Научная среда #98. Как суслики качают мышцы в спячке, а спутники собирают мусор в космосе

Новости одной строкой

• Исследование: мозг кошек стал значительно меньше после того, как люди их одомашнили.
• Китайское национальное космическое управление (CNSA) подтвердило, что объединит усилия с Россией для строительства исследовательской станции на Луне к 2035 году (Международная лунная исследовательская станция ILRS).
• Космический аппарат "Сич-2-30" до сих пор не идентифицирован. Со спутником нет устойчивой (или совсем никакой) связи.
• Марсианский зонд ExoMars Trace (TGO) сделал необычное фото поверхности Красной планеты. Кратер, который попал в кадр, похож на пень.

Научная среда

Пять сигнальных веществ помогли лягушкам отрастить отрезанные лапы

Американские ученые научились запускать регенерацию у взрослых лягушек. Для этого они накладывали на место ампутированной лапы гидрогель с сигнальными молекулами. В результате вместо бесформенного отростка, как обычно, у экспериментальных животных выросли полноценные лапы – не до конца сформировавшиеся внешне, но абсолютно функциональные.

Ученые решили использовать сразу несколько сигнальных молекул – чтобы запустить регенерацию всех тканей, составляющих лягушачью лапу. Они собрали коктейль из веществ, которые должны были не только стимулировать рост тканей, но и восстанавливать работу нервных клеток и подавлять воспаление. Получился набор из пяти веществ: 1,4-DPCA, BDNF (мозговой нейротрофический фактор), гормон роста, ретиноевая кислота и резолвин D5. Растворами этих пяти веществ ученые пропитали гидрогель на основе шелкового белка, а контейнер с этим гидрогелем (BioDome) пришили лягушкам к раневой поверхности.

Сигнальные молекулы проработали всего 24 часа – после этого контейнер сняли. Но этого оказалось достаточно, чтобы исследователи заметили результат, правда, не сразу, а через несколько месяцев. До 6–8 месяца конечности росли похожими темпами у тех животных, что получили сигнальный коктейль, и у тех, кому достался контейнер с плацебо. Но с 9-го месяца исследователи зафиксировали разницу, и экспериментальная группа продолжила обгонять группу плацебо вплоть до 18 месяцев наблюдения.

Отсканировав регенерировавшие участки тела, ученые заметили разницу и на микроскопическом уровне. Например, у "группы коктейля" оказалось не только больше костей по массе (p < 0,05) – эти кости были плотнее, а снаружи на них появились бугорки и впадины, которые в норме должны служить для прикрепления сухожилий и мышц. Кроме того, у этой группы в отрощенных конечностях обнаружилось больше сосудов и нервных волокон. Чувствительность этих волокон, как выяснили авторы статьи, восстановилась до уровня здоровой конечности.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Хаббл рассмотрел слияния галактик

Исследование, проведенное учеными из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук, дает представление о том, влияет ли взаимодействие двух галактик на их формирование и эволюцию и как конкретно это взаимодействие отражается на их дальнейшей судьбе.

Ученые обнаружили, что при взаимодействии или слиянии двух галактик скорость звездообразования в них увеличивается на 40–60%, что свидетельствует о том, что взаимодействие провоцирует рост галактик. Этот уровень сравним с тем, что ранее был обнаружен в нашей локальной области Вселенной – выходит, процессы взаимодействия галактик аналогичны.

Интересно, что в отличие от усиления роста звезд, активность в центре галактики (в центральных сверхмассивных черных дырах), похоже, не подвергается значительному влиянию этого взаимодействия. На самом деле, процент галактик с активными галактическими ядрами (наиболее быстро растущими черными дырами) оказался одинаковым и в сдвоенных, и в изолированных галактиках.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Как появляется воспоминание?

Какие физические изменения происходят в мозге при формировании воспоминания? Группа исследователей из Университета Южной Калифорнии впервые ответила на этот вопрос. После шести лет исследований они обнаружили, что обучение заставляет синапсы – связи между нейронами – увеличиваться в одних областях и исчезать в других, а не просто изменять их силу, как это было принято считать. Эти изменения в синапсах могут помочь объяснить, как формируются воспоминания и почему одни виды воспоминаний сильнее других.

Исследование стало возможным благодаря новому типу маркировки клеток и изготовленному на заказ микроскопу, созданному в Университете Южной Калифорнии. Также исследователи разработали передовой способ отслеживания и архивирования собранных данных, чтобы сделать выводы максимально доступными и воспроизводимыми. До их работы было невозможно определить местоположение синапса в живом мозге без изменения его структуры и функций, что, в свою очередь, делало невозможным сравнение мозга "до" и "после" формирования воспоминания.

Считалось, что формирование памяти в основном связано с ремоделированием существующих синаптических связей, тогда как в этом исследовании мы обнаружили и образование, и устранение синапсов. При этом мы увидели лишь небольшие случайные изменения синаптической силы существующих синапсов. Это может быть связано с тем, что исследование было сосредоточено на ассоциативных воспоминаниях, которые гораздо более устойчивы, чем другие воспоминания, и формируются в другом месте мозга, миндалевидном теле, а не в гиппокампе, как большинство других воспоминаний. Это может иметь отношение к посттравматическому стрессовому расстройству, которое, как считается, опосредуется формированием ассоциативных воспоминаний.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Странный сигнал из космоса повторяется каждые 18 минут – астрономы гадают, откуда он

Астрономы обнаружили причудливый радиосигнал, исходящий откуда-то из нашей галактики. Он не может быть объяснен ни одним известным объектом. Объект был обнаружен группой специалистов с помощью телескопа Murchison Widefield Array (MWA) в Западной Австралии, который сканирует большие участки неба в радиоволнах.

Один регион выделялся огромным всплеском радиоволн. Когда команда исследовала более старые данные из того же региона, они обнаружили еще больше импульсов с удивительной регулярностью. Что бы это ни было, объект выдавал всплески длиной от 30 до 60 секунд каждые 18 минут – как часы.

Одна из проблем заключается в том, что, согласно расчетам, у этого объекта просто не может быть достаточно энергии, чтобы производить такие мощные радиоволны каждые 18 минут. Несмотря на неизвестную природу объекта, у ученых уже есть догадки относительно того, чем же он может быть. Один из вариантов – магнетар со сверхдлинным периодом. Это теоретически предсказанный объект, который, тем не менее, никогда не удавалось наблюдать.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Поддерживать мышечную массу во время спячки сусликам помогают кишечные микробы

Ученые из Висконсинcкого университета, уже много лет изучающие феномен спячки у млекопитающих, выяснили, как животным удается во время спячки поддерживать необходимый уровень азотистого обмена. Ведь животные в этом состоянии не получают никакой пищи, тем более белковой, а мышечная масса к концу спячки у них не меняется, и с началом весеннего сезона они возобновляют активность как ни в чем не бывало. Исследование, проведенное на тринадцатиполосых сусликах (Ictidomys tridecemlineatus), показало, что в поддержании требуемого уровня азотистых веществ участвует микрофлора кишечника.

Кишечные бактерии утилизируют мочевину, возвращая азот в обменный круговорот в виде аммония, а также готовых аминокислот и белков. Организму спящего животного остается лишь воспользоваться удобным дополнительным источником азотистых продуктов. Такой способ получения белка характерен для жвачных, адаптированных к низкобелковой диете. Теперь выясняется, что и другие животные могут при необходимости использовать тот же путь получения белка, синтезированного микрофлорой.

Мочевину расщепляют ферменты уреазы, которых нет у млекопитающих – различными вариантами уреаз обладают бактерии и простейшие. Поэтому следующая линия доказательств микробного участия в белковом обмене касалась активности уреаз. Во-первых, авторы проверили, появляется ли радиоактивная метка 13С, введенная с мочевиной, в выдыхаемом зверьками воздухе. Если она появляется, то это будет надежным основанием утверждать, что бактерии в самом деле участвуют в расщеплении мочевины – иначе откуда бы этой метке взяться. Эта метка появилась в выдыхаемом воздухе и у активных животных (летом), и во время спячки. Удалось даже показать, что в конце спячки в процессе расщепления мочевины участвуют те микробы, у которых больше всего копий генов уреаз.

Более глубокое понимание происходящих процессов белкового обмена дало изучение маршрута меченых изотопов 15N, которыми снабдили введенную животным мочевину. Меченые изотопы появлялись, в частности, в составе мышечного белка. Следовательно, синтезированные бактериями из мочевины аминокислоты и белки отправлялись на построение мышц.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Российскую нейросеть научили по камерам обнаруживать людей, которым стало плохо на улице. Это может спасти много жизней

Российские специалисты научили нейросеть распознавать по камерам видеонаблюдения людей, упавших прямо на улице из-за внезапного ухудшения самочувствия. Благодаря этой технологии скорая помощь с большей вероятностью спасет жизнь.

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева научили нейросеть понимать сценарии падения людей на улице, связанные с резким ухудшением здоровья. В дальнейшем это поможет службам спасения оперативно реагировать на каждый такой случай, поскольку от времени прибытия "скорой" напрямую зависит, выживет ли человек.

По словам исследования, самый важный этап в разработке подобных технологий – научить их адекватно распознавать падение людей в публичных пространствах, на производстве и в других ситуациях. Но чтобы обучить нейросеть корректному определению таких событий, требуется огромный массив видеозаписей, собрать который естественным путем практически невозможно. Специалисты Самарского университета имени С.П. Королева решили эту проблему, предложив метод генерации обучающих данных с помощью трехмерной среды Unreal Engine 4.

Мы разработали универсальное средство моделирования сцен падения человека, позволяющее варьировать рост, вес, параметры одежды и окружения. На основе сгенерированных таким образом данных мы обучили свёрточную нейросеть на базе Mask-RCNN с возможностью сегментации пикселей по классам, что обеспечивает высокое качество распознавания.

Денис Жердев, старший преподаватель кафедры суперкомпьютеров и общей информатики Самарского университета имени С.П. Королева

Полную версию материала читайте по ссылке.

Органические вещества в марсианском метеорите ALH 84001 образовались в результате серпентинизации

Обнаруженные в 1996 году в марсианском метеорите Allan Hills 84001 (ALH 84001) карбонатные глобулы, содержащие органические молекулы, долгое время были центром дискуссии о возможном существовании жизни на древнем Марсе. Изучив тонкие поперечные спилы этих объектов с помощью просвечивающего электронного микроскопа, международная команда ученых установила, что они имеют однозначно абиогенное происхождение и образовались в ходе геологического процесса серпентинизации.

Метеорит ALH 84001 был найден 27 декабря 1984 года участниками экспедиции в рамках проекта ANSMET (Antarctic Search for Meteorites – "поиск метеоритов в Антарктике"). Этот проект позволяет собирать максимально незагрязненное внеземное вещество, так как на поверхности ледяных щитов Антарктиды сравнительно мало инородного биологического и геологического материала, способного попасть внутрь образца.

Главный вывод статьи звучит так: минеральные ассоциации и органические соединения в метеорите ALH 84001 образовались в ходе хорошо известного геологам процесса – серпентинизации. На Земле он настолько распространен, что во время полевых работ ученым стоит значительных трудов найти ультраосновную породу (группа, к которой относятся ортопироксениты) без признаков серпентинизации. А зачастую это и вовсе невозможно. При серпентинизации оливин или пироксен исходной породы, реагируя с горячими водными растворами, превращается в совокупность других минералов, из которых основными являются серпентины, тальк и магнетит. Отмеченные авторами "зубчатые" структуры растворения на краю ортопироксена и заполняющая зоны рядом с ними смесь минералов – типичные маркеры серпентинизации земных пород.

На данный момент установить точные детали конкретно этого процесса серпентинизации достаточно непросто: все это случилось очень давно и, судя по всему, в несколько стадий. Да еще и вещество метеорита было несколько изменено при его выбивании с поверхности Марса.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Две одинаковые молекулы сплелись в каркас

Китайские химики синтезировали каркас, в котором две молекулы механически связались друг с другом. Ученые также получили несколько аналогичных соединений и исследовали их кристаллическую структуру, чтобы выяснить причины образования устойчивого каркаса.

Химики под руководством Чжао Инцзе (Zhao Yingjie) из Университета науки и техники в Циндао провели реакцию между ароматическим триальдегидом и 1,8-антрацендиамином, в результате получилось соединение с молярной массой, вдвое большей ожидаемой. Химики думали, что произойдет конденсация трех молекул амина с двумя молекулами альдегида, но этим реакция не завершилась.

Химики провели еще две реакции с 1,8-антрацендамином, в каждой они использовали разные триальдегиды. Продуктами стали похожие разветвленные имины, однако рентгеноструктурный анализ их кристаллов не выявил образования межмолекулярных каркасов. Авторы предположили, что первое полученное ими соединение образовало каркас из-за выгодных по энергии взаимодействий между несколькими ароматическими бензольными кольцами альдегидных фрагментов. В отличие от первого альдегида с четырьмя кольцами, второй содержал всего одно, а третий – три.

В результате авторы синтезировали бимолекулярный каркас без использования ионов металлов. Выход реакции составил 51 процент (также в реакционной смеси присутствовало 8 процентов мономерного продукта конденсации). Кроме того, дополнительные эксперименты и исследования кристаллических структур схожих соединений позволили выявить причины образования такого устойчивого каркаса.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Американцы разработают портативные атомные часы

Агентство перспективных оборонных разработок (DARPA) Министерства обороны США объявило о поиске партнеров для создания портативных оптических атомных часов. Они должны будут в сто раз превосходить сегодняшние самые точные модели портативных часов.

Оптические атомные часы в качестве эталона используют переходы в атомах, приводящие к возникновению фотонов с частотой в оптическом диапазоне. Резонансная частота у них иногда в 100 тысяч раз больше, чем у микроволновых предшественников. Это позволяет добиться большей стабильности и уменьшить относительную статистическую погрешность в определении времени в сто раз, то есть до 10^–18.

Но что касается размеров, оптическим атомным часам сегодня обычно требуется отдельная комната в лабораториях. Кроме того, это очень сложные устройства, и их работу корректируют ученые.

DARPA 27 января объявило о поиске партнеров для создания маленьких портативных оптических атомных часов по программе ROCkN. Военных интересуют два типа прототипов для разных видов миссий. Первые часы должны весить менее пяти килограмм, потреблять менее 25 ваттов энергии, автономно работать в течение 10 дней и быть устойчивыми к изменениям скорости, вибрации и температуры. Последнее условие необходимо, чтобы они могли работать на воздушных и космических платформах, таких как тактические самолеты и спутники. Устройство должно быть в сто раз точнее самых точных портативных часов.

Вторые часы должны весить менее 200 килограмм и потреблять менее 400 ватт. Они предназначаются для более стабильных платформ, например кораблей или наземных баз. Предполагается, что они смогут обходиться без ручной корректировки один месяц.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Космическая уборка: в России разрабатывают маневрирующий аппарат для борьбы с мусором на орбите

В России разрабатывается маневрирующий аппарат для борьбы с космическим мусором. Такое устройство будет сбрасывать различные объекты с орбиты, чтобы они сгорали в атмосфере.

По оценкам экспертов, на орбите Земли находится более 100 миллионов осколков размером в микрометр, около 100 миллионов осколков размером 1 мм или больше, 500 000 объектов размером в 1 см и 23 тысячи обломков размером с бейсбольный мяч. Этот мусор движется со скоростью 25266,7 км/ч или даже быстрее. Поэтому столкновение с ними запросто может нанести действующим спутникам и МКС серьезные повреждения. Это ставит под угрозу безопасность и жизнь астронавтов, находящихся в космосе.

В этой ситуации российская корпорация "Тактическое ракетное вооружение" (КТРВ) решила заняться разработкой маневрирующего космического аппарата, который позволит удалить космический мусор с орбиты нашей планеты. Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на заместителя генерального директора КТРВ по корпоративному строительству и инвестициям Вадима Хромова.

Задачей таких аппаратов будет сброс космического мусора с орбиты таким образом, чтобы он сгорал в атмосфере Земли. Для крупных объектов, которые не успеют сгореть во время падения, у "космического уборщика" тоже будет свой подход: он таким же образом сбросит их с орбиты, но проконтролирует, чтобы падение на Землю было безопасным.

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:

• Физики создали радиевые оптические часы.
• Индонезия перенесла столицу государства из Джакарты в город Нусантара.
• Телескоп "Джеймс Уэбб" вышел на рабочую орбиту вокруг второй точки Лагранжа.
• Нейроимплант ELVIS для восстановления зрения установлен обезьяне.
• Создан недорогой ЭЭГ-гаджет с качеством лабораторного аппарата.
• Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку.