[Дмитро]

NASA испытало рекордный ионный двигатель
Специалисты NASA испытали разработанный исследователями из Мичиганского университета (США) ионный двигатель X-3, который установил новые рекорды мощности, тяги и тока.


Принцип действия двигателя X-3 основан на эффекте Холла, который возникает при воздействии магнитного поля на движущиеся заряженные частицы — к примеру, ионы газа. При этом ионы отклоняются от своей траектории, из-за чего возникает ток, перпендикулярный основному направлению. Это создает дополнительную тягу и позволяет достичь высокого расхода ксенона, который используется в качестве ионизированного газа.

Ионный двигатель диаметром один метр весит 227 килограммов и оснащён тремя каналами выхода плазмы, что позволяет уменьшить его габариты по сравнению с одноканальными двигателями. Работу Х-3 обеспечивает электрическая силовая установка XR-100, разработанная американской компанией Aerojet Rocketdyne. В процессе в вакуумной камере двигатель продемонстрировал мощность более 100 киловатт и тягу в 5,4 ньютона.

Для сравнения, другие образцы ионных двигателей на эффекте Холла развивали мощность не более пяти киловатт. Основным преимуществом таких двигателей является высокий удельный импульс — около 40 километров в секунду. Обычные ракеты на жидком топливе развивают лишь 5 километров в секунду. В результате тратится меньше топлива, но тяга невелика, поэтому ионные двигатели пока не могли преодолеть земное притяжение.

Специалисты NASA намерены продолжить испытания ионного двигателя Х-3 в будущем году. В ходе следующего этапа тестирования учёные собираются проверить выносливость двигателя, заставив его работать на полную мощность в течение 100 часов. Специально для данного эксперимента построят специальную магнитную экранирующую систему, которая защитит стенки ионного двигателя от раскалённой плазмы.
https://www.youtube.com/watch?v=hbZ0q2ooRgs   

[Stasus]

Всем привет предлагаю подборку интересных фактов о разном в нашем изменчивом мире.
http://ganza.co/u-dozhdevogo-chervya-pyat-serdec-i-eshhe-17-pravdivyx-faktov-v-kotorye-nevozmozhno-poverit/   

[Vadim Nero]

Так ионный двигатель все же существует, а я думал это только выдумка игр и киноиндустрии )   

[Дмитро]

В ходе активной кампании по электрификации Австралии с помощью возобновляемых источников энергии исполнительный директор Tesla заявил, что без возобновляемого электричества человечество обречено на деградацию.


Элон Маск предсказал возвращение человечества в «темные века»
Компания Tesla запустила несколько проектов в области возобновляемых источников энергии в Австралии. В недавнем интервью инженер и предприниматель Элон Маск заявил, что возобновляемая энергия — это будущее цивилизации, без которой человечество неизбежно вернется в «темные века».

Tesla и ее главный исполнительный директор Элон Маск могут сыграть большую роль в будущем энергетической сети Австралии. Еще в июне компания подписала соглашение с Transgrid о поставках новых генераторов в Южном Уэльсе; в июле Tesla заключила второй контракт на строительство 100-мегаваттной аккумуляторной системы в Южной Австралии, которую Маск пообещал завершить в течение 100 дней. Поэтому неудивительно, что Элон считает, что возобновляемая энергия станет ключевым фактором не только в будущем не только Австралии, но и всего человечества. Во время своего интервью он заявил, что если энергию не возобновлять, то технологическая эра долго не продлится.
https://www.youtube.com/watch?v=iZm_NohNm6I
Хотя возобновляемые источники энергии важны и для всей планеты, в данном случае речь идет конкретно об Австралии. В настоящее время на материке развернулась настоящая битва за энергию между шестью государствами, и Tesla оказалась втянутой в самый эпицентр этой войны. Электричество стало настолько дорогим, что некоторые люди в целях экономии предпочитают и вовсе обходиться без него.
Несмотря на сложную ситуацию в энергетической сетке Австралии, Маск считает, что жители «должны гордиться тем, что в Австралии есть самая большая в мире батарея». Кроме того, он также предположил, что стремление австралийцев найти новые источники энергии послужит хорошим примером и для других стран, которые все еще опираются на запасы ископаемого топлива. За последние несколько месяцев Tesla развернула широкомасштабную деятельность по всему миру: в частности, в Пуэрто-Рико компания начала восстанавливать местные больницы после ущерба, причиненного ураганом Мария.
https://www.youtube.com/watch?v=fI2vgSHSXI8
Доказательством финансовой выгоды подобных мероприятий может послужить, к примеру, Logan City в юго-восточной Австралии, которому удалось сэкономить 1,5 миллиона долларов бюджета после установки всего одного блока питания Tesla. Обилие природных ресурсов на материке также означает, что в будущем подобные технологии будут стоить еще дешевле.   

[Дмитро]

Захоплююче відео про вакуум
https://www.facebook.com/nakesci/videos/1490421204405904/   

[Дмитро]

Найдено еще одно недостающее звено химии происхождения жизни
Американские химики показали, что диамидофосфат, имевшийся на молодой Земле, мог участвовать в реакциях, которые привели к образованию нуклеотидов и мембран будущих клеток.

Цепочки ДНК и РНК состоят из нуклеозидов, присоединенных к звеньям фосфата. Нужен он и для образования двойного слоя фосфолипидов – основы клеточных мембран, и для реакций образования пептидов из отдельных аминокислот. Однако если появление большинства соединений, которые складывают биологические макромолекулы, уже установлено, с фосфорилированием – реакциями, которые могли привести к присоединению фосфатов, – дело обстоит по-прежнему сложно.

Предложен целый ряд сценариев, которые могли реализоваться в условиях ранней Земли, однако пока они не отличаются ясностью и простотой. Так, предполагается, что различные виды фосфатов могли вступать в реакцию с разными молекулами, причем каждый раз – в своих, особых, условиях. Все это слишком труднореализуемо, тем более в рамках единой среды, в которой, видимо, шли реакции, приведшие к появлению жизни.

Новую – и куда более простую – версию выдвинула команда химиков из Исследовательского института Скриппса (TSRI), работающих во главе с Раманараянаном Кришнамурти (Ramanarayanan Krishnamurthy). В статье, опубликованной журналом Nature Chemistry, они выдвигают диамидофосфат (DAP) на роль универсального фосфорилирующего агента в добиологической химической эволюции. В лаборатории ученые показали, что в водном растворе DAP способен взаимодействовать со всеми нуклеозидами-предшественниками РНК, в широком диапазоне температур и других условий.

В присутствии катализатора имидазола (который, видимо, был довольно широко распространен на ранней Земле) DAP вступает в реакцию и с глицерином, и с жирными кислотами – основой фосфолипидов клеточных мембран, которые в воде тут же образуют полые везикулы. И уже при комнатной температуре DAP реагирует с аминокислотами – аспарагином, глутамином, глицином – участвуя в образовании из них коротких пептидных цепочек.

Фосфорилирование трех видов органических соединений – нуклеозидов, аминокислот и жирных кислот – с помощью DAP дает готовые олигонуклеотиды, пептиды и мембранные пузырьки-везикулы / ©Krishnamurthy Lab, TSRI


Ранее Кришнамурти и его коллеги уже показывали способность DAP фосфорилировать простые сахара, участвуя в синтезе многих других важных для жизни молекул. С учетом того, что все эти реакции протекали в лаборатории при самых обычных условиях, они вполне могли протекать и на молодой Земле. Более того, механизм фосфорилирования, который реализуется во взаимодействиях с DAP, – тот же самый, какой сегодня используют более эффективные ферменты-протеинкиназы, что может служить еще одним косвенным доводом в пользу большой роли, которую сыграл этот фосфат в происхождении жизни.   

[Дмитро]

Кварковый синтез: ученые открыли самый мощный источник «чистой» энергии на Земле


Группа ученых из Тель-Авива и Чикаго открыла и доказала на практике, что синтез кварков и барионов позволяет получить в несколько раз больше энергии, чем водородный — и это при том, что сама технология не допускает опасности возникновения цепной реакции.

Чтобы сократить вредные выбросы, способствующие климатическим изменениям, а также разработать более эффективные способы получения энергии, правительства по всему миру все чаще обращают внимание на ее возобновляемые источники. В то время, как солнечная энергия и энергия ветра уже давно служат человеку, с ядерной все по‑прежнему не просто. Ученые продолжают изучать возможности стабилизации ядерного синтеза и пытаются превратить его в по-настоящему возобновляемый источник энергии с потенциалом, который превосходит все существующие варианты.

Но что, если на Земле есть куда более лучший и менее опасный источник, чем ядерный синтез? Исследователи из Тель-Авивского и Чикагского университетов предложили свой взгляд на решение проблемы и опубликовали интересный материал в журнале Nature.

По мнению исследователей Марека Карлайнера и Джонатана Роснера, новый источник энергии берет свое начало от слияния субатомных частиц, известных как кварки. Обычно эти частицы образуются в результате столкновения атомов, которые движутся на очень больших скоростях — к примеру, так физики получали их внутри Большого адронного коллайдера (БАК). Однако на этом процесс не останавливается: диссоциированные кварки также склонны сталкиваться друг с другом и вступать во взаимодействие с другими частицами — барионами.

Схема протекания реакции кваркового синтеза

Именно на слиянии кварков и барионов ученые сосредоточили свое внимание. Они обнаружили, что оно способно производить энергию даже большую, чем при слиянии атомов водорода! Как оказалось, конденсированные кварки принимают конфигурацию, названную doubly-charmed baryon (букв. «дважды очарованными барионами»). На процесс конденсации уходит 130 МэВ энергии, но по завершении высвобождается на 12 МэВ больше — чистая выгода. Более того, усовершенствовав процесс и заменив обычные кварки более «тяжелыми» разновидностями, физикам удалось получить примерно 138 МэВ чистой энергии — это примерно в 8 раз больше, чем полезный выход от водородного синтеза.

Поначалу ученые были так удивлены результатам, что даже не решались опубликовать результаты своей работы. Они опасались того, что, как в случае с водородным синтезом, эксперименты могут быть крайне опасными. Однако позже выяснилось, что кварки существуют всего около одной пикосекунды — этого времени не хватит, чтобы запустить цепную реакцию, поскольку кварки очень быстро распадаются на другие, более легкие частицы.

Впрочем, именно это свойство также делает «кварковый синтез» больше теоретической методикой, которую еще предстоит испытать на практике. Авторы исследования уже предлагают некоторые экспериментальные установки, с помощью которых можно будет провести ряд экзотермических реакций, однако в настоящее время короткое время жизни частиц не позволяет применять их для практических нужд. Тем не менее, это всего лишь вопрос времени: теория доказана экспериментальным путем, и теперь ученым остается лишь подготовить технологическую базу для того, чтобы экологически чистый и невероятно мощный источник энергии послужил на благо человечества.   

[Дмитро]

Кто изобрел гитару: Эдди Ван Хален
А еще он изобретатель и автор нескольких патентов. В течение 35 лет Эдди собирал и разбирал гитары и усилители в мастерской, совершенствуя свой легендарный ванхаленовский звук.

Эдвард Ван Хален

Я всегда был рукастым, это досталось мне от отца. Когда я был подростком, мы жили в Пасадене, в собственном доме. Однажды, возвращаясь с концерта в три часа ночи, отец увидел, что подъезд к дому перегородил соседский прицеп. Будучи весьма разгоряченным, он вышел из машины и попытался подвинуть прицеп в одиночку. Как только он поднял его, домкрат подломился и отхватил ему палец.

Это была проблема: отец играл на саксофоне и кларнете. И если на саксофоне не приходится закрывать пальцами отверстия (для этого существуют клапаны), то на кларнете это необходимо. Недолго думая, отец приладил к кларнету клапан от саксофона и продолжил играть.

Не менее достойно он вышел из положения, когда с возрастом стал терять зубы. Нижние зубы необходимы для игры на язычковых духовых инструментах. Вместо того чтобы идти к дантисту, он вырезал себе отличный протез из фторопласта и надевал его, когда нужно было играть.

Как ни забавно, его приключения пробудили во мне тягу к техническому творчеству. Я понял: если что-то ведет себя не так, как тебе хочется, всегда есть способ это исправить.


Гриф

Мой стиль игры сформировался под влиянием того обстоятельства, что я не мог позволить себе купить педаль перегруза. Мне приходилось как-то выжимать эти звуки из своей гитары. За первую серьезную работу я взялся у себя дома. Я хотел поставить дополнительные звукосниматели, так как звук стандартных меня не устраивал. Ручного фрезера у меня не было, да я и не знал, что это такое. Поэтому я стал выдирать куски дерева из корпуса отверткой. Вся комната заполнилась опилками и стружкой. Но у меня была цель. Я знал, чего хотел, и не унимался, пока не добился своего.

Большинство гитарных грифов слишком пухлые, поэтому я взял наждачку и сделал гриф плоским. Мне пришлось сменить лады на нескольких гитарах, так как я хотел «побрить» накладку грифа, чтобы сделать его еще более тонким. Плоский гриф позволял мне делать более глубокие «подтяжки» (бенды), тянуть струну что есть мочи, не опасаясь, что она «споткнется» о соседний лад. При этом я мог опустить струны максимально низко, чтобы экономить силы и играть быстрее.

Еще одна проблема, по крайней мере с «Фендерами», заключалась в толщине лака, которым покрывают накладку. Когда ты играешь быстро и потеешь, пальцы начинают скользить по лакированному глянцу или прилипать к нему. Я не мог этого стерпеть, поэтому, когда я строил свою первую гитару сам, я использовал накладку из натурального нелакированного дерева. Масло и мой собственный пот пропитали ее, сделав идеально гладкой. Потребовалось очень много играть, чтобы это сработало, но оно того стоило: натуральный материал намного приятнее, чем любой синтетический лак.

Тремоло

Механизмы тремоло (они же «качалки» или «машинки») никогда не желали держать строй. Причина крылась в порожке — маленькой детали в конце грифа, которая определяет положение струн на пути к колкам. На первом альбоме я использовал стандартное тремоло Fender. Опираясь на порожек, струна изгибается. В этом месте образуется напряжение и трение. Когда рычаг натягивает струны, они скользят в пазах порожка, а затем трение мешает им вернуться в первоначальное положение, поэтому строй «сползает». Я сделал собственный порожек с широченными пазами с профилем, похожим на днище лодки, и капнул туда масла, чтобы струны скользили легко. Накручивая струну на колок, я навивал витки не ниже отверстия, как обычно, а выше, чтобы струна проходила через порожек почти прямо, не изгибаясь. Теперь, даже когда я дергал тремоло как сумасшедший, гитара железно держала строй. У моего изобретения был и побочный эффект: когда я играл на открытой струне, не прижимая ее к грифу, она легко выскакивала из своего паза. Приходилось постоянно помнить об этом и прижимать открытые струны к порожку, как к нулевому ладу.

Усилитель

Нет такой силы, с которой я был бы не готов сразиться, чтобы мой усилитель стал еще горячее. Однажды я открыл усилитель и увидел там нечто. Позже я узнал, что это был электрический контур, управляющий током смещения, который подается на сетки ламп, сдвигая их рабочий диапазон в сторону большего или меньшего усиления. А тогда я просто ковырялся в нем отверткой, пока не дотронулся до огромной синей штуки. Мне показалось, что сам Майк Тайсон нокаутировал меня ударом в грудь. Мое тело противоестественно изогнулось, и его отбросило на метр от усилителя. Синей штукой оказался конденсатор — тогда я не знал, что они накапливают напряжение.

Усилитель Marshall, который я притащил домой из магазина, где работал консультантом, хорошо звучал только на полной громкости. Стоило сделать чуть тише, и весь перегруз разом пропадал. Чего я только не пробовал: засовывал усилитель в пластиковый кофр, ставил к стене, клал динамиком вниз. Каждые полчаса у меня перегорал предохранитель.

Счастливый случай привел меня к автотрансформатору Variac. Я принес домой другой Marshall, и мне в голову не могло прийти, что это была европейская модель под напряжение 220 В, а не 110, как у нас в Америке. Я включил его и стал ждать, пока он нагреется. Но шли минуты, а усилитель не издавал ни звука. Взбешенный, я ушел, не выключив усилитель. А вернувшись через час, обнаружил, что он звучит как разогнанный до максимальных оборотов Marshall, только очень тихо. Тут-то я и понял, что дело в напряжении. У нас дома были навороченные диммеры для люстр, и я попробовал подключить усилитель к одному из них. Разумеется, я перепутал обмотки трансформатора в диммере и закоротил весь дом. Пришлось пойти в магазин и попросить подыскать для меня «диммер» помощнее и понадежнее. Мне показали Variac — автотрансформатор с регулятором напряжения и функцией стабилизатора. Их используют для регулировки скорости моторов или яркости фонарей, а также для подключения европейских приборов. Для меня же Variac стал ручкой громкости, которая не влияет на характер звука, количество перегруза или обратную связь.

Звукосниматели

Моей первой серьезной гитарой стала Gibson Les Paul Goldtop. Я был настоящим фанатом Эрика Клэптона и не раз видел его с такой гитарой на фотографиях. Только на его гитаре стояли хамбакеры (мощные звукосниматели с двумя катушками), а на моей — «мыльницы», однокатушечные синглы P-90. Первым делом я выстругал с обратной стороны корпуса углубление под хамбакер. На концертах зрители недоумевали: «Как он выжимает такой звук из обычных синглов?» А дело в том, что они просто не видели хамбакера, который я невольно закрывал правой рукой во время игры.

Когда моя гитара была черно-белой, я сам вырезал для нее пикгард (пластмассовую накладку на корпус), чтобы закрыть дырки от удаленных звукоснимателей. Однако, когда я добавил красной краски (так сейчас выглядят все мои «стратокастеры»), черная накладка стала смотреться неуместно — она закрывала половину красот. Я отрезал б? льшую часть пикгарда, прикрыв лишь ручку громкости и переключатели звукоснимателей. А чтобы замаскировать дырку, поставил в нее неработающий звукосниматель. Я не хотел никого обманывать, просто не знал, как подключить его снова.

Последним серьезным шагом для меня стала пропитка звукоснимателей парафином. Гитарные датчики склонны к обратной связи — мерзкому писку сродни тому, который издает микрофон, если поднести его к динамику. Я подумал, что это может быть связано с вибрацией отдельных витков на катушках датчиков. Не знаю, как я до этого додумался, но я купил несколько брикетов парафина, растопил их в консервной банке и стал окунать в нее звукосниматели. Я испортил немало датчиков, расплавив их пластиковые корпуса, но наконец научился контролировать процесс: вовремя выуживать датчики, давать им остыть, а затем пропитывать вновь. Когда я впервые включил гитару, встал прямо напротив усилителя и не почувствовал ни капли лишней обратной связи, я буквально улетел на небеса. Наконец все сошлось воедино, и я сказал себе: «Я могу рвать тремоло на части, мой Marshall разогрет докрасна, меня уже не остановить!»

Патенты Эдди Ван Халена


Всего их было три. Один закончился в этом году, но два остались. 1. U.S. Patent #388117 Головка грифа: колки располагаются на головке грифа так, чтобы струны тянулись к ним от самого бриджа строго по прямой. Это решение сводит к минимуму трение струны о нижний порожек, помогая ей вернуться в прежнее положение после подтяжек. 2. U.S. Patent #4656917 Упор для музыкального инструмента: скоба, откидывающаяся с обратной стороны корпуса, поддерживает гитару в горизонтальном положении, позволяя гитаристу играть на ней, как на наколенной слайд-гитаре.   

[Дмитро]

Знаменитый грибок, превращающий муравьев в послушных зомби, преподнес ученым ряд сюрпризов. Оказалось, что он буквально врастает в тело насекомого и пожирает его клетки, делая из муравья своеобразный «мясной доспех».


У бразильских муравьев-плотников и без того нелегкую жизнь дополняет весьма странное обстоятельство — они могут превратиться в самых настоящих зомби. Это происходит благодаря заражению паразитическим грибком, споры которого прорастают в тело насекомого и влияют на его симпатическую нервную систему. Зараженный паразитом, муравей оставляет уют своего родного гнезда и отправляется блуждать в чащу леса, условия которого больше подходят грибу для полноценного созревания. Обычно муравей цепляется лапками за нижнюю сторону листа, после чего замирает, тем самым окончательно принося себя в жертву. Гриб продолжает развиваться внутри его тела, пока в конце концов не пронзит головной отдел и не высвободит новые споры. Весь этот процесс занимает примерно 10 мучительных дней, на протяжении которых большую часть времени насекомое остается в живых. Кошмар наяву, не правда ли?

Зомби в реальном мире: что скрывает гриб-паразит

Науке уже давно известен этот феномен, однако до сих пор ученые долго не могли понять, как именно паразитический гриб O. unilateralis играет свою роль кукловода. Его часто называли «мозговым паразитом», однако новое исследование, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, опровергает данную теорию. Оказалось, что как раз мозг насекомого остается неповрежденным, а контроль за своим хозяином паразит осуществляет путем внедрения в мышечные волокна по всему телу! По сути, зараженный муравей становится для гриба своего рода «мясными доспехами» и средством передвижения, а часть клеток тканей муравья в процессе заменяются на грибные.

Чтобы сделать это удивительное открытие, Дэвид Хьюз (а именно он впервые обнаружил гриб-паразит) начал обширное исследование, в котором приняла участие международная команда энтомологов, генетиков, программистов и нейробиологов. Цель работы состояла в том, чтобы изучить клеточные взаимодействия между паразитом и его хозяином в ходе критической стадии жизненного цикла первого — той, во время которой муравей вцепляется в лист своими мощными мандибулами.

Стадии заражения муравья паразитическим грибом
Ведущий автор исследования, Маридель Фредериксен, кандидат в докторанты в Университете Базельского зоологического института, Швейцария, заявил, что грибок выделяет тканеспецифические метаболиты в организм хозяина, вызывая тем самым изменения в экспрессии генов. Это также приводит к атрофии мышц нижней челюсти муравья, чтобы тот уже никогда не смог разжать их и позволить своему телу упасть на землю — это вызвало бы преждевременную гибель хозяина или подвергло бы паразита лишнему риску. Впрочем, до начала работы ученые не знали, как именно грибок координирует свои действия, чтобы так ловко манипулировать организмом хозяина.

Исследования и открытия

Для проведения исследования ученые заразили муравья-плотника O. unilateralis. При этом некоторые особи получили дозу менее опасного, не зомбирующего грибкового патогена, известного как Beauveria bassiana — они служили в качестве контрольной группы. Сравнивая динамику заболевания, вызванного этими двумя грибами, исследователи смогли выделить специфические физиологические проявления деятельности O. unilateralis у муравьев.

С помощью электронных микроскопов, группа создала трехмерную модель, позволяющую определять местоположение, численность и активность грибковых тканей внутри тел насекомых. Для этого были взяты образцы этих тканей размером всего 50 нм, а наблюдение велось с помощью приборов, способных мониторить и обрабатывать изображение с частотой 2000 раз за 24 часа. Чтобы проанализировать внушительный объем поступающих данных, ученые обратились к искусственному интеллекту: алгоритм, основанный на глубоком обучении, в ходе анализа выделял различия в деятельности грибковых и муравьиных клеток. Это позволило исследователям наглядно увидеть то, на какой стадии заболевания ткани организма все еще принадлежали насекомому, а где уже были преобразованы в гриб.


Компьютерная имитация того, как нити грибных клеток врастают в мышечную ткань хозяина
Результаты оказались одновременно чрезвычайно интересными и пугающими. Клетки O. unilateralis распространялись по всему телу муравья, от головы и грудного отдела до живота и ног. Более того, они были взаимосвязаны, создавая своего рода коллективную биологическую сеть, которая и контролировала поведение муравьев. Хьюз отметил, что под конец высокий процент клеток в организме хозяина превратился в клетки гриба — тот буквально сделал насекомое частью самого себя.

Но самое удивительное заключалось в том, что мозговая ткань осталась… нетронутой. «Обычно поведение животных контролируется мозгом, передающим сигналы мышцам, но результаты нашего исследования показывают, что паразит контролирует поведение хозяина с помощью периферических систем», объясняет Хьюз. «Почти как кукловод, тянущий за нитки, чтобы управлять движениями марионетки, грибок также контролирует мышцы муравья, манипулируя конечностями и мандибулами хозяина».

Может ли паразит влиять на мозг?

До сих пор неизвестно, как именно гриб заставляет муравья двигаться по направлению конкретного листа. Ученые полагают, что факт целостности мозга — это на самом деле ключ к решению головоломки: гриб использует потенциал муравьиного мозга достаточно долго, чтобы тот был жив и смог самостоятельно найти подходящую «площадку» для размножения паразита. Другая теория заключается в том, что гриб косвенно влияет на мозг, в частности на его сенсорные функции, чтобы «управлять» муравьями и заставлять их уходить в лес.

Гаймодо Чарисса де Беккер, энтомолог из Университета Центральной Флориды, не принимавшая участия в новом исследовании, уверена, что проделанная работа подтверждает тот факт, что гриб может контролировать хозяина с помощью специальных секреционных соединений, которые играют роль нейромедиаторов. На это указывают в первую очередь данные, полученные при изучении грибкового генома.

Почему для нас это так важно? Понимание механизма зомбирования открывает целый ряд перспектив. В первую очередь, это синтез новых биологически активных соединений, которые могут быть использованы в качестве мощных лекарственных средств. Кроме того, ученые обратили внимание на то, что у гриба Ophiocordyceps kimflemingiae (родственного гриба-паразита) проявляются признаки активности в рамках «биологических часов»: одни гены гриба активны в дневное время, другие — в ночное. Судя по всему, ночью гриб активирует секрецию белков, которые могут взаимодействовать с мозгом хозяина, таким образом обеспечивая собственное доминирование над его нервной активностью. Кто знает, может быть в будущем подобный коктейль из имплантов и нейромедиаторов даст нам возможность управлять мозгом человека и, таким образом, раскрыть все его секреты?   

[Дмитро]

Информация в природе: от первичного бульона до Попки-дурака

Информация – фундамент природы. Выдающийся советский математик Алексей Ляпунов определял жизнь как состояние вещества, использующее информацию для поддержания себя в неизменной форме. Само отличие живого от неживого состоит в способности манипулировать информацией.

О происхождении жизни на Земле известно мало. И все же, хотя бы гипотетически можно представить себе, как в «первичном бульоне» остывающей планеты возникали органические молекулы, как они взаимодействовали между собой, химически меняя друг друга. Если допустить, что такая модель происхождения живых организмов верна, то где провести границу между неживой и живой материями? На каком этапе хаос химичес­ких реакций перешел в биологическую эволюцию первых организмов?

Наиболее очевидный критерий, который можно использовать для проведения этой границы – способность к самовоспроизведению. Обрывки РНК и белков могли воздействовать друг на друга тысячелетиями, но их отношения не вышли бы за рамки органической химии, если бы в какой-то момент цепочка их взаимодействий не замкнулась бы в цикл. Именно в этот момент, видимо, и возникла жизнь.

Можно заключить, что в основе жизни лежит способность группы молекул взаимодействовать между собой таким образом, что в результате эта группа молекул образуется заново. Информация, заложенная в их структуре, оказывается сохраненной и воспроизведенной. Круг замыкается. В этот же момент возникает понятие гена – единицы наследственности - и начинается процесс биологической эволюции. В океане случайных химических реакций появляется островок порядка. Его мы и называем жизнью.

Передача генов из поколения в поколение, таким образом, является самым древним способом информационного взаимодействия в живой природе. Без него само понятие жизни не имеет смысла. Однако со временем, когда жизнь уверенно закрепилась в числе форм существования материи на Земле, появилась необходимость и в других способах обмена информацией.


Человека создал язык?
Промотав естественную историю на несколько миллиардов лет вперед, мы увидим планету, покоренную человеком. Она освещена электричеством, засеяна геометрически правильными рядами растений, невиданных в дикой природе. Она охвачена сетями сотовой связи, моментально соединяющими людей за тысячи километров друг от друга.

Чем же обязан человек такому триумфу? Ответ, казалось бы, очевиден: достижения цивилизации стали возможны благодаря беспрецедентному развитию нашей нервной системы. Но человек, который родился и вырос в изоляции от общества, при всем интеллектуальном потенциале своей нервной системы, едва ли способен на открытия в ядерной физике или инновации в сельском хозяйстве.

Нет, достижения человека – результат возникновения нового, ускоренного метода передачи информации: языка. Только при помощи языка мы можем сохранять и передавать накопленные знания в отрыве от передачи генов из поколения в поколение. Только языком обеспечивается прогресс: наука, культура, общественно-политическая организация.

Мы создали новый, негенетический метод обмена данными. Фактически, с появлением языка появилось новое информационное пространство, «культурные единицы» которого развиваются, распространяются и эволюционируют по своим собственным законам. Если задача любой генетичес­кой системы – поддержание самой себя в как можно более неизменном виде (слишком резкие изменения чреваты потерей способностей к выживанию и размножению), то культурная система куда более подвижна.

Поэтому для возникновения новой информации в «традиционной» генетической форме требуются миллионы лет осторожной, постепенной эволюции. В системе культуры и языка те же изменения могут происходить за годы, месяцы и даже минуты. «Языковая революция» дала человеку возможность приспосабливаться к любой среде с невиданной скоростью. Быстрее даже бактерий.

Человеческий язык не имеет аналогов в природе и по универсальности: он применим практически к любому аспекту жизнедеятельности. Но если «нетрадиционная» передача информации приносит столь богатые плоды, неужели человек – первый, кто об этом задумался? На самом деле, это далеко не так. Человек достиг совершенства в навыке передачи информации, но формально аналоги всех «уникальных» свойств нашего языка существуют и в дикой природе.

Горизонтальный поворот
В чем основной недостаток исходного, древнего метода передачи информации с помощью генов? Он слишком плохо подходит для адаптации к быстро меняющимся условиям среды. В генах, передаваемых «вертикально», из поколения в поколение, заложена важнейшая информация об организме – постоянно менять ее слишком опасно.

Поэтому самой очевидной модификацией «генетического языка» является его дополнение горизонтальным переносом информации – то есть не из поколения в поколение, а между взрослыми особями. Этот способ «общения» активно используют бактерии. Все они обладают основным геномом, который, как и в других организмах, строго охраняется от изменений и повреждений. Но помимо этого, бактерии имеют дополнительные «подвижные островки» ДНК, плазмиды. Ими они могут обмениваться с другими бактериями.
Таким механизмом обес­печивается, например, распространение устойчивости к антибиотикам – если одной бактерии случайно удалось найти способ нейтрализовать действие смертельного для нее вещества, она может «рассказать» об этом способе своим сородичам.

Примерно по этой же логике работает генетическая модификация бактерий: в наиболее распространенной форме она осуществляется введением в клетку плазмид. Фактически, генетическая модификация – искусственная форма горизонтального переноса генов. Можно сказать, что, создавая трансгенную бактерию, мы просто объясняем ей, что от нее хотим, на «бактериальном языке».

Химическая почта
«Социальный» арсенал бактерий не ограничивается генетическими ухищрениями. Бактерии, как и люди, изобрели дополнительный путь передачи информации – химический. Выделяя в среду определенные вещества, бактерии могут обмениваться «знаниями» о том, что происходит вокруг них, и даже согласовывать совместные реакции.

Например, таким способом они могут координировать формирование биопленок – тесных сообществ микроорганизмов, живущих на поверхностях жидкостей или твердых тел. Биопленки обладают собственной пространственной организацией и микросредой. Это аналоги городов в бактериальном мире.

«Химический язык» помогает бактериям защищаться от тяжелых условий – например, от тех же антибиотиков (по понятным причинам этот аспект общения бактерий волнует нас больше других). Кишечная палочка, улавливая попадание антибиотиков в среду, выделяет сигнальные вещества, оповещающие сородичей о начале атаки. В результате часть бактерий переходит в «спящую» форму, чтобы иметь возможность восстановиться, даже если большая часть популяции погибнет.

Слева: в среде без антибиотика бактерии постоянно синтезируют индол. В середине: под действием вызванного антибиотиком стресса бактерии перестают вырабатывать индол и умирают. Справа: устойчивые к антибиотикам мутантные клетки быстро избавляются от антибиотика и продолжает синтез индола.

Существуют даже данные о том, что эти химические «переговоры» могут «прослушиваться» представителями других видов. Например, в примере с антибиотиками болезнетворная сальмонелла может реагировать на сигналы кишечной палочки, хотя сама этих сигналов не производит. Под влиянием «слухов» об антибиотиках сальмонелла тоже начинает образовывать устойчивые клетки, что чревато крайне неприятными для человека последствиями.

Химические сигналы далеко не уникальны для мира микроорганизмов: они широко используются живыми существами любой сложнос­ти. Например, удивительно развит этот «язык» у высших растений.

Одна из особенностей растений заключается в том, что, в отличие от животных, которые больше полагаются на электрические взаимодействия – передачу нервных импульсов – они оперируют почти исключительно химичес­кими сигналами. Отчасти это определяет их малоподвижность – диффузия химических веществ протекает гораздо медленнее, чем распространение электрического тока по нервным волокнам.

Неудивительно, что растения в процессе эволюции развили невообразимый для животных «химический арсенал». Задумайтесь о миллионах алкалоидов и их причудливых цветах, запахах, вкусах и действии на мозг и организм животного. Пока животные развивали зоркое зрение и острые зубы, растения оттачивали мастерство химика-синтетика, позволяющее им отпугивать вредителей, привлекать опылителей – и общаться между собой.

Например, ростки тополя и клена при повреждении листьев вырабатывают летучие вещества, отпугивающие насекомых. Неповрежденные растения, стоящие неподалеку, получают химический сигнал от поврежденных, и в течение считанных часов начинают вырабатывать те же вещества.

Некоторые виды фасоли идут дальше. Они не только отпугивают травоядных клещей – своих главных вредителей – но и привлекают другие, хищные виды клещей, охотящиеся на травоядных. Одновременно с этим, конечно, оповещаются об опасности и соседи. Более того, фасоль отличает вред, наносимый клещами, от простого механического повреждения. Если растение пострадает от ветра или руки мальчишки, никакого сигнала «паники» оно не произведет.

Воздушная среда – не единственный «канал связи» для растений. Томаты, например, могут использовать микоризу – нити симбиотических грибов, опутывающие корни сразу многих растений – в качестве «телефонных линий» для передачи информации. Перерезание этих «проводов» приведет к нарушению контактов между растениями: они больше не синхронизируют свою защиту от вредителей. Кроме того, ученым с помощью генной инженерии удалось вывести «глухие» и «немые» растения, иллюстрируя сходство «химического» общения с привычным нам звуковым или зрительным.

Я милого узнаю по феромону
Несмотря на общее предпочтение животными физических взаимодействий, химические сигналы широко распространены и среди них. Наиболее известным примером являются феромоны – вещества, выделяемые животными во внешнюю среду и вызывающие определенную реакцию у других особей своего вида. Чаще всего она бывает связана с половым размножением: феромоны самца мыши вызывают агрессию у других самцов, возбуждение у самок и ускорение полового созревания у самок-подростков.

Феромоны – это фиксированные информационные сообщения, присущие обычно всем представителям определенного вида и вызывающие автоматическую реакцию. Сторонник антропоцентризма обратит на это внимание и скажет: в этом и заключается уникальность человеческого общения. Любые другие способы взаимодействий вызывают врожденную реакцию, напрямую воздействуя на организм. В случае же человека, язык не заложен в нас генетически, а формируется в процессе обучения.

На самом деле, примеров, при которых информационное взаимодействие требует обу­чения, множество. В случае с химическими сигналами можно вспомнить смеси-идентификаторы, отделяемые некоторыми учеными от феромонов. Они представляют собой не одно конкретное соединение, а довольно сложную комбинацию различных веществ в определенных пропорциях. В отличие от феромонов в классическом понимании, смеси-идентификаторы индивидуальны для каждой особи или, в некоторых случаях – для популяции (например, колонии пчел).

Человеческий мозг тоже реагирует на феромоны. Желтым цветом показаны участки мозга, активирующиеся под действием запахов половых гормонов (AND – андростерон, EST – эстроген) или просто человеческого тела (OO, Оrdinary Оdors). Вверху обозначены активные участки, общие у гомосексуальных мужчин (HoM) и гетеросексуальных женщин (HeW). Внизу – общие у мужчин традиционной сексуальной ориентации (HeM – гетеросексуальные мужчины)

С помощью смесей-идентификаторов животные могут отличать одних особей от других. Распознавание этих смесей – гораздо более сложный процесс, чем механичес­кий ответ на феромоны, и в большинстве случаев требует обучения. Например, омар не вступит в схватку с противником, которому проиграл на прошлой неделе, определив его по индивидуальному запаху.

Информационная роль песни и пляски
С приближением к человеку по степени эволюционного родства методы передачи информации между живыми существами начинают все больше походить на привычные нам. После выхода животных на сушу получает распространение новый способ общения – звуковой. «Разговаривать вслух», несмотря на свою репутацию молчунов, умеют и рыбы – например, рыбы-жабы только и делают, что рычат или гудят, в зависимости от агрессивного или романтического настроения. Но по-настоящему голосовое общение получает развитие лишь на суше. Оно широко распространено не только среди позвоночных, но и, например, у насекомых.

При довольно простой организации нервной системы, многие насекомые имеют слух, которому позавидовал бы хороший звукорежиссер. Кузнечики, например, имеют способность к «коктейль-эффекту» – из какофонии леса или поля они умеют выделять тончайшие детали стрекота сородичей. О чем разговаривают кузнечики? В целом, о том же, о чем и большинство других животных – как бы поскорее с кем-нибудь спариться.

Впрочем, среди более продвинутых в интеллектуальном плане социальных насекомых – муравьев, пчел, термитов – распространены и более высокие темы. Например, муравьи координируют социальные роли, в том числе, при помощи звуковых сигналов (хотя главную роль здесь, все-таки, играют феромоны). Существуют даже муравьи-социальные паразиты, которые подражают таким ролевым сигналам: «заговаривая зубы» рабочим муравьям, они устраиваются в чужой колонии и живут там припеваючи, беззаботными иждивенцами.

Но наиболее известным «языком» насекомых являются танцы пчел. Двигаясь по определенной схеме, пчелы передают сородичам информацию о направлении и расстоянии до источника провианта или воды – например, до цветочной поляны – и потенциальном богатстве найденного ресурса. Пчелиный танец, на самом деле, еще сложнее, чем кажется: как показывают недавние исследования, информация, заложенная в танце, сообщается другим пчелам не зрительным путем, а при помощи определенных электрических полей, производимых двигающейся пчелой.

Интеллектуальные колоссы
Разумеется, чем более развиты у животного мозг и нервная система, тем более совершенны его возможности для взаимодействия с другими особями. Человеку зачастую сложно оценить, насколько сложен может быть «язык» другого вида – мы невольно строим свои суждения о «разговорчивости» животных на их способности усваивать понятные нам идеи и слова. Но на каком основании мы используем себя, как меру для всей остальной природы?

Например, человеку час­то кажется, что он понимает эмоции своей собаки – в той или иной ситуации мы сознательно или подсознательно «переводим» собачий язык на человеческий. Однако простыми экспериментами можно показать: зачастую мы принимаем желаемое за действительное. Например, то, что нам кажется виноватым видом собаки, на самом деле является выражением подчинения. Собаки могут скулить и выглядеть понуро, даже если они не делали ничего плохого – значение имеет обычно только интонация хозяина.

Тем не менее, даже с поправкой на неизбежное очеловечивание взаимодействий между животными, способности многих высших позвоночных к общению впечатляют. Дельфины и другие китообразные, например, пользуются в своем языке свистков и щелчков абстрактными категориями – например, такими, как «много» или «мало». Они имеют подобие синтаксиса: порядок «слов в предложении» влияет на его смысл.

Многие авторы даже говорят о самой настоящей культуре китообразных, ведь некоторые особенности их вокального репертуара меняются со временем – так же, как меняются и человеческие языки. Известен, например, случай, когда группа горбатых китов с одного берега Австралии мигрировала к другому берегу. В течение трех лет местные киты переняли манеру «речи» мигрантов. Похожее наблюдается и с другими аспектами культуры – например, с традициями коллективного поиска пищи.

Если мышление и социальные взаимодействия умных млекопитающих – дельфинов, собак, свиней и особенно обезьян – мы можем хотя бы попытаться понять, то ситуация с птицами сложнее для человеческого восприятия. Птичий мозг резко отличается от мозга млекопитающего. Тем не менее, об интеллекте, например, ворон хорошо известно – они пользуются инструментами, умеют решать абстрактные задачи и выручать друг друга в трудной ситуации.

Можно сказать, что птицы думают совершенно другими частями мозга. Их интеллект и способности к осмысленным взаимодействиям развивались независимо от наших и параллельно им. Тем удивительнее языковые возможнос­ти, например, попугаев.

Эти птицы не только подражают человеческой речи, как принято считать. Они способны формулировать осмысленные ответы на вопросы, используя человеческие слова. Они могут усваивать семантические элементы языка: например, слово «хочу», которым попугаи способны разграничивать называние и запрос. Они способны генерализировать предметы и понимать, что те относятся одновременно к двум разным категориям: например, мячик одновременно «синий» и «круглый».

В какой степени попугаи используют свои интеллектуальные способности собственно для обмена информацией в природе, известно плохо – «разговоры» животных между собой на воле изучать гораздо сложнее, чем общение попугая, сидящего в клетке, с человеком. Однако допустить, что способность к восприятию символов и абстрактных понятий в языке развилась у птиц «просто так», довольно абсурдно.

Обмен информацией в природе так же важен, как и обмен генами. Но и сами гены важны не из-за их химического состава или пространственной структуры – они тоже являются информационными единицами, кодом, с помощью которого описывается жизнь. Можно сказать, что живая природа – это и есть обмен информацией.

В этой статье мы сознательно избегали обсуждения приматов, самой продвинутой в интеллектуальном плане группы млекопитающих, к которым относимся и мы. Человекообразные обезьяны, действительно, обладают самыми совершенными из известных нам инструментами социальных взаимодействий. Но наше представление о «разум­ности» обезьян во многом строится на том, что в силу нашего родства мы говорим с ними почти на одном языке.

Человек, бесспорно, умнее любых других животных на Земле. Но нельзя забывать о том, что само понятие ума придумано человеком. Для профилактики мании величия полезно иногда оглянуться по сторонам.   

[Дмитро]

Технология редактирования генов CRISPR открывает для исследователей всё новые возможности, в том числе такие, о которых раньше можно было только мечтать.
Однако даже самые лучшие инструменты можно и нужно совершенствовать, уверены учёные. Так, в случае с редактированием ДНК очень важно доставить генетический материал точно в нужное место. Это поможет не только повысить эффективность метода, но и избежать нецелевых мутаций, которых пока что при изменении генов возникает довольно много.
Команда из Массачусетского технологического института совместно с коллегами из российского Сколтеха разработала новый способ переноса инструмента CRISPR в целевую область генома.
Ранее для этого использовались вирусы. Однако специалисты полагают, что из-за них у пациентов может развиться устойчивость к лечению. Поэтому вместо вирусов было предложено использовать наночастицы.
Поясним, что методика CRISPR пригодится в лечении множества болезней. Генетические мутации, которые вызывают заболевание, вырезаются из генома пациента и заменяются "правильными" последовательностями. Это задача фермента Cas9: он разрезает нить ДНК и короткую РНК, которая "сообщает", где сделать "разрез" (РНК, направляющая фермент, называется РНК-гидом).
"Курьером" для доставки таких "ножниц" служит безвредный вирус. Однако такой подход имеет свои недостатки. Дело в том, что иммунная система пациента может выработать антитела против этого вируса. Так что эффективность повторной терапии заметно снизится.
Учёные доказали, что избежать этих проблем можно, если вместо вируса использовать другого "доставщика". Сперва команда химическими способами модифицировала РНК, чтобы та не разрушалась под воздействием ферментов в организме. Эти изменённые РНК-гиды вместе с Cas9 "упаковали" в липидные наночастицы, которые направили в клетки печени взрослых мышей. Кроме того, животным также вводились наночастицы, содержащие мРНК, которые кодировали фермент Cas9.
В результате фермент "вырезал" намеченные участки генов примерно в 80% клеток. Этот показатель для инструмента CRISPR при работе со взрослыми животными стал рекордным.
Фермент преследовал ген Pcsk9, который отвечает за регуляцию уровня холестерина. Мутации в этом гене вызывают нарушения в работе печени и способствуют накоплению "плохого" холестерина. При удалении этого гена производство белка, который он кодировал, снизилось настолько, что доля "плохого" холестерина у грызунов уменьшилась на 35%.

"Мы показали, что наночастицы можно использовать для постоянного и точного редактирования ДНК в печени взрослого животного. Я полагаю, что полностью синтетические наночастицы могут стать мощным инструментом не только для изменения гена Pcsk9. Они также помогут и в лечении других заболеваний", — добавляет ведущий автор работы Дэниэл Андерсон (Daniel Anderson).

Теперь его команда планирует "натравить" наночастицы и на другие гены, мутации в которых вызывают серьёзные заболевания. Сначала исследования продолжатся конкретно с клетками печени, а затем, вероятно, учёные опробуют новый метод доставки "ножниц" и на других органах.
Научная статья с описанием инновационного метода опубликована в издании Nature Biotechnology.   

[Дмитро]

Живые фабрики: как заставить животных производить материалы будущего
Светящаяся паутина и шелк с нанотрубками: ученые готовы превратить животных и растения в фабрики для производства материалов будущего.


Мастерство плетения волокон насекомые и пауки оттачивали сотни миллионов лет, научившись создавать материалы невероятно прочные и легкие, биосовместимые и химически инертные. Жаль, что применение их человеком уже тысячелетия сводится к банальному производству шелковых тканей — хотя чем лучше мы узнаём свойства этих биоволокон, тем больше это похоже на забивание гвоздей микроскопом. Взять хотя бы паутину — материал надежнее стали (предел прочности на разрыв 1,0−2,7 ГПа) и легче углеволокна (плотность 1,3−1,4 г/см3). Ее свойства сравнимы с лучшими вариантами кевлара и даже новомодных волокон, дополнительно укрепленных молекулярными «узелками» на полимерных цепочках. Из паутины вышли бы отличная одежда и тросы, прочные биоразлагаемые пакеты, хирургические нити и даже бронежилеты.

Эти свойства вырастают из сложной структуры паучьей нити. Паутинные белки, такие как спидроин, выделяются специальными железами и состоят в основном из аминокислот глицина и аланина. По мере того как на воздухе секрет твердеет, небольшой и подвижный глицин образует упругую и аморфную основу структуры, тогда как аланин организуется в прочные «кристаллические» домены, которые могут дополнительно скрепляться сульфидными мостиками аминокислотных остатков серина. Это настоящий биокомпозит, сложная структура которого позволяет добиться уникальных характеристик. В аморфную основу могут включаться и дополнительные молекулы, придающие паутине новые свойства: например, пирролидин отпугивает муравьев, а заодно активно поглощает воду, поддерживая паутину в оптимально увлажненном состоянии.


Армирование

Наличие таких «легирующих» соединений не редкость для природных полимеров. Включения металлов укрепляют челюсти некоторых насекомых, а минеральные кристаллы делают зубы брюхоногих морских блюдечек самым прочным из всех природных материалов. Неудивительно, что и ученые пытаются улучшить свойства паутины внесением искусственных добавок — наночастиц, углеродных нанотрубок и даже полупроводниковых микрокристаллов теллурида кадмия, покрытие из которых заставило паутину флуоресцировать. Как правило, их просто напыляют на нить. Внедрить частицы в ее структуру не удавалось, пока итальянско-британский физик Никола Пуньо не опрыскал животных водой с графеновыми хлопьями и нанотрубками.

В 2015 году его команде удалось показать, что такой простой метод работает: нужные добавки попадали в паутинную нить, в разы повысив ее прочность и устойчивость на разрыв. Этим подходом сразу же воспользовались китайские ученые, применив тот же способ для получения шелковых волокон вдвое большей прочности. Тем временем профессор Пуньо усовершенствовал свой метод и в сентябре 2017 года опубликовал результаты изучения нитей полутора десятков разных пауков, которых поили водой с разведенными в ней одностенными нанотрубками или графеном. Максимальные показатели их паутины оказались намного лучше, чем у натуральной: благодаря нанотрубкам одна из нитей сумела выдержать нагрузку до 5400 МПа и поглотить до 1567 Дж/г энергии, прежде чем разрушиться. «Процедуру естественного армирования можно использовать и для других животных и растений, — уверены Пуньо и соавторы его работы, — это приведет к появлению нового класса инновационных бионикомпозитов».


Производство

Итальянский профессор пытается соединить нано- и биотехнологии уже не первый год. Он даже запатентовал метод получения «армированной» нанотрубками пористой резины, полости в которой создает ферментация дрожжей. Теперь Пуньо, похоже, собирается превратить живые организмы в экологически чистые фабрики перспективных материалов. В самом деле, такие биокомпозиты, как хитиновые зубы брюхоногих моллюсков или паутина, превосходят многие искусственные аналоги, и ученые не оставляют попыток создать технологии их промышленного синтеза и модификации. Из паутинных желез им удается извлекать спидроин и использовать его для формования волоконных нитей электростатическим и другими методами. Однако все это подходы сложные, лабораторные, и масштабировать их в экономически оправданное производство пока не получается.

Да и нужны ли они, если у нас под рукой ползают, плавают и просто растут эффективные естественные производители: брюхоногие фабрики хитина, паукообразные доноры спидроина, усиленного нановолокном… На наш вопрос, какие именно материалы можно было бы «улучшить» таким образом, Никола Пуньо ответил: «Да буквально все, включая естественную броню жуков, древесину и т. п.» По словам ученого, такие решения не только позволят добиться лучших свойств материалов, но и сделают их безопасными для применения даже в медицине. Ну а как насчет повышения крепости наших костей внедрением в них нанотрубок? «Пока что это звучит слишком фантастически, — говорит профессор Пуньо, — но, впрочем, никогда не говори «никогда»».

Каких пока не существующих материалов вы ждете от ближайшего будущего?

Артем Оганов. Химик, специалист по компьютерному дизайну новых материалов


№ 1 Сверхпроводники. Появилась реальная надежда на создание веществ, которые сохраняют нулевое сопротивление даже при обычных температуре и давлении. Ключевую роль в их поиске будут играть расчеты — например, рекордно высокотемпературный сверхпроводник H3S (-70 °C) был сначала теоретически предсказан китайскими учеными с помощью моего метода и лишь затем синтезирован. С появлением комнатных сверхпроводников произойдет революция, а последствия любой революции непредсказуемы.

№ 2 Термоэлектрики — материалы, которые преобразуют тепло в электричество. Существуют уже сейчас, но их применение ограниченно из-за малого КПД. Если удастся увеличить эффективность хотя бы вдвое, откроются совершенно новые ниши: термоэлектрики будут собирать паразитное тепло в автомобилях и самолетах, обеспечат одежду системой «климат-контроля». Расчеты показывают, что это вполне возможно.

№ 3 Материалы для фотокатализа. Под действием света они переходят в возбужденное состояние и могут ускорять такие реакции, как, например, расщепление воды с получением водорода или синтез «искусственного бензина» из воды и CO2. Последствия понятны — революция в энергетике.

№ 4 Новые магниты. Почти все хорошие магниты включают дорогие и сложные в добыче редкоземельные элементы. От этого очень хочется избавиться, и в ближайшее время эта задача может быть решена. Если при этом еще и удастся повысить эффективность (возможно ли это, пока неясно, тут есть сомнения), станут доступны принципиально новые типы двигателей.   

[Дмитро]

Поднимите мне веки: биологи случайно создали ГМ-жука с тремя функционирующими глазами

Не так давно учёные "отключили" ген, отвечающий за частичное развитие и формирование головы жуков семейства Scarabaeidae, и вот результат: насекомое тут же "вылупилось" с дополнительным набором развитых глаз прямо в середине головы. Порой они формировались в один большой третий глаз. И теперь исследователи точно узнали, что эти дополнительные глаза ещё и функционируют.
Биологи из Индианского университета в прошлом году обнаружили, что ген orthodenticle предотвращает развитие дополнительных глаз у того самого жука семейства Scarabaeidae. Но стоило учёным "отключить" этот ген, как у жуков появлялся дополнительный глаз (или даже пара глаз). Поясним, что таким образом никто не хотел поиздеваться над насекомыми, это обычная практика: чтобы узнать, как что-то работает, нужно разобрать это по частям и увидеть, какие изменение произошли.
В новом же эксперименте, результаты которого опубликованны в издании Proceedings of the National Academy of Sciences, та же команда учёных применила сканирующий электронный микроскоп. Таким образом они смогли обнаружить, что новые глаза обладают сложной структурой, соединённой с нервной системой жука.
Иными словами, эти глаза не были ни декоративными, ни лишними образованиями, вдруг появившимися на голове у насекомого. Жуки, по словам учёных, вполне могли ими пользоваться, как и другими глазами.

"Проект начался по сути со случайности", — говорит в интервью изданию Live Science Армин Можек (Armin Moczek), биолог из Индианского университета и ведущий автор исследования.

Специалисты поставили перед собой неординарную задачу: узнать, как различные гены определяют организацию и структуру головы жука, поясняет Можек.

"Но то, что у нас появился дополнительный глаз, — стало совершенно непредсказуемой вещью", — добавляет учёный.

На протяжении многих лет исследователи применяют генетические модификации для выращивания необычных частей тела у животных или для создания совершенно новых животных. Недавние примеры: выращивание человеческого уха на спине лабораторной крысы или создание гибрида свиньи и человека.
Но дополнительные очи жуков сформировались по сути сами по себе (без каких-либо специальных на то манипуляций): вместо того, чтобы умышленно выращивать глаза, учёные попросту уничтожили существующие профилактические меры, заложенные в генетический код жука.

"В середине головы появилась какая-то любопытная структура, когда мы присмотрелись, мы поняли, что перед нами нечто похожее на глаза насекомых, которые обычно расположены по бокам их головы", — рассказывает Эдуардо Заттара (Eduardo Zattara), работавший в лаборатории Можека. Он является ведущим автором исследования.

Примечательно, что дополнительные глаза можно вырастить у плодовых мушек, причём тем же самым способом, однако дополнительные генетические механизмы предотвратят интеграцию глаз с нервной системой мушек. Иными словами, насекомые даже не смогут при их помощи видеть мир, говорит Можек.
Заттара поясняет, что глаза у таких мушек в принципе были абсолютно развитыми, но они как бы не были "подключены" к мозгу, поэтому не могли передать какую-либо визуальную информацию.
Исследователи, решив выяснить, работают ли дополнительные глаза жуков, взяли насекомых на стадии личинок и уничтожили особые клетки. Последние отвечали за развитие обыкновенных глаз. Затем учёные светили на новые глаза, и в конце концов насекомые опускали головы или отворачивались. Реакция была такая же, как если бы жуку светили в его обыкновенные глаза.
По словам авторов работы, поскольку дополнительные глаза обеспечивали жуков сенсорным сигналом, это означает, что сформированные структуры интегрировались с центральной нервной системой.
По мнению Можека, выводы исследования помогут объяснить, как генетические коды животных определяют, какие структуры идут в ход и как работает вся система в целом. Также исследовательская группа надеется, что появление сложных структур в результате простых генетических манипуляций прольёт свет на эволюцию глаз.
Можек поясняет: для развития сложных органов (глаза или мозг) необходим весь генетический код организма. Но впервые глаза возникли у животных в своём совершенном виде после перестройки существующих генетических компонентов.

"Многие полагают, что эволюция сложного признака требует комплексного изменения на генетическом уровне. Наши результаты подтверждают несколько иные выводы: это не обязательно так", — говорит Заттара.

Он объясняет, что их манипуляция с всего одним геном породила новые и функциональные структуры. То есть их выводы идут против того, чего ожидали увидеть учёные.   

[Дмитро]

Tesla наносит сокрушительный удар по всем суперкарам мира

Теперь быстрейший в мире спорткар называется Tesla - Tesla
Илон маск в очередной раз удивил мир. Пока производители суперкаров соревнуются между собой в количестве "лошадей" и числе цилиндров, Tesla официально представила Roadster нового поколения. Автопроизводитель охарактеризовал двухдверку, как самый быстрый серийный автомобиль на планете. И мы склонны ему поверить, ведь разгон от 0 до 100 км\ч у него - 1,9 с. Еще раз по буквам - один и девять секунд. Все. Точка.
Tesla Roadster оснастили тремя электрическими двигателями. Два из них отвечают за вращение колес задней оси, а один – передней. Суммарная отдача моторов не называется, но известно, что питаются они от батареи емкостью 250 киловатт-часов, а максимальный крутящий момент составляет 10 000 Нм. Да, это не ошибка. Десять тысяч ньютонометров.

С места до 96 километров в час Tesla Roadster разгоняется за 1,9 секунды, а до 160 километров в час – за 4,2 секунды. Четверть мили двухдверка преодолевает за 8,8 секунды. Максимальная скорость модели превышает 400 километров в час.

Все еще сомневаетесь в победе электромобилей? Тогда у Tesla есть еще один аргументик. В Tesla заявили, что запас хода Roadster при движении вне городской черты составит 992 километра. Отметим, что такого запаса хода нет ни у одного бензинового суперкара в мире. Такие дистанции могли брать лишь дизельные "тихоходы".

Издание Motor1 утверждает, что поставки четырехместной двухдверки начнутся клиентам в 2020 году. Цены на модель начинаются с 200 000 долларов. Зарезервировать такой автомобиль можно за 50 000 долларов. Помимо этого, автопроизводитель выпустит 1000 особых экземпляров Roadster, которые назовут Founders Series.

Стоп. Да это же цены на уровне спорткаровского "ширпотреба"! Похоже, что Маск, действительно, решил вбить последний гвоздь в крышку гроба всей индустрии культовых спорткаров. Кто же теперь будет брать эти чадящие и "медленные" машинки, да еще и за бОльшие деньги? Думается, во многих офисах сегодня был "черный день". Ребята вдруг поняли, что закат эры ДВС наступит даже быстрее, чем ожидалось.
  

[Дмитро]

Новый всплеск гравитационных волн породило слияние самых лёгких чёрных дыр

Коллаборация LIGO в шестой раз объявила о детектировании источника гравитационных волн. Событие, произошедшее 8 июня 2017 года, наблюдалось также и на детекторе VIRGO. Оно примечательно тем, что гравитационный всплеск породило слияние самых лёгких чёрных дыр за всю историю наблюдений.

Мы подробно писали о том, что такое гравитационные волны, как устроены их детекторы и чем это явление так интересно человечеству.
Новый гравитационный всплеск был обнаружен 8 июня 2017 года в 02:01:16 по Гринвичу, в связи с чем и был обозначен GW170608. Здесь буквы – это аббревиатура английского словосочетания gravitational waves (гравитационные волны), а цифры – дата детектирования.
Событие, таким образом, произошло раньше всплесков 14 августа и 17 августа, так что шестым его можно считать только по порядку опубликования. Фактически же оно было вторым с момента запуска детектора после модернизации по программе Advanced LIGO.
Источником волн послужило столкновение чёрных дыр, одна из которых имела массу 7, а другая 12 масс Солнца. Это рекорд: слияние таких лёгких чёрных дыр ещё никогда не наблюдалось.
В результате столкновения "участницы ДТП" слились в одну чёрную дыру с массой в 18 солнечных. Таким образом, около одной массы нашего светила превратилось в энергию гравитационных волн. Событие произошло примерно в миллиарде световых лет от Земли.
Обнаруженный всплеск подробно описан в научной статье, размещённой на сайте препринтов arXiv.org. Она будет опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters. Также дополнительные подробности можно узнать из отчёта об этом событии на сайте LIGO.

Напомним, что инструмент LIGO состоит из двух детекторов, разнесённых на разные концы американского континента. Один из них расположен в Луизиане, другой в штате Вашингтон. Любопытно, что это космическое событие было зарегистрировано буквально на следующий день после того, как детектор, расположенный в Вашингтоне, включился после технического обслуживания.

В это время команда LIGO всё ещё занималась его проверкой. Учёные как раз вызвали слабое колебание зеркал в узком диапазоне частот. И надо же было такому случиться, что гравитационная волна пришла именно в этот момент!
Впрочем, это недоразумение не повлияло на способность детектора улавливать сигнал на других частотах. А самое главное: гравитационный всплеск был зафиксирован также его "напарником" из Луизианы и детектором VIRGO, расположенным в Италии. Так что о ложном обнаружении речь не идёт.

Сейчас инструменты LIGO и VIRGO не работают. Специалисты совершенствуют их, чтобы ещё больше повысить чувствительность. Ожидается, что обновлённые детекторы вступят в строй осенью 2018 года, и начнётся третья серия наблюдений. А пока специалисты продолжают обрабатывать данные, накопленные во время второй серии. Так что не исключено, что в ближайшие месяцы будет объявлено о новых открытиях.
Впервые в истории гравитационные волны были обнаружены только в 2015 году. Гравитационная астрономия – это младенец. У младенца каждый день наполнен открытиями и рекордами: вот он издал первый крик, вот научился держать голову, вот дотянулся до погремушки… Так и в этой области науки постоянно что-то происходит впервые. И "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) внимательно следят за событиями. Мы рассказывали о первом всплеске, зарегистрированном на VIRGO, и о первом событии, которое наблюдалось в оптические телескопы (равно как и о детективной истории, разыгравшейся вокруг этого открытия). Вот теперь новый рекорд: самые лёгкие чёрные дыры.

У этого младенца, любовно и с огромным трудом выпестованного человечеством (легко ли зарегистрировать колебания зеркал с амплитудой в тысячу раз меньше радиуса протона!), впереди ещё много открытий. Мы обязательно расскажем вам о них. Оставайтесь на связи.