое.

Графен не чувствителен к глюкозе, поэтому исследователям пришлось искать «обходные пути». Они остановились на никеле из-за высокой чувствительности металла и смешали его с инертным золотом, чтобы снизить вероятность аллергической реакции. Исследователи предположили, что лазерно-индуцированный графен, оснащенный сплавом никель-золото, сможет обнаруживать низкие концентрации глюкозы в поте на поверхности кожи. 

В поту наблюдается удивительно низкая концентрация глюкозы по сравнению с кровью, но, по словам ученых, между уровнями глюкозы в поте и крови существует сильная корреляция. Хотя концентрация глюкозы в поту примерно в 100 раз меньше, чем концентрация в крови, новое устройство достаточно чувствительно, чтобы точно измерить глюкозу в поту и оценить концентрацию в крови.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Оказалось, что собаки могут страдать от синдрома дефицита внимания и гиперактивности

Ученые из Хельсинкского университета, Финляндия, изучили около 11 000 собак. В результате они смогли подтвердить, что некоторые псы могут страдать от синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ).

Такие породы, как керн-терьер, джек-рассел-терьер и немецкая овчарка, оказались более подверженными СДВГ. А лабрадор-ретривер, миниатюрный пудель и чихуахуа – менее. Также собаки, которые ежедневно проводили больше времени дома в одиночестве, были более гиперактивными, импульсивными и невнимательными, чем те, кто находился в компании других животных или людей.

Мы обнаружили, что гиперактивность, импульсивность и невнимательность чаще встречаются у молодых собак и кобелей. Соответствующие наблюдения о СДВГ, касающиеся возраста и пола, есть и у людей.

Дженни Пуурунен

Авторы отмечают, что, вероятно, пребывание в одиночестве в течение длительного периода времени, является основной причиной развития СДВГ, учитывая, что псы – это социальные животные.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Ученые рассказали, чем табачный дым вредит здоровью глаз

В большинстве стран на упаковки сигарет наносят изображения или текст, предупреждающие курильщиков о повышенном риске сердечных приступов, рака, осложнений при беременности и прочее. Но что реже всего освещается, так это негативный эффект, который курение может оказать на глаза.

Уже известно, что курение табака способствует ускоренному старению желтого пятна, возникновению глаукомы и катаракты. Все эти эффекты относятся к внутренним частям глаза: сетчатке, нервам и хрусталику. Теперь ученые из Фармацевтического университета Гифу (Япония) выявили, что табак вредит и наружной части глаза – роговице. Об этом сообщает Scientific American со ссылкой на журнал Scientific Reports.

Это самая незащищенная часть глаза, которая подвержена влиянию окружающей среды, вроде воздействия химикатов, света и инфекций. Курильщики табака примерно в два раза чаще страдают от синдрома сухого глаза, при котором глаз краснеет и становится уязвимым к инфекциям.

Ватару Оцу

Исследование показало, что компоненты сигаретного дыма приводят к накоплению железа во внешнем слое роговицы – в эпителии – что приводит к гибели клеток. Более того, этот вред должен наноситься даже в том случае, если в глаза летит не дым, а аэрозоль, получаемый при нагревания табака.

Полную версию материала читайте по ссылке.

3D-принтер может помочь разработать рекордные процессоры

Ученые из Университета Райса разработали методику 3D-печати нанообъектов из кремнийсодержащих материалов. Это поможет создать новые устройства для фотоники и электроники.

В новой работе ученые попытались вплотную приблизиться к этому пределу и разработали метод 3D-печати, который позволяет создавать наноструктуры различных размеров прямо из диоксида кремния. Авторы использовали процесс двухфотонной полимеризации для печати структур с линиями шириной всего в несколько сотен нанометров – меньше, чем длина волны света. Лазеры «рисовали» строки, заставляя нанесенные на подложку чернила поглощать два фотона, в результате чего на месте, где прошел луч лазера, происходила полимеризация.

Авторы также показали, как легирование материала различными солями редкоземельных элементов добавляет конечному изделию свойства фотолюминесценции. Это свойство может быть важно для оптических применений полученных наноструктур. Следующая цель ученых – усовершенствовать процесс для печати структур менее 10 нанометров. Сегодня 10 нм-техпроцесс – это последнее слово в разработке транзисторов. Если его удастся превзойти, мощность классических компьютеров получится увеличить на порядок.

Полную версию материала читайте по ссылке.

У мышей найдены нейроны, отвечающие за утешение расстроенных товарищей

Важную роль в социальной жизни многих млекопитающих и птиц играет аллогруминг – дружеские прикосновения, поглаживания или уход за мехом (перьями) другой особи. Такие действия укрепляют аффилиативные (дружеские) связи между особями. Иногда аллогруминг используется для утешения сородичей, попавших в беду. Среди грызунов такое поведение было обнаружено у моногамных полевок. Новое исследование американских биологов показало, что обычные лабораторные мыши – классические модельные животные, для которых разработаны мощнейшие исследовательские методики, – тоже утешают стрессированных знакомцев при помощи аллогруминга.

Стресс определяется по запаху: умиротворенную мышь будут утешать, если перенести на нее запах стрессированной. Как выяснилось, за это поведение отвечает особая популяция ГАМКергических нейронов медиальной амигдалы (MeA), производящих нейропептиды тахикинины и посылающих сигналы в медиальную преоптическую область гипоталамуса. По рисунку активности нейронов MeA можно определить, общается ли мышь со спокойным сородичем или со стрессированным и будет ли она его утешать. Другие нейроны MeA отвечают за обнюхивание сородичей, третьи – за самогруминг, а возбуждение четвертых ведет к нападению на сородича. Дальнейшие исследования покажут, есть ли у приматов похожие нейронные контуры для утешения товарищей и других форм социального поведения, и если да, то унаследованы ли они от общих с мышами предков или возникли независимо.

Эксперименты показали, что субъект намного активнее вылизывает и перебирает шерсть партнера, если тот пережил стресс (любой из трех), чем если с партнером за время разлуки ничего плохого не случилось. И самцы, и самки ведут себя в этом плане одинаково. На частоту и продолжительность вылизывания самого себя (самогруминг) стресс партнера не влияет. У партнеров после стресса социальная активность не росла, а снижалась: они реже по своей инициативе подходили к субъекту. Поэтому усиленный аллогруминг нельзя объяснить тем, что партнер активно просил поддержки у субъекта.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Научные видео

Основные источники:

• neuronovosti.ru
• popmech.ru
• nplus1.ru
• elementy.ru

Спасибо за внимание, и помните, что никогда не поздно "Учиться, учиться и еще раз учиться!"

Прошлый выпуск рубрики:

• Нобелевскую премию по литературе присудили танзанийскому писателю Абдулразаку Гурна.
• Физики сделали шаг вперед в создании квантовой электроники.
• Мемы с каждым годом становятся сложнее – ученые доказали это на примере Reddit.
• В России создали "онлайн-конструктор" углеводов – теперь ученые смогут собирать молекулы прямо в браузере.
• ИИ восстановил скрытое изображение обнаженной женщины под картиной Пикассо.