23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Ученые прочитали геном «живого ископаемого»

Latimeria chalumnae

Latimeria chalumnae

Ученые установили последовательность генома латимерии (Latimeria chalumnae), рыбы-живого ископаемого, практически не изменившейся за последние 300 миллионов лет. Статья исследователей опубликована в журнале Nature, а ее краткое содержание приводит ScienceNow.

Сравнение ДНК латимерии с другими животными показало, что не только внешний вид рыбы-ископаемого сохранился таким же, как много миллионов лет назад, но и скорость изменения ее генов все это время была гораздо ниже, чем можно было бы ожидать.

По словам ученых, геном млекопитающих и рептилий в среднем изменяется в два раза быстрее, чем геном рыбы-ископаемого. Точные причины такого феномена пока не ясны, но авторы связывают его с исключительно стабильными условиями среды, в которой проживают латимерии.

Биологам также удалось обнаружить регуляторные участки ДНК, характерные для всех наземных позвоночных и появившиеся впервые у кистеперых рыб. Функциональность этих элементов (энхансеров), управляющих генами развития конечностей и эмбриональных оболочек ученые подтвердили, перенеся их в геном мыши.

Латимерии чрезвычайно редко встречаются в природе. Всего за историю наблюдений было обнаружено 309 экземпляров рыб, и каждый раз это происходило случайно. Чтобы получить образцы геномной ДНК, авторы предварительно снабдили нескольких рыбаков, работающих в районе Коморских островов, специальными наборами для сбора и сохранения препаратов. Образцы были получены еще в 2003 году, однако только в 2011 ученые смогли приступить к чтению последовательности ДНК.

Кистеперые рыбы, к которым относятся латимерии, были впервые описаны на основе палеонтологических данных. Считалось, что все они вымерли не позднее 70 миллионов лет назад, однако в 1938 году в ЮАР Марджори Куртене-Латимер удалось случайно обнаружить рыбу, названную впоследствии первым «живым ископаемым». В 1999 году был описан второй вид латимерии, обитающий в водах Индонезии.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Превращение изолятора в проводник записали на видео

Физики впервые получили детальную картину движения атомов во время превращения изолятора в металл. Результаты исследования сотрудников Торонтского университета опубликованы в статье в Nature, обзор которой приводит EurekAlert.

Авторам работы удалось проследить за молекулярными преобразованиями в органической соли (EDO-TTF)2PF6, которая под действием света из диэлектрика превращалась в проводящий материал. Было зафиксировано переходное состояние вещества, которое сохраняется в течение 5 пикосекунд (10-12 секунд).

Весь процесс трансформации вещества от начала воздействия лазерным излучением составил 100 пикосекунд. Относительное перемещение атомов в молекуле соли по результатам экспериментов удалось смоделировать на протяжении всей химической реакции. Наглядное отображение преобразований ученые смоделировали в виде компьютерной анимации:

Добиться подобных результатов удалось при помощи метода фемтосекундной (10-15 секунд) электронной дифракции. Электроны, возбужденные световым излучением лазера, начинают определенным образом рассеивать свет при повторном облучении. Лазер, как следует из названия метода, активируется с частотой квадриллион раз в секунду. Анализируя спектр отраженного света, физики смогли отследить развитие процесса в молекулярной системе.

В сентябре 2012 года аналогичный вид спектроскопии позволил впервые зафиксировать процесс возбуждения электронов на поверхности топологических изоляторов.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Нейрофизиологи рассказали о сознании пятимесячных детей

Изображение PressFoto

Французские ученые выявили у пятимесячных детей электрофизиологические признаки сознательного восприятия, характерные для взрослых. Исследование, которое провели сотрудники парижского Национального центра научных исследований (CNRS), опубликовано в Science. Обзор статьи приводит ScienceNow.

Нейробиологи записывали электрическую активность мозга у младенцев возрастом в 5, 12 и 15 месяцев. Во время эксперимента детям на долю секунды показывали частично скрытые изображения лиц. Ученые установили, что электрофизиологическая реакция младенцев на изображения, хоть и была медленнее реакции взрослых, имела те же характерные свойства.

Обработка изображения в мозге проходит в две стадии, которые можно различить на электроэнцефалограмме. При демонстрации изображения первый наблюдаемый пик электрической активности вызван первичной обработкой информации в среднем мозге. Второй пик у взрослых наблюдается спустя примерно 300 миллисекунд — он связан с реакцией префронтальной коры мозга. Именно активность этой области нейробиологи связывают с формированием сознания. Считается, что «ответ» префронтальной коры говорит о сознательном узнавании изображения человеком.

По словам ученых, наличие двух пиков электрической активности при распознавании изображения у пятимесячных младенцев говорит о том, что они, как и взрослые, могут обладать сознанием (сознательным восприятием, perceptual consciousness). Обработка «картинки» в мозге младенцев, однако, сильно зависит от возраста. У пятимесячных детей она занимает 900, а у тех, кому исполнилось 15 месяцев — уже 750 миллисекунд.

Не все ученые согласны с авторами работы. Нейрофизиолог из Гарвардского университета Чарльз Нельсон (Charles Nelson) отмечает, что у человека в процессе взросления характер электрофизиологических реакций мозга претерпевает значительные изменения, поэтому делать выводы о сознании младенцев только на схожести сигналов ЭЭГ некорректно.

Опубликованное исследование является не первой попыткой исследовать работу мозга на ранних стадиях развития. Так, недавно ученые выяснили, что младенцы способны различать разные согласные звуки уже за три месяца до рождения.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Идеальную форму жемчужин объяснили принципом «храповика»

Фото: Yuriko Nakao / Reuters

Ученые выяснили, что постоянное вращение в процессе роста придает жемчужинам округлую форму. Группа исследователей из Гранадского университета опубликовала результаты изучения моллюсков в статье на arXiv.org. Обзор публикации приводит MIT Technology Review.

Непрерывное вращение жемчужине внутри раковины моллюска придает особая текстура поверхности, схожая по своему строению с храповым механизмом. Роль «зубцов», которые позволяют растущей жемчужине вращаться под давлением жидкостей только в одном направлении, выполняют мельчайшие выступы. Их удалось обнаружить под электронным микроскопом.

Авторы работы полагают, что выступы формируются на границах слоев перламутра, который постепенно откладывается на поверхности жемчуга. Отложение перламутра в раковине происходит этапами, а не постоянно. Под действием внешних сил жемчужина может получить начальную угловую скорость и очередной этап отложения образует единый выступающий фронт перламутра на ее поверхности.

Впоследствии вращение продолжается под воздействием внешних сил и давления жидкостей на жемчужину с уже образовавшимся выступом. В результате на поверхности жемчужины образуются фронты перламутровых слоев, которые расположены вдоль оси вращения. Средняя скорость вращения жемчужины в процессе роста составляет 1 оборот за 20 дней.

Исследователи также отмечают, что в любой момент на этапе роста жемчужины в ней могут возникнуть дефекты. Под действием внешних сил зарождающаяся жемчужина может деформироваться и вырасти не сферической, а каплевидной или в форме другого тела вращения. Дефекты, которые не позволяют жемчужине свободно вращаться внутри раковины, приводят к появлению бесформенного жемчуга-«барокко».

Жемчужины образуются в раковинах моллюсков как реакция на раздражитель. Когда в раковину попадает внешний предмет (например, песчинка), в качестве защитной реакции организм моллюска начинает покрывать этот предмет слоями перламутра, который кристаллизуется и затвердевает. Крупнейшую жемчужину весом свыше 6 килограммов добыли в 1934 году на Филиппинах.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Сейсмологи заподозрили ураганы в усилении землетрясений

Последствия урагана «Айрин»

Последствия урагана «Айрин»
Фото: Mark Dye / Reuters

Сейсмологи из Технологического института Джорджии установили взаимосвязь между последствиями землетрясения и тропическим циклоном. Об этом группа ученых доложила на ежегодном съезде Американского сейсмологического общества, сообщает Nature News.

В рамках исследования ученые изучили показания приборов, записанные во время землетрясения магнитудой 5,8 на восточном побережье США в августе 2012 года. В момент прохождения урагана «Айрин» в районе было зафиксировано усиление афтершоков — постепенно ослабевающих повторных толчков после главного удара.

В качестве теоретического обоснования такого эффекта сейсмологи рассматривали появление областей низкого давления во время прохождения урагана. Резкое понижение давления могло спровоцировать дополнительное движение коры в активном разломе, который вызвал землетрясение.

Вместе с тем, архивные метеорологические данные говорят о том, что наименьшее давление на пути движения тропического циклона наблюдалось за несколько часов до скачкообразного увеличения интенсивности афтершоков. При этом, характер повторных толчков явным образом изменился при прохождении урагана.

Сейсмолог из Политехнического института Вирджинии Мартин Чепмен (Martin Chapman) заявил, что в настоящее время нельзя однозначно говорить о влиянии урагана на афтершоки. В качестве альтернативной версии он предложил оценить влияние Луны на поведение земной коры в области толчков. «Данные указывают на признаки циклического повторения, что может быть связано с приливными силами», — добавил Чемпен.

Ученые не впервые пытаются объяснить поведение земной коры во время землетрясения влиянием внешних факторов. Так, геологи установили, что землетрясение в Испании в 2011 году могло быть вызвано осушением грунта — местные фермеры в течение 50 лет добывали грунтовые воды для полива полей.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Бактерии стали «курьерами» для доставки радиоактивности в опухоли

Изображение: nature.com

Ученые из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке предложили использовать бактерии Listeria monocytogenes для целенаправленной доставки радиоактивных изотопов в раковые клетки. Работа с описанием методики опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а ее краткое содержание приводят Nature News и ScienceNow.

Радиоактивный изотоп рения 188Re ученые фиксировали на антителах, специфичных к поверхностным антигенам листерий. После «нагрузки» антителами, радиоактивные микроорганизмы инъецировали в кровоток мышей, страдающих раком поджелудочной железы на стадии образования метастазов.

Большинство бактерий после инъекции удалялось иммунной системой, однако там, где опухоль локально подавляла ее работу, листерии успешно заражали раковые клетки. В метастазах создавалась высокая местная концентрация радиоактивных изотопов, в то время как в целом в организме уровень радиоактивности был ниже общепринятого опасного порога.

В результате такой терапии у мышей на 90 процентов сокращалось число метастазов по сравнению с теми животными, которым вводили радиоактивные изотопы сами по себе- без использования бактерий-«курьеров».

Специалисты, опрошенные Nature, отмечают, что не все детали работы нового метода до конца ясны. Так, не вполне понятно, почему листерии предпочитают заражать преимущественно метастазы, а не саму первичную опухоль. Кроме того, не ясно, будет ли работать такая бактериальная доставка радиоактивности на других типах рака.

Листерии являются грам-положительными внутриклеточными паразитами. Они известны прежде всего тем, что вызывают пищевые кишечные инфекции — листериозы. При попадании в кровь бактерии в подавляющем числе случаев легко устраняются макрофагами.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Следы древней сверхновой нашли в бактериях

Фото: NASA

Физик из Мюнхенского технического университета Шон Бишоп (Shawn Bishop) обнаружил в бактериях на дне океана следы изотопа, попавшего на Землю после взрыва сверхновой. Как сообщает Nature, находка подтвердила гипотезу о взрыве звезды вблизи Солнечной системы.

Следы изотопа железо-60, который не формируется на Земле, были обнаружены в бактериях на дне Тихого океана. Редкий радиоактивный изотоп удалось зафиксировать только в слоях отложений, которые образовались 2,2 миллиона лет назад.

Бактерии содержали железо не в форме металла, а в виде магнитосом — частиц оксида железа, которые служат микроорганизмам для того, чтобы находить дно по направлению наклона силовых линий магнитного поля.

Исследования Бишопа позволили подтвердить гипотезу, которая была выдвинута в 2004 году, когда слой железа-60 был обнаружен на дне Тихого океана. Определив, что возраст изотопа составляет около 2,8 миллионов лет, физики предположили, что в это время вблизи Солнечной системы взорвалась сверхновая. Последовавшие климатические изменения на Земле могли стать причиной появления прямоходящих предков людей.

Точное расположение древней сверхновой неизвестно. Согласно одному из предположений, ей могла стать звезда из ближайшей к Солнечной системе звездной ассоциации Скорпиона-Центавра. Расстояние до звезд из этой ассоциации составляет от 380 до 470 световых лет.

Древние сверхновые, как предполагают ученые, могли оказать влияние не только на эволюцию видов на Земле. Именно ударная волна от взрыва сверхновой 4,6 миллиарда лет назад могла послужить толчком к рождению Солнца. На это также указывают найденные на Земле радиоактивные изотопы металлов.

В январе 2013 года было опубликовано изотопное исследование годовых колец деревьев, которое позволило установить, что в конце XVII века на Земле наблюдалось слияние двух черных дыр, расположенных на расстоянии 3-13 тысяч световых лет от Земли. Об этом свидетельствует присутствие углерода-14, образовавшегося в результате мощной вспышки гамма-излучения.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Антропологи «увеличили» индонезийским «хоббитам» размер мозга

Человек флоресский

Человек флоресский
Фото: Tim Evanson / Wikipedia

Японские антропологи на основе новых данных компьютерной микротомографии установили, что абсолютный и относительный размер мозга человека флоресского Homo floresiensis был больше, чем считалось ранее. Работа ученых опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B, а ее краткий обзор приводит ScienceNow.

Новый анализ был проведен при помощи томографа высокого разрешения. Его результаты говорят от том, что предыдущие исследования использовали заниженные оценки объема мозга H. floresiensis. Так, у экземпляра, обозначаемого LB1, объем мозга составил 426, а не 400 кубических сантиметров. По словам ученых, эта небольшая, но существенная разница.

Значение полученных цифр ученые проиллюстрировали анализом корреляции между ростом и объемом мозга у современных людей. Исследование проводилось на крупной выборке из представителей 20 различных мировых популяций, а его результаты говорят о более существенном влиянии роста на объем мозга, чем считалось ранее.

Интерес антропологов к объему мозга H. floresiensis объясняется тем, что он очень важен для определения происхождения флоресских людей. По одной из гипотез, H. floresiensis является островной формой Homo erectus, проникших на остров около 800 тысяч лет назад. По другой версии, «хоббиты» представляют собой отдельную ветвь эволюции еще более древних Homo habilis. Основным аргументом противников первой гипотезы является маленький объем мозга у флоресского человека (по сравнению с эректусом), который, как они считают, не мог уменьшится настолько сильно при уменьшении роста переселенцев.

Останки необычных людей на Индонезийском острове Флорес были обнаружены в 2003 году в пещере Льян Буа. Древних гоминид стали называть «хоббитами» из-за их не превышающего метр роста. Происхождение флоресских людей долгое время являлось предметом споров среди антропологов. Высказывались гипотезы о том, что останки могут принадлежать Homo sapiens, страдавшим кретинизмом или другими заболеваниями, однако в последнее время статус H. floresiensis как отдельного вида является практически общепризнанным.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Созданы рекордно мощные литиевые батарейки

Пористые анод (красный) и катод и движение электронов между ними в представлении художника.

Пористые анод (красный) и катод и движение электронов между ними в представлении художника.
Beckman Institute for Advanced Science and Technology

Американские инженеры разработали литиевые микробатареи, которые по мощности и скорости зарядки могут сравниться с лучшими суперконденсаторами (ионисторами) и при этом сохраняют высокую емкость химических источников питания. Работа с описанием устройства опубликована в журнале Nature Communications, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Университета Иллинойса.

Микробатареи имеют сложную трехмерную структуру. Главные анод и катод соединяются подобно двум микроскопическим гребенкам на стеклянной подложке. При этом «зубья» этих «гребенок», имеют регулярную пористую структуру. Анод создан из сплава олова и никеля, а катод представляет собой марганцевую соль лития.

Сложная регулярная микроструктура позволяет реакциям на поверхности микробатарей проходить очень быстро. За счет этого достигается крайне высокая мощность (7.4 милливатт на квадратный сантиметр на микрометр толщины) и большая сила тока — в 2000 раз больше, чем у других химических батарей. По этому параметру такие батареи не уступают даже лучшим ионисторам, в которых вовсе не происходит химических реакций, а энергия запасается в виде напряженности электрического поля между обкладками суперконденсатора.

Существующие на сегодняшний день источники питания либо способны обеспечить высокую мощность и ток на короткое время, но не могут запасать много энергии (конденсаторы, ионисторы), либо обладают высокой энергетической емкостью, но не могут быстро «выдать» эту запасенную энергию (топливные элементы, химические батареи). Разработка авторов статьи направлена на то, чтобы соединить достоинства тех и других.

Литий-ионные батареи являются наиболее распространенным типом источника питания для современной электроники. Недавно их емкость удалось увеличить за счет использования на поверхности анода нанокристаллов, которые выступили в качестве губки для ионов лития.

23. Апрель 2013 · Комментарии отключены · Categories: Наука

Экономическое «открытие» оказалось ошибкой в таблице Exсel

Таблица с данными по странам, использованным в работе.

Таблица с данными по странам, использованным в работе.
Next New Deal

Сотрудники Массачусетского университета в Амхерсте обнаружили, что многократно процитированные в СМИ выводы экономистов Кармен Рейнхарт (Carmen Reinhart) и Кеннета Рогофф (Kenneth Rogoff) о снижении роста ВВП в государствах с высоким уровнем долга основаны на некорректных допущениях и ошибках в математических расчетах. Статья с критикой экономистов опубликована в журнале исследовательского института PERI, а ее краткий пересказ приводит Business Insider.

Группа под руководством Томаса Херндона (Thomas Herndon) после неоднократных попыток воспроизвести данные Рейнхарт и Рогофф получила от авторов файл в формате Excel с расчетами, на основании которых были сделаны выводы статьи. Оказалось, что расчеты содержали ошибки, которые приводили к исключению из результата данных по нескольким странам, причем эти ошибки «работали» в сторону снижения кажущегося роста.

Кроме того, оказалось, что Рейнхарт и Рогофф некорректно проводили усреднения данных по странам, приравнивая вес однолетних данных одной страны к многолетним данным другой. Данные по некоторым годам отдельных стран вообще были необоснованно исключены из расчетов.

Авторы новой публикации показывают, что после коррекции методологии, страны с высоким уровнем долга вместо отрицательного роста показывают положительный.

Рейнхарт и Рогофф опубликовали анализ корреляции экономического роста и уровня государственного долга в 2010 году. Работа была основана на данных по 19 странам и регионам: США, Японии, Новой Зеландии, Канаде, Австралии и нескольким европейским государствам. Экономисты установили, что с момента окончания Второй мировой войны те экономики, где государственный долг превышал 90 процентов ВВП, росли в среднем на несколько процентных пунктов медленнее, чем те, что были менее склонны прибегать к займам.

Выводы экономистов были многократно процитированы в СМИ и профильной экономической прессе (список публикаций можно увидеть здесь), а издание The Financial Times даже ссылалось на них как на общепринятые. Некоторые исследователи выступали с критикой причинно-следственных выводов Рейнхарда и Рогоффа, но сам анализ данных ни разу не воспроизводился.