Научная среда #90. Развитие мозга, пойманный фотон и следы возрастом 3,6 млн лет
- Время жизни нейтрона измерили с орбиты Луны.
- Человек-муравей: как влияет глобализация и коллективный разум на размер мозга человека.
- Ученые научились ловить одиночные фотоны.
- Обнаружена галактика, в которой нет темной материи.
- Ученые выяснили, какая порода собак самая здоровая.
- 10 минут бега положительно влияют на настроение и работу мозга.
Новости одной строкой
- Исследование: 10 минут бега положительно влияют на настроение и работу мозга.
- Ученые считают, что чтение детям бумажных книг полезнее для их развития, чем чтение цифровых.
- Медики из трех стран выяснили, что людям, которые работают в ночную смену, предпочтительней питаться днем, чтобы избежать излишнего подъема уровня глюкозы в крови.
- Ученые из Института Фрэнсиса Крика и Кентского университета использовали систему редактирования генов CRISPR для создания пометов мышей, на 100% состоящих из самцов или самок.
- Исследование: если мать употребляет алкоголь, пренатальное развитие мозга ребенка приводит к аномалиям.
Научная среда
Время жизни нейтрона измерили с орбиты Луны
Физики измерили время жизни свободного нейтрона, проанализировав данные, собранные аппаратом NASA Lunar Prospector, который изучал поверхность луны с ее орбиты в 1998–1999 годах. Эти измерения существенно уточнили результат аналогичного эксперимента, в котором космический аппарат MESSENGER того же космического агентства регистрировал нейтроны, выбитые космическими лучами с поверхностей Меркурия и Венеры. Время жизни нейтрона, полученное в результате анализа данных Lunar Prospector, в рамках экспериментальной погрешности совпало с его величиной, найденной с помощью бутылочного метода и метода анализа продуктов бета-распада в пучке холодных нейтронов.
Время жизни свободного (то есть не находящегося в атомном ядре) нейтрона важно сразу для нескольких областей физики. Например, от него зависит количество гелия, образующегося на ранних этапах эволюции Вселенной, а также его знание важно для проверки унитарности матрицы Кабиббо – Кобаяши – Маскавы, входящей в лагранжиан Стандартной модели. В рамках этой теории основной процесс, дающий вклад в полную амплитуду распада нейтрона, – это его β-распад на протон, электрон и электронное антинейтрино. С вероятностью примерно в тысячу раз меньшей в конечном состоянии может быть еще и фотон, а в четырех случаях распада из миллиона электрон объединяется с протоном в атом водорода.
Измерив поток нейтронов на орбите, экспериментаторы вычислили время жизни нейтрона, получив результат 887±14 секунд, который близок к результату как бутылочных, так и пучковых экспериментов. Чтобы увеличить точность измерения, исследователи затем объединили статистику, набранную в этом эксперименте, с той, которую набирал аппарат MESSENGER, изучавший поверхности Меркурия и Венеры, и давшую результат для времени жизни нейтрона, равный 780±60 секунд. Как и Lunar Prospector, MESSENGER был предназначен для изучения состава вещества на поверхности небесных тел, а не для измерения времени жизни нейтрона, а потому точность измерения, основанного на собранных им данных, была очень низкой. Время жизни нейтрона, полученное из анализа объединенной статистики космических экспериментов, оказалось равно 883±17 секунд.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Глия в сердце регулирует частоту сокращений
Американские биологи из Нотрдамского университета обнаружили глиальные клетки в сердце рыбок данио, мышей и человека. Ученые выявили, что эти клетки помогают регулировать частоту сердечных сокращений, и предположили, что они могут быть связаны с врожденными болезнями сердца.
В состав нервной системы входят не только нейроны, но и вспомогательный другой тип клеток, которые называются глиальными. Долгое время они считались "прислугой" нейронов, отвечающей за их защиту и питание. Последние исследования показали, что глия участвует во многих неврологических процессах и играет огромную роль в нормальном развитии и работе мозга.
Несколько лет назад уже сообщалось о глиальных клетках в сердце. Это исследование вдохновило ученых из Нотрдамского университета изучить особенности этих клеток. Сперва они выявили большую глиальную группу в желудочках сердца рыбок данио рерио. Клетки вырабатывали глиальный фибриллярный кислый протеин (GFAP) – классический маркер астроглии. Затем клетки с таким же маркером удалось обнаружить в сердцах эмбрионов мыши и человека. Авторы исследования назвали эти клетки "nexus glia".
Связь между клетками nexus glia и болезнями сердца до конца не доказана. Но исследователи обратили внимание на то, что эти клетки расположены в выходном тракте сердца, патологии в котором связывают со многими врожденными пороками.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Физики создали управляемую спиновую жидкость
Физикам впервые удалось реализовать спиновую жидкость с помощью двумерной решетки атомов. Они не только проверили, что созданное состояние обладает необходимыми свойствами, но и научились их изменять. Возможность управлять такой системой поможет в создании защищенных топологических кубитов.
С точки зрения квантовых вычислений, спиновая жидкость представляет собой уникальную платформу для создания кубитов, естественными образом защищенных от ошибок. Тем не менее проводить вычисления на минерале или другом материале сложно, ведь непонятно, как им управлять, поэтому самый верный путь – создать такую систему самому. И это оказалось возможным – команда ученых под руководством Михаила Лукина из Гарвардского университета реализовала спиновую квантовую жидкость с помощью двумерного массива из 219 ридберговских атомов. Они обосновали взаимосвязь между созданной системой и моделью спиновой жидкости, показали, при каких условиях их система переходит в нужное состояние. Для проверки всех предположений авторы использовали нелокальные измерения, влияние которых им тоже удалось продемонстрировать. Кроме того, собранная система оказалась контролируемой и управляемой, что говорит о ее перспективах для квантовых вычислений.
После того, как ученые получили необходимое заполнение решетки (димеров в четыре раза больше), они наблюдали за эволюцией системы и ее реакцией на медленную расстройку частоты Раби, которая, в свою очередь, влияла на радиус ридберговской блокады и заполнение решетки. Они останавливали этот процесс в разных точках и смотрели на плотность ридберговского возбуждения. Авторам удалось запечатлеть три ситуации: в вершине решетки находился мономер, один димер или два пересекающихся димера. Для создания спиновой жидкости подходит второй случай, когда в вершине находится один димер, и физикам удалось установить необходимые значения частоты Раби и ее расстройки, при которых в 80% случаев выполнялось это условие.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Человек-муравей: как глобализация и коллективный разум влияют на размер мозга человека
За шесть миллионов лет размер человеческого мозга увеличился в четыре раза. Изучив 985 ископаемых черепов, американские ученые обнаружили, что мозг гоминин значительно увеличивался 2,1 и 1,5 миллиона лет назад. Но, вместе с тем, за последние 3000 лет произошло снижение в объеме мозга. Точное время и причины этого доподлинно неизвестны. Авторы исследования выдвинули свою гипотезу произошедшего, сравнив человека с муравьями.
Точки изменений, которые задокументировали авторы исследования, не раскрывают причины и механизмы энцефализации. Поэтому были рассмотрены несколько гипотез, связанных с этим. По "гипотезе дорогих тканей" Лесли Айелло, компромисс ресурсов из одной дорогостоящей ткани (мозг) в другую (пищеварительную систему) стал возможен благодаря переходу на более качественную диету. Это произошло за счет усовершенствования технологических навыков, эксплуатации различных ресурсов и приготовлению пищи на огне. Данбар же утверждал, что с ростом сложности общественной жизни человеку пришлось приспособиться, и с увеличением группы произошло увеличение размеров мозга человека. Но по мере использования совместных ресурсов в коллективе происходило накопление избыточной энергии. По количественной генетике Грабовского предполагалось, что отбор благоприятно влиял на увеличение мозга. Хавкс приводил доводы, основываясь на изменениях массы тела. Эти и многие другие гипотезы не отрицают друг друга, но в то же самое время не дают понять, почему произошло уменьшение объемов мозга в голоцене.
Полную версию материала читайте по ссылке.
На картинке:
Тенденции в эволюции мозга гоминин. (A) Размер мозга оставался относительно устойчивым в конце миоцена и плиоцена, увеличившись лишь незначительно в австралопитеке по сравнению с более ранними гомининами. Однако 2 миллиона лет назад наблюдался резкий рост темпов роста. Эта точка изменения отмечена красной вертикальной пунктирной линией. Вторая точка изменения обнаружена ∼1,5 миллиона лет назад, и скорость увеличения размера мозга остается стабильной в плейстоцене и эволюции Homo sapiens. (B) В течение последних 100 000 лет размер мозга оставался стабильным в H. sapiens до некоторых пор. Но всего 3000 лет назад произошло резкое уменьшение размера мозга человека голоцена со скоростью в пятьдесят раз большей, чем предыдущие увеличения объема мозга плейстоцена. Каждая черная точка представляет собой отдельный ископаемый череп или остеологический образец.
Ученые научились ловить одиночные фотоны
Физики-теоретики из Притцкеровской школы молекулярной инженерии при Чикагском университете разработали новую схему улавливания одиночных фотонов в полости. Их механизм позволяет двум источникам излучать выбранное количество фотонов в полость, прежде чем деструктивная интерференция погасит оба источника, по сути, создавая "стену", которая препятствует проникновению дальнейших фотонов.
Фотоны являются основой для многих квантовых технологий – в частности, для квантовых коммуникаций и квантовых компьютеров. Дело в том, что эти частицы могут быть запутаны или помещены в суперпозицию.
Система, предложенная исследовательской группой, использует два различных источника для одновременного излучения фотонов в полость, которая обладает чрезвычайно слабой нелинейностью (слишком слабой для работы "традиционных" подходов). При тщательной настройке эти источники гасят друг друга с помощью деструктивной интерференции, создавая "стену", которая блокирует фотоны, как только нужное количество фотонов попадает в полость.
Потенциальные возможности такого применения очень широки. Использование деструктивной интерференции таким образом означает, что в системе не нужно использовать специальные оптически нелинейные материалы, что открывает возможности для нескольких различных платформ, в том числе в качестве инструмента для квантового моделирования.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Обнаружена галактика, в которой нет темной материи
Международная группа астрономов не обнаружила следов темной материи в галактике AGC 114905, несмотря на детальные измерения, проводившиеся в течение сорока часов с помощью самых современных телескопов.
Галактика AGC 114905, о которой идет речь, находится на расстоянии около 250 миллионов световых лет от нас. Это ультрадиффузная карликовая галактика – причем "карликовая" она из-за своей светимости, а по размеру она примерно равна нашему Млечному Пути. Несмотря на это, она содержит в тысячу раз меньше звезд.
Ранее считалось, что все галактики могут существовать только в том случае, если они удерживаются вместе темной материей.
Исследователи собирали данные о вращении газа в AGC 114905 в течение 40 часов с июля по октябрь 2020 года с помощью телескопа VLA. Затем они построили график, на котором по оси абсцисс отложили расстояние газа от центра галактики, а по оси ординат – скорость вращения газа. Так обычно и выявляют темную материю – однако график показывает, что движения газа в AGC 114905 могут быть полностью объяснены только лишь обычной материей.
Есть несколько объяснений отсутствия темной материи. Галактика AGC 114905 могла быть лишена темной материи крупными соседними галактиками. Однако эта гипотеза маловероятна – крупных галактик поблизости нет.
Полную версию материала читайте по ссылке.
На Большом адронном коллайдере впервые измерили время жизни бозона Хиггса
В 2021 году физики, работающие на детекторе CMS Большого адронного коллайдера, измерили время жизни бозона Хиггса, проанализировав его распад на два нейтральных векторных Z-бозона, которые затем распадались на четыре заряженных лептона или два заряженных лептона и два нейтрино. Величина амплитуды распада бозона Хиггса существенно зависит от того, превышает ли инвариантная масса рождающихся при распаде Z-бозонов сумму их физических масс или нет, или, как говорят физики, лежат ли они на массовой оболочке. Сравнивая амплитуды распада для этих двух интервалов инвариантных масс, можно найти время жизни частицы, что и сделали исследователи. Стандартная модель предсказывает, что около 10 процентов всех событий распада бозона Хиггса на тяжелые векторные бозоны соответствуют Z-бозонам, не лежащим на массовой оболочке.
В этом исследовании физики изучали амплитуду распада пары Z-бозонов на два заряженных лептона и два нейтрино, а данные по распаду на четыре заряженных лептона они взяли из более раннего исследования. Экспериментаторы анализировали данные, которые набирались во время второго сезона работы Большого адронного коллайдера с 2016 по 2018 годы. Бозон Хиггса рождался в столкновениях протонов с суммарной энергией, равной 13 тераэлектронвольт в системе центра масс, а полная набранная светимость была равна 138 обратных фемтобарн. Нейтральные Z-бозоны могут рождаться не только в интересовавших физиков распадах бозона Хиггса, но и в других процессах, амплитуды которых необходимо было вычесть из полной измеренной амплитуды.
Измеренное время жизни бозона Хиггса лежит в интервале от 1,2 × 10–22 до 4,4 × 10–22 секунд с наиболее вероятным значением 2,1 × 10–22, что в рамках экспериментальной погрешности совпадает с предсказанием Стандартной модели. То, что распады бозона Хиггса проходили только через Z-бозоны на массовой оболочке, исключено с вероятностью более 99,9 процента (3,6 стандартного отклонения).
Полную версию материала читайте по ссылке.
Астрономы открыли 21 новую эволюционировавшую катаклизмическую переменную
Астрономы открыли 21 новую эволюционировавшую катаклизмическую переменную, в которых, помимо белого карлика, присутствует маломассивная звезда-прародитель белого карлика с чрезвычайно малой массой. Это в три раза увеличивает известную выборку подобных систем и позволяет разобраться в происхождении очень легких белых карликов в двойных системах.
Группа астрономов во главе с Каримом Эль-Бадри (Kareem El-Badry) из Смитсоновской астрофизической обсерватории опубликовала результаты исследований выборки из 21 катаклизмической переменной, найденной в данных космического телескопа Gaia. Кривые блеска переменных были взяты из данных обзора неба ZTF (Zwicky Transient Facility), а спектроскопические исследования для 21 системы велись при помощи телескопа Дональда Шейна в обсерватории Лик.
Ученые выяснили, что во всех спектроскопически исследованных катаклизмических переменных звезда-донор полностью или почти полностью заполняет полость Роша. В 13 системах наблюдается перенос массы между компонентами, а в остальных восьми он прекратился недавно. Большинство звезд-доноров горячее, чем любые ранее известные подобные объекты – их эффективные температуры от 4700 до 8000 кельвин.
Итогом работы стало увеличение в три раза известной выборки эволюционировавших катаклизмических переменных. Ученые намерены более подробно изучить уже найденные системы, а также еще 29 кандидатов из первоначального списка.
Полную версию материала читайте по ссылке.
3,6 млн лет назад в Лаэтоли ходили не только австралопитеки, но и другие двуногие гоминины
Команда антропологов из ЮАР, Анголы и США переизучила следы древних гоминин из Лаэтоли, оставленные около 3,6 млн лет назад. Но речь идет не о хорошо всем известных цепочках следов австралопитека афарского, а о других – забытых исследователями почти на 40 лет. Эти следы отличаются по многим параметрам от следов австралопитека, поэтому обнаружившие их ученые решили, что это следы медведя, вставшего на задние лапы. Новое исследование показало, что эти следы принадлежат не медведю и не обезьянам, а примату, уже ходившему на двух ногах. Но стопы этого примата отличались от ног австралопитека афарского – они больше напоминали обезьяньи. Походка у них тоже была разной. Какой именно прямоходящий примат оставил следы, сказать пока невозможно, но судя по ним, эволюционное становление прямохождения могло идти несколькими параллельными путями.
Слово "Лаэтоли" хорошо известно каждому, кто хоть чуточку интересуется происхождением людей. В этой местности на севере Танзании была найдена тройная цепочка следов, которые безоговорочно принадлежат двуногим предкам людей – скорее всего, австралопитеку афарскому. 3,6 млн лет назад по илистому берегу древней реки прошли два австралопитека, большой и маленький. Ил был равномерно присыпан вулканическим пеплом, поэтому следы надежно датируются по цирконам. Кроме того, благодаря химическим реакциям пепла с дождевой водой эти цепочки следов быстро – буквально за несколько дней – запечатались карбонатом кальция, который защитил их от разрушительного действия эрозии и времени. Цепочка следов из Лаэтоли – это самое наглядное, ставшее легендарным, доказательство двуногого хождения австралопитеков. С ними связывают начальные этапы становления прямохождения. Но как обычно, за причесанной легендой стоит история богаче, интереснее и таинственнее, чем может показаться на первый взгляд.
Цепочка А состоит из пяти следов, довольно широких и с выраженной ямкой от пятки и большого пальца. Каждый след имеет длину около 16 см и ширину около 10 см. Следы расположены в линию или вперекрест, а не широко друг от друга. Шаги маленькие относительно длины ступни. Нет сомнения, что их оставило двуногое существо, примат, а не четвероногое, вставшее на задние лапы. По морфологии следа можно сделать предположения о походке этого двуногого примата. Походка у него была вихляющая, бедра сближены, колени X-образные, так называемого вальгусного типа (см. Genu valgum). Средняя часть стопы у этих древних двуногих жителей Лаэтоли уже была, по-видимому, подвижной и могла обеспечить хороший толчок для пружинистого шага. Мелкие шажки, по предположению исследователей, не были характерны для этих существ, просто илистая поверхность была скользкой, и они шли с осторожностью.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Ученые выяснили, какая порода собак самая здоровая
Породистость собаки оценивается по определенному признанному стандарту – эксперты проверяют внешность, поведение и параметры особей. Поэтому заводчики стремятся выводить животных, близких к идеалу, и в связи с этим часто скрещивают близкородственных собак. Ученые из США и Финляндии обнаружили, что "высокая породистость" приводит к возникновению серьезных заболеваний.
Международная группа ученых во главе со специалистами из Калифорнийского университета в Дейвисе (США) провела исследование, которое показало, что большинство породистых собак очень часто имеют врожденные проблемы со здоровьем из-за постоянного близкородственного скрещивания.
Исследователи провели генетический анализ 227 пород собак, который выявил, что коэффициент инбридинга (вероятность развития генетических патологий из-за близкородственного скрещивания) составляет аж 25%. Это значительно выше безопасного уровня. Например, у людей сложные генетические заболевания могут возникнуть при коэффициенте в 3-6%, что примерно в 5-6 раз ниже уровня, обнаруженного у породистых собак.
Оказалось, что Датско-шведские фермерские собаки имеют довольно низкий коэффициент инбридинга. Исследователи связали это с тем, что изначально особей этой породы было много, и вдобавок их разводили (и разводят) не ради красоты, а для службы человеку. То есть важным критерием является не внешность, а здоровье и способность выполнять приказы. Эти результаты подтверждаются данными Международной кинологический федерации и компании Agria Insurance Sweden – Датско-шведские фермерские собаки действительно являются самой здоровой породой.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Научные видео
Основные источники:
Спасибо за внимание, и помните, что никогда не поздно "Учиться, учиться и еще раз учиться!"
Прошлый выпуск рубрики:
- Физики впервые зарегистрировали нейтрино на Большом адронном коллайдере.
- Собаки, которых кормят раз в день, обладают лучшими когнитивными функциями и здоровьем.
- Токамак KSTAR удержал очень горячую плазму в течение 30 секунд.
- Инженеры придумали, как упростить конструкцию квантового компьютера.
- Великобритания признала осьминогов и крабов разумными существами.
- Нейросеть для рендеринга фотографий с новых ракурсов научили удалять шум и создавать HDR-снимки.
Исторический юмор.
