Люди, как жидкость Что такое активная материя и как она объясняет физику жизни?
Что общего между стаей птиц, клеточным скелетом и бегунами марафонов? На первый взгляд — ничего. Но это не так. Все они являются представителями нового типа материи — активной материи.
Об активной материи ученые заговорили совсем недавно, но популярность этой темы растет чрезвычайно быстрыми темпами.
Так, согласно электронной базе данных PubMed, начиная с 2000-х годов, ежегодное количество публикаций связанных с активной материей выросла в 10 раз, от примерно 500 публикаций в 1999 году до почти 5000 публикаций в 2019 году. Что же такое активное, или, как ее еще называют, живая материя? Для того, чтобы называться активной материей, «вещество» должна иметь два свойства. Во-первых, она должна состоять из элементов, которые потребляют энергию из окружающей среды и благодаря этому энергия выполняют определенную механическую работу. Птицы и бегуны марафонов потребляют пищу, чтобы двигаться, а элементы клеточного скелета используют молекулы АТФ, чтобы обеспечить форму и движение клетки. Во-вторых, двигаясь вместе, эти элементы должны формировать систему, которую можно рассматривать как единое целое. Да, мы наблюдаем за движением стаи птиц, которая выполняет странные виражи в небе, или сами становимся частью активной материи, когда утром протискиваемся в толпе к метро.Найти закон, по которому можно было бы математически описать поведение активной материи в независимости от того, из чего именно эта материя состоит — вот мечта ученых сегодня. Этот закон будет чем-то вроде законы физики, описывающие, как движение атомов и молекул приводит к возникновению таких привычных явлений как температура или давление.
Как будет выглядеть этот закон, ученые еще не знают, но уже есть определенные идеи.Первым, кто догадался откуда начать, был ученый из Будапешта Тамаш Вичек. Модель Вичека общая и может применяться ко многим системам активной материи, но я расскажу о ней на примере стаи птиц. Вичек предложил изобразить каждую птицы как стрелочку, указывающую в направлении полета птицы. И добавил правило: любые две птицы, оказавшиеся рядом, синхронизируют свои скорости, чтобы лететь в одном направлении. Однако, из-за того, что птицы — это живые существа, а не роботы, порой могут возникать сбои во взаимной синхронизации. Таким образом, направление полета каждой птицы будет совпадать со средним направлением полета ее соседей, но время от времени возможны ошибки. Такое простое правило приводит к интересным результатам. Если птиц всего несколько, то их движение будет хаотичным, каждая птица лететь в определеном направлении. Но с увеличением количества птиц в воздухе, у птицы появляться больше соседей, и соответственно, он будет координировать свое движение с большим количеством птиц. А они, в свою очередь, со своими соседями. Движение птичьей стаи будет становиться более и более направленным.
Интересен также и механизм, благодаря которому птицы поддерживают постоянное расстояние между собой. Вы, наверное, замечали, как в начале осени птицы выстраиваются в клиновидные стаи. Если сделать фото или видео таких стай, то хорошо видно, что расстояние между птицами всегда примерно одинакова. Более того, птицы машут крыльями синхронно! Оказывается, что такая конфигурация стаи энергетически наиболее выгодна для птиц. Дело в том, что делая взмах крыльями, птица вызывает после себя волну воздуха, так же, как возникает волна на воде после плавника. И следующая птица летит именно там, где находится восходящий поток. Таким образом, она тратит меньше энергии, чтобы держать себя на необходимой высоте. А его синхронный взмах крыльев еще более усиливает воздушную волну для последующих птицы. Это позволяет птицам экономить энергию и преодолевать такие большие расстояния во время миграций.
В биологии принято, что если ученые-теоретики выводят какой-то закон, то для его подтверждения необходимо провести эксперимент. Итак, для того, чтобы подтвердить модель Вичека, надо показать экспериментально, что любые объекты, которые движутся и попарно взаимодействуют между собой, могут сформировать «стаю» вроде птичьей. Для своего эксперимента ученые решили использовать группу дронов. Они закупили несколько десятков беспилотников, которые могли обмениваться своими GPS-координатами. Правила были просты: дроны, которые находятся рядом, координируют свои скорости и направление, а при приближении к любому препятствию, дроны «отталкиваются» от него. Дронов подняли в воздух и оставили без центрального управления. Модель сработала! Дроны не только летели сплоченной «стаей», но и были в состоянии обходить препятствия на своем пути.
Модель Вичака стала стартовой точкой для теоретических и экспериментальных исследований активной материи. Она позволила взглянуть на уже известные феномены под другим углом. Были созданы математические модели, способные предвидеть коллективное поведение рыб, насекомых и овец. Но французские ученые пошли еще дальше, и попытались разработать модель, предусматривающую поведение человеческой толпы! Обычно подобные модели базируются на взаимодействии между объектами в группе, как видно на примере модели птичьей стаи, описанной выше. Однако, несмотря на все усилия, науке так и не удалось сформулировать простые и устоявшиеся правила межчеловеческой взаимодействия. Поэтому французские ученые пошли другим путем. Они заметили, что толпа похожа на поток жидкости, и попытались его описать с помощью законов гидродинамики — раздела физики, изучающей движение жидкостей. До сих пор еще никто не решался использовать знания о жидкости для описания таких крупных объектов как толпа.
В качестве толпы для экспериментов ученые выбрали бегунов марафона в Чикаго. Они сделали записи того, как тысячи бегунов приближаются к старту во время марафона. Согласно правилам марафона, бегуны разделены на группы и собираются перед стартом на ограниченных участках площадью 200×20 метров. За два года в марафоне приняли участие более 80 000 человек. Вместо того, чтобы следить за каждым бегуном, ученые рассматривали толпу как сплошное целое. Они измерили плотность толпы и создали карту скоростей — с какой скоростью и в каком направлении движется толпа в каждой точке пространства. С удивлением ученые увидели, что средняя плотность толпы была абсолютно одинакова на всех записях, а волна движения распространялась вдоль стартовой площадки с одинаковой скоростью. Измерив еще ряд показателей, ученые составили математические уравнения, описывающие движение толпы, будто это был поток воды. Они использовали эти уравнения для предсказания поведения толпы на двух других марафонах — в Париже и Атланте. Теоретические расчеты полностью совпали с реальными измерениями!
Создание таких теоретических моделей имеет важное практическое значение. Ведь понимание, какие факторы и как влияют на поведение толпы, дает возможность заранее управлять толпой. А это, в свою очередь, поможет избежать трагедий, связанных с давкой и улучшить организацию публичных пространств.
Изучение активной материи интригует ученых не только из-за возможности узнать что-то новое о жизни, но и как источник вдохновения для создания синтетических материалов со свойствами живых.
Так, ученых заинтересовал механизм мышечного сокращения. Наши мышцы состоят из длинных и тонких волокон, которые называются актиновые волокна. По этим волокнам «шагают» маленькие молекулярные моторы — молекулы миозина. Эти молекулы способны присоединяться одновременно к нескольким волокон актина, и двигаясь вдоль них, миозин взимает эти волокна друг к другу, что и вызывает сокращение мышцы. А что, если бы мы могли создавать подобные структуры вне живого организма? Это бы позволило создать материалы способные сокращаться или менять свою форму. Ученые из Германии решили попробовать реализовать эту идею. Они смешали в пробирке волокна актина с миозином и добавили естественного «топлива» — высокоэнергетические молекулы АТФ. Полученную смесь ученые разместили на предметном стекле и посмотрели под микроскопом. Когда концентрация актиновых волокон и миозина была низкой — ничего особенного не происходило. Волокна просто плавали в смеси без всякого видимого порядка. Но только ученые увеличили концентрацию, актиновые волокна начали формировать узоры: пульсирующая скопления, завихрения и полоски. Очень быстро ученые распознали в увиденном те же явления, которые описывал Вичек в своей модели.
Есть и другие возможности применения молекулярных моторов. В клетках живых организмов молекулярные моторы-роботы используются для перемещения веществ внутри клетки. Как уже упомянутый выше миозин, они «идут» вдоль определенных молекул и «держат в руках» груз, который нужно перенести. Это вдохновило ученых создать искусственных роботов, имитирующих природных. Такой робот размером всего несколько нанометров может двигаться вдоль металлической поверхности, собирать с нее отдельные компоненты и составлять из них молекулу небольшого белка. Это не единственное достижение в создании нанороботов. Ученые из разных лабораторий создают миниатюрные механизмы — моторы, пропеллеры, выключатели. Более 50 различных роботов по всему миру ждут, пока ученые найдут способ их совместить, как детали миниатюрного конструктора. Научиться, как заставить миллионы микроскопических механизмов работать слаженно, чтобы достичь заметного эффекта на макроскопическом уровне — это задача робототехники будущего.
Другой попыткой применения знаний, полученных благодаря изучению активной материи, является создание искусственных тканей типа биологических. Ученые из Великобритании создали сеть из капель воды, напоминающие своим свойствам клетки организма. Используя 3D-принтер ученые объединили эти капли в желеобразный материал, который может самостоятельно сворачиваться в клубок, как мышцу, и передавать электрический сигнал, как группа нейронов — клеток нервной системы. Ученые надеются, что их разработки станут основой для создания синтетических тканей и органов. «Мы просто хотим увидеть, как далеко можно зайти в имитации живых тканей», — объясняет один из участников проекта.
Человечеству придется еще довольно долго ждать, когда из таких простых экспериментов ученые смогут создать что-то практически полезное. Активная материя еще только начинает рассказывать свои секреты. Но уже сам факт выделения живой материи в особый тип материи является важным шагом к разгадке тайны жизни. В конце концов, для создания жизни на таком совершенном уровне эволюции понадобились миллионы лет!
Автор — аспирант университета Сорбонны в области биофизики, выпускница НМУ Богомольца.
-
Змеиный яд в составе хирургического клея помог остановить кровотечение
Канадские исследователи продемонстрировали потенциальный новый адгезивный клей для остановки кровотечения и замены хирургических швов.
Он работает по принципу клея, который уплотняется под воздействием света, а в его основе — яд опасной для человека змеи. Эффективность этого хирургического клея показана в предыдущих опытах на крысах, результаты которых описаны в журнале Science Advances. Хирургические швы позволяют надежно обработать рану и способствуют более быстрому ее заживлению. Но все чаще их заменяют адгезивными материалами, подобными клею. Они надежно закрывают рану, соединяя его края, этот процесс существенно быстрее наложения швов. Они бывают двух видов — синтетические и природные. Главным преимуществом первых является то, что их можно модифицировать для достижения желаемых свойств, но одновременно их недостаток — это потенциальные несовместимость и токсичность. С природными адгезивами все наоборот: они имеют прекрасную несовместимость, но часто уступают синтетическим в способности склеивать рану. Особенно, когда нужно закрыть рану, которая сильно кровоточит. Ученые из Университета Западного Онтарио нашли способ обойти это ограничение.
Ученые попытались сделать новый хирургический клей на основе яда змеи Кай сак (Bothrops atrox), которая является одной из самых опасных в Южной Америке. Выбор пал на это соединение, потому что она способна вызывать свертывание крови благодаря активности фермента рептилазы, или батраксобина.
В процессе разработки нового адгезива ученые объединили рептилазу с желатин метакрилатом, который является вяжущим гидрогелем с хорошей биосовместивостью. Податливость позволяет удобно и быстро использовать кровоостанавливающим смесь в виде тюбиков с гелеобразным средством. Другим преимуществом этой разработки является то, что после нанесения на рану клей быстро уплотняется под воздействием видимого света. Авторы отмечают, что для затвердевания клея подойдет даже луч лазерной указки или фонарика смартфона.
Первые испытания ученые провели на лабораторных крысах. Эффективность клея проверяли на животных с глубокими ранениями кожи, разрывом аорты.
Эксперименты показывают, что адгезий успешно скрепляет края раны за 45 секунд его облучения, что позволяет уменьшить кровопотери до 79 процентов. Клей на основе яда змеив десять раз сильнее, поэтому более устойчив к отделению и вымывание из раны во время кровотечения.
-
Коронавирус. Коротко — 23 июля
Управление продовольствия и медикаментов США (FDA) внесло в список редких побочных эффектов вакцины Janssen от производителя Johnson Johnson синдром Гийена-Барре — аутоиммунное расстройство, поражающее нервную систему.
Решение было принято после тщательного изучения возникновения этого расстройства у ста человек вскоре после вакцинации против коронавирусной инфекции. Об этом сообщается на сайте управления.
FDA рассмотрело около ста новых случаев синдрома Гийена-Барре в США, при котором иммунная система атакует собственные периферические нервы у людей вскоре после вакцинации против коронавируса вакциной Janssen. Расстройство развилось преимущественно через две недели после вакцинации, а большинство пациентов были мужчинами старше 50 лет. Состояние 95 из них был серьезным и требовал госпитализации, один пациент в конце концов умер. После детального изучения этих случаев американский регулятор признал синдром Гийена-Барре возможным побочным эффектом вакцины Johnson Johnson. Однако эксперты отмечают, что риск приобрести синдром вследствие прививки крайне низкий, поэтому польза от вакцинации все еще преобладает над возможным ущербом.
Вакцина Janssen основана на использовании аденовирусных векторов, подобно вакцины Vaxzevria от AstraZeneca, и имеет эффективность примерно в 66 процентов. Это меньше, чем в AstraZeneca (до 81 процента при введении доз с интервалом 12 недель), однако ее преимуществом является то, что для иммунизации достаточно введения одной дозы, в отличие от других коронавирусных вакцин, требующих двух доз. Она особенно популярна в США, где ее уже вакцинировано более чем 12,8 миллиона человек. Ранее Европейское агентство лекарственных средств называло возможным осложнением прививки вакцинами Janssen и AstraZeneca тромбозы и снижение уровня тромбоцитов в крови.
Эффективность вакцины против коронавируса CoronaVac от китайской компании Sinovac по предварительным данным составляет 83,5 процента. К такому выводу пришли ученые во время проведения третьей фазы клинических испытаний вакцины, в которой приняли участие более десять тысяч взрослых добровольцев. Результаты опубликованы в журнале The Lancet.
В исследовании, которое проходило в Турции, приняли участие 10 029 человек в возрасте от 18 до 59 лет. 6559 из них получили обе дозы прививки CoronaVac, а остальные 3470 — плацебо. Через две недели после второй дозы в течение 43 дней наблюдения на COVID-19 заболело девять человек в группе, получившей настоящие вакцины, и 32 человек из группы плацебо. На основе этого ученые оценили эффективность CoronaVac в 83,5 процента. Побочные эффекты, например боль в месте инъекции или усталость, зарегистрировали в 18,9 участников в группе вакцины и в 16,9 процента — в группе плацебо.
Вакцина CoronaVac использует для тренировки иммунной системы, то есть обезвреживания вирусных частиц SARS-CoV-2. Хотя тестирование ее эффективности все еще проходит, ВОЗ позволила ее экстренное использования.
Европейское агентство по лекарственным средствам дало разрешение на прививку вакциной от производителя Moderna детей от 12 до 17 лет, сообщается на его официальном сайте. Вакцинация детей будет происходить так же, как и взрослых — двумя инъекции с интервалом в четыре недели.
Решение об одобрении вакцины Moderna для подростков основано на результатах испытания ее эффективности и безопасности. В исследовании приняли участие 3732 детей в возрасте от 12 до 17 лет. Из них 2163 получили настоящие вакцины, а 1073 — инъекции плацебо. Отмечается, что эффективность вакцины в этой категории участников оказалась подобна такой же как и у взрослых людей (ранее эффективность вакцины Moderna у взрослых оценили в 94,1 процента). Вакцина хорошо переносится детьми. Возможные побочные эффекты: боль и отек в месте инъекции, усталость, головная, мышечная или суставная боль, увеличение лимфатических узлов, тошнота и повышение температуры тела. В основном симптомы легкие или умеренные и проходят в течение нескольких дней после вакцинации.
Вакцина от Moderna, которая называется Spikevax, является мРНК-вакциной. Ее действие основано на введении в организм молекул мРНК, на основе которых клетки временно производят фрагмент вирусного белка для тренировки иммунной системы.
Группа исследователей, занимающихся изучением длительного протекания коронавирусной инфекции, описали более двухсот симптомов, которые могут сопровождать затяжной ковид. Эти проявления поражают десять различных систем организма, а их изучение поможет лучше понять состояние пациентов и разработать способы его терапии. Своими результатами ученые поделились в журнале EClinicalMedicine.
Авторы проанализировали ответы 3762 участников из 56 стран мира на вопрос о протекании длительного ковида (который длится более 28 дней). На основе них ученые выделили 203 симптомы, которые в целом поражают 10 систем органов. Из них 66 имели тенденцию к проявлениям в течение не менее семи месяцев. В среднем участники сталкивались с 56 симптомами, к которым были привлечены в среднем 9 систем органов. Частыми симптомами называют усталость, недомогание после физического или умственного напряжения. Для восстановления большинства опрошенных требовалось более 35 недель, и почти половина из них вынуждена была сократить рабочий день из-за болезни.
Авторы делают вывод о целесообразности расширения списка главных симптомов COVID-19. Это поможет лучше диагностировать и лечить заболевания.
Австралийские ученые использовали технологию CRISPR для обезвреживания коронавируса SARS-CoV-2 путем блокирования его возможности размножаться внутри клеток обезьяны и человека. Ученые надеются, что их результаты могут привести к новому способу лечения COVID-19. Их результаты опубликовали в журнале Nature Communications.
В своих опытах ученые работали с системой CRISPR-Cas13b. В отличие от более известной CRISPR-Cas9, она нацеливается и разрезает молекулы РНК, а не ДНК. Систему модифицировали таким образом, чтобы она распознавала вирусные гены, кодирующие важные для патогена белки. Опыты показали, что метод успешно препятствует размножению коронавируса в клетках эпителия обезьян и легких человека. При этом он оставался эффективным даже в случае испытания на коронавирус с новыми мутациями, в частности на штамме Альфа.
Хотя сейчас есть ряд эффективных вакцин против коронавирусной инфекции, у нас все еще нет таких же эффективных методов терапии COVID-19. Авторы надеются, что их работа ляжет в основу разработки действенного лечения инфекции, и не только ковида, но и гриппа, лихорадки Эбола или даже СПИДа.
-
Дикие шимпанзе и гориллы впервые начали между собой войну
Немецкие исследователи описали первый известный конфликт между шимпанзе и гориллами в дикой природе, приведший к летальному исходу.
В своей статье в журнале Scientific Reports они сообщают о двух случае нападения шимпанзе на горилл, во время обеих из которых погибли детеныши горилл. Науке хорошо известны случаи насилия среди человекообразных приматов. Часто они проявляются в виде внутривидовых, особенно, межгрупповых, конфликтов, которые могут закончиться летально. Подобные случаи редки у бонобо (Pan paniscus) и орангутангов (Pongo), но их часто регистрируют у шимпанзе (Pan troglodytes) и горилл (Gorilla gorilla). Последние два вида генетически довольно отличные друг от друга, примерно как горилла и человек, однако в некоторых регионах Африки они разделяют общую территорию. Вопреки известному среди них внутривидовом насилию, соседство шимпанзе и горилл всегда считалось относительно мирным. Они редко взаимодействуют, но их несколько раз замечали вместе во время поиска пищи или даже совместных игр, а о случаях убийства друг друга не сообщалось. Однако сейчас что-то изменилось. В новой работе ученые из Института эволюционной антропологии Макса Планка и Оснабрюкский университет описывают первые два известных кровавые конфликты, которые произошли между шимпанзе и гориллами.
Конфликты произошли в Национальном парке Лоанго, что в Габоне, где ученые занимались изучением поведения 45 шимпанзе. В начале февраля 2019 ученые услышали крики шимпанзе и подумали, что дело в обычной схватке между шимпанзе двух соседних групп. Как выяснилось, группа из 18 шимпанзе атаковала небольшую группу горилл, состоявших из взрослого самца, трех самок и детенышей. Битва продолжалась 52 минуты, во время которой детеныш гориллы погибли от многочисленных тяжелых полученных травм. Со стороны шимпанзе травмы получили трое особей, одна самка — серьезных.
Вторая битва произошла в середине декабря 2019 и продолжалась в течение 79 минут. В ней приняли участие 27 шимпанзе. Они напали на группу горилл, состоявших из одного взрослого самца, трех самок, одной молодой гориллы и двух детенышей. Преимущество шимпанзе заключалось в их количестве, это дало им возможность забрать одного детеныша гориллы от матери. Иследователи увидели его уже мертвым, с большим отверстием в животе на руках одного из молодых самцов шимпанзе.
До сих пор подобного поведения не наблюдалось, и ученые не подозревали, что шимпанзе могут представлять серьезной опасности для горилл. Вероятно, подобные столкновения происходили и раньше, но они очень редки, поэтому о них не знали. Поэтому необходимо провести более детальное наблюдение за редкими животными, чтобы понять причины их конфликта и помочь их защитить.
Сейчас исследователи предполагают, что могли стать свидетелями охоты шимпанзе на детенышей горилл, которых те приняли за добычу. В частности, сразу после убийства маленькой гориллы азарт нападающих существенно уменьшался. Также странно, что во время первого конфликта убитого детеныша вообще не ели, а во время второго его тело поедала преимущественно только одна самка, а большинство членов его группы, включая взрослыми самцами, а не проявляли к нему интереса.
Другим объяснением является война за доступные ресурсы. Диета шимпанзе и горилл частично перекрывается, поэтому они могут конкурировать за пищу. В пользу этой гипотезы выступает и то, что атаки происходили в то время года, когда некоторые продукты, например, фрукты, менее доступны. Убийством детенышей шимпанзе также могли стремиться отвлечь горилл от дальнейшего посещения их спорных территорий.
Изменение климата сделала части ареалов обоих этих животных менее пригодными, так это тоже могло побудить приматов к жестокости, отмечают ученые. Борьба за территорию согласуется с результатами недавнего исследования, которое указало, что в течение следующих 30 лет гориллы и шимпанзе могут потерять до 95 процентов своего ареала.
-
Три поросенка Илона Маска. Как импланты изменят наше будущее
Основатель SpaceX и Tesla Маск неоднократно публично заявлял, что боится искусственного интеллекта.
В своих твитах он сравнивал его то с Северной Кореей, то с ядерной войной. А в 2014 году на пресс-конференции в Массачусетском технологическом институте вообще назвал «самой экзистенциальной угрозой» человечества и «вызыванием демона». Впрочем, такие взгляды не мешают Маску быть на передовой разработок искусственного интеллекта вместе со своим проектом Neuralink. Это медицинская исследовательская компания, работающая над созданием интерфейса мозга-компьютера. Вчера Маск провел большую презентацию, во время которой продемонстрировал первые результаты ее работы. Nauka.ua рассказывает все, что нужно знать о деятельности Neuralink. Со времени своего основания в 2016 году компании Neuralink успела провести только два публичных мероприятия. На последней презентации, состоявшейся 28 августа, в центре внимания были свиньи — Гертруда, Джойс и Дороти. Когда Гертруда прекратила прятаться за занавесками, команда смогла продемонстрировать беспроводную связь с устройством Neuralink, имплантированным в ее череп. Устройство считывал активность его мозга и в режиме реального времени выводил эти данные на экран, пока Гертруда рылась в сене в поисках пищи.
За два месяца до презентации Гертруде вживили устройство, напоминающее монету, с одной стороны которой выходят очень тонкие провода-электроды. Он предназначен для имплантации под кожу, при этом электроды вставляются на несколько миллиметров на поверхность мозга. Они могут проявлять, когда нейроны срабатывают, или излучать собственные электрические импульсы.
Джойсу не вставляли никаких имплантов, он присутствовал только для того, чтобы сравнить его поведение с поведением Гертруды. Третья свинья, которую звали Дороти, имплант сначала установили, а потом удалили. Таким образом команда надеялась продемонстрировать безопасность этой процедуры.
Но зачем вставлять в мозг электроды?
Все началось с романов шотландского писателя-фантаста Иена Бэнкса. В его произведениях об утопическом обществе Культура людей пользуются «нейронным кружевом», которое вживляется в мозг в молодом возрасте и позволяет подключаться к искусственному интеллекту, общаться и даже создавать резервные копии своего ума на случай смерти. Маск вдохновился этим образом, однако Neuralink не ставит своей целью достижение бессмертия.
Симбиоз человека и технологии, к которому стремится достичь Маск, нужен для улучшения качества жизни. Первыми продуктами Neuralink должны стать имплантированы электроды для лечения заболеваний нервной системы. На последней презентации команда выразила надежду, что такие устройства смогут как считывать, так и писать нейронные сигналы, помогая при параличе, депрессии, бессоннице, тревожности, травмах головного мозга, потере слуха, инсультах и зависимостях. Также импланты могут использоваться вместе с усовершенствованными вспомогательными устройствами, позволяя, например, контролировать искусственные конечности или печатать сообщение смартфоне с помощью мыслей.
На самом деле, такие намерения не настолько новаторские, как может показаться. Имплантаты, регулирующих электрическую активность мозга, уже используются, например, при болезни Паркинсона. А с помощью технологии BrainGate парализованные люди могут печатать сообщения на компьютере, выбирая по очереди буквы на экране. Это работает путем подключения имплантатов к моторной коре мозга: когда человек думает о движении, эта мысль превращается в движения курсора. Впрочем, этот метод все еще достаточно медленный, и компания Маск надеется ускорить процесс.
Во время последнего анонса члены команды Neuralink также выразили свои долгосрочные надежды на импланты. В частности, использовать их для записи воспоминаний, телепатии и увеличение когнитивных возможностей человеческого мозга. В 2017 году Маск предусматривал, что нейроинтерфейсы смогут пользоваться люди без медицинского потребности в ближайшие восемь-десять лет.
Современные нейроимпланты используя жесткие электроды, могут привести к повреждению мозга. Neuralink планирует снизить риски благодаря более гибким электродам, но их внедрения намного деликатнее и сложнее. Поэтому для этого Neuralink будет применять специального робота-хирурга, которого компания продемонстрировала на последней презентации. Впрочем, пока непонятно, будет ли это полностью автоматизированная система, или же ей будут помогать нейрохирурги.
В будущем Neuralink надеется сделать процесс установки чипов не инвазивным и даже таким, что не потребует общего наркоза. Процесс будет похож на лазерную коррекцию зрения.
В прошлом году Neuralink заявила, что начнет клинические испытания до конца 2020 года. Впрочем, этого все еще не произошло. Возможно, компания была чрезмерно амбициозная со своими графиками, или же ей отказали в необходимом одобрении со стороны Управления по продовольствию и медикаментам США.
К тому же, Neuralink — не первая и не единственная компания, занимающаяся нейроинтерфейсы. У нее есть несколько серьезных конкурентов. Это, в частности, Facebook, который приобрел стартап Ctrl-labs. Эта компания разрабатывает браслет, который позволит управлять цифровыми устройствами с помощью разума. Такая методика будет способствовать разработке сложных продуктов для пользователей, включая виртуальную реальность и игры. Еще один проект — Kernel. Он основан основателем платежной системы Braintree Брайаном Джонсоном, который планирует создать нейроимпланты для лечения различных болезней нервной системы. Похожий проект финансирует агентство Министерства обороны США DARPA, которое надеется смягчить последствия травм и заболеваний зрительных и слуховых систем военнослужащих.
Кроме того, Neuralink необходимо разработать более универсальный способ записи мозговых сигналов и воплощать свою методику безопасными, этическими и эффективными способами. В процессе работы, скорее всего, Neuralink придется решать непредвиденные проблемы, такие как чрезмерное тепло, генерируемое имплантатами, или быстрый износ имплантированных устройств.
Как и прошлогодняя презентация, вчерашнее мероприятие Маска на самом деле имел целью рекрутинг. Поэтому если вы разбираетесь в биологии, робототехнике, электронике, химии, хирургии, или хорошо готовы с животными — это ваш шанс.
-
Торговля дикими животными грозит новой вирусной пандемией
Индийские исследователи показали, что торговля природой представляет значительную угрозу для людей с высоким риском передачи вирусных заболеваний от диких животных к человеку.
Их исследование указывает, что четверть диких млекопитающих, являющихся объектами торговли, являются носителями 75% известных вирусных зоонозных патогенов. Об этом они написали в журнале Current Biology. Пандемия коронавирусной инфекции показала, что следует внимательнее относиться и не стоит недооценивать взаимодействие человека с природой. Особое беспокойство вызывает торговля дикими животными, которые могут представлять угрозу для здоровья человеческой популяции, если уж не брать во внимание опасность для биоразнообразия от такой деятельности. Вопреки предостережениям ученых, ежегодно происходит около одного миллиарда контактов дикой природы с человеком и домашними животными в результате незаконной торговли дикой природой. Мало исследований посвящено измерению угрозы передачи патогенов от диких животных к человеку через торговлю. Поэтому этим вопросом занялись индийские эксперты по охране природы. В своей работе они сосредоточились на изучении вирусов млекопитающих, поскольку большинство новых инфекционных заболеваний имеют именно такую природу и происхождение.
Сначала ученые сравнили различные группы диких животных на предмет их нагрузки вирусными зоонозными возбудителями заболеваний. Среди них выделили те, которыми чаще всего торгуют люди: как легально, так и незаконно. Поэтому исследователи сравнили полученные результаты с вирусной нагрузкой диких животных, не вовлеченных в торговле, и домашних животных.
Результаты показывают, что 26,55% диких животных в торговле являются носителями 75,2% всех известных зоонозных вирусных заболеваний. А для домашних животных этот показатель составляет 52%, а для диких, не являющихся объектами торговли — 63%. Наибольшую угрозу для человека среди животных, которыми активно торгуют, представляют приматы, китопарнокопытные и хищные животные. Рукокрылые, грызуны и сумчатые, по предсказанию ученых, также будут угрожать вирусными болезнями вследствие торговли в будущем, если тенденция не изменится.
Таким образом авторы делают вывод о том, что торговля природой связана со значительным риском передачи вирусных инфекций животных человеку, по сравнению с торговлей домашними животными и риском от диких животных, не вовлеченных в массовом торговли.
Впрочем, ученые не настаивают на полном запрете торговли природой. Это привело бы только к росту незаконной браконьерской деятельности. Вместо этого они советуют сосредоточиться на сокращении количества хотя бы тех животных, которые являются носителями наибольшего количества зоонозных вирусных возбудителей грызунов, летучих мышей, приматов, парнокопытных, хищных и сумчатых.
-
Связаная биохимиками паутина обошло по характеристикам настоящую
Чрезвычайной прочности и устойчивости на разрыв паутины наконец удалось достичь в лаборатории — связаный учеными образец превзашел оригинал.
Его плели из молекул спидроина — белка, который используют сами пауки. Искусственная паутина выдержала нагрузки в один кигапаскаля и продемонстрировало ударную вязкость в 161 мегаджоуль на кубический метр. Это больше возможности паутины по крайней мере двух видов пауков, сообщают ученые в ACS Nano. Паутина является одним из самых прочных природных материалов, демонстрирует уникальное сочетание высокой прочности на разрыв и пластичности. Пока прочность паутины может достигать 1,3 гигапаскаля, прочность некоторых марок стали не превышает нескольких сотен мегапаскалей. И поэтому способ ее получения в промышленных масштабах чрезвычайно волнует как биохимиков, так и инженеров, ведь есть множество приложений, требующих использования особо прочных нитей микро метровой толщины от ударопрочного текстиля до хирургических приспособлений. Однако, разработку таких материалов очень ограничивает тот факт, что пауков достаточно сложно выращивать (в отличие от тех же шелкопрядов), а достижение прочности на разрыв в несколько гигапаскалей с ударной вязкостью более 150 мегаджоулей на кубический метр в искусственно выращенном паутине оказалось чрезвычайно трудным .
Главными материалами, из которых пауки плетут паутину более прочный белок спидроин I (Spidroin), в который входит аминокислота аланин, и упругий спидроин II, содержащий глицин. Однако в лабораториях цепочки этих молекул выходили слишком короткими, поэтому по своим механическим свойствам значительно отставали от своего природного аналога. Исследования показывали, что именно кристалличность волокон паутины влияет на ее механические свойства: у пауков она варьируется от 10% до 50, в зависимости от вида. Впрочем, паутина, полученное в процессе искусственного прядения, наоборот, не имеет таких структур внутри, вероятно через процесс изготовления. В своей работе ученые обратили внимание на белок амилоид, который демонстрирует сильное взаимодействие внутри бета-структур, а потому способен к формированию бета-слоев, поспособствуя образованию кристаллов во время искусственного прядения паутины в лаборатории.
Во время своего эксперимента ученые разработали новый тип гибридного белкового волокнистого материала, в котором десятки и сотни связанных с гибкими богатыми глицином пептидными последовательностями амилоидных пептидов образуют бета-слоя. В результате на основе синтетической ДНК (чтобы избежать повторения кодирующих последовательностей) получили гибридный полимерный амилоидный белок, содержащий 128 повторяющихся участков спидроину. Это меньше, чем в предыдущей работе (там было 192), однако выше кристалличность компенсирует возможную нехватку прочности. В ходе испытаний, паутина выдержала нагрузки в один гигапаскаль и показало среднюю вязкость около 161 мегаджоуль на кубический метр.
Это превосходит большинство синтетических разработок, а также естественных паукообразных двух видов: пауков — Nephila clavipes и Argiope trifasciata. Все волокна показали значительно более высокую степень кристалличности — от 15 до 19% по сравнению с 4,2% в предыдущих работах. Интересно, что полученные таким образом белки можно очищать с помощью процесса аффинной хроматографии вместо гораздо более трудоемкого процесса с использованием реакции селективной преципитации, необходимой для высокомолекулярного рекомбинантного спидроину. Это дополнительно упрощает процесс производства и снижает его стоимость. По словам ученых, эта стратегия дизайна и биосинтеза белка может быть потенциально расширена на другие амилоидные последовательности, способные к образованию бета-слоев, а следовательно и для других типов природных материалов.
-
Как ученые рассчитывают возраст звезды?
Мы много знаем о звездах?
После наблюдения в телескоп на ночном небе, астрономы и любители могут выяснить ключевые атрибуты любой звезды, как ее массу, так и ее состав. Рассчитать массу звезды, просто посмотрите на свой орбитальный период и немного алгебры.
«Солнце — единственная звезда, которую мы знаем, по возрасту», — говорит Астроном Дэвид Содербла из космического Института науки в Балтиморе. .
Расчеты, основанные на физике и косвенных измерениях возраста звезды, могут дать по оценкам астрономов Ballpark. И некоторые методы работают лучше для разных типов звезд.
Ученые знают, звезды сжигают себя через свое водородное топливо, выкипая вверх и в конечном итоге вытесня свои газ в космос. Но когда именно каждый этап жизненного цикла звезды происходит там, где все сложно. В зависимости от их массы, некоторые звезды попадают в эти очки после разного количества лет. Более массивные звезды умирают молодыми, в то время как менее массивные звезды могут гореть на миллиарды лет.
На рубеже 20-го века, два астронома — Ejnar Hertzsprung и Генри Норрис Рассел — самостоятельно придумали идею с участием температуры звезд против их Яркости. Узоры на этих герцспрунгах-расселках или H-R диаграмме соответствовали таму, где был жизненный цикл. кк Сегодня ученые используют эти шаблоны для определения возраста звездных кластеров.
-
Астрономы впервые посмотрели на атмосферу Венеры ночью
Ученые нашли возможность использовать инфракрасные датчики на борту японского аппарата «Akatsuki» так, чтобы можно было понаблюдать за циркуляцией венерианской атмосферы ночью.
Так меридиональная циркуляция — движение ветров с севера на юг — ночью изменила свое направление, а пик суперротации — атмосферного феномена планеты приходится на рассвет и закат в низких широтах. Ночную погоду Венеры астрономы описали в Nature. У Земли и Венеры много общего. Они похожи по размеру и массе, у обоих есть твердая поверхность. Венера обладает достаточно толстым слоем атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа и азота. А на высотах около 50−70 километров всю ее поверхность покрывают облака серной кислоты, которые, как считается, образуются под воздействием Солнца с двуокиси серы, которого много в атмосфере. Однако вопросеы погоды Венеры сравнивать с Землей сложно. Благодаря ей у нас появился термин «суперротация» или «суперобертання». Он описывает то, что пока всей планете на вращение нужно 243 земных дня, ее атмосфере на полный оборот достаточно всего 92 часа. Так глобальный западный ветер сносит облака на высоте 65−70 километров со скоростью около 100 метров в секунду.
Также в венерианских облаках оседает около половины солнечного потока поглощаемого планетой, поэтому считается, что именно в этой области генерируются сильные тепловые приливы. Их на Венере также обвиняют в появлении суперротации усиления вертикальной передачи углового момента вокруг оси вращения. Впрочем, структура приливного ветра, которая непосредственно связана с переносом углового момента, была охарактеризована только для южной полярной области и исследователи проанализировали только один слой газовой оболочки Венеры. А получить изображение интерферометра без солнечного света сложно, поэтому нам мало что известно о погоде на Венере ночью. Но это необходимо, ведь без измерений на ночной стороне объяснить заметны дрейфы облаков однозначно сложно, не имея данных о всех атмосферных процессах и опираясь только на присущие Земле эффекты. В своей работе ученые разработали способ использовать инфракрасные датчики на борту орбитального аппарата Akatsuki, которые помогут интерпретировать подробности ночной погоды на планете. По словам ученых, их метод можно использовать и для изучения других планет, в том числе Марс и газовых гигантов. Тем более, что изучение венерианской погоды может облегчить изучение погодных условий других планет.
В своей работе ученым удалось отслеживать облака Венеры через тепловые инфракрасные изображения, полученные японским орбитальным аппаратом Akatsuki. Он уже 2016 передал на Землю первые снимки Венеры в инфракрасном диапазоне, на которых подробно видно плотные облака из серной кислоты. Akatsuki «видит» до высоты около 65 километров — верхние слои облаков, изображения которых в диапазоне длин волн 8−12 мкм, получили длинноволновой инфракрасной камерой (Longwave Infrared Camera, LIR). Ученые составили последовательность изображений с интервалом выборки в одну-2:00 в период с 23 декабря 2016 по 20 января 2019. Чтобы подавить случайный шум и связанные с топографией стационарные особенности, присутствующие на выходных изображениях, ученые учли явление суперротации и выделили модели дрейфующих облаков.
Одной из целей исследователей было проверить вклад в атмосферные эффекты так называемых ячеек Гадли. Это область замкнутой циркуляции воздушных масс, где нагретый у поверхности экваториальной зоны воздуха поднимается и движется к полюсам, после чего постепенно охлаждается и опускается к поверхности планеты. На Земле этот элемент циркуляции отвечает за годовой рост температур и более медленное охлаждение воздушных масс при движении к соответствующему полюсу. Пик суперротации ветра приходится на рассвет и на запад на низких широтах и, согласно наблюдениям, солнечный нагрев облачного слоя в условиях суперротации с контрастом день-ночь вызывает тепловые приливы, которые имеют восходящие (антисуперротацийни) фазовые скорости относительно фонового ветра.
По словам ученых, наблюдаемая зависимость атмосферных движений от местного времени может служить эталоном для экзопланет, медленно вращающихся, где зависимость температуры атмосферы от местного времени, которая наблюдается в инфракрасных длинах волн, предусматривает суперротацию в атмосфере. Исследователи также рассчитывают, что две новые миссии по исследованию Венеры с помощью зондов DaVinci + и Veritas от NASA, а также планируемый Европейским космическим агентством запуск EnVision смогут помочь дополнить полученные ими данные и дать возможность проследить погоду и климат Венеры и в течение ее геологической истории.
Свежие комментарии