Серия «Новости Науки»

Содержание ролика:

00:31 Первая коммерческая фабрика белка из бактерий

03:03 Вулканизм на Венере

05:38 Биопроцессор с удалённым доступом

08:22 О плюсах сексуального паразитизма

11:34 Лучшая новость предыдущего выпуска

Первая коммерческая фабрика белка из бактерий

Белок из мух и кузнечиков, и мясо, выращенное в пробирке из клеток животных, а вот теперь и белковый порошок из бактерий. Всё почему? Потому что традиционное производства белка при помощи сельского хозяйства слишком затратно по ресурсам - территориям, воде, а также по выбросам парниковых газов, того же метана.

В Финляндии начала работу первая в мире фабрика по производству белка из бактерий. Solein — это белок, получаемый из микроорганизмов с использованием углекислого газа и электричества. Процесс его производства напоминает виноделие, но вместо сахара используются углекислый газ и водород как источники углерода и энергии. Конечно, бактериям скармливают и питательные вещества. Когда они вырастают, их высушивают до состояния порошка. Да, Solein представляет собой питательный желтый порошок, содержащий все необходимые аминокислоты. 65-70% составляет белок, 5-8% — жиры, 10-15% — пищевые волокна и 3-5% — минеральные вещества.

Этот порошок может быть использован как белок в продуктах питания, например, в альтернативных молочных и мясных изделиях, напитках, даже хлебе. Несмотря на довольно оригинальное происхождение, у Solein есть преимущества.

Во-первых, производство можно размещать где угодно без оглядки на климат и плодородие почв. Хоть в пустынях, хоть в космосе. Во-вторых, чтобы вырастить 1 килограмм Solein требуется примерно в 100 раз меньше воды и в 20 раз меньше земель, чем при производстве растительного белка. Углекислого газа выбрасывается также в 5 раз меньше.

Производители заявляют, что витаминами группы В порошок не обделён, в нём много железа и он не портит вкус блюд. Интересно было бы, конечно, попробовать. Если вы в Сингапуре, вам это удастся, там выпускались питательные батончики и мороженое на основе Solein. Есть шанс, что до конца этого года разрешение на продажу Solein выдадут в США и Евросоюзе.

Вулканизм на Венере

Венера - зловещая сестра Земли - содержит тайн больше, чем Марс. Одна из них - насколько она вулканически активна? Интерес не праздный, наличие этого процесса может объяснять присутствие ряда химических веществ, которые возникают либо при вулканических, либо при биологических процессах. И, соответственно, исключить наличие жизни.

С одной стороны у Венеры нет тектоники плит, которая на Земле отвечает за наш земной довольно интенсивный вулканизм. С другой - в атмосфере Венеры присутствуют аномальные количества диоксида серы, периодически обнаруживаются довольно горячие зоны на поверхности, горячие даже для обычных венерианских температур, а также наблюдаются изменения самой поверхности рядом с некоторыми из тысяч древних вулканов

Новая работа концентрировалась на изучении изменений поверхности, в этом она опиралась на данные двух радиолокационных обследований, проводимых в самом начале 90-х космическим аппаратом Магеллан с промежутком около года. Заинтересовали исследователей два региона, которые вели себя необычно. Радиоволны в этих регионах отмечали изменения поверхности за время исследований - менялась структура и состав.

Применяя Бритву Оккама, исследователи, разумеется, рассмотрели множество версий. Например, что радар смещался, или что ему мешали плотные венерианские облака, или что ураганы инициировали оползни или сами сдвигали породы. Но все они были взвешены, оценены и признаны негодными.

Зато осталась гипотеза вулканической активности. Она лучше всех объясняла наличие продолговатых извилистых образований в десятки километров - те должны быть ничем иным как свежими потоками лавы, возникшими в промежутке времени между двумя обследованиями. Потоки к тому же и расположены очень характерно для извержений - один на склоне щитового вулкана Гора Сиф, а второй - в равнине Ниоба, также содержащей множество вулканов.

Судя по размерам потоков, лавы в год в таких потоках выбрасывается 4-6 кубических километра. А это значит, что ранее вулканизм Венеры был явно недооценён, и он явно значительнее, чем 40 извержений в год.

Биопроцессор с удалённым доступом

Вы слышали про биопроцессоры? Их строят в качестве экспериментов для мира вычислений. В некоторых из них работают буквально кусочки человеческого мозга. Нейроорганоиды.

Нейроорганоиды — это трехмерные клеточные комочки, состоящие из мозговой ткани, которые имитируют работу человеческого мозга. Они создаются из стволовых клеток и могут быть использованы для моделирования различных функций мозга. Мы даже рассказывали, как подобный нейроорганоид научился играть в компьютерную игру.

Можно сказать, что он представлял собой аналог процессора в компьютере. Логично, что следующий шаг - это попытка увеличить мощность. Возможно, даже скомпоновать несколько нейроорганоидов вместе. И сейчас мы разберемся, как устроена архитектура нового биопроцессора от FinalSpark, к которому можно подключиться удалённо.

В лучших традициях фантастики в нём электроника совмещена с органикой. В основе процессора лежат четыре мультиэлектродные матрицы (MEA), каждая из которых содержит по четыре органоида. Матрицы нужны, чтобы стимулировать органоиды через электроды, а также считывать с них импульсы. Этакие сокеты на материнской плате. Обработка данных происходит через цифровые аналоговые преобразователи (контроллер Intan RHS 32) с частотой дискретизации 30 кГц и 16-битным разрешением. Разумеется, нейроорганоидам нужна подкормка и транспортная система, она обеспечивается через вот такую микрофлюидную систему. Программируется это всё, кстати, на питоне.

Есть ли вообще у этой системы какое-то практическое применение? Пока что сомнительно. Как вы можете догадаться, нейроорганоиды, как любая органика, не вечные. И срок службы такого биопроцессора всего 100 дней. Так зачем же он нужен? Ответа два. Во-первых, такие процессоры потребляют в миллион раз меньше энергии, чем кремниевые процессоры, по словам компании.

Например, обучение одной большой языковой модели, вроде GPT-3, скушает около 10 ГВтч энергии — это примерно в 6000 раз больше, чем средний житель использует за год. Биопроцессоры могут значительно сократить эти затраты. Но, чтобы использовать их, нужно понимать особенности их работы. Поэтому, и это второй ответ, нужны научные исследования их функциональности.

В лучших традициях современности к этому процессору организован удалённый доступ. Которым уже пользуются девять исследовательских институтов. Ещё 30 университетов желают приобщиться. Это несложно, взнос за пользование Нейроплатформой, это онлайн сервис для биопроцессора, всего $500 в месяц, так что вполне можно ждать ускорения открытий и разработок в биопроцессорах.

О плюсах сексуального паразитизма

Некоторые удильщики (подотряд Ceratioidei) - стали одними из самых разнообразных, а возможно к тому же и самыми необычными в своей среде обитания, а это довольно глубокие слои морей и океанов. И помог им в этом их собственный иммунитет и жертвы со стороны самцов. Давайте разберёмся - как именно.

Морского чёрта редко видят вживую, ведь обитают они обычно на глубине от 1 до 4 километров, их и в аквариум не посадишь при обычном давлении. А вот с их необычным внешним видом знакомы все. Удочки со светящимися приманками, странные формы тела, наросты и жуткие пасти.

Однако, внешний вид не самое необычное. Интереснее их стратегия размножения, которую можно описать словами "сексуальный паразитизм". Среди многих видов удильщиков, рыбы, которых мы встречаем, это исключительно самки. А вот их самцы - это карлики, которые не могут жить отдельно и живут, скажем так, отчасти внутри самок..

Они прикрепляются к самкам не просто, как рыбы прилипалы, а навсегда, сращивая кровеносные системы. Начинается всё с укуса… Когда самец находит самку, он кусает её, но челюсти больше никогда не разжимает, они буквально растворяются в её теле… А затем он теряет и большую часть своего тела за ненадобностью. Потом самцы, точнее то, что от них остаётся, получают питательные вещества и защиту, а в ответ производят половые клетки и отдают сперму. Чтобы понять, как стал возможным настолько серьёзный половой диморфизм, учёные исследовали геномы множества глубоководных удильщиков и заодно родственных удильщикообразных и иглобрюхообразных. Так и появилось это древо со множественными родственными связями.

Анализ генома этих рыб показал, что ещё 52 миллиона лет назад их общий предок передвигался по дну, буквально ходил по нему на плавниках. А поднялись выше в толщу воды эти рыбы позже, примерно 40 миллионов лет назад из-за тогдашнего глобального потепления. И сексуальный паразитизм впоследствии разные виды удильщиков приобрели независимо друг от друга.

Исходный набор предпосылок для этого имелся уже у общего предка. Дело в том, что карликовые самцы есть у многих других рыб в этом отряде, например, у клоуновых рыб. Но паразитами самцы-карлики стали только у удильщиков. Чтобы это произошло, удильщики отказались от формирования приобретённого иммунитета. Иначе организм самки не смог бы принять новый чужеродный орган в виде самца, а просто отторгал бы его.

Генетические данные о потере приобретённого иммунитета разными группами удильщиков и показали, что паразитический диморфизм возникал независимо несколько раз. Почему? Потому что сексуальный паразитизм по сути оказался явлением с положительным эффектом - он помогает быстрее находить партнёра, когда это требуется, что сложно на таких глубинах в такой темноте, и соответственно быстрее размножаться. А значит, и быстрее приспосабливаться к непростым условиям и и становиться более разнообразными.

В нашем телеграм канале можно проголосовать за самую интересную новость выпуска, о которой в следующем ролике мы расскажем чуть подробнее.

Содержание ролика:
00:05 Китайская лампа накаливания

01:59 Учёные выяснили механизм самоочищения атмосферы

04:00 Химики смогут заменить столетний процесс производства удобрений

05:26 Найден ключевой этап развития глаз

07:40 Графен проявил новые удивительные свойства

09:57 Лучшая новость предыдущего выпуска

Лампа накаливания переизобретена

Китайские учёные придумали как вместо привычных недолговечных ламп со спиралью в инертном газе использовать улучшенные. Для этого вместо вольфрамовой спирали будет двойная спираль, один слой из углеродных нанотрубок, а второй из нитрида бора. Чёрный и белый излучатели. Работают они по-старому на принципе накаливания. Поместить спираль надо не в стеклянный контейнер, а в керамический резонатор, но оставить кварцевое окно для испускания фотонов, причём только в видимом спектре, а инфракрасное и ультрафиолетовое излучение отражается назад и рециркулируется. То есть чёрный излучатель поглощает эти спектры, а при этом сам он излучает с коэффициентом, близким к единице. Внутри устройства образуется в итоге контур рециркуляции фотонов, а потери на рассеяние энергии становятся минимальными.

Называется эта вещь «устройство освещения с рециркуляцией фотонов на принципе накаливания». КПД у него выше 25%, эффективность в полтора раза лучше, чем у светодиодок, при этом и срок службы раза в 3 выше, чем у них. И при этом хорошие индексы цветопередачи.

Учёные выяснили механизм самоочищения атмосферы

Несмотря на то, что мы выбрасываем умопомрачительное количество вредных веществ в атмосферу, у неё есть механизм для самоочищения. Тонны диоксида серы, оксидов азота, углерода, углеводородов, аммиака, фтористого водорода и ещё десятков наименований приводят к гибели миллионов людей ежегодно. Но в воздухе есть свой герой - гидроксид. Он очень высокоактивен и поэтому живёт мало. Зато он успевает прореагировать с частью этих вредных соединений, связать их и убрать из атмосферы.

Вопрос ранее заключался в том, а откуда этот гидроксид-ион появляется в атмосфере? Химики считали, что катализатором для его образования из атомов водорода и кислорода должен служить солнечный свет. Такие реакции не редкость в лабораториях. Или ещё более экзотически - какие-нибудь тяжелые металлы выступают катализаторами. Но всё оказалось гораздо проще.

Эксперименты учёных показали, что свет для реакции образования гидроксида вообще не нужен, реакция проходит и в темноте. Для этого они собрали вот такие установки с обычной водой, которые помещали на свет и в темноту, а из некоторых даже откачали воздух. Также в установки добавили флуоресцентные вещества, которые указывали на старт спонтанных реакций образования гидроксида. В итоге что на свету, что в темноте реакции протекали одинаково, в темноте даже чуть активнее. А вот без воздуха образование гидроксид-ионов сильно замедлилось.

Однозначно сказать сложно, но похоже, что в промежутке между воздухом и водой сильное электрическое поле способствует выделению гидроксида. А так как такое состояние встречается везде, нужны только капли воды чтобы избавиться от всех этих углеводородов, то это действительно хорошая новость для нас. Надо подумать, можно ли активизировать эти процессы.

Химики смогут заменить столетний процесс производства удобрений

Вы же в курсе, что аммиак, который требуется всему миру для производства удобрений, производят вот уже 100 лет одним и тем же способом, при помощи процесса Габера-Боша, который очень энергозатратен. Суть заключается в реакции азота с водородом в присутствии катализатора при давлении в несколько сотен атмосфер и высокой температуре. Затем из аммиака делают азотные удобрения, которые в общем и целом помогли населению вырасти с тех пор на 4 миллиарда.

И наконец-то тут наметился сдвиг. Оказалось, что есть процесс, при котором аммиак может образовываться из азота и воды без ресурсоёмкого нагревания и даже без водорода, который для Габера-Боша тоже нужно специально выделять.

Правда, давление в 80 бар для этого процесса всё ещё нужно. Для реакции нужны микрокапли воды, распылённые в азоте. При прохождении взвеси через катализатор получался положительно заряжённый гидратированный ион аммония, а далее и аммиак. А соль опять же, скорее всего в том, что эта реакция связана с тем, что на микрокаплях, там где воздух встречается с водой, быстрее идут реакции одноэлектронного переноса.

Что мне очень напомнило про гидроксид в атмосфере. Так что удобрения можно будет производить проще, с меньшим углеродным следом. А нам того и надо.

Найден ключевой этап развития глаз

Думается, что очень многие слышали от креационистов что-то вроде "Посмотри на свои глаза! Как мог такой сложный орган сформироваться самостоятельно?"

Справедливости ради, с тех пор, как мы выяснили, что своим появлением человек обязан эволюции, проблема объяснения того, как глазное яблоко могло возникнуть в этом неупорядоченном процессе, оставалась нерешённой.

Говорят, что сам Чарльз Дарвин был озадачен. Но недавнее исследование, кажется, всё же поможет разрешить все сомнения. Хотя есть ли хоть один факт, который креационисты не смогут интерпретировать в свою пользу?

Всё началось с идеи, что зрение позвоночных могло начаться с использования генов светочувствительности, характерных для бактерий, и, собственно, от них же и полученным. Тогда учёные отобрали в качестве кандидатов в потомки таких бактериальных генов ряд человеческих генов и скормили их программе IQ-TREE.

Она умеет находить схожие генетические последовательности. Сравнение производили с генами разных существ, но в основном с бактериями. Один из человеческих генов, IRBP, подходил под выдвинутую теорию.

IRBP кодирует одноимённый белок, который в человеческих глазах отвечает за конвертацию света в электрические импульсы, они далее поступают в мозг по зрительному нерву. Но он работает не только у человека, а вообще является важной частью зрения позвоночных.

Наличие такого гена и белка у позвоночных вполне понятно, мы тут в основном с ними родственники. Но также аналог IRBP встречается и у бактерий, как показал поиск по генетической базе.

У бактерий он встречался в основном в бактериальной пептидазе, это такие ферменты, которые умеют утилизировать белки. Филогенетическая реконструкция показала, что белки IRBP позвоночных все происходят из довольно древних бактериальных белков, возрастом около 500 миллионов лет.

А вот у беспозвоночных такого гена в основном не существует. То есть полмиллиарда лет назад случился горизонтальный перенос этого гена между доменами, от бактерии к древнему позвоночному, что в итоге привело к развитию светочувствительности и возможности читать и смотреть QWERTY при помощи глаз.

Графен проявил новые удивительные свойства

Мы думали, что узнали о всех возможностях графена. Изучили его до последний детали за последние 2 десятилетия. Исчерпали золотую жилу. Ни черта подобного. Начну издалека. Есть ценный тип материалов - они меняют свою электропроводность под воздействием магнитного поля.

Самые простые примеры, где они нужны, - это датчики в смартфонах, автомобилях, компьютерах. Такие материалы достаточно редки. БОльшая часть металлов и полупроводников меняют своё сопротивление в магнитных полях буквально на миллионные доли процента. Чтобы наблюдать магнитосопротивление в более значительных масштабах, материалы обычно охлаждают чем-то вроде жидкого гелия, это помогает снизить рассеяние электронов.

И, как сказал один из учёных, все охлаждали-охлаждали разные материалы, потому что так обычно обнаруживаются разные интересные свойства, а мы решили нагреть. Речь о графене. Нагрев превратил его в нечто совершенно особенное.

Команда учёные под руководством сэра Андрея Гейма, нобелевского лауреата за открытие графена, настроила высококачественный графен так, чтобы носители заряда в нём возбуждались только благодаря изменению температуры. Так образовалась плазма из быстро-движущихся Дираковских фермионов, дираковская плазма.

У неё была высокая подвижность, несмотря на высокое рассеяние. И хотя она была не должна, но она демонстрировала свойства, требующиеся для явления под названием гигантское магнитосопротивление. Настолько гигантское, что электрическое сопротивление материала менялось на сотни процентов в стандартных магнитных полях. Но и это не всё.

При повышенных температурах нейтральный графен повёл себя как "странный металл". Это настоящий термин. Он означает, что в материале имеется быстрое рассеяние электронов, которое определяется только лишь принципом неопределённости Гейзенберга. Откровенно говоря, поведение странных металлов нам неясно и представляет собой научную загадку.

Собственно, и линейное магнитосопротивление в магнитных полях выше пары Тесла, которое слабо зависит от температуры, тоже довольно загадочно. И вероятно, открытие рекордного магнитосопротивления в графене поможет решить эту загадку. И кстати, если бы не только охлаждали, но и нагревали, то обнаружили бы это явление лет 10 назад.

Содержание ролика:

00:20 Школьник впервые отсеквенировал геном популярной рыбы

01:19 Луна могла быть активной дольше, чем считали ранее

03:07 Насекомые могут влиять на атмосферное электричество

04:44 Солнце не влияло на события Мияке

07:18 Учёные создали часы, работающие на новом принципе

09:26 Лучшая новость предыдущего выпуска

Школьник впервые отсеквенировал геном популярной рыбы

Скаляриям, этим маленьким популярным аквариумным рыбкам не повезло. Их геном никогда не секвенировали полностью. Эту несправедливость исправил школьник из Калифорнии по имени Индивер. Его рыбка Кельвин почила в бозе, но Индивер решил увековечить её по-научному. Он отправился в местную общественную лабораторию, предоставляющую сложное оборудование за плату, там он прочитал и оцифровал полный геном своей рыбки, а затем выложил его в открытый доступ на гитхабе. Деньги, правда, были не его собственные, а краудфандинговые, но это делает эту новость только интереснее. В удивительное время мы живём. Когда-то к секвенирование генома было чуть ли не научным таинством, а сейчас этим занимаются школьники. Кир Булычёв был бы доволен. Верю, что это новая нормальность.

Луна могла быть активной дольше, чем считали ранее

Луна - безжизненный кусок камня, недра которого холодны и неподвижны. Считается, что вся активность недр Луны прекратилась почти 3 миллиарда лет назад. Но мы помним, что когда Луна образовалась в результате катаклизма почти сразу после формирования Земли, она представляла собой шар из расплавленных пород, который остывал весьма приличное геологическое время. По этому времени остывания можно многое узнать о составе недр и о геологических процессах прошлого.

Новые образцы с китайского зонда Чань Э содержали вулканические породы, возраст которых составлял всего 2 миллиарда лет. Конечно, это насторожило учёных, поскольку все расхождения в оценках возраста требуют новых теорий и моделей. Через почти миллиард лет после остывания недр что-то разогрело базальт до температуры плавления и выкинуло на поверхность. Либо что-то было не так с китайскими образцами. И это логично, поскольку до этого на Землю доставили килограммы реголита. После серии экспериментов с новым грунтом выяснилось, что у него была более низкая температура плавления из-за химического состава. Разница с образцами Аполлонов составляла практически 80 градусов. Базальты, доставленные китайцами оказались легкоплавкими, так что, вероятно, поздний вулканизм на Луне всё же присутствовал. После основного остывания недр 3 миллиарда лет назад в течение какого-то времени наружу выходили всё менее тугоплавкие материалы, и слабенькие процессы сохранялись ещё сотни миллионов лет. Хотя это ещё не точно, нужно больше образцов с других площадок, а ещё лучше с глубин.

Насекомые могут влиять на атмосферное электричество

Кажется, теперь понятно, почему нельзя верить гидрометцентру. Всё дело в пчёлах. Точнее - дело в том, что синоптики по какой-то неведомой причине до сих пор не учитывают в своих моделях атмосферное электричество, на которое влияют пчёлы.

Электрические процессы в атмосфере крайне важны для погоды. И речь идёт не только о молниях. Электричество влияет даже на скорость формирования дождевых капель. Но что влияет на электричество? На электрические процессы влияют, само собой, движения воздушных масс, космические лучи, объекты, построенные человеком, в какой-то степени ландшафт и даже насекомые. Известно, что пчёлы могут переносить электрический заряд. Очень небольшой, порядка 100 пикокулон. Но рой пчёл, наверное, может быть серьёзным таким переносчиком. После замеров, проведённых в полевых условиях при помощи зонда, выяснилось, что рой пчёл значительно так влияет на градиент электрического потенциала в воздухе. Причём тем больше влияет, чем плотнее рой. Для роя в 500 пчёл градиент потенциала может достигать 300 Вольт на метр. Для сравнений - вот градиент потенциала восьмиметрового дерева. Но 500 пчёл это ничто по сравнению с нашествиями саранчи, которая иногда передвигается роями в сотни миллионов особей. Такие миграции могут создавать электростатические эффекты, превышающие эффекты грозовых туч. В поговорку про бабочку и тайфун можно довнести ещё и смысл про градиент потенциала. А учёные заявляют, что эти нюансы помогут улучшить климатические модели в отношении переносимой пыли. Хотя, возможно, что для идеального прогнозирования погоды не хватало как раз влияния пчёл, бабочек и птиц.

Солнце не влияло на события Мияке

Дендрохронология - это научная дисциплина, позволяющая заглянуть в прошлое, изучая спилы, срезы деревьев, их годичные кольца. В 2012 году японцы обнаружили в кольце японского кедра, относящегося к 775 году аномально высокое содержание изотопа углерода-14. После этого изучили множество других деревьев и обнаружили ещё 5 таких аномалий. Все они получили название события Мияке.

Что такого интересного в этом событии? Углерод-14 это нередкий гость в нашей атмосфере, он образуется, если из атома азота нейтроном выбить один протон и накапливается везде, где только можно, и, между прочим, используется для радиоуглеродного датирования. Синей линией отмечен его естественный для Земли уровень. Надо сказать, что до эры ядерных испытаний, его концентрация была невысокой, да и после 65го года тоже пошла на спад. Крайне рассчитываю, что и далее уровень не повысится. Но если аномальные уровни наблюдались сильно до изобретения ядерной бомбы, то что-то привносило в атмосферу сильно много нейтронов. Напомню, что время жизни свободного нейтрона было недавно уточнено с высокой точностью, мы об этом рассказывали, и составляет оно 15 минут.

Тогда откуда могло попасть в нашу атмосферу сильного много нейтронов? Правильно - из Солнца, когда в нём происходят какие-то катаклизмы. Однако, глубокий космос тоже может облучить атмосферу жёстким излучением, что порождает каскады реакций, вызывающих в том числе и высвобождение нейтронов. Событий Мияке обнаружено очень мало - всего 6. Три из них произошли более 7 тысяч лет назад, и 3 в пределах 2,5 тысяч лет (В 7176, 5410, 5259 и 663 годах до н.э. и 775 и 993 годах н.э.)

Но что так сильно облучило атмосферу Земли? Что было причиной явлений, потенциально способных вывести половину электроники Земли и её орбиты из строя, случись это сейчас? Нет ответа. Единственное, что смогла доказать недавняя статья, что это не Солнце. По крайней мере не для всех событий Мияке. Дело в том, что во-первых, эти события никак не совпадают с 11-летним солнечным циклом. Во-вторых, в разных событиях процесс накопления углерода-14 был разным по времени. Где-то всё событие укладывалось в год, а где-то длилось несколько лет. Именно поэтому Солнце тут не при чём. Хотя надежды, конечно, были. Всё же его проще предсказывать, чем неожиданные вспышки из космоса, угрожающие цивилизации. Так что я бы именно эту загадку включил бы в самые важные загадки для Человечества.

Учёные создали часы, работающие на новом принципе

Если сказать "тик-так", то мы опишем всю суть практически любых часов. Периодические колебания - это то, что помогает измерять время. После механических часов человечество освоило атомные, затем оптические, но и их суть заключалась в измерении некоторых периодических явлений - например переходов между атомными уровнями. Само собой даже очень точные "тик-таки" атомных часов сами по себе не укажут на точное время, их нужно отмерять от какой-то изначальной точки, определённой совместными усилиями.

Но вот учёные добрались до переосмысления атома применительно к измерению времени. Они решили использовать его непериодически. Для этого они окунулись в квантовую физику. Основой нового типа квантовых часов стал ридберговский атом. Это атом с так сказать очень большой внешней электронной орбитой. У его внешних, валентных электронов волновая функция сильно зависит от времени. Что интересно, за счёт интерференции волновую функцию таких атомов можно заставить вести себя таким образом, что она не будет повторяться. По крайней мере на время жизни системы, собранной из десятков таких атомов. Т.е. узор волновой функции будет уникальным в любой точке того времени, что работает устройство. Эксперименты ставили на атомах гелия, облучаемых ультрафиолетом. Показания снимали инфракрасным импульсом - он вызывал вылет электрона, и его спектр говорил об определённых значениях волновой функции. Она была постоянно уникальна на всём отрезке времени. Причём эксперименты повторяли многократно, уникальность присутствовала на отрезках времени выше примерно 2 пикосекунд. Чтобы подчеркнуть уникальность нового типа часов их назвали не atomic или quantum clock, а watch. Т.е. не часы типа настольных или настенных, а часы типа наручных. Хотя портативностью новая установка, конечно, не отличается. Как вы поняли, основной смысл новых квантовых часов в том, что им не нужна некая точка отсчёта. Точное время можно определить по одному измерению, если ты знаешь саму функцию колебания, свойственную часам.

Содержание ролика:

01:36 Самое точное измерение постоянной Хаббла

04:02 Комаров привлекают определённые запахи

06:17 Золото помогает оценить выдержку виски

08:51 Лучшая новость предыдущего выпуска

09:22 Учёные срастили нейроорганоид и мозг животного

Британский учёный Ильдар Рахматулин собрал лазерную турель для охоты на тараканов. Электронная начинка состоит из одноплатного компьютера, двух камер для имитации бинокулярного зрения и определения расстояния до цели и моторчика для управления зеркалом. А боевая часть состоит из боевого лазера. Ну как боевого, самый лучший результат показал лазер мощностью 1,6 ватта. Если система засекает движение, она при помощи нейросетей определяет, таракан ли это. Если это он, она определяет его координаты и поворачивает зеркало так, чтобы луч лазера поразил его корпус. За секунду устройство способно нейтрализовать таракана на расстоянии чуть больше метра. Если конечно попадёт в корпус.

Точность наведения до 1 сантиметра на расстоянии в 10 метров, поэтому иногда луч попадает по ногам, где расположены тепловые сенсоры, что придаёт таракану ускорение, ну а системе при этом сложнее повторно наводиться.

Самое точное измерение постоянной Хаббла

Некоторые учёные, думаю, были потрясены недавними измерениями скорости расширения Вселенной. Ведь они усилили напряжённость Хаббла. Во-первых, существует два способа измерения скорости расширения. Первый основывается на реликтовом излучении. Этот способ даёт оценку примерно в 66,9 километров в секунду на мегапарсек. Этот показатель называется постоянная Хаббла. Это весьма быстро, представьте себе скорость в 250 тысяч километров в час на каждые 3 с небольшим световых года. Второй способ измерения постоянной Хаббла основывается на стандартных свечах. По факту это сверхновые определённого типа, Ia. Они взрываются строго по достижению определённой массы, когда белый карлик перетягивает на себя вещество звезды-партнёра. А значит, что их мощность и яркость свечения всегда будут одинаковыми в любой точке Вселенной. Кстати, именно по таким сверхновым вообще узнали, что Вселенная расширяется ещё в 98м.

Второй способ после измерения тысячи стандартных свечей дал значение постоянной Хаббла примерно в 73,2 километра в секунду на мегапарсек. И это расхождение между двумя способами измерения не особо радовало астрономов. Это в повседневной жизни можно взвесить пакет гречки напольными весами, а потом ещё и кухонными. Получить разный результат, озадачиться, рассчитать среднее значение и на этом успокоиться. В астрономии так нельзя. Нужно уточнять. Вот это расхождение в значениях и называется напряжённостью Хаббла.

Во-вторых. Собственно, этим уточнением учёные, которые рассчитывали постоянную вторым способом, и занялись. Это делалось в рамках обзора неба Pantheon+, и теперь в расчёты включили не 1000, а полторы тысячи сверхновых. Уточнённые данные с высокой точностью дали показатель постоянной Хаббла в 73,4 километра в секунду на мегапарсек. Что, как вы догадываетесь, ещё дальше отодвигает результат от первого способа измерения. Т.е. расхождение между двумя способами стало ещё больше, что как бы не упрощает жизнь астрономов вот ничуточку. Нужно придумывать новые способы расчётов, новые модели и всё такое. Хорошо, что заодно уточнили и содержание тёмной энергии и тёмной материи, непосредственно связанных с процессами расширения Вселенной. 66.2% Вселенной приходятся на тёмную энергию, а оставшиеся 33.2% совместно на тёмную материю и обычную материю.

Комаров привлекают определённые запахи

В компании, которая выбирается в поход, на шашлыки, на речку вы обычно тот, кого комары почти не кусают, или тот, на кого они набрасываются едва услышав ваш…. запах? 

То, что у комаров есть свои предпочтения, известно давно. Однако, что именно привлекает или отталкивает их, до сих пор было не очень понятно. Вот неполный список возможных причин: группа крови, температура тела, состояние беременности, ацетон, особый запах тела, вероятно немытого.

Запах, вообще-то очень логичная причина. И если иные причины узаконить пока сложно, но запах был подтверждён одной недавней научной работой. Анализировали неповторимый запах кожи, а точнее его химический профиль. Он отличается у всех людей примерно как отпечатки пальцев.

Чтобы собрать запах с кожи рук, а точнее летучие вещества, на добровольцев надевали нейлоновые рукава на несколько часов, чтобы они хорошенько пропитались запахами. Затем учёные поочерёдно брали по два фрагмента рукавов разных людей и подбрасывали их комарам, замеряя их интерес к тому или иному фрагменту. Постепенно они выстроили рейтинг привлекательности запахов. Лидеры были в 100 раз более привлекательными для комаров, чем запахи аутсайдеры. Затем летучие вещества с рукавов проанализировали и обнаружили одну простую закономерность. В самых привлекательных запахах в больших количествах присутствовали карбоновые кислоты или продукты их переработки. Перерабатывать их могут микроорганизмы на коже.

Карбоновые кислоты - это достаточно простые соединения, их вырабатывают наши сальные железы, причём больше, чем у других млекопитающих. Интересный факт, сами по себе они скорее нейтральны или отталкивают комаров, но если они смешиваются с аммиаком из пота, то комары не могут устоять. Про смесь аммиака и молочной кислоты известно давно. Сейчас же учёные назвали несколько самых привлекательных кислот - пентадекановая, гептадекановая и нонадекановая кислоты (pentadecanoic, heptadecanoic, and nonadecanoic).

Непривлекательность же наоборот не характеризовалась присутствием каких-то веществ. Скорее их отсутствием. Ещё более интересный факт. Применение всяких гелей для душа, кремов и даже диет не сильно меняет профиль запаха. Также он почти не меняется с возрастом. Что говорит об одном: кто-то из нас обречён навечно.

Золото помогает оценить выдержку виски

К виски можно относиться по разному, но отрицать, что вокруг этого напитка сложилась определённая культура, сложно.

Одна из характеристик этого напитка - выдержка. А именно - сколько времени виски находится в дубовых бочках. Бочки отдают напитку ряд веществ, определяющих тонкости вкуса и аромата. А так как процесс зависит от множества нюансов вроде особенностей древесины, заполненности бочки, наличия воздуха и даже финиширования в бочках из-под других напитков типа хереса, то заранее определить конечный результат крайне сложно. Нельзя просто отмерить, скажем, 8 лет, а по истечении срока просто опустошить бочку. Нужны некие вкусовые измерения. Сейчас это под силу специалистам своего дела, купажистам, которых приглашают для того, чтобы оценить результат выдержки и сообщить, образно говоря, что в общем-то достигнута некая планка для конкретного сорта виски, и можно его доставать и разливать по бутылкам. Но если бочек тысячи, представляете, насколько это кропотливый и трудоёмкий процесс? Это не газировку замесить на одной рецептуре.

Лабораторные исследования, к сожалению, ограниченно применимы. Это методы газовой и жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии, нацеленные на обнаружение концентраций нужных веществ. Просто оборудование для них ну уж очень сложное и большое, небольшим винокурням с ним делать нечего. И вот появился метод, способный, вероятно, в перспективе удешевить производство виски. Основан он на химии. Работает это так - берём в равных долях виски и раствор золота. Вы не ослышались, это всё равно будет дешевле, чем ручной труд. Далее - нужно будет их смешать.

Те самые вещества, которые создают суть виски, начинают взаимодействовать с тетрахлорауратом водорода, что приводит к появлению наночастиц золота. Грубо говоря, выпадают золотые хлопья. Выглядит это так, будто виски меняет свой цвет, добавляя розово-красноватого. По количеству, составу и размеру хлопьев, а точнее по их спектру, ведь в итоге анализ делается не на глаз, а при помощи аппаратуры, можно определить и сорт виски, и время его выдержки. По факту, наличие наночастиц золота создаёт условия для плазмонного резонанса, а его можно обнаружить в качестве пиков вот на таких графиках спектра поглощения. По этим пикам и определяются характеристики виски.

В воде, водке никаких таких пиков и наночастиц не было. Т.е. в дело вступают именно вещества, получаемые из бочек. А весь эксперимент шёл более 6 лет, ведь именно столько раз, каждый год, учёные делали забор материала с последующим анализом из бочки, находившейся в Шотландском НИИ виски. Да, у них там есть и такой. В общем, практически золотой стандарт.

Учёные срастили нейроорганоид и мозг животного

В прошлом ролике я намекнул, что учёные сделали не менее интересную вещь с человеческим нейроорганоидом и мозгом крысы, и теперь, похоже, настало время рассказать об этом подробнее.

Вообще, все исследования нейроорганоидов идут не от хорошей жизни. Просто мы не в состоянии изучать процессы в живом человеческом мозге, а если брать мозг собак или обезьян, то он сильно отличается от человеческого. Поэтому и приходится изворачиваться с моделированием при помощи церебральных органоидов.

Как ни крути, органоид, выращенный из стволовых клеток в пробирке - это искусственная субстанция. Поэтому, когда его нужно проверить на боевых условиях, скажем, подсадив в реальные условия живого мозга, тут начинаются проблемы.

Плохая приживаемость, скудная связь, недостаточная прорастаемость кровеносными сосудами. Но наука не стоит на месте. И вот новое достижение нейро-ксено-биологов. Сейчас расскажу подробнее. Задача стояла следующая - перенести органоид из человеческих клеток в мозг крысы. Но теперь пересадку делали не взрослым мышам, а новорождённым. Их мозг ещё продолжал развиваться, поэтому он смог встроить органоид в свою структуру. К тому же у этих мышей была модифицирована иммунная система, поэтому они не смогли отторгнуть подселенца.

Интересный факт: объём органоида из человеческих клеток за время взросления крысы увеличился в 9 раз. Крайне важно, что в него проросли кровеносные сосуды и проникли вспомогательные мозговые клетки - клетки микроглии. "Встроенные" нейроны чувствовали себя значительно лучше, чем их пробирочные братья. Они были крупнее, они экспрессировали гены так, как делают обычные нейроны во время созревания, более того, они связались с клетками крысиного мозга и могли передавать в него сигналы. Проверили это так. Крысы получали награду, если пили в тот момент, когда к человеческим клеткам применяли раздражитель. Через некоторое время у крыс выработалась привычка идти пить во время раздражения человеческих нейронов. А значит имплантированные клетки действительно связались с крысиными и передавали сигналы насчёт того, что пора сделать дело и получить награду. Но они не только смогли передавать, но и получать сигнал. Когда крысу трогали за усы, в имплантированных нейронах возникал сигнал, часть клеток активировалась. Т.е. связь возникла двусторонняя. Такие модели из человеческих нейронов в крысах можно использовать для многих исследований работы мозга в полевых условиях, а также для изучения заболеваний и отклонений от нормы.

Содержание ролика:

00:25 Как мини-мозг научился играть в понг

03:09 У "спящих" бактерий постоянно работают датчики

05:01 Тихоходки не стареют в криобиозе как "Спящая красавица"

06:27 Противоастероидная защита показала высокую эффективность

07:20 Учёные научились видеть сквозь мутную среду

10:22 Лучшая новость предыдущего выпуска

Как мини-мозг научился играть в понг

Нейроорганоид — это сгусток нервных клеток, содержащий почти миллион нейронов мыши и человека, был выращен на подложке с матрицей из электродов. Электроды позволяют считывать активность нейронов и отправлять её в компьютер и получать обратную связь из компьютера. Для мозга в пробирке написали подобие классической аркады - игры Понг, но только без оппонента, со стеной. Выглядит это до боли узнаваемо. Информация о нахождении мяча подаётся на электродную матрицу с правой или левой стороны в виде электрической стимуляции. Положение сигнала говорит о положении мяча, а частота сигнала о расстоянии до него.

Ну а нейроны органоида могут реагировать, отправляя сигналы, говорящие о том, куда нужно передвинуть платформу. Локация сигналов кодирует направление движения, а частота - скорость.

Как оказалось, мини-мозги не могут играть в понг так же хорошо, как человек, но они учатся быстрее, чем некоторые виды ИИ. Иногда процесс обучения занимает всего 5 минут.

Окей, но что же с системой подкрепления? Дофаминовой системы у этого мозга просто нет. Как и любой другой системы вознаграждения. Но зато, как и любая система, этот органоид стремится к минимизации энтропии.

Исследователи сообщили, что «клеткам органоида подаётся непредсказуемый стимул, и система формирует свою активность таким образом, чтобы лучше играть в игру и минимизировать случайности. Отбивая мяч и получая предсказуемый ответ, она создает для себя предсказуемое окружение». То есть, когда мяч не отбит, органоиду подаются хаотичные сигналы, что не очень-то приятно, а если отбит - предсказуемый приятный сигнал.

У "спящих" бактерий постоянно работают датчики

Известно, что бактерии умеют переживать плохие времена, не пересекая границу, а образуя так называемые споры.

Спора в этом случае это не половая клетки, используемая для размножения, как у грибов, а скорее скафандр с очень плотной оболочкой, в который превращается бактерия. Она теряет много воды, скукоживается, и под мембраной образуется эта оболочка. В таком состоянии в неблагоприятных условиях бактерии могут находиться долгое время, десятилетиями, а в редких случаях вплоть до десятков миллионов лет, а затем расконсервироваться и продолжить жизнедеятельность, вернувшись к обычному состоянию и впитав воду.

Есть вопрос, учитывая, что все физиологические процессы бактерия в таком состоянии останавливает, остаются ли некие процессы опрашивания состояния внешней среды, работают ли какие-то датчики, подсказывающие, что пора пробуждаться?

Да, остаются. Например, споры сенной палочки, находясь, в анабиозе, работают как конденсаторы. Накопленная ими электрохимическая энергия используется для отслеживания внешних условий. Это происходит так. На внешней мембране у споры имеется определённая концентрация ионов калия. При изменении окружающей среды, например появлении питательных веществ, спора выделяет дополнительные ионы калия из ядра к мембране и происходит измерение концентрации ионов на мембране и во внешней среде. Когда концентрации достигают определённых значений, превышается некий порог, пора пробуждаться. Если же изменения незначительны, то спора продолжает спать. Т.е. спора чувствует практически все изменения, но пробуждается только тогда, когда эти изменения превысят некий порог приемлемости.

Тихоходки не стареют в криобиозе как "Спящая красавица"

Тихоходки могут выживать вообще в невообразимых ужасных обстоятельствах. Радиация, кипяток, жидкий азот, выстрел из пушки. Как говорится, подчеркните актуальные для вас угрозы. Но для того, чтобы пережить, например, космические условия, они впадают в ангидробиоз. Т.е. избавляются примерно от 98% влаги своего организма. Так вот, пока они находятся в этом состоянии - они не стареют.

Т.е. если их дегидратировать, скажем, на 20 дней, то их продолжительность жизни увеличивается тоже на 20 дней. Прекрасно. Но и холод тоже полезен для долголетия.

Криобиоз, т.е. погружение в замороженное состояние, работает точно так же. Тихоходок попеременно то замораживали до температуры -30 градусов, то размораживали и кормили. Потом цикл повторяли до тех пор, пока они не умерли. В итоге продолжительность их жизни превысила продолжительность жизни тех тихоходок, над которыми не изд.. не экспериментировали, ровно на столько, сколько они провели в криобиозе.

Шутка про сон в холодильнике всё равно не актуальна. Хотя человек, вполне возможно, тоже не стареет в криобиозе, но никого ещё не смогли из него вывести.

Противоастероидная защита показала высокую эффективность

Вы уже знаете, как человечество применило таран по отношению к астероиду. Суть в том, что после столкновения полутонного зонда с астероидом Диморфос, вращающимся вокруг другого астероида, НАСА ожидало изменения периода обращения первого вокруг второго примерно на 7 минут. После всех измерений оказалось, что период обращения изменился не на 7, а на целых 32 минуты, что значительно выше средней оценки и соответствует верхней планке расчётных моделей. То есть вся процедура оказалась крайне эффективной. Во многом в этом помогло то, что после удара из Диморфоса было выброшено большое количество вещества, образовавшего тот самый хвост на 10000 километров, который мы показывали вам в прошлом ролике. В ролике вы можете увидеть новые снимки кратера, который образовался после столкновения.

Учёные научились видеть сквозь мутную среду

Камеры, да и наши глаза, работают с прямыми лучами света при помощи системы линз. Но если между источником и приёмником находится неоднородная среда, то изображение будет размытым из-за рассеяния.

Если рассеяние не сильное, то в объектив попадает достаточное количество прямых лучей, чтобы воссоздать картину. При этом нужно, чтобы было известно либо самое искажение, либо форма объекта, либо его внешний вид. Но если много зашумляющих сигналов и среда сильно рассеивающая, то восстановление изображения это прям сложная задача.

Сложно заглянуть за туман войны… За вот такой вот спекл. Да, так называется шум, который мы видим вместо объекта. Но это реально, потому что законы рассеяния в целом не зависят от рассеивающей среды.

И тут включается эффект оптической памяти, указывающий на знаменательную корреляцию между картиной, которую образует свет, проходящий сквозь мутную среду, и узором, который получается, если ту же среду осветить с другой стороны. С практической точки зрения можно получать информацию о скрытой стороне мутной среды без непосредственных измерений. При помощи весьма затратных вычислений, инверсии автокорелляций и всего такого, можно получить данные о скрытом объекте, но только если в поле зрения нет движущихся объектов.

Для эксперимента взяли гелиево-неоновый лазер, пропущенный через вращающийся диффузор, который освещал сцену с движущимися объектами на цифровом микрозеркальном устройстве, а отраженный свет затем проходил через рассеиватель и скармливался цифровой камере. Суть нового метода в том, что применяя к изображениям сложные вычисления, в т.ч. использующие эффект оптической памяти, а конкретно - вычисления кросс-корреляций, можно, во-первых обнаружить и исключить неподвижные объекты из уравнений. Это достижимо., если вычитать из смещенной во времени автокорреляции автокорреляцию в конечный момент времени Т1. А во-вторых, можно засечь подвижный объект, если он движется полностью,а не частично. В т.ч. можно определить изменения его формы, размеров, ориентации. На полученных экспериментальных видео движущийся объект всегда находится по центру, а вокруг него изменяется обстановка. Т.е. компьютер видит сквозь мутную среду и лоцирует движущийся объект. И всё это работает с незначительными затратами вычислительных ресурсов.

Конечно, в этой методике есть ряд ограничений. Например, движущийся объект должен быть рядом с каким-нибудь неподвижным объектом. Но зато потенциально наши машины смогут прекрасно видеть в условиях тумана и других неблагоприятных условий.